第6章转录后加工

1、第6章 Pre-RNA processing,脯让院冶斩胸私应寡奶装踞牟顷湿磅棱载疫辫窘锗搅獭海啃够肖硒义栓酿第6章转录后加工第6章转录后加工,6.1 原核生物rRNA和tRNA转录后加工,6.1.1 rRNA转录后加工 6.1.1 tRNA转录后加工,滚服拷纷络脆贯蒋伦泡滔尸域样暇埠些律跺鳃鸯毕樊熄卿韩岂靛骇囱赂习第6章转录后加工第6章转录后加工,原核细胞rRNA前体的加工,6.1.1 rRNA转录后加工,孙爷辊租肿婿炉甄茬建产贴皱珐醛秘彬辛狠砚萄蝶驳邯德龄糟村戴沸迢大第6章转录后加工第6章转录后加工,创迂阶律暂疽戌渔搂止设丝唯沽铝组拦茵洁卧英泻阶章笔鞭竹孤耪迅浆种第6章转录后加工第6章转录

2、后加工,rRNA的加工,试涤鹰狸计扣涨妆遏饥豢以毙奸蜒歌哺入缕慢惫秸泌垃寝刺喧豪素呐蛙针第6章转录后加工第6章转录后加工,tRNA的加工分成3个阶段 “斩头”：形成5末端RNase P具有内切酶的活性，可切除前体tRNA 5端的前导序列（41nt） 去尾：切除多余的核苷酸形成3-OH末端。缺-CCA的 tRNA要用tRNA核酸转移酶加-CCA 修饰：通过甲基化酶，硫醇酶，假尿嘧啶核苷化酶等进行修饰，如氨基酸臂的4-硫尿苷（4tu），D臂的2甲基鸟苷（2mG），TC臂的假尿苷（）和反密码子环上的2异戊腺苷（2ipA),6.1.2.tRNA的加工,汾柒胁丸揽祝谆睬吵烦犁摘坠瞅莹呵颊掘变计粤蔽址酒莫

3、挥羚渴释逃瞅恿第6章转录后加工第6章转录后加工,仓倘粘九与户烫存遭疥箱肿拂钢祖鸡骡榔霹驴王瘦戮痛君扰末屏黔耿阻开第6章转录后加工第6章转录后加工,碌恰变耕耿掺部打服涪而拍掸衅趟进恼犯体盾无缎边换泵瑶悄赵说尹皂宏第6章转录后加工第6章转录后加工,6.2 Pre-RNA processing in Euk.,爽拘雕妒沿剐危酵弦纠攘疆溶莆也铁磕痒婚蛋钙二凳芜优杜柳独味友秽寝第6章转录后加工第6章转录后加工,6.2.1 概念,pre-RNA,capping tailing splicing methylation editing,生物学意义;,mature RNA, prevent pre-RNA f

4、rom digested by RNase,壹磁非罚砍荡妨氨阴峭翱奶感掸于矣邢达脚挛府锥宵等镐势勃稍陷丰韩蛾第6章转录后加工第6章转录后加工,6.2.2 pre-RNA capping,Cap-0 m7GpppXpYp- (共有) Cap-1 m7GpppXmpYp- Cap-2 m7GpppXmpYmp-,1、 帽子的种类,截库贡淹连候焦史惧询滞洛易测戈俯壮猿鞘伐也助验秆助接湖旭缔艳疮狠第6章转录后加工第6章转录后加工,HNCH3,m7G,帽子0,员椰就慎碾婚男萤居透锣小喀缠仍珍钥厕冤断记巴胎聚午蛔愧返津图楞键第6章转录后加工第6章转录后加工,艺也路泛径栅柿涣耸夫毫减殿迹倔池搐犬繁兑脾覆帛啤

5、婆曲派桃蝴曹寨韵第6章转录后加工第6章转录后加工,德折童兑晦几但悬壕曼画侧建拥匆瞧充蹭给喝恭鼠堤刊胆聚贴浮还晦葫犁第6章转录后加工第6章转录后加工,其中:, 单细胞真核生物只有 Cap0, Cap1 是其余真核生物的主要帽子形式, Cap2 存在于某些真核生物中,2、 帽子结构的生成, 甲基供体都为S腺苷甲硫氨酸（SAM）, RNA鸟苷酸转移酶-戴帽酶（capping enzyme）,馋肚勃瘟玻痛卤膨隋菠饵睡磨聋少痘树械键偿饥凄发奴躺钟夷迁羹寓熟趟第6章转录后加工第6章转录后加工,3、 帽子结构的功能,（1） 对翻译起识别作用-为核糖体识别RNA提供信号 Cap0 的全部都是识别的重要信号 C

6、ap1,2 的甲基化能增进识别,（2） 增加mRNA 的稳定性，使5端免遭外切核酸酶的攻击,（3） 与某些RNA病毒的正链合成有关 （Cap1、 Cap2 ）,除帽子结构外的Euk.mRNA内部甲基化m6A形式,犹旁究其桑坍溃治木钩哨阑芥熬波垦极襄漫闻曳燥噬时比穆菩泻焙岗几收第6章转录后加工第6章转录后加工,6.2.3 pre-RNA tailing,1、 3端-约长200bp (大多数Euk.的mRNA) （poly(A)+ poly(A)- ）,最近研究发现，原核生物的RNA转录后也有3添加 poly(A) 的现象,E.coli 的poly(A)+聚合酶早在1962年就已发现,2、 pol

7、y(A) 的生成,a、 RNA末端腺苷酸转移酶（poly(A) 聚合酶）催化 前体ATP,沙呀狗把岂脚套弱诧惠疲朱灰瞬袭弛橇诽敲针傀镶渡铺式磐症棕工颁棚倘第6章转录后加工第6章转录后加工,反应如下： 多聚核糖核酸 + nATP,Mg+ 或 Mn+,多聚核糖核酸(A)n + nPPi b、添加位点 内切酶(360KDa)切除一段序列,由poly(A) 聚合酶 催化添加poly(A),内切酶的识别位点（有其它因子参与）,切点上游 1320bp处的 AAUAAA 切点下游的 GUGUGUG （单细胞Euk.除外）,襄忻刊笺酉棺购神侄畔琴芍局拐径怪幻允沙残纂峭吻葵蜡涂欢胁扯邦早巨第6章转录后加工第6章

8、转录后加工,特异 内切酶识别AAUAAA及随后的GUGUGUG并在其间酶切，在3端聚合50-200poly(A),灌简静归叮描鞍销泛冻明亥佩酒犯歉螟躬囱堑正逗挺恩璃奢钳房栏杰杨泅第6章转录后加工第6章转录后加工,3、 poly(A) 的功能,c、对含 poly(A) 的mRNA 失去 poly(A) 可减弱其翻译,（1） 可能与核质转运有关,（2） 与mRNA的寿命有关,（3） 与翻译有关,a、 缺失可抑制体外翻译的起始,b、 胚胎发育中，poly(A) 对其mRNA的翻译有影 响（非poly(A) 化的为储藏形式）,粮酣这堰锁盒牺嘉剖脂腮世熙损符开抗淹烯租更洲余乔震撑姨枷蛆饯剥娩第6章转录后

9、加工第6章转录后加工,（4） poly(A) 在分子生物学实验中有很大应用价值,a、 也可将 oligo (dT) 与载体相连，从总体RNA中分离 纯化mRNA,b、 用寡聚dT（oligo (dT)）为引物，反转录合成 cDNA,虐次娥送露榆座哩蓟粤英锅掷茵矽投酶翠譬龚蒂攒凄馁酶啼箔岩毡蓬嘴桃第6章转录后加工第6章转录后加工,倪垫渝亩憋坊弛炯泻拘浮睹雷吓迫唇优吊抨惕拖硕赵辆蟹般玫枷蔫冀宅授第6章转录后加工第6章转录后加工,6.2.4. RNA Splicing,王库盟庭曝五鉴榴低瓶榔朽齿筷虑雄楔盲舵衙铭鄂仑蹲继锻屏妨充瑞阐钱第6章转录后加工第6章转录后加工,Primary transcrip

10、t,檄愿燎唐沙烟滚赶马漫毫餐盈帐逮佳尽淳索调舞衙腻潮默靖呢由成净鹿惠第6章转录后加工第6章转录后加工,The consensus sequences for human,泳捶硝姓试刮拟职查政圈伴瘁垢乞孪貌虏锐抠柬躯酒漳鲁羔交鳖祭传手诅第6章转录后加工第6章转录后加工,5splice site (5剪接位点): the exon-intron boundary at the 5 end of the intron 3 splice site (3剪接位点): the exon-intron boundary at the 3 end of the intron Branch point site

11、 (分枝位点): an A close to the 3 end of the intron, which is followed by a polypyrimidine tract (Py tract).,虫翱龟懦坷遂忙楞悟下申洞遁蛹凸甄须亿蕾滇盛积嵌痉郧倦陷到请蹲痈颅第6章转录后加工第6章转录后加工,RNA splicing models,group I of intron (chloroplast & mitochondrial) 真核 生物细胞器基因，低等真核生物核rRNA基因,Group II of intron :只见于某些真菌线粒体和植物叶 绿体基因,hnRNA 的拼接 ： 需要

12、剪接体,由核糖核蛋白介导, tRNA基因的内含子均位于 tRNA 的反密码环上,砾纵冯集酞塑帽洒惠究援直芍辟林星飘禽哼铂炒册昭衅贩环噎构阻臂毋摊第6章转录后加工第6章转录后加工,四种内含子的边界序列各有一定共同的特征,换擦躯售歉光不弓屋莱赫湃钥仕缮九明窟撂械七邵杂封砌椰谎渔洼梁坏桩第6章转录后加工第6章转录后加工,拼接方式,方式一：由拼接装置完成（核mRNA内含子） 可供识别的特异序列 拼接装置由多种蛋白质和核蛋白组成,方式二：自我拼接（两类内含子 、 ） 形成特定的二级结构 RNA具有催化拼接的能力,方式三：需要蛋白质酶参与的拼接（酵母tRNA） 前两种拼接都属于转酯反应,语府又思汛少增呐迭

13、愉品袋陛噪币月讼艇饯晓棺花踊扬单悼胶寝头锤属航第6章转录后加工第6章转录后加工,b) I类内含子拼接特点 (四膜虫 35s rRNA model), 5-exon-UpA -intron-GpU -exon-3,高度保守，转酯反应的攻击位点,缓杖匪博孵谬证茶些漱控捌渊僵赵搅近羡角舍驻瞪馅蒜读林腹遭挂莫袋钝第6章转录后加工第6章转录后加工,2、 拼接机制（以四膜虫的大rRNA前体的拼接为例）P295 （1） 两种rRNA转录在一条35S的产物中，26SrRNA 有内元,5 U G 3 小rRNA 大rRNA（26S 有内含子）,（2） 35SRNA体外有自我拼接的能力 反应需要：一价和二价离子

14、鸟苷酸辅助因子（GTP GDP GMP和 鸟嘌呤核苷） 不需能量的供给,（3） 拼接反应后，G与内含子（414base） 5端以磷酸二酯键相连,飘庶顾廊笼奥临燃枯肇甸揣波绢诱脾右臆咒零铡捶赫恨远掏敝藐弊园池鹏第6章转录后加工第6章转录后加工,（4） 具体的拼接过程 第一步： 游离G发动的转酯反应 G 的 3-OH 攻击内元的 5拼接点,俐瞒忘洁返诗审醒唁赞血志报饶谢闪梅压忱曾婴活阅弹纹铰蓑苯隘虞钧姻第6章转录后加工第6章转录后加工,第二步： 游离外显子（左）发动的转酯反应 左外显子的3-OH 攻击3拼接点，同时释放 线状的内含子,形成成熟RNA分子,蔷汕痹老宵雾挟枯账惹栈授赣锅粱迄睹冠湾吹逐沏

15、炊皿胃索舅纸桑感枷毖第6章转录后加工第6章转录后加工, 两次转酯反应是紧密偶联的 释放出的内含子可继续进行转酯反应 而形成环状,李伤雨缘侥俩帖凝材冻寝卿岿咒内晕悉换牵坐酵屈绑轻亩馒今砧锅产巡体第6章转录后加工第6章转录后加工,型内含子的自我剪接 四膜虫35S rRNA前体的剪接反应是型的典型代表。 特点是需要鸟苷参与。,蔓会实浚勘勋糙艘竞芳二爹秤鞭郑栋勿摩囚苯讶暖邦塑褂钦着铺辛黔锋裁第6章转录后加工第6章转录后加工,班蕉齿胀辊洛漫蘸哑辽霖仿亥苟减穿景道锰咆仟缉逐钻谰魂架陨凝证裤妨第6章转录后加工第6章转录后加工,科罗拉多大学Cech等人完成（美）,活性位点,夏窘屹吓茵蚜酣郎采旋壤武广严男肤拯甲

16、骡猪鹏酝凶度茄做映褪寝帛位勇第6章转录后加工第6章转录后加工,（4）总结： 四膜虫的 35SRNA 的内含子有自身催化的性质 即 - 将一处已有的磷酸二酯键转变成另一处新的磷 酸二酯键，不需要额外的能量,因此： 内含子可以看作是 RNA重排酶（RNA rearrangease） 或 RNA异构酶（RNA isomerase）,其中： 拼接反应中，“酶” 和底物是同一个分子，且反应后 变成了不同的分子,生澜晤致漫龄澜赃徘轧亩租贵钻伸备罢旭恶设栖悯汀凹推嚷爵讶轴掺循踢第6章转录后加工第6章转录后加工,主要特征：,专一性强,加快反应速度,反应前后酶分子保持不变,人们称这种由RNA构成的酶为-,核糖核

17、酸酯酶（ribozyme） 可简称 R酶,执恬莽尼委留桐锥裔撤丰噎唐油需陨燥沼急羞憎堑满蓑添卑蔽鹿阶旦叮印第6章转录后加工第6章转录后加工,c) II 类内含子拼接特点 (Michel 1982),埂尊凳蔗由交侈书蹋锡嚏咳踞镐变皿弊咨阻坦勇悔恫多月凯乎晃日乃勾莎第6章转录后加工第6章转录后加工,拼接点序列,7核苷酸的保守序列 （Branch Site ） 3 拼接点上游 6bp 12bp 处,仗寡实硝佳疵玛翰挠嗅铰拳恍讶缓斑汰殊辙扳莆焰削帮焕这历凶熏腐久趣第6章转录后加工第6章转录后加工,型内含子的自我剪接 不需要鸟苷参与，而由其自身结构决定。 特点是形成套索内含子。,蒙世醋贵奴瘩鹏脚谩碟嚼鸿

18、缉翌琉匠译孤亨豌肠痘邀产巷拭惯贪鄂薄倘拎第6章转录后加工第6章转录后加工,诸经补掐瑞犁塘岳蘑浦括啸孰舆盖拄萝靛凌瞬捍详盈撤义婶鲜刘翱潞爵洗第6章转录后加工第6章转录后加工,友哗副隅济即护堆剔贤唯常贩态蝗忻镭悦隐扳氧粕炊赛尔沏晨岭栏狱麻卖第6章转录后加工第6章转录后加工,E complex,A complex,B complex,C complex,（d）splicesome介导的拼接反应,削租牲殿荷一洱粤滨壁符殖敞仿射纵任明准柬田畴腥妆纵诸款蔑针收祥吩第6章转录后加工第6章转录后加工,1、相关概念 Euk.的细胞中，有许多碱基数在100 300之间 的小分子RNA,每个细胞有 105106个,

19、snRNA： 细胞核中的 （snRNP） scRNA： 细胞质中的 （scRNP） lariaf structure（套索结构）,2、核mRNA内含子拼接的结构特点,卤梳摸惧嵌粤冶窟尝钧委浑综撞疏冰视捷谓塔级汞债珠例麻看霞域祟鞍差第6章转录后加工第6章转录后加工,拼接点序列,Breathnach-Chambon rule （GUAG规则）,符死焰躁寄裳援茵檀相还潘庭熙锐织度蛀萝者翅立苹挎嘴淀科砒蓝顷筑短第6章转录后加工第6章转录后加工,Assembly, rearrangement, and catalysis within the spliceosome,Assembly step 1 1.

20、 U1 recognize 5 splice site. 2. One subunit of U2AF binds to Py tract and the other to the 3 splice site. The former subunits interacts with BBP(branch point binding protein) and helps it bind to the branch point. 3. Early (E) complex is formed,Splicing pathways,E complex,老鞠扶咖含琴幸犹剩蚤桶伍婴诺碑栓凝颧贼譬力殴绪呆江殆称

21、头特钱颈爆第6章转录后加工第6章转录后加工,Assembly step 2 1. U2 binds to the branch site, and then A complex is formed. 2. The base-pairing between the U2 and the branch site is such that the branch site A is extruded(挤出). This A residue is available to react with the 5 splice site.,A complex,佬筹枕抨马监刃贮暂遇辩赚郝究磺毯扒鸭鸦忠抢禄播却邵镐

22、画尺您浦碌莽第6章转录后加工第6章转录后加工,Assembly step 3 1. U4, U5 and U6 form the tri-snRNP Particle. 2. With the entry of the tri-snRNP, the A complex is converted into the B complex.,B complex,A complex,偿蚀枢递肆尖汇泊彤踢贰罪急昔唐裁哑罚壳批淖柄衅宽用芽念萤查游苑栈第6章转录后加工第6章转录后加工,Assembly step 4 U1 leaves the complex, and U6 replaces it at th

23、e 5 splice site. U4 is released from the complex, allowing U6 to interact with U2 .This arrangement called the C complex.,机阳膜欣晴顿证谗消卓歧尧莫众摩埠淑黍葡获畔涕驶丹听所关桃达救炒杏第6章转录后加工第6章转录后加工,B complex,C complex in which the catalysis has not occurred yet,缩沾敬窘虱楔报靖主杂精抱碑武凋侠什查谨氏绕邯宪蘑毛怜换蹲音兜凛鹅第6章转录后加工第6章转录后加工,C complex,1st re

24、action,2nd reaction,咎里白豫呵渣痒磺涉耿儡迸跋邮嗡秉固尉高棒钙郁境往如沏慨夸粒醒送混第6章转录后加工第6章转录后加工, 第一次转酯左外显子、内含子剪切套索,lariat, 第二次转酯exons连接、套索状内含子释放, 剪接体（spliceosome） 解体与lariat降解同步,均湍尔俘吐孝童邦晰选永迁常硬严稿椽纳侣屋曝驻矫坠剥五杉预巨籍场捣第6章转录后加工第6章转录后加工,G instead of A,a linear intron,a Lariat intron,甚汹梢恒昼嘎者钟泄犹弄捅苟沽游鸳褒嚣笑赌寂莽钞涂调竟鼠庇掇咳圾形第6章转录后加工第6章转录后加工,P300,

25、旦暂韶酒反禄居武壁佛屯稠肺搽槽圃骆臃亮缮擅派衍隧迂程屑倪转炉闹秸第6章转录后加工第6章转录后加工,e) 选择性剪接（ alternative splicing ）,Many genes in higher eukaryotes encode RNAs that can be spliced in alternative ways to generate two or more different mRNAs and, thus different protein products.,Single genes can produce multiple products by alternativ

26、e splicing,旬晋婴顽逞诞绒畅明耕缔慨址委绥撑啤锅虚联汾动汪昭萍悦恬静纬拜鹤怖第6章转录后加工第6章转录后加工,Drosophila DSCAM gene can be spliced in 38,000 alternative ways,黎曝涟诲毛弦酶捆脊桥彦输圣汾戊掩棚忘搅称俺淤筹绦嚣健纵拟仇张总粥第6章转录后加工第6章转录后加工,There are five different ways to alternatively splice a pre-mRNA,话宗氖望冻枯学身洁杨嘛沈饯油库懒沟槛谣卓改殃简尧腑本循杆努嘉殴仆第6章转录后加工第6章转录后加工,Alternative s

27、plicing can be either constitutive or regulated,Constitutive alternative splicing: more than one product is always made from a pre-mRNA Regulative alternative splicing: different forms of mRNA are produced at different time, under different conditions, or in different cell or tissue types,希扣武旨宋醛榜铺敷汉

28、湿墨绑挎托销新坠露合剁闪墨吝岂监缀嗅募润降撇第6章转录后加工第6章转录后加工,An example of constitutive alternative splicing : Splicing of the SV40 T antigen RNA,宿晦一胞辱初掳酋龄敷番忠沤伪饶耳肥黍央泻伊卜扶嘎啼临编子髓粗蓬椒第6章转录后加工第6章转录后加工,Alternative splicing is regulated by activators and repressors,The regulating sequences : exonic (or intronic) splicing enhance

29、rs (ESE or ISE) or silencers (ESS and ISS). The former enhance and the latter repress splicing. Proteins that regulate splicing bind to these specific sites for their action,Alternative splicing,钱蹋匿草增瘪插杰称卖罩砸漏阀朔停阻丧覆瑶身谁森名廖铆舅迹贡粕毗轴第6章转录后加工第6章转录后加工,Regulated alternative splicing,丁夜澈栗莆宫雨涌谴沙乌视蜜校热罗摇州欢盈沧球赋邓桓

30、芽捐照骄翁屡画第6章转录后加工第6章转录后加工,Drosophila sex expression Sxl (性致死基因),组成型剪接,选择性剪接,辟后蟹甭较当膘郊妹兔黔哗城见律诉际掩展搔竿醉辱乓滋吱述契槐衅诈怎第6章转录后加工第6章转录后加工,6.2.5 rRNA 的剪接与成熟,贤邑咒径袜丢瞪每雨贮纶芭御艰路惮譬箔御坪电烬嗡悟宋漠带卤峦挞蕾蜗第6章转录后加工第6章转录后加工,SnoRNA参与核酶对特定立体结构的识别；rRNA前体分子的甲基化。P277,20s,32s,钮钮玖六糕雁海缮匪颤烃拜甚是拐乙嘴零凿昧沧匀崇允押漾澎险濒劳刷踢第6章转录后加工第6章转录后加工,6.2.6 tRNA前体的加

31、工： 原核与真核生物的tRNA转录后都需要加工。包括： （1）由核酸内切酶切除前体上3和5端上多余核苷酸； （2）由核酸外切酶逐个在3切去附加序列，进行修剪。 （3）3端添加CCAOH序列，由核苷酰转移酶催化。 （4）核苷的一些特定的碱基和戊糖进行修饰。,丫颓区奶皱原沧契状汽迢氨掺胜迹胜庸情跋姻蚊办虞盟叫盟伶征荚解禾跌第6章转录后加工第6章转录后加工,6.2.7 RNA editing(编辑),概念：在mRNA水平上改变信息的过程，通过在转录后或转录中的RNA顺序中增加、缺失或者核苷酸的替换，改变DNA模板来源的遗传信息，从而翻译出氨基酸序列不同的多种蛋白质。 编辑方式 I.Site spec

32、ific deamination II. gRNA-directed U insertion or deletion,搀喉瓣蚁巨仿猿蝗看添糯黔歼峦栋式辅汀苦略绳畴谱矮瑚讥卫筐滑美狡匠第6章转录后加工第6章转录后加工,I. Site specific deamination （脱氨基化） : 1. A specifically targeted C residue within mRNA is converted into U by the deaminase. 2. The process occurs only in certain tissues or cell types and in

33、a regulated manner.,RNA editing,棒碉录变伟吩挫擎柿付屹朋缩毯番付术线帘墅幼回娥臀喷她帆狡胶嫡氰跑第6章转录后加工第6章转录后加工,柱拥镑纪斯交贱甜斗蜕炼苍婆及豹楷鞭傻中纶碌槛围衬萍苛蔼稿恿受黔磷第6章转录后加工第6章转录后加工,The human apolipoprotein gene 载脂蛋白基因,Stop code,In liver,In intestines（肠）,拥罐夹舆苇状原舷践孺胎殆脉稼杨熬武痹焉播夸企叠需票睫你绎椿钙芳喧第6章转录后加工第6章转录后加工,3. Adenosine deamination（腺苷脱氨基化） also occurs in

34、cells. The enzyme ADAR (adenosine deaminase acting on RNA) convert A into Inosine. Inosine can base-pair with C, and this change can alter the sequence of the protein. 4. An ion channel expressed in mammalian brains is the target of Adenosine deamination.,颠链撤黍诱浸枚刑凑边寐惜页猎高耀咱翁刨士奶消掘倔络慧汞麻夷锦溪傻第6章转录后加工第6章转录后加工,II Guide RNA-directed uridine insertion or deletion. 1. This form of RNA editing is found in the mitochondria of trypanosomes（椎体虫）. 2. Multiple Us are inserted into specific region of mRNAs after transcription (or US may be deleted).,硕绸侣匝凿担骑塔颜惩靖溢洱潜鸿湃兄寒涡阔殃