RNA剪接和加工

1第五节RNA剪接和加工大多数真核生物编码蛋白质的基因是不连续基因，内含子与编码序列一起被转录。因此mRNA的原初转录产物是分子量很大的前体，分子大小极不均一。这些高分子量、不均一的核内RNA称为核内不均一RNA（heterogeneousnuclearRNA,hnRNA)。hnRNA经加工和选择性拼接，产生有功能的成熟的mRNA，释放到细胞质中。2翻译转录末端修饰剪接RNA剪接、加工均发生于核内3RNA剪接4三类剪接系统:高等真核生物中，外显子-内含子边界、位于内含子内的短的保守序列，由一复杂的核蛋白组成的剪接器复合体对其识别，并切除内含子。(核RNA剪接）有两组不同的内含子可发生自我剪接。（自我剪接RNA——Ⅰ类、Ⅱ类自剪接内含子）酵母核前体tRNA内含子的切除。除核前体tRNA外，RNA的剪接都通过酯基转移（transesterification）反应切除。5内含子两端没有长的同源或互补序列，但有极短的保守的共有序列，左端（上游）为GT，右端（下游）为AG。这一现象称为GT-AG规则。在RNA中则为GU-AG。左端的位点也叫供体位点（donorsite）或者5'，右端也叫受体位点（acceptorsite）或者3'。一、核RNA的剪接（一）核RNA剪接的模式6原则上5′可以和任何3′位点进行剪接。剪接位点是通用的；剪接器无组织特异性。7剪接存在索套（lariat）结构，需三个序列：5′剪接位点；3′剪接位点；分支点剪接的第一步，是内含子5’端与上游外显子之间断裂；5’端与内含子中靠近3’端的一A残基2’-OH形成一索套形中间产物;A所在位点称为分支位点（branchsite）;第二步，在3’位点切割，释放出内含子，连接两个外显子。8（二）剪接体（spliceosome）剪接器含蛋白与核内小RNA，称为snRNA（核内小RNA，smallnuclearRNA），大小为100～300（高等真核生物）或者100～1000（yeast）.以核蛋白形式存在。该核蛋白称为snRNP.snRNP与其它蛋白形成剪接体（spliceosome）。参与剪接的snRNA都很保守，参与剪接的snRNA为U1,U2,U4,U5,U6。每个snRNP含一个snRNA和多个蛋白，其结构核心都有一组8个蛋白。除U6外，都含有保守序列PuAU3-6GPu。snRNA的功能：参与核蛋白复合体的结构构建；通过与靶位点RNA或在snRNA之间的碱基配对来执行剪接功能。9分支点结合蛋白：branch-pointbindingprotein,BBP)10剪接过程EAB1B2C1C211剪接体的组装和剪接过程E复合体A复合体B1复合体B2复合体C1复合体C2复合体12U6与U4、U2通过碱基配对相互作用由于U4和U2都是通过与U6的同一段碱基序列互补配对进行作用，因此U6/U4和U6/U2不能相容。13反式剪接14肌钙蛋白T基因的可变剪接15二、自我剪接的RNA（Ⅰ类、Ⅱ类自剪接内含子）I类和II类内含子具有把自己从前体mRNA中剪接出的能力。16I类内含子（GroupI）35SRNA在体外可自发剪接，内含子剪下为线型，然后进一步环化。这一反应只需一种二价阳离子和鸟苷酸（GNP）；GNP必须具自由3'-OH。出现于低等真核生物四膜虫核内编码rRNA的基因。在真菌线粒体中也很普遍。也存在于噬菌体T4和细菌中。这类内含子具有自我剪接（self-splicing/autosplicing）的能力。17GNP的3’-OH攻击内含子5’端，形成G-内含子和外显子部分；分离的外显子3’-OH攻击下一个外显子的5’端；释放的内含子3’-OH攻击自身5’端15碱基处。反应通过三步酯基转移反应进行。反应过程：1819线型L19RNA可催化寡聚胞苷酸（C5）延长20具有9个配对区（双螺旋区），其中P4、P7比较保守；P3、P4、P6、P7形成内含子的“核心”，是可进行具催化反应的最小区域；P1包括一段外显子与内含子互补区，称为IGS（internalguidesequence）。I类内含子的一般二级结构（IGS：内在指导序列）21Ⅰ类自剪接内含子转变为真正的核酶22II类内含子的结构域（domain）5和6的结构，类似于和核RNA内含子剪接体中U6-U2及U2-内含子配对形成的结构。II类内含子（groupII）(II类内含子)(核RNA内含子剪接体)23三类内含子剪接模式的比较：核RNA内含子和II类内含子的剪接很相似；靠近3’剪接位点的一A的2'-OH攻击内含子5'末端，形成索套（lariat）中间体。都是通过酯基转移反应进行；2425三、酵母tRNA的剪接前面的剪接反应是依赖于一些短的保守序列，转酯反应与连接反应同时进行。在酵母tRNA的剪接过程中，采用了不同的机制，链的断裂与连接是两个独立的反应。26tRNA的剪接与成熟（真核生物）OH3’ACC5’NP2’3’Kinase+GTP3’ACC5’Endonuclease环化磷酸二酯酶CPDase内切核酸酶激酶273’ACC5’NP2’3’P腺嘌呤合成酶、Ligase+ATP3’ACC5’NP2’3’PpPLigase3’ACC5’NP2’3’P2’磷酸转移酶3’ACC5’N2’3’P28四、RNA的末端修饰（一）mRNA的5'端修饰1、加帽在磷酸酶的作用下，将5′-端的磷酸基水解，然后再加上鸟苷三磷酸，形成GpppN的结构，再对G进行甲基化。新加的G以反方向与5′连接，这一结构称为帽子（cap）结构5′5′Gppp+pppApNpNp...↓5′5′GpppApNpNp...+pp+p292、甲基化只在末端G的7位甲基化的帽子称为帽子0（cap0），写作m7GpppX；若第二个核苷酸2'-OH甲基化，则称为帽子1（cap1），写作m7GpppXm；若第三个核苷酸2’-OH甲基化，则称为帽子2（cap2），写作m7GpppXmpYm。30mRNA3'末端的产生PolI和polIII在特定的位点终止合成（二）RNA的3'末端修饰PolII无特定终止位点？31PolII无特定终止位点，3’-OH末端通过在特定位点切割后加上poly(A)来形成。末端的AAUAAA序列作为切割和添加poly(A)的位点的信号。32产生正确的末端结构需要核酸内切酶（由CFI和CFII组成）切割RNA；特异组分（CPSF）识别AAUAAA序列；激发因子CstF，结合在切割位点下游一富含G-U的序列。poly(A)聚合酶（PAP）合成poly(A)尾部；33酵母中rRNA的一般加工过程rRNA的切割真核rRNA前体包括18S,5.8S,28SrRNA；前体rRNA在高等真核生物中为45SRNA，低等真核生物（酵母）中为35SRNA。成熟rRNA通过对前前体rRNA的切割和修剪（trimming）反应形成。五、rRNA的加工34细菌rRNA基因中还常包含有1～2个tRNA基因TherrnoperonscontaingenesforbothrRNAandtRNA.35脊椎动物rRNA有大量的甲基化位点，位于保守位置；大多数snoRNA含有与18S、28SRNA甲基化位点互补的序列；碱基配对形成的双螺旋结构可为甲基化酶所识别。36酵母rRNA中假尿苷的合成37六、RNA编辑RNA编辑（RNAediting）是指在RNA转录后改变遗传信息的加工。因此翻译出来的蛋白质与根据基因序列所推导出来的就会不同。在哺乳动物细胞中，有时mRNA的单个碱基可被替代，从而改变编码的蛋白序列。在锥虫线粒体中，几个基因中可被系统地添加或删除。38载脂蛋白B（apo-lipoproteinB,apoB）基因在动物肝脏和小肠中的表达。CU转变通过脱氨反应进行，由脱氨酶催化。4563pr2153pr3940细胞色素氧化酶II蛋白的序列与其基因相比，发生了移码（frameshift）。移码是通过在移码位点附近插入4个U形成。41由gRNA介导的U的插入天冬-半胱-异亮---脯