第八章-转录后加工

遗传信息在转录后要经过扩充和修饰，表现出“非忠实传递”的特点。第八章转录后加工8.1原核生物基因转录产物的加工8.1.1mRNA8.1.2rRNA8.1.3tRNA8.2真核生物基因转录产物的加工8.1.1tRNA8.1.2rRNA8.1.3mRNAcarriesthecodingsequenceprovidestheaminoacidcorrespondingtoeachcodonamajorcomponentoftheribosomethatprovidestheenvironmentforproteinsynthesisRNA加工RNAprocessingisthecollectivetermusedtodescribevariousalterations(processingevents)whichallowtheprimarytranscriptstobecomethematureRNA.OccursinbothprokaryotesandeukaryotesRNA加工rRNAtRNAmRNA原核++-真核+-5srRNA++加工主要包括3方面内容：1减少部分片段：切除5’端前导序列，3’端尾巴和中部的内含子。2增加部分片段：5’端加帽，3’端加poly(A)，通过编辑加入一些碱基。3修饰：对某些碱基进行甲基化等处理。Splicing8.1.1原核生物mRNA前体的加工原核生物mRNA一般不需加工多顺反子产物被RNaseⅢ加工为较小的单位后，分别翻译。P早期转录基因A1A2A30.30.711.11.21.3tRNaseⅢpppPuCoHpppPu前导序列0.30.711.1/1.21.3mRNA图13-T7噬菌体早期区转录单条前体RNA，经RNaseⅢ剪切成5条成熟的mRNArRNA分子会形成广泛的次级结构原核基因也有基因重复的情况。rRNA基因有7个拷贝，其中有6个位于复制起点附近。8.1.2原核生物rRNA转录后的加工5S,16S,23SrRNA基因与tRNA在一个转录单位中。E.coli中有7个这样的转录单位，其中rRNA基因等比例出现，tRNA基因的种类、数量和位置各不相同。rRNA前体的加工内容：a.剪切--RNaseIII(粗加工)、修剪--成熟酶（M16，M23,细加工）b.核苷酸的修饰:甲基化等原核rRNA加工过程RNA折叠形成茎环结构核糖核蛋白复合体RNP的形成RNP:Ribonucleoproteins特定碱基的甲基化伴随RNA的剪切核糖体的组装Theinitialtranscripthasasedimentationcoefficientof30s(6000nt)andisnormallyquiteshort-lived.Pre16SrRNAPretRNAPre23SrRNAPre5SrRNAPretRNAtranscriptionRNaseIII起到核酸内切酶的作用,能够识别16S和23S的茎环,并在茎上交错切割.8.1.3原核生物tRNA转录后的加工相同tRNA基因不同tRNA基因tRNA基因与rRNA基因•tRNA前体的加工内容：a.剪切（cutting）和修剪（trimming）b.II型tRNA基因的3端添加－CCAOHc.核苷酸的修饰多顺反子转录单位a.剪切和修剪RNaseP：tRNA5成熟酶RNA－蛋白质复合物(核酶)RNaseF、RNaseIII、RNaseE:3内切核酸酶RNaseD:3外切核酸酶（3成熟酶）Cut&Trim3’端:(1)RNaseE/F留下9Nt(2)RNaseD依次切掉7Nt;RNaseP加工5’端后，RNaseD再切除另2个Nt.5’端;RNaseP（核酶）RNaseE/FRNaseDRNasePFig.1Pre-tRNAprocessinginE.coli.RNasePP210-211科学故事RNaseP具有核酸内切酶的活性,能识别tRNA5’端特殊的二级结构.RNaseP具有两种组分,375nt的RNA和20kDa的多肽,RNA具有单独的催化活性,多肽组分能大幅度提高反应速率.核酶:ribozyme具有催化活性的RNA.b.II型tRNA基因的3端添加－CCAOH原核生物大部分tRNA基因为I型，转录后有－CCA序列存在；少数如：T4噬菌体tRNA基因为II型，转录产物3端剪切后需添加－CCAtRNA核苷酸转移酶（tRNAnucleotidyltransferase）c.核苷修饰修饰酶：tRNA甲基转移酶/甲基化酶异戊烯转移酶假尿苷合成酶……tRNAtyr：U（假尿嘧啶）U4tU（4-硫尿嘧啶）G2mG（2-O-甲基鸟嘌呤）A2ipA（2-异戊烯基腺嘌呤）8.2真核生物基因转录产物的加工8.2.1真核生物tRNA转录后的加工P209真核生物tRNA基因的结构：单顺反子，构成基因簇，属于复杂基因家族，有内含子。真核生物tRNA加工过程：剪切和修剪3端均需添加－CCAOH核苷修饰内含子剪接：酶促拼接Processingofyeastpre-tRNATyr16nt5’-leadera14ntintron3’-2extranucleotidesbasemodificationnewlyadded1内切酶2tRNA核苷酸转移酶Splicingofintroninyeastpre-tRNATyrEndonucleolyticcleavageLigation酵母菌tRNA中的内含子可在脊椎动物细胞内加工，说明真核生物的tRNA加工机制高度保守。3’-2’环磷酸5’-OH环磷酸二酯酶GTP激酶连接酶内切酶2’-磷酸转移酶真核tRNA内含子的剪切特点：1没有交界序列，也没有内部引导序列2依赖于RNase3反应的本质不是转酯反应以什么作为精确剪切的信号？研究表明，真核tRNA内含子本身的序列和大小都不重要，其剪切原则上依赖于对tRNA共同二级结构的识别，分子不同部分的区域对于剪切是重要的，包括受体臂，D环，T环和反密码子环。受体臂D环T环反密码子环常见tRNA中的修饰核苷酸Cmnm5U(5-羧甲基氨甲基尿苷)mCm5U（5-甲氧基羰甲基尿苷）Xm5s2U（5-甲基-2硫代尿苷）K2C（2-赖氨酸胞苷）Com5U（5(2)-羟羧甲基尿苷）I（Inosine次黄嘌呤）m7G(7-甲基尿苷)m5C（5-甲基胞苷）m6A（6-甲基腺苷）s2C（2-硫代胞苷）ψ(假尿苷）Um(2’-O-甲基尿苷)Q（Queuosine）Xo5U(5-羟基尿苷)真核生物的rRNA基因组成简单多基因家族，每个转录单位包含16~18S,5.8S，28S各一个拷贝，100个或更多的转录单位之间呈串联重复，由RNAPolI转录。真核5SrRNA由RNAPolIII转录，基本不需要加工。6.2.2真核生物rRNA转录后的加工P20516～18S，5.8S，28SrRNA基因组成一个转录单位，为简单多基因家族rRNA前体的加工内容：a.剪切、修剪d.核苷修饰:甲基化等c.少数需进行内含子的剪切20S32SThelargeprecursorRNAundergoesanumberofcleavagestoyieldmatureRNAandribosome.(ETS:externaltranscribedspacer;ITS:internaltranscribedspacer)真核生物rRNA转录后的加工1修饰:小分子核仁RNA(snoRNA)核糖2’-OH甲基化—boxC/D假甲尿苷形成—H/ACAboxrRNA被修饰的同时或修饰后,进行剪切.2剪切和修剪:特定的核酸酶两类真核rRNA加工机制加工信号2’核糖甲基化指导假甲尿苷形成8.2.3真核生物mRNA前体的剪接mRNA前体的加工内容：a.5端添加帽子结构b.3端添加多聚腺苷酸c.内含子的剪接RNAprocessingrRNAtRNAmRNAprokaryotes++-eukaryotes+(-5srRNA)++•Pre-mRNAmoleculesareprocessedtomaturemRNAsby5’-capping,3’-cleavageandpolyadenylation,splicingandmethylation.A:5端添加帽子结构当新生RNA链长度约为25nt时，其5’端经修饰被加上一个7-甲基G，以5’-5’三磷酸连接。鸟苷酸转移酶（guanyltransferase）鸟嘌呤-7-甲基转移酶（guanosineethyltransferase）帽子0：m7G5ppp5XpYp帽子1：m7G5ppp5XmpYp帽子2：m7G5ppp5XmpYmpcap0是核糖体识别必须的，cap1、cap2有促进的作用。CAP1:OCH3CAP2:OCH3CAP0SAMStep2Step1GMPStep3Cap’sfunction?RNA三磷酸酶鸟苷转移酶酵母高等生物脊椎动物帽子结构的功能：1有助于mRNA前体的正确拼接；2有助于成熟的mRNA穿越核膜，进入细胞质；3保护mRNA的5’端不被核酸酶降解；4翻译时供相应的起始因子和核糖体识别。RNApolIICTD的磷酸化与加尾和加帽反应的关系B3’端切割和多聚腺苷酸化加尾反应需要的顺式元件3端添加多聚腺苷酸长度：20～200nt加尾信号：切割与加尾：a.剪切/多聚腺苷酸化特异性因子（cleavageandpolyadenylationspecificityfactor,CPSF）b.剪切刺激因子（cleavagestimulationfactor,CstF）c.剪切因子I，II（CFI，CFII）d.poly(A)多聚酶（polyadenylatepolymerase,PAP）e.poly(A)结合蛋白（poly(A)bindingprotein,PBP）mRNA的多聚腺苷酸化过程CPSF因子专一性与加尾信号AAUAAA结合CstF因子与富GU区结合CFI、CFII在加尾信号下游的15～25nt处切割poly(A)多聚酶催化多聚腺苷酸化，先添加约10个腺苷酸，速度较慢poly(A)结合蛋白的结合加快多聚酶延伸速度，控制多聚腺嘌呤尾巴的长度CPSFPAPPAPBPolII的CTD促进切割Generationofthe3’endofhistoneH3mRNAdependsonaconservedhairpinandasequencethatbasepairswithU7snRNA.3端多聚腺苷酸尾巴的功能提高mRNA的稳定性在核－质转运中起作用提高mRNA的翻译效率影响最后一个内含子的切除创造终止密码子UGA选择性加尾调节基因的表达8.2.3真核生物mRNA前体的剪接mRNA前体的加工内容：c.内含子的剪接a.5端添加帽子结构b.3端添加多聚腺苷酸1.mRNA依赖snRNA的拼接2.选择拼接3.顺式和反式拼接4.I型自我拼接5.II型自我拼接hnRNPhnRNA:thepopulationofdifferentRNAPolIItranscriptsarecalledheterogeneousnuclearRNA.核不均一RNAhnRNP:thehnRNAsynthesizedbyRNAPolIIandrapidlybecomescoveredbyproteinstoformheterogeneousnuclearribonucleoprotein.核不均一RNPThehnRNPproteinsarethoughttohelpkeepthehnRNAinasingle-strandedformandtoassistinthevariousRNAprocessingreactions.内含子的剪接1.mRNA依赖snRNA的拼接2.选择拼接3.顺式和反式拼接4.I型自我拼接（线粒体基因、四膜虫rRNA）5.II型自我拼接（低等真核生物细胞器）1.mRNA