RNA的加工【研究特选】

1、Chapter 7RNA processing,1,行业实操,一、RNA的加工： 将各种前体RNA分子加工成成熟的、有活性的RNA的过程 二、场所： 主要是在细胞核内进行,第一节 概述,2,行业实操,三、RNA加工的类型： 1、剪切：就是剪去部分序列； 2、剪接：是指剪切后又将某些片段连接起来。 3、末端添加核苷酸：如 tRNA的3-末端添加-CCA。 4、修饰：在碱基及核糖分子进行化学修饰。 5、RNA编辑：某些RNA，特别是mRNA自DNA模板上所获得的遗传信息，在转录作用后又发生了变化。,3,行业实操,一、原核生物rRNA的加工,第二节 rRNA 的加工,16S rRNA,23S rRN

2、A,5S rRNA,tRNA,tRNA,大肠杆菌最初的转录物（30S ）,4,行业实操,1、核糖核蛋白复合体（RNP） 形成 初生转录物形成一些茎环结构，随后与一些蛋白结合形成核糖核蛋白复合体（RNP）,茎环结构,RNP,5,行业实操,原核生物rRNA的加工,（RNA酶）,6,行业实操,2、甲基化修饰：（通常是A） 甲基供体- S-腺苷甲硫氨酸 3、剪切： （1）Rnase剪切释放出5S，16S，23S前体分子； （2）随后RNA酶M5, M 16, M 23分别在每一前体分子的5端和3端进行剪切。,7,行业实操,二、真核细胞rRNA的加工,（一）概述 1、rRNA基因： RNA聚合酶转录转录

3、物需要加工 2、5s rRNA 基因： RNA聚合酶转录-转录物不需加工,8,行业实操,Mammals,18S rRNA,5.8S rRNA,28S rRNA,47S pre-rRNA (13500nt) 100 site 2-O-methl snoRNP,Mature rRNAs,ETS1,ITS1,ITS2,ETS2,45S pre-rRNA,41S pre-rRNA,20S+32S pre-rRNA,5.8S - 28S Base pair,（二）真核细胞rRNA前体的加工过程,18S rRNA,5.8S rRNA,28S rRNA,9,行业实操,（1）广泛地进行甲基化修饰，主要是在28

4、S及18S中。 （2）除掉外部转录间隔区(ETS)1和2，再切去内部转录间隔区（ITS），释放出32S和20S的两个前RNA。 （3）随后45 S rRNA前体经核酸酶顺序剪切下生成18S、5.8S、28S rRNA。,真核细胞rRNA前体的加工过程,10,行业实操,第三节 tRNA的加工,一、原核tRNA的加工 1、“斩头”，形成5末端；（RNaseP） 2、“去尾”，切除3多余的核苷酸直至CCA， 形成3-OH末端（RNaseD）； 3、修饰：甲基化等,11,行业实操,二、真核tRNA的加工和原核的区别,1、真核tRNA前体中无二聚体和多聚体； 2、增加了剪接内含子的过程； 3、真核生物C

5、CA多由tRNA核苷酸转移酶添加，而原核多由tRNA基因编码。,12,行业实操,第四节 前体mRNA的加工,13,行业实操,一、原核生物与真核生物基因表达的差异,14,行业实操,二、核内不均一RNA（hnRNA）-RNApol的产物 1、hnRNP： hnRNA+蛋白 前mRNA snRNA 2、snRNP：snRNA+蛋白 功能：参与前mRNA的剪接,hnRNA,15,行业实操,三、真核生物前mRNA加工过程,16,行业实操,前mRNA加工过程 5端加帽（5-capping） 3端加尾 剪接（splicing） 甲基化修饰（methylation）,17,行业实操,（一）5端加帽（5-cap

6、ping）（P83）,18,行业实操,1、三种5帽结构形式,帽0 m7GpppNpN 帽1 m7GpppNmpN 帽2 m7GpppNmpNm,19,行业实操,2、 5帽的作用： （1）防止被5外切核酸酶降解 （2）翻译时可被起始因子和核糖体识别 （3）有助于mRNA越过核膜，进入胞质,20,行业实操,3、5-capping: m7G ( 5-5, mRNA guanyltransferase鸟苷转移酶) Base 1: 2-OH 甲基化；A (N6-甲基化) Base 2: 2-OH 甲基化,21,行业实操,5 pppNp,真核生物mRNA转录后加工-“加帽”,22,行业实操,（1）mRNA

7、5末端pppNp在磷酸酶作用下脱Pi，形成ppNp-。 （2）在鸟苷酸转移酶作用下，与Gppp反应形成GpppNp-,连接方式为5-5三磷酸桥。 （3）在甲基转移酶作用下，由腺苷蛋氨酸(SAM)提供甲基，在鸟嘌呤的N-7上甲基化 （4）在连接于鸟苷酸的第一个（或第二个）核苷酸2OH上又进行甲基化，最后形成m7GpppNmp。,23,行业实操,（二）3端加尾,1、3端: polyA poly(A)聚合酶-Poly(A) polymerase(PAP); poly(A) ：大部分真核mRNA有poly(A)尾巴 poly(A) ：无poly(A)尾巴，如组蛋白的mRNA 2、作用： （1）稳定mR

8、NA （2）有助于mRNA从核到细胞质转运,24,行业实操,3、3末端多聚A尾的生成 （1）识别因子识别AAUAAA （2）剪切因子(CF)在加尾位点AAUAAA下游11 30nt处剪切RNA； （3）poly(A)聚合酶合成poly(A)尾巴；,25,行业实操,第五节 内含子的剪接,一、核酶(Ribozyme) 是指本质为RNA或以RNA为主含有蛋白质辅基的一类具有催化功能的物质。 1、发现 1981年T.Cech和S.Atman 四膜虫 rRNA 2、类型： 剪切型 ：相当于内切核酸酶 剪接型 ：相当于内切核酸酶及连接酶 其他类型：如核苷酸转移，脱磷酸作用,26,行业实操,3、核酶与传统酶

9、的区别： （1）一般的酶是纯的蛋白质，而核酶是RNA或 带蛋白的RNA； （2）有的核酶既是催化剂又是底物。而酶仅催化反应,27,行业实操,4、意义： 突破了酶的概念； 揭示了内含子自我剪接的奥秘； 促进了RNA的研究 为生命的起源和分子进化提供了新的依据。,28,行业实操,二、前mRNA的剪接（splicing） （一）前mRNA的内含子 GU-AG类（主要） AU-AC类（次要）,29,行业实操,GU-AG类内含子剪接位点的特征： （1）5剪切点（供体位点）为GU （2）3剪切点（受体位点）为AG GT-AG rule (GT-AG 规则)：指在核基因内含子开始和结束出现的两个固定的脱氧核

10、苷酸:5端为GT, 3端为 AG，与前体RNA内含子剪接有关 （3）分支部位： 多聚嘧啶序列：Py80 N Py80 Py87 Pu75 A Py95，,30,行业实操,（ 二）剪接体的形成 1、剪接体（spliceosome） 是由几种非特异的小核糖核蛋白(UsnRNP)与mRNA前体结合而成 2、剪接因子 （1）UsnRNPs ：U1、U2、U5、U4/U6 （2）化学组成：U-RNA+proteins U-RNAs(uracil rich RNA)： snRNAs （3）特点：snRNP中的RNA成分与5端和3端剪接点及分支点的多种保守碱基配对,31,行业实操,UACUAAC,GU,AG

11、,3、剪接体的形成,32,行业实操,3、剪接体的形成： （1）U1snRNP识别外显子的5末端剪接序列， 并与其互补而结合 （2）U2snRNP识别并结合于分支部位 （3）U5snRNP，识别并结合于内含子3末端剪 接位点 （4）U4，U6也参加到剪接体中，起配合作用 （5）mRNA与snRNP形成复合体-剪接体,33,行业实操,套索结构,套索的形成及剪接,1,2,1,2,34,行业实操,（三）前mRNA的内含子的剪接 1、分支点A的2-OH攻击5端交界处的磷酸二酯键，形成套索（lariat）结构 2、切下的外显子1的3-OH攻击内含子3端的交界处磷酸二酯键，同时释放出套索状的内含子。,35,

12、行业实操,三、I 型内含子的剪接,（一）结构特点 无GT-AG结构 边界序列为5 U.3G;,36,行业实操,（二）I 型内含子剪接的机制 1、自由鸟苷酸的3-OH作为亲核基团攻击内含子5端的磷酸二酯键，从上游切开RNA链 2、上游外显子的3-OH作为亲核基团攻击内含子3位核苷酸上的磷酸二酯键，使内含子被完全切开 3、上下游外显子通过新的磷酸二酯键相连,rRNA,37,行业实操,（三）I 型内含子剪接的特点 1、内含子自我催化断裂和连接（ribozymes） 2、需要带有3-OH的鸟苷参与 3、转酯反应(transesterification),38,行业实操,四、II 型内含子,介于GT-A

13、G和 I 型内含子之间的类型 （一）结构特点 （1） 边界序列为5GUGCGYnAG； （2）分支点顺序（branch-point seguence） 保守序列 Py Pu Py Py T A Py （3）分子内配对： 分支点顺序的中间和两侧各有3-5bp的序列与上游序列互补（A除外）,39,行业实操,40,行业实操,（二） II 型内含子剪接机制,1、分支点A的2-OH对5端交界处的磷酸二酯键发动亲核进攻，产生了套索（lariat）结构 2、切下的外显子1其3-OH继续对内含子3端的交界序列进行亲核进攻，同时释放出套索状的内含子。,41,行业实操,第六节 RNA的编辑,一、RNA的编辑（RN

14、A editing）的概念 是指转录后的RNA在编码区发生碱基的加入， 丢失或转换等现象 二、编辑的生物学意义： 1、校正作用； 2、扩充遗传信息,42,行业实操,机制：脱氨基作用的结果（胞苷和腺苷脱氨酶催化） 进行编辑的脱氨酶能特异性识别靶位点,三、编辑的机制 （一）碱基转换,肝脏,肠,哺乳类载脂蛋白apo-B转录物的编辑,43,行业实操,（二）碱基插入,编辑前RNA,指导RNA,指导RNA的作用模式,利什曼原虫细胞色素b mRNA的编辑,44,行业实操,1、指导RNA的作用模式 （1）指导RNA（guide RNA）： 提供mRNA的编辑信息，并作为模板； （2）非常规的互补，GU配对 2、编辑复合体： 含