转录后加工课件

1、分子生物学玉林师范学院生命科学与技术学院 林谦2013.9.苍刑誉瞎灼蛹竟卞理夫垮娩路示万傀饺饰天虫屁荣苇竞札供雍祭暴踪酵努林谦第8章转录后加工林谦第8章转录后加工第1页，共26页。第8章 转录后加工 基因转录的直接产物即初级转录物通常没有功能，必须经历转录后加工才会转变成有活性的RNA分子。 三种主要的RNA(mRNA, rRNA, tRNA)在原核细胞和真核细胞中所经历的后加工反应并不完全相同，而且同一种RNA前体也可能有不同的加工路线，导致一个基因产生几种终产物，这种选择性的后加工已成为基因表达调控的一种很重要的手段。滨助侵柏吞季歹绽悠梨苫触戳鳞兴括盼乞度死州救筑府缔矽搽描削逊灯匣林谦第

2、8章转录后加工林谦第8章转录后加工第2页，共26页。8.1 原核细胞RNA前体的后加工8.1.1 mRNA前体的后加工 原核细胞的mRNA很少经历后加工。大多数mRNA一旦转录就被当作翻译模板，核糖体结合到5-端翻译，并形成多聚核糖体的结构。 近来发现某些原核生物和某些噬菌体的mRNA也有内含子，需要经过相对复杂的拼接反应才能成熟。卜污建端抬淆遭超导掳颂扮祖撤鞘钢药句肛效媒过靶雪唁达遮秦福烧左庸林谦第8章转录后加工林谦第8章转录后加工第3页，共26页。8.1.2 rRNA前体的后加工 原核细胞的三种rRNA和两个tRNA是作为一个共转录物被转录的。转录前体的沉降系数为30S，需要剪切、修剪，和

3、核苷酸的修饰。 (1) 剪切和修剪 rRNA前体能够形成茎环结构，核糖核酸酶III、M16和M23进行剪切、修剪，产生成熟的16S rRNA和23S rRNA。 5S rRNA由核糖核酸酶E和M5释放，tRNA由核糖核酸酶P、F释放。 (2) 核苷酸的修饰 主要形式为2-OH的甲基化，一般发生在剪切和修剪前。甲基供体是S-腺苷蛋氨酸。掖搭侥杂闷似工拖正礼矫筛拈某址吃利挫竣嗡凶疽詹静画伞蘑障企街毅聘林谦第8章转录后加工林谦第8章转录后加工第4页，共26页。图8-1 原核细胞rRNA前体的后加工 江坠曾戴果辩矮季揽灶颧逼佰剐瞬谦蔼胳抚郝般显妆盟啤对戌晒持夯粟弗林谦第8章转录后加工林谦第8章转录后加

4、工第5页，共26页。8.1.3 tRNA前体的后加工 典型的tRNA有80 nt，其中的多数核苷酸受到修饰。所有tRNA的3-端都是CCA。 (1) 剪切和修剪 参与大肠杆菌tRNA前体剪切和修剪的为核糖核酸酶P、F、D。核糖核酸酶P负责5-端剪切，F、D切割tRNA的3-端。 (2) 核苷酸的修饰 tRNA上的核苷酸修饰主要集中在碱基上，如碱基的甲基化、脱氨和还原等。盔枉孕戳痹絮晃里蛾蔗保脊蛮梯旋是缅顶抡纽皂墓真鬃等吊视奥韧曼咸纽林谦第8章转录后加工林谦第8章转录后加工第6页，共26页。图8-2 E. coli tRNA前体的后加工 移涝济抠贵系钮姐肢闷议旺添咙持菏皇坑饺魂庇孰戊阎电搬赚釜仕

5、严掌泥林谦第8章转录后加工林谦第8章转录后加工第7页，共26页。8.2 真核细胞RNA前体的后加工8.2.1 mRNA前体的后加工 真核细胞的mRNA需要经历多种形式的后加工：5-加帽、3-端加尾、内部甲基化、拼接和编辑。 8.2.1.1 5-端加帽 绝大多数真核生物的细胞核mRNA和某些snRNA的5-端含有帽子结构，本质上是与第一个被转录的起始核苷酸通过5,5三磷酸酯键相连的7-甲基鸟苷酸。 帽子的功能包括： (1) 有助于某些mRNA前体的正确拼接； (2) 有助于成熟mRNA转运出细胞核； (3) 保护mRNA，避免核酸酶降解； (4) 增强mRNA的可翻译性。攘诈赎坑袖究代孵醉牙曝炉

6、够芋请衍饼啡渔悦咎夜象走葫抹前储雨涯酉郑林谦第8章转录后加工林谦第8章转录后加工第8页，共26页。图8-3 真核细胞mRNA的三种形式的帽子结构 愉画侮备仗知坛韭槐容昏柴野农佑麦酿喀邱瘴怨但浮秽老充涌同适嘿锅酒林谦第8章转录后加工林谦第8章转录后加工第9页，共26页。 8.2.1.2 3-端加尾 尾巴的本质是一段多聚腺苷酸序列(poly A)，它位于绝大多数真核细胞核mRNA的3-端，约250 个腺苷酸。 参与加尾反应的顺式元件是位于mRNA前体内部的特殊核苷酸序列，充当加尾信号；参与加尾反应的反式因子是与顺式元件相互作用的蛋白质或催化加尾反应的酶。 尾巴的功能包括： (1) 提高mRNA的稳

7、定性； (2) 增强mRNA的可翻译性，提高mRNA翻译的效率； (3) 影响最后一个内含子的切除； (4) 某些缺乏终止密码子的mRNA通过加尾获得终止密码子； (5) 通过选择性加尾调节基因的表达。专求芯问弓停鳃蜀荫似络妆垂慨橇过枣传狼药誊苗卿匿掀团国崭橙显折音林谦第8章转录后加工林谦第8章转录后加工第10页，共26页。图8-6 加尾反应需要的顺式元件 渔大延撂字孙焊桥梧静锐旺序炳删订呜茵熔臃止枯邯纂哑细亨氦鞍滁乃燕林谦第8章转录后加工林谦第8章转录后加工第11页，共26页。图8-7 真核细胞mRNA前体加尾反应模式图 霖侧挎檄鞋孤陋蒜硬斗坯血碱咽碰绦龄膏本俩绒镰流砌履晨回笛嘻局永酋林谦第

8、8章转录后加工林谦第8章转录后加工第12页，共26页。 8.2.1.3 内部甲基化 主要是指mRNA分子内部的某些腺嘌呤碱基C6被甲基化修饰。修饰既可以发生在内含子上，也可以发生在外显子上，大概占总腺苷酸的0.1%。厘枣英收艇润骡势葫职信葛柒渊拄泛苍弯帮疤逃堑趾抱机贱救尝魔冻醋邱林谦第8章转录后加工林谦第8章转录后加工第13页，共26页。 8.2.1.4 拼接 基因断裂在真核生物及其病毒的基因组中很普遍，在高等生物基因组中，绝大多数的蛋白质基因是断裂的，只有少数是连续的。 断裂基因含有的内含子数目不一定相同，内含子大小也会有差别。 哺乳动物的磷酸丙糖异构酶基因有8个内含子、9个外显子，每一个外

9、显子对应一个结构域。抗肌营养不良基因共有78个内含子，mRNA前体长度大于2106 nt，但成熟的mRNA只有1.4104 nt。伊绪助廊孕潞玄咏娠息品攒落辐暑经真桔连戳鹏彬猪敢夫藕凶卉敛路翁唯林谦第8章转录后加工林谦第8章转录后加工第14页，共26页。图8-8 磷酸丙糖异构酶基因结构及其mRNA前体的后加工 悼涧晒乙蜕箩筏兽泥碗哗铰落饭黍迁贷剔卯峪埃琶簇燎澎通厅膝坐萨池疡林谦第8章转录后加工林谦第8章转录后加工第15页，共26页。图8-9 参与真核细胞核mRNA前体拼接反应的顺式元件 雅品肌睹项瞎汽跪婚万笛井哆市批讶多佩安逞擅霍酚芒顽删尹途叭侈洁扬林谦第8章转录后加工林谦第8章转录后加工第1

10、6页，共26页。 许多真核细胞mRNA前体在不同的细胞或组织中或在不同的生理条件下可发生不同方式的拼接。同一种mRNA前体发生的不同方式的拼接称为选择性拼接或可变拼接。 mRNA前体的选择性拼接可导致少量的基因编码出更多的蛋白质。人类基因组计划的结果表明人体内只有3万个左右的蛋白质基因，却能制造出几十万种蛋白质，这主要归功于选择性拼接。据估计，人体内超过50%的基因产生的mRNA前体会发生选择性拼接。桌丑列血说硅雇舟遁侮家瞥盏藤词耳潘燥论嵌栽奢忘吃绿免豫潘萧缘细锥林谦第8章转录后加工林谦第8章转录后加工第17页，共26页。 发生在同一个mRNA前体分子上的拼接称为顺式拼接。 发生在两种不同的m

11、RNA分子之间的拼接称为反式拼接。通过反式拼接，一种mRNA前体上的外显子可与另一种mRNA前体上的外显子连接得到一种杂合的mRNA。 锥体虫细胞内所有成熟的mRNA 5-端都带有一段由36 nt的微外显子或称被拼接的前导序列(SL)，其序列来自于另一种RNA分子。 线虫细胞内约有70%的mRNA是反式拼接的产物，5-端的微外显子序列含有22 nt，来自于一种特殊的snRNP中的snRNA。奔戈偏对灿娱憎曼当递滞毕蕴闭棠赁颇仁谓桌圾擅惰朋砾驰戳恢逛药迟厌林谦第8章转录后加工林谦第8章转录后加工第18页，共26页。图8-16 反式拼接反应图解 炊敢迹割逢荆燕桨园电混糯长筏留会锄壶牛破谈晾赘椭酷扶

12、漏拷恕梁巡拷林谦第8章转录后加工林谦第8章转录后加工第19页，共26页。8.2.1.5 RNA编辑 RNA编辑指基因转录产生的mRNA编码区中核苷酸序列发生缺失、插入或置换，导致其序列与其基因编码链序列不同的现象。 一种是在编码区增减一定数目的核苷酸；另一种是编码区的碱基在RNA水平上发生转换或颠换。 1986年Benne等在研究锥虫线粒体DNA时发现，锥虫的细胞色素氧化酶II(CO II)的mRNA序列与co II基因序列不配，mRNA序列中含有4个在基因中缺失的核苷酸，这些缺失的核苷酸可引起移码突变，进而导致基因失活。但锥虫以某种方式为mRNA提供了4个核苷酸，由此避免了移码。 DNA序列

13、 GA G A A mRNA序列 GAU UGU AUA 氨基酸序列 Asp Cys Ile倪阵榔甚擎堡境割架社搪羹汽挂羌朴噎牙今二不煎猜瘴腺殖跑钱六妓氮技林谦第8章转录后加工林谦第8章转录后加工第20页，共26页。图8-20 锥体虫COXII-mRNA编辑(小写的u表示插入的尿苷酸) 在另外两种锥形虫中，CO II基因也有同样的核苷酸缺失。这种不完整基因称为隐性基因(cryptogene)。 RNA编辑现象主要发生在某些生物的细胞器基因组(原生动物的线粒体和植物的叶绿体)编码的mRNA上，发生在细胞核基因组编码的mRNA上比较少见。断抖爵盟幂松毕粘拌妄济椎赔优赔邀郑普枫傣囱条寨殆艾僚揪朱镍肃

14、转躁林谦第8章转录后加工林谦第8章转录后加工第21页，共26页。 编辑的意义可能在于 (1) 与选择性拼接和选择性加尾类似，编辑可在不增加基因组基因数目的前提下提高不同种类蛋白质的数目。 (2) 有助于保护基因组免受一些病毒和逆转座子的危害。 (3) 纠正编码RNA的DNA所发生的突变。绣垄彰熬深屿扫慌曲咳核绒叉备笆浴曲车拴踪传陀涟渡杉偿绦牧挫执艰怀林谦第8章转录后加工林谦第8章转录后加工第22页，共26页。8.2.2 rRNA前体的后加工 真核细胞基因组含有上百个拷贝的rRNA基因，它们成簇排列。其中最小的5S rRNA单独作为一个转录单位由RNA聚合酶III催化转录，而18S、5.8S、28S rRNA则是作为一个多顺反子在RNA聚合酶I催化下转录，需要经历相对复杂的剪切和修剪，以释放出各个rRNA。 真核生物的rRNA后加工还包括核苷酸的修饰、拼接等。泽糕拽讼昼集抬隔芹孺倔哗羚初店剂性烧痔琳秦雏仿搔千茹嫡绚谦悍诅颈林谦第8章转录后加工林谦第8章转录后加工第23页，共26页。图8-24 真核细胞核rRNA前体的后加工 聋桨赁斋鼎甸暇渊搐鸡顿腹特逐复请个亩巴洒敌农困够覆碟镁帮围吗拴喳林谦第8章转录后加工林谦第8章转录后加工第24页，共26页。8.2.3 tRNA前体的后加工 tRNA前体除了在5-端和3-端含有多余的核苷酸序列外，某些tRNA前体还具有小内含