真核生物的轉(zhuǎn)錄和后加工

1、真核生物真核生物rna的轉(zhuǎn)錄和后的轉(zhuǎn)錄和后加工加工 轉(zhuǎn)錄：以轉(zhuǎn)錄：以dna為為模板合成模板合成rna的的過(guò)程。過(guò)程。參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)原料原料: ntp（atp, utp, gtp, ctp）模板模板: dna酶酶: rna聚合酶（聚合酶（rna polymerase, rna-pol）其他蛋白質(zhì)因子其他蛋白質(zhì)因子真核生物真核生物 rna聚合酶聚合酶 三種三種rna-pol i 、ii、iii真核生物真核生物rna聚合酶的特性聚合酶的特性類(lèi)別類(lèi)別iiiiii細(xì)胞內(nèi)位置細(xì)胞內(nèi)位置核仁核仁核質(zhì)核質(zhì)核質(zhì)核質(zhì)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物除除5s-rrna外其余外其余rrnahnrnatrnasnrna5

2、s-rna占占rna轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄總量總量50-70%20-40%10%對(duì)對(duì)-鵝膏蕈（鵝膏蕈（xun）堿的敏）堿的敏感性感性耐受耐受高度敏感高度敏感中等敏感中等敏感(物種特異性物種特異性)注：鵝膏覃堿是真核生物注：鵝膏覃堿是真核生物 rna-pol 的特異性抑制劑的特異性抑制劑 （一）（一）轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始 真核生物的轉(zhuǎn)錄起始上游區(qū)段比原核生物真核生物的轉(zhuǎn)錄起始上游區(qū)段比原核生物 多樣化，轉(zhuǎn)錄起始時(shí)，多樣化，轉(zhuǎn)錄起始時(shí)，rna-pol不直接結(jié)不直接結(jié) 合模板合模板dna，而是借助眾多轉(zhuǎn)錄因子，其，而是借助眾多轉(zhuǎn)錄因子，其起始過(guò)程比原核生物復(fù)雜。起始過(guò)程比原核生物復(fù)雜。* 真核生物的轉(zhuǎn)錄起始是在轉(zhuǎn)錄因

3、子真核生物的轉(zhuǎn)錄起始是在轉(zhuǎn)錄因子(tf)的的協(xié)助下，協(xié)助下，rna聚合酶辨認(rèn)結(jié)合轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)聚合酶辨認(rèn)結(jié)合轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游的上游的dna序列序列 (啟動(dòng)子啟動(dòng)子)，生成起始前復(fù)，生成起始前復(fù)合物。合物。1. 轉(zhuǎn)錄起始前的上游區(qū)段轉(zhuǎn)錄起始前的上游區(qū)段順式作用元件順式作用元件(cis-acting element)順式作用元件是指與結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)的特定順式作用元件是指與結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)的特定dna序列序列，是轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)，它們通，是轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)，它們通過(guò)與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合而調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的精確起始和轉(zhuǎn)錄效率。過(guò)與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合而調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的精確起始和轉(zhuǎn)錄效率。 轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)tata盒盒caat

4、盒盒g(shù)c盒盒 aataaa轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn)轉(zhuǎn)錄終止點(diǎn) 外顯子外顯子 翻譯起始點(diǎn)翻譯起始點(diǎn)內(nèi)內(nèi)含含子子 oct-1 oct-1：atttgcat八聚體八聚體2. 轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子 能直接或間接辨認(rèn)和結(jié)合轉(zhuǎn)錄上游區(qū)段能直接或間接辨認(rèn)和結(jié)合轉(zhuǎn)錄上游區(qū)段dna的蛋白質(zhì)，統(tǒng)稱(chēng)為的蛋白質(zhì)，統(tǒng)稱(chēng)為反式作用因子反式作用因子(trans-acting factors)。 反式作用因子中，直接或間接結(jié)合反式作用因子中，直接或間接結(jié)合rna聚聚合酶的，則稱(chēng)為合酶的，則稱(chēng)為轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子(trans-criptional factors, tf)。 參與參與rna聚合酶聚合酶轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄因子（轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄因子（tf）轉(zhuǎn)錄因子

5、轉(zhuǎn)錄因子亞基和亞基和(或或)分子量分子量（kda）功能功能tfdtbp，38結(jié)合結(jié)合tata盒盒taf輔助輔助tbp-dna結(jié)合結(jié)合tfa12，19，35穩(wěn)定穩(wěn)定d-dna復(fù)合物復(fù)合物tfb33促進(jìn)促進(jìn)rna-pol結(jié)合結(jié)合tff30，74解螺旋酶解螺旋酶tfe57( )，34()atpasetfh蛋白激酶，使蛋白激酶，使ctd磷磷酸化酸化3. 轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物(pre-initiation complex, pic) 真核生物真核生物rna-pol不與不與dna分子直接結(jié)合，分子直接結(jié)合，而需依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因子。而需依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因子。tatadnarna pol iitf

6、ii ftbp taf tatadnatf ii atf ii btf ii e轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物tf ii h4. 拼板理論拼板理論(piecing theory) 一個(gè)真核生物基因的轉(zhuǎn)錄需要一個(gè)真核生物基因的轉(zhuǎn)錄需要3至至5個(gè)個(gè)轉(zhuǎn)錄因子。轉(zhuǎn)錄因子之間互相結(jié)合，生成轉(zhuǎn)錄因子。轉(zhuǎn)錄因子之間互相結(jié)合，生成有活性和專(zhuān)一性的復(fù)合物，再與有活性和專(zhuān)一性的復(fù)合物，再與rna聚合聚合酶搭配而有針對(duì)性地結(jié)合、轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的基酶搭配而有針對(duì)性地結(jié)合、轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的基因。因。 （二）轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)（二）轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng) 真核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程與原核生物大致相真核生物轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程與原核生物大致相似，但因有核膜相隔，沒(méi)有轉(zhuǎn)錄與翻譯同似，但因

7、有核膜相隔，沒(méi)有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象。步的現(xiàn)象。 rna-pol前移處處都遇上核小體。前移處處都遇上核小體。 轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程中可以觀察到核小體移位和轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)過(guò)程中可以觀察到核小體移位和解聚現(xiàn)象。解聚現(xiàn)象。轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)中的核小體移位轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)中的核小體移位rna-polrna-polrna-pol核小體核小體轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向（三）轉(zhuǎn)錄終止（三）轉(zhuǎn)錄終止 終止過(guò)程：終止過(guò)程： 酶停止添加底物酶停止添加底物釋放釋放rna鏈鏈酶解離酶解離 終止反應(yīng)終止反應(yīng)雜合雙鏈的氫鍵斷裂，雜合雙鏈的氫鍵斷裂， 重新形成雙螺旋，酶的解離。重新形成雙螺旋，酶的解離。 終止子（終止子（terminator）：在轉(zhuǎn)錄的過(guò)程中，）：

8、在轉(zhuǎn)錄的過(guò)程中，提供轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)的提供轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)的rna序列序列 真正起終止作用的是真正起終止作用的是rna序列，與啟動(dòng)子序列，與啟動(dòng)子不同不同真核生物的轉(zhuǎn)錄后修飾真核生物的轉(zhuǎn)錄后修飾post-transcriptional modification 在細(xì)胞內(nèi)，原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物經(jīng)過(guò)一系列變化在細(xì)胞內(nèi)，原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物經(jīng)過(guò)一系列變化轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變 為成熟的為成熟的 rna分子的過(guò)程，稱(chēng)為分子的過(guò)程，稱(chēng)為轉(zhuǎn)錄后加轉(zhuǎn)錄后加工（工（post- transcriptional processing） rna rna加工反應(yīng)的分類(lèi)加工反應(yīng)的分類(lèi)加工反應(yīng)加工反應(yīng)剪切剪切內(nèi)切降解內(nèi)切降解核酸轉(zhuǎn)移核酸轉(zhuǎn)移堿基化學(xué)修飾堿基化

9、學(xué)修飾核酸切除和替換核酸切除和替換加帽加帽多腺苷酸化多腺苷酸化剪接剪接(轉(zhuǎn)接轉(zhuǎn)接)剪接剪接(連接連接)編輯編輯舉例舉例使使rrnarrna和和trnatrna從多順?lè)醋愚D(zhuǎn)錄本中釋放，終止真核生物從多順?lè)醋愚D(zhuǎn)錄本中釋放，終止真核生物mrnamrna轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄加工加工rrnarrna和和trnatrna產(chǎn)生成熟末端產(chǎn)生成熟末端轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移ccacca到某些到某些trnatrna的的33末端末端mrnamrna和和rrnarrna的甲基化，的甲基化，trnatrna和和snrnasnrna普遍堿基修飾普遍堿基修飾trnatrna鳥(niǎo)嘌呤的過(guò)度修飾產(chǎn)生二氫尿嘧啶鳥(niǎo)嘌呤的過(guò)度修飾產(chǎn)生二氫尿嘧啶(q)(q)和假尿

10、嘧啶和假尿嘧啶(w)(w)在真核生物在真核生物mrna 5mrna 5末端加上末端加上7-7-甲基鳥(niǎo)嘌呤甲基鳥(niǎo)嘌呤在大多數(shù)真核生物和少數(shù)細(xì)菌在大多數(shù)真核生物和少數(shù)細(xì)菌mrna 3mrna 3末端加上多腺苷酸尾巴末端加上多腺苷酸尾巴去除大多數(shù)內(nèi)含子去除大多數(shù)內(nèi)含子( (經(jīng)常是順式，偶爾反式經(jīng)常是順式，偶爾反式) )去除去除trnatrna內(nèi)含子內(nèi)含子通過(guò)堿基修飾改變通過(guò)堿基修飾改變mrnamrna所攜帶信息，在編碼區(qū)中插入或缺失堿基所攜帶信息，在編碼區(qū)中插入或缺失堿基引自advanced molecular biologiy:a concise referencetabl 27.1，richar

11、d m .twyman,bios scintific publishers limited,1998 一、一、mrna的轉(zhuǎn)錄后加工的轉(zhuǎn)錄后加工(一一)首尾的修飾首尾的修飾 1. 5 -端加帽端加帽：m7gpppg 2. 3 -端加尾端加尾：多聚腺苷酸多聚腺苷酸 (poly a) 3. 剪接剪接 ：外顯子和內(nèi)含子、斷裂基因：外顯子和內(nèi)含子、斷裂基因(interrupted gene) 4.編輯編輯nnn注：帽子結(jié)構(gòu)中注：帽子結(jié)構(gòu)中g(shù)未甲基化，翻譯效果差，但穩(wěn)定性不變未甲基化，翻譯效果差，但穩(wěn)定性不變mrna鳥(niǎo)苷酰轉(zhuǎn)移酶鳥(niǎo)苷酰轉(zhuǎn)移酶帽子結(jié)構(gòu)帽子結(jié)構(gòu) （二）（二）mrna的剪接的剪接1. hnrna

12、 和和 snrna 斷裂基因斷裂基因(splite gene) 真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個(gè)編碼區(qū)和非真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個(gè)編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開(kāi)但又連續(xù)鑲嵌而成，去編碼區(qū)互相間隔開(kāi)但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱(chēng)為斷基酸組成的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱(chēng)為斷裂基因。裂基因。abcdefgl1234567非編碼區(qū)非編碼區(qū) ag編碼區(qū)編碼區(qū)172. 外顯子外顯子(exon)和內(nèi)含子和內(nèi)含子(intron) 外顯子外顯子 在斷裂基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，并表達(dá)在斷裂基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，并表達(dá)為成熟

13、為成熟rna的核酸序列。的核酸序列。 內(nèi)含子內(nèi)含子 隔斷基因的線性表達(dá)而在剪接過(guò)程中被除去的隔斷基因的線性表達(dá)而在剪接過(guò)程中被除去的核酸序列。核酸序列。 雞卵清蛋雞卵清蛋白基因白基因hnrna首、尾修飾首、尾修飾hnrna剪接剪接成熟的成熟的mrna雞卵清蛋白基因及其轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后修飾雞卵清蛋白基因及其轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后修飾3. 內(nèi)含子的分類(lèi)內(nèi)含子的分類(lèi) i：主要存在于線粒體、葉綠體及某些低等真核生物主要存在于線粒體、葉綠體及某些低等真核生物的的 rrna基因；基因；ii：也發(fā)現(xiàn)于線粒體、葉綠體，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是也發(fā)現(xiàn)于線粒體、葉綠體，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是mrna； iii：是常見(jiàn)的形成套索結(jié)構(gòu)后剪接，大多數(shù)是常見(jiàn)的

14、形成套索結(jié)構(gòu)后剪接，大多數(shù)mrna基基因有此類(lèi)內(nèi)含子；因有此類(lèi)內(nèi)含子； iv：是是trna基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中的內(nèi)含子，剪基因及其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中的內(nèi)含子，剪接過(guò)程需酶及接過(guò)程需酶及atp。4. mrna的剪接的剪接 除去除去hnrna中的內(nèi)含子，將外顯子連接。中的內(nèi)含子，將外顯子連接。 snrnp與與hnrna結(jié)合成為并接體。結(jié)合成為并接體。 （1）剪接接口（邊界序列）剪接接口（邊界序列） 內(nèi)含子內(nèi)含子5-末端末端的的gu和和3-末端末端ag，也即，也即5 guag-oh 3 。 （2）剪接體（）剪接體（splicesome） 由由snrnp與與hnrna結(jié)合的復(fù)合體。其功能：致內(nèi)含子形成套

15、結(jié)合的復(fù)合體。其功能：致內(nèi)含子形成套索，并使上、下游外顯子靠近的。索，并使上、下游外顯子靠近的。 rna編輯作用說(shuō)明，基因的編碼序列經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄編輯作用說(shuō)明，基因的編碼序列經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄后加工，是可有多用途分化的，因此也稱(chēng)為分后加工，是可有多用途分化的，因此也稱(chēng)為分化加工化加工(differential rna processing)。5. mrna的編輯的編輯(mrna editing) 指在轉(zhuǎn)錄水平上發(fā)生改變指在轉(zhuǎn)錄水平上發(fā)生改變 rna 編碼編碼序列，致一種基因產(chǎn)生不止一種蛋白質(zhì)的序列，致一種基因產(chǎn)生不止一種蛋白質(zhì)的加工方式。加工方式。trna的加工分成的加工分成3個(gè)階段個(gè)階段 (1)“斬頭斬頭”

16、，形成形成5末端。末端。rnasep識(shí)別二級(jí)結(jié)構(gòu)識(shí)別二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)發(fā)夾所組成的夾所組成的trna(外部引導(dǎo)區(qū)外部引導(dǎo)區(qū) )。 (2) 去尾去尾，形成，形成3-oh末端。由內(nèi)切酶和外切酶的共同參與。末端。由內(nèi)切酶和外切酶的共同參與。前者識(shí)別發(fā)夾結(jié)構(gòu)，后者識(shí)別前者識(shí)別發(fā)夾結(jié)構(gòu)，后者識(shí)別cca序列。序列。 (3)修飾修飾：在前體：在前體trna的一些專(zhuān)一部位的堿基需要通過(guò)的一些專(zhuān)一部位的堿基需要通過(guò)甲甲基化酶基化酶，硫醇酶硫醇酶，假尿嘧啶核苷化酶假尿嘧啶核苷化酶等的作用進(jìn)行修飾成等的作用進(jìn)行修飾成為特殊的堿基，如為特殊的堿基，如氨基酸臂上氨基酸臂上5的的4-硫尿苷（硫尿苷（4tu），），d臂臂上的上的2

17、甲基鳥(niǎo)苷（甲基鳥(niǎo)苷（2mg），），tc臂上的假尿苷（臂上的假尿苷（）以及以及反密碼子環(huán)上的反密碼子環(huán)上的2異戊腺苷（異戊腺苷（2ipa） 二、二、trna的轉(zhuǎn)錄后加工的轉(zhuǎn)錄后加工trna前體前體tggcnnagtgcggttcgannccdnarnaasep、內(nèi)切酶內(nèi)切酶連接酶連接酶trna核苷酸核苷酸轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶堿基修飾堿基修飾（2）還原反應(yīng)）還原反應(yīng) 如：如：u dhu （3）核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng)）核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng) 如：如：u （4）脫氨反應(yīng)）脫氨反應(yīng) 如：如：a i 如：如：a am（1）甲基化）甲基化（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）三、三、rrna的轉(zhuǎn)錄后加工的轉(zhuǎn)錄后加工 1 . 甲基化甲基化 先于切割拼接，主要位置在核糖先于切割拼接，主要位置在核糖- 2-oh 上，約占上，約占2%(真核真核)左右。左右。 真核真核rrna甲基化程度比原核的高甲基化程度比原核的高 2 .rrna前