原核與真核生物mRNA的特征比較

1、原核與真核生物原核與真核生物mRNA的特征比較的特征比較原核生物原核生物中中: mRNA的轉(zhuǎn)錄和翻譯發(fā)生在的轉(zhuǎn)錄和翻譯發(fā)生在同一個細胞空間同一個細胞空間， 這兩個過程幾乎是這兩個過程幾乎是同步同步進行的進行的 。真核細胞中：真核細胞中：真核細胞真核細胞mRNA的合成和功能表達發(fā)生在不同的合成和功能表達發(fā)生在不同的空間和時間范疇內(nèi)。的空間和時間范疇內(nèi)。 mRNA以較大分子量的以較大分子量的前體前體RNA出現(xiàn)在核內(nèi)，出現(xiàn)在核內(nèi)，只有成熟的、相對分子質(zhì)量明顯變小并經(jīng)化學只有成熟的、相對分子質(zhì)量明顯變小并經(jīng)化學修飾的修飾的mRNA才能進入細胞質(zhì)，參與蛋白質(zhì)的才能進入細胞質(zhì)，參與蛋白質(zhì)的合成。合成。mR

2、NA的組成：的組成：編碼區(qū)編碼區(qū)(coding region)：從起始密碼子從起始密碼子AUG開開始經(jīng)一連串編碼氨基酸的密碼子直至終止密碼始經(jīng)一連串編碼氨基酸的密碼子直至終止密碼子。子。5端上游非編碼區(qū)端上游非編碼區(qū)(5UTR)：位于位于AUG之前不之前不翻譯的區(qū)域。翻譯的區(qū)域。3端下游非編碼區(qū)端下游非編碼區(qū)(3UTR) ：位于終止密碼子位于終止密碼子之后不翻譯的區(qū)域。之后不翻譯的區(qū)域。原核生物原核生物mRNA的特征的特征 半衰期短。半衰期短。 許多原核生物許多原核生物mRNA以多順反子的形式以多順反子的形式存在。存在。 原核生物原核生物mRNA的的5端無帽子結(jié)構(gòu)，端無帽子結(jié)構(gòu)，3端端沒有或只

3、有較短的多聚（沒有或只有較短的多聚（A）結(jié)構(gòu)。）結(jié)構(gòu)。 半衰期短半衰期短原核生物原核生物mRNA的特征的特征原核生物中，原核生物中，mRNA的的轉(zhuǎn)錄和翻譯是在同一個轉(zhuǎn)錄和翻譯是在同一個細胞空間里同步進行細胞空間里同步進行的，的，蛋白質(zhì)合成往往在蛋白質(zhì)合成往往在mRNA剛開始轉(zhuǎn)錄時就剛開始轉(zhuǎn)錄時就被引發(fā)了。被引發(fā)了。大多數(shù)細菌大多數(shù)細菌mRNA在轉(zhuǎn)在轉(zhuǎn)錄開始錄開始1分鐘后就開始降分鐘后就開始降解。解。mRNA降解的速度大降解的速度大概只有轉(zhuǎn)錄或翻譯速度的概只有轉(zhuǎn)錄或翻譯速度的一半。一半。2. 許多以許多以多順反子多順反子的形式存在：的形式存在：原核細胞的原核細胞的mRNA(包括病毒包括病毒)有時

4、可以同有時可以同時編碼幾個多肽。時編碼幾個多肽。原核生物原核生物mRNA的特征的特征Prokaryotic mRNA (polycistrionic)單順反子單順反子mRNA (monocistronic mRNA): 只編碼一個蛋白質(zhì)的只編碼一個蛋白質(zhì)的mRNA。多順反子多順反子mRNA(polycistronic mRNA):編碼多個蛋白質(zhì)的編碼多個蛋白質(zhì)的mRNA。 3. 原核生物原核生物mRNA的的5端無帽子結(jié)構(gòu)，端無帽子結(jié)構(gòu)，3端沒有或只有較短的多聚（端沒有或只有較短的多聚（A）結(jié)構(gòu)。）結(jié)構(gòu)。原核生物原核生物mRNA的特征的特征原核生物起始密碼子原核生物起始密碼子AUG上游有一被稱為

5、上游有一被稱為Ribosome Binding Site (RBS)或或SD序列序列（Shine Dalgarno sequence）的保守區(qū)，因為該）的保守區(qū)，因為該序列序列與與16S-rRNA 3端反向互補端反向互補，所以被認為在核糖體，所以被認為在核糖體-mRNA的的結(jié)合過程中起作用。結(jié)合過程中起作用。 4. 原核生物原核生物常以常以AUG（有時（有時GUG，甚至，甚至UUG）作為）作為起始密碼子起始密碼子; 真核生物幾乎永遠以真核生物幾乎永遠以AUG作為起始密作為起始密 碼子。碼子。原核生物原核生物mRNA的特征的特征 單順反子形式存在。單順反子形式存在。 5端端存在存在“帽子帽子”結(jié)

6、構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 絕大多數(shù)具有絕大多數(shù)具有多聚多聚(A)尾巴尾巴。真核生物真核生物mRNA的特征的特征真核生物真核生物mRNA的結(jié)構(gòu)模式的結(jié)構(gòu)模式Eukaryotic mRNA (monocistrionic)“基因基因”的分子生物學定義是：產(chǎn)的分子生物學定義是：產(chǎn)生一條多肽鏈或功能生一條多肽鏈或功能RNARNA所必需的全所必需的全部核苷酸序列！部核苷酸序列！A gene can be defined as following: The entire nucleic acid sequence that is necessary for the synthesis of a functional p

7、olypeptide or RNA molecule. 真核生物真核生物mRNA的的5端端存在存在“帽帽子子”結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 真核生物基因轉(zhuǎn)錄一般從嘌呤起始，真核生物基因轉(zhuǎn)錄一般從嘌呤起始，其其5端大都經(jīng)過修飾。端大都經(jīng)過修飾。真核生物真核生物mRNA的特征的特征5Capping 通過通過 5 5磷酸二酯鍵在原初磷酸二酯鍵在原初mRNA的的5端倒端倒扣一個扣一個“G”。 在新生在新生mRNA鏈達到鏈達到50個核苷酸前，甚至可能個核苷酸前，甚至可能在在RNA Pol II 離開轉(zhuǎn)錄起始位點之前，帽子結(jié)離開轉(zhuǎn)錄起始位點之前，帽子結(jié)構(gòu)就已加到構(gòu)就已加到mRNA的第一個核苷酸上了。的第一個核苷酸上了。

8、5末端加上鳥苷是由末端加上鳥苷是由鳥苷轉(zhuǎn)移酶催化鳥苷轉(zhuǎn)移酶催化的的 。 帽子結(jié)構(gòu)是帽子結(jié)構(gòu)是GTP和原和原5三磷酸腺苷（或鳥苷）三磷酸腺苷（或鳥苷）縮合反應的產(chǎn)物?？s合反應的產(chǎn)物。 mRNA的帽子結(jié)構(gòu)常常的帽子結(jié)構(gòu)常常被甲基化被甲基化。真核生物真核生物mRNA的的“帽子帽子”結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)鳥苷酸鳥苷酸-7甲基轉(zhuǎn)移酶甲基轉(zhuǎn)移酶2-O-甲基轉(zhuǎn)移酶甲基轉(zhuǎn)移酶 mRNA的帽子結(jié)構(gòu)常常被甲基化的帽子結(jié)構(gòu)常常被甲基化零類帽子零類帽子（cap0）：第一個甲基出現(xiàn)在所有真核細胞的）：第一個甲基出現(xiàn)在所有真核細胞的mRNA中（單細胞真核生物中（單細胞真核生物mRNA主要是這個結(jié)構(gòu)），主要是這個結(jié)構(gòu)），由由鳥苷酸鳥苷酸

9、-7甲基轉(zhuǎn)移酶甲基轉(zhuǎn)移酶催化，稱為零類帽子。催化，稱為零類帽子。 1類帽子類帽子(cap1)：如在：如在第二個核苷酸第二個核苷酸(原原mRNA 5第一位第一位)的的2-OH位上加另一個甲基位上加另一個甲基，這步反應由，這步反應由2-O-甲基轉(zhuǎn)移甲基轉(zhuǎn)移酶酶完成。一般把有這兩個甲基的結(jié)構(gòu)稱為完成。一般把有這兩個甲基的結(jié)構(gòu)稱為1類帽子。類帽子。真核真核生物中以這類帽子結(jié)構(gòu)為主。生物中以這類帽子結(jié)構(gòu)為主。2類帽子類帽子(cap2): 在某些生物細胞內(nèi)，在某些生物細胞內(nèi)，mRNA鏈上的鏈上的第三第三個核苷酸的個核苷酸的2-OH位也可能被甲基化位也可能被甲基化，因為這個反應只，因為這個反應只以帶有以帶有

10、1類帽子的類帽子的mRNA為底物，所以被稱為為底物，所以被稱為2類帽子。類帽子。只占有帽只占有帽mRNA總量的總量的10%-15%以下。以下。帽子結(jié)構(gòu)的功能帽子結(jié)構(gòu)的功能(1)有助于有助于mRNA越過核膜，進入胞質(zhì)；越過核膜，進入胞質(zhì)；(2)保護保護5不被核酶降解；不被核酶降解；(3)翻譯時供翻譯時供IF（起始因子）和核糖體（起始因子）和核糖體識別，是翻譯所必需的。識別，是翻譯所必需的。 2. 絕大多數(shù)絕大多數(shù)真核生物真核生物mRNA具有具有多聚多聚(A)尾巴尾巴。除組蛋白基因外，真核生物除組蛋白基因外，真核生物mRNA的的3末末端端都有多聚都有多聚(A)序列，其長度因序列，其長度因mRNA種

11、類不同種類不同而變化，一般為而變化，一般為40-200個左右。個左右。由多聚由多聚(A)聚合酶催化的；聚合酶催化的；它是在轉(zhuǎn)錄后加上的；它是在轉(zhuǎn)錄后加上的；Poly(A)被特異的蛋白質(zhì)被特異的蛋白質(zhì)PABP結(jié)合。結(jié)合。真核生物真核生物mRNA的特征的特征 在高等生物中在高等生物中(酵母除外酵母除外)在在poly(A)上游上游11-30nt處有一特殊序列處有一特殊序列AAUAAA，這一序列是高度保，這一序列是高度保守的守的, 對于初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的準確切割及加多聚對于初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的準確切割及加多聚(A)是必是必需的需的 。 真核生物真核生物mRNA中的加多聚中的加多聚A反應反應真核基因的真核基因的3

12、 末端轉(zhuǎn)錄終止位點上游末端轉(zhuǎn)錄終止位點上游1530bp處的保守序列處的保守序列AAUAAA對于初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的準確切割及加多聚對于初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的準確切割及加多聚(A)是必需的是必需的CPSF (cleavage and polyadenylation specificity factor)CstF (cleavage stimulation factor)多聚腺苷化多聚腺苷化(polyadenylation)反應要經(jīng)過反應要經(jīng)過2個階段個階段(1)首先將一個短的寡聚首先將一個短的寡聚A序列序列(10nt)加到加到3端，端， 此反應絕對依賴于此反應絕對依賴于AAUAAA序列，這是由序列，這是由po

13、ly(A)聚合酶聚合酶在特殊因子指導下完成的。在特殊因子指導下完成的。(2)寡聚寡聚A尾巴延伸到尾巴延伸到240nt的長度。的長度。 此反應并不需要此反應并不需要AAUAAA序列，但需要一個序列，但需要一個識別寡聚識別寡聚A并指導并指導poly（A）聚合酶延伸的刺）聚合酶延伸的刺激因子。激因子。 是是mRNA由細胞核進入細胞質(zhì)所必需的形式；由細胞核進入細胞質(zhì)所必需的形式；多聚多聚(A)的功能的功能它大大提高了它大大提高了mRNA在細胞質(zhì)中的穩(wěn)定性。在細胞質(zhì)中的穩(wěn)定性。mRNA剛從細胞核進入細胞質(zhì)時，其多聚剛從細胞核進入細胞質(zhì)時，其多聚(A)尾巴一般尾巴一般比較長，隨著比較長，隨著mRNA在細胞

14、質(zhì)內(nèi)逗留時間延長，多聚在細胞質(zhì)內(nèi)逗留時間延長，多聚(A)逐漸變短消失，逐漸變短消失，mRNA進入降解過程。進入降解過程。它可促進核糖體的有效循環(huán)。它可促進核糖體的有效循環(huán)。Poly-A in the 3 end promotes the efficient recycling of ribosomesPoly (A) - 盡管大部分真核盡管大部分真核mRNA有有poly (A)尾巴，尾巴，細胞中仍有多大細胞中仍有多大1/3沒有沒有poly (A)的的mRNA，將其稱為將其稱為Poly (A) 約約1/3的的Poly (A) mRNA編碼了不同形式編碼了不同形式的組蛋白。的組蛋白。Poly(A)

15、+ RNA can be separated from other RNAs by fractionation on Sepharose-oligo(dT).在動物細胞中，在動物細胞中，mRNAmRNA的的表達需轉(zhuǎn)錄、修飾、加表達需轉(zhuǎn)錄、修飾、加工、核質(zhì)轉(zhuǎn)運和翻譯。工、核質(zhì)轉(zhuǎn)運和翻譯。內(nèi)含子的剪接、編輯及化學修飾內(nèi)含子的剪接、編輯及化學修飾RNA中的內(nèi)含子中的內(nèi)含子非編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)編碼區(qū)真核基因真核基因大多是大多是斷裂斷裂的的: :一個基因可由一個基因可由多個內(nèi)含子多個內(nèi)含子和和外顯子外顯子間間隔排列而成。隔排列而成。內(nèi)含子在真核基因中所占的比例很高，內(nèi)含子在真核基因中所占的比例很高，甚

16、至超過甚至超過99%。 Exons (外顯子外顯子): the coding sequencesIntrons (內(nèi)含子內(nèi)含子) : the intervening sequences部分人類基因中內(nèi)含子序列所占的比重分析部分人類基因中內(nèi)含子序列所占的比重分析基因基因長度長度（kb）內(nèi)含子數(shù)量內(nèi)含子數(shù)量內(nèi)含子所占比重內(nèi)含子所占比重（%）胰島素胰島素1.4267 -球蛋白球蛋白1.4269血清蛋白血清蛋白181389膠原蛋白組分膠原蛋白組分VII3111771VIII因子因子1862595萎縮性肌強直因子萎縮性肌強直因子24007899 剪接剪接 (Splicing)RNA splicing:

17、removal of introns and joining of exons. It takes place in the nucleus before the mature mRNA can be exported to the cytoplasm. Catalyzed by spliceosome (RNA +protein)5加加“帽帽”和和3酶切加多聚腺苷酸酶切加多聚腺苷酸mRNA的前體的前體(核不均一核不均一RNA, hnRNA)RNA的剪接的剪接連續(xù)的可譯框連續(xù)的可譯框(ORF)(open reading frame）蛋白質(zhì)合成的模板蛋白質(zhì)合成的模板通過核孔進入細胞質(zhì)通過核孔進入

18、細胞質(zhì)RNA splicing 可通過體外可通過體外凝膠電泳進行分析凝膠電泳進行分析RNARNA加工過程及其生理功能加工過程及其生理功能加工過程加工過程推測的生理功能推測的生理功能加帽子反應加帽子反應mRNA從細胞核向細胞質(zhì)運轉(zhuǎn)，翻譯起始加多聚加多聚A反應反應轉(zhuǎn)錄終止，翻譯起始和mRNA降解RNA的剪接的剪接從mRNA, tRNA和rRNA分子中切除內(nèi)含子RNA的切割的切割從前體RNA中釋放成熟tRNA和rRNA分子真核基因真核基因平均含有平均含有8-10個內(nèi)含子個內(nèi)含子，前體分，前體分子一般比成熟子一般比成熟mRNA大大4-10倍。倍。不同生物細胞內(nèi)含子的邊界存在相似的核不同生物細胞內(nèi)含子的

19、邊界存在相似的核苷酸序列。苷酸序列。內(nèi)含子的內(nèi)含子的“功能功能”及其在生物進化中的地及其在生物進化中的地位是一個引人注目的問題。位是一個引人注目的問題。 例如：例如： 地中海貧血病人的珠蛋白基因中，大約有地中海貧血病人的珠蛋白基因中，大約有1/4的核苷酸突變發(fā)生在內(nèi)含子的的核苷酸突變發(fā)生在內(nèi)含子的5或或3邊邊界保守序列上，或者直接干擾了前體界保守序列上，或者直接干擾了前體mRNA的正常剪接。的正常剪接。內(nèi)含子剪接異常引起疾病內(nèi)含子剪接異常引起疾病生物體內(nèi)的各種內(nèi)含子生物體內(nèi)的各種內(nèi)含子內(nèi)含子類型內(nèi)含子類型細胞內(nèi)定位細胞內(nèi)定位GU-AG細胞核，前體細胞核，前體mRNA （真核）（真核）AU-AC

20、細胞核，前體細胞核，前體mRNA（真核）（真核）I類內(nèi)含子類內(nèi)含子細胞核，前體細胞核，前體rRNA（真核），（真核），細胞器細胞器RNA，少數(shù)細菌，少數(shù)細菌RNAII類內(nèi)含子類內(nèi)含子細胞器細胞器RNA，部分細菌，部分細菌RNAIII類內(nèi)含子類內(nèi)含子細胞器細胞器RNA雙內(nèi)含子雙內(nèi)含子細胞器細胞器RNAtRNA前體中的內(nèi)含子前體中的內(nèi)含子細胞核，細胞核，tRNA前體前體 （真核）（真核）GU-AG或或AU-AC分別代表了不同內(nèi)含子的分別代表了不同內(nèi)含子的5和和3邊界序列。邊界序列。 斷裂基因發(fā)現(xiàn)不久，斷裂基因發(fā)現(xiàn)不久，Crick（1978年）年）就提出了一系列發(fā)人深思的問題：就提出了一系列發(fā)人深思

21、的問題：（1）剪切作用若是通過酶來進行的，那么這）剪切作用若是通過酶來進行的，那么這種剪接酶是怎樣識別種剪接酶是怎樣識別RNA上特定的位點？上特定的位點？（2）剪切酶有沒有特異性？對不同的）剪切酶有沒有特異性？對不同的RNA是是否需要不同的酶？否需要不同的酶？（3）切除的）切除的RNA是以線狀還是環(huán)狀存在的？是以線狀還是環(huán)狀存在的？切下的切下的RNA的命運將如何？的命運將如何？ Chambon等分析比較了大量結(jié)構(gòu)基因的內(nèi)等分析比較了大量結(jié)構(gòu)基因的內(nèi)含子切割位點，發(fā)現(xiàn)有含子切割位點，發(fā)現(xiàn)有2個特點：個特點：（1）內(nèi)含子的兩個末端并不存在同源或互補。）內(nèi)含子的兩個末端并不存在同源或互補。（2）連接

22、點具有很短的保守序列）連接點具有很短的保守序列,亦稱亦稱邊界序列邊界序列。 100種內(nèi)含子的種內(nèi)含子的5端都是端都是GU；3端都是端都是AG，因此稱為因此稱為GU-AG法則（法則（GU-AG rule），又稱，又稱為為Chambon法則法則。 脊椎動物前體脊椎動物前體mRNAmRNA中常見內(nèi)含子中常見內(nèi)含子剪接所必需的保守序列剪接所必需的保守序列A 兩個剪接位點的序列是不同的：兩個剪接位點的序列是不同的： 左邊的剪接位點稱左邊的剪接位點稱供體供體(donor)位點位點， 右邊的剪接位點稱右邊的剪接位點稱受體受體(acceptor)位點位點。 GU-AG法則（法則（GU-AG rule）不適不適

23、用于線粒體、葉綠體的內(nèi)含子，也用于線粒體、葉綠體的內(nèi)含子，也不適用于酵母的不適用于酵母的tRNA基因基因 。除了邊界序列之外，外顯子與內(nèi)含子除了邊界序列之外，外顯子與內(nèi)含子交界處的序列，內(nèi)含子內(nèi)部的部分序交界處的序列，內(nèi)含子內(nèi)部的部分序列都有可能參與內(nèi)含子的剪接。列都有可能參與內(nèi)含子的剪接。核核mRNA結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點1. 邊界序列邊界序列:其邊界序列是完全符合其邊界序列是完全符合GU-AG法則法則2. 分枝點序列分枝點序列：具有分枝點序列，位于內(nèi)含子：具有分枝點序列，位于內(nèi)含子3端上游端上游18-50nt處，序列為處，序列為Py80NPy87Pu75APy95，其中其中A為百分為百分之百的保

24、守，且具有之百的保守，且具有2-OH。3. 內(nèi)含子內(nèi)含子5端有一保守序列端有一保守序列(5GUAAGUA3)可以和可以和U1 snRNA的的5端的保守序列端的保守序列3CAUUUCAU5互補?；パa。核核mRNA的剪接的剪接 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的核內(nèi)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的核內(nèi)mRNA前體分子與蛋白前體分子與蛋白質(zhì)結(jié)合，形成質(zhì)結(jié)合，形成RNA和蛋白質(zhì)組成的和蛋白質(zhì)組成的snRNP復合物（復合物（ribonucleo-protein protein）。）。 隨著隨著RNA鏈的延伸，每個內(nèi)含子鏈的延伸，每個內(nèi)含子5和和3兩端的復合物成對聯(lián)結(jié)，產(chǎn)生兩端的復合物成對聯(lián)結(jié)，產(chǎn)生60S的顆的顆粒粒剪接體剪接體（spliceosom

25、e），進行），進行RNA前體分子的剪接。前體分子的剪接。細胞核中的小分子細胞核中的小分子RNA稱為稱為細胞核小細胞核小RNA（small nuclear RNA, snRNA);位于細胞質(zhì)中的稱為位于細胞質(zhì)中的稱為細胞質(zhì)小細胞質(zhì)小RNA (small cytoplasmic RNA, scRNA)。在自然狀態(tài)下，它們以在自然狀態(tài)下，它們以核糖核蛋白顆粒（核糖核蛋白顆粒（SnRNP和和scRNP）的形式存在，俗稱）的形式存在，俗稱snurps和和scyrps。在核仁中也存在著一類小的在核仁中也存在著一類小的RNA，稱為，稱為核仁小核仁小RNA (small nucleolar RNA, snoR

26、NA),它們在它們在rRNA的加工中的加工中起作用。起作用。snRNA參與剪接過程參與剪接過程，并與其它蛋白一起構(gòu)成一個大，并與其它蛋白一起構(gòu)成一個大的顆粒復合體的顆粒復合體,稱為稱為剪接體剪接體(splicesome)。Spliceosome (剪接體剪接體) Catalyzes pre-mRNA splicing in nucleus. The spliceosome comprises about 150 proteins (splicing factors etc.) and five snRNAs (U1, U2, U4, U5 and U6),and the pre-mRNA be

27、ing assembled.The complexes of snRNA and proteins are called small nuclear ribonuclear proteins (snRNP, pronounces “snurps”).1. Recognizing the 5 splice site and the branch site.2. Bringing those sites together.3. Catalyzing (or helping to catalyze) the RNA cleavage. RNA-RNA, RNA-protein and protein

28、-protein interactions are all important during splicing.Three roles of snRNPs in splicing 由由U1 snRNA以堿基互補的方式識別以堿基互補的方式識別mRNA前體前體5剪接點，由結(jié)合在剪接點，由結(jié)合在3剪接點上剪接點上游富嘧啶區(qū)的游富嘧啶區(qū)的U2AF（U2 auxiliary factor）識別）識別3剪接點并引導剪接點并引導U2 snRNP與分支與分支點相結(jié)合，形成剪接前體（點相結(jié)合，形成剪接前體（pre-spliceosome）。）。 剪接前體進一步與剪接前體進一步與U4、U5、U6 snRNP三聚體

29、相結(jié)合，形成剪接體。三聚體相結(jié)合，形成剪接體。 真核生物真核生物mRNA前體中內(nèi)含子剪接過程示意圖前體中內(nèi)含子剪接過程示意圖The lariat (套索套索) is an intermediate in RNA splicing in which a circular structure with a tail is created by a 5 -2 bond.The branch site (分支點分支點) is a short sequence just before the end of an intron at which the lariat intermediate is for

30、med in splicing by joining the 5 nucleotide of the intron to the 2 position of an Adenosine.Step 1: a cut is made at the 5splice site, separating the left exon and the right intron-exon molecule. Biochemical steps of pre-mRNA splicingStep 2: cutting at the 3 splice site releases the free intron in l

31、ariat form, while the right exon is ligated (spliced) to the left exon.哺乳動物細胞中哺乳動物細胞中mRNA前體上的前體上的snRNP是從是從5向向下游下游“掃描掃描”，選擇在分支點富嘧啶區(qū)，選擇在分支點富嘧啶區(qū)3下游的下游的第一個第一個AG作為剪接的作為剪接的3受點。受點。AG前一位核苷酸可以影響剪接效率，一般說來，前一位核苷酸可以影響剪接效率，一般說來，CAG=UAG AAG GAG。如果如果mRNA前體上同時存在幾個前體上同時存在幾個AG，可能發(fā)生，可能發(fā)生剪接競爭。剪接競爭。 在在高等真核生物高等真核生物個體發(fā)育或細

32、胞分化過程中個體發(fā)育或細胞分化過程中可以有選擇性地越過某些外顯子或某個剪接點可以有選擇性地越過某些外顯子或某個剪接點進行進行變位剪接變位剪接，產(chǎn)生出組織或發(fā)育階段特異性，產(chǎn)生出組織或發(fā)育階段特異性mRNA。 脊椎動物中大約有脊椎動物中大約有5%的基因能以這種方式進的基因能以這種方式進行剪接，保證各同源蛋白質(zhì)之間既具有大致相行剪接，保證各同源蛋白質(zhì)之間既具有大致相同的結(jié)構(gòu)或功能域，又具有特定的性質(zhì)差異，同的結(jié)構(gòu)或功能域，又具有特定的性質(zhì)差異，進而拓展了基因所攜帶的遺傳信息。進而拓展了基因所攜帶的遺傳信息。內(nèi)含子的變位剪接內(nèi)含子的變位剪接Alternative Splicing Alternati

33、ve splicing (可變剪接可變剪接): some pre-mRNAs can be spliced in more than one way , generating alternative mRNAs. 60% of the human genes are spliced in this manner.Drosophila DSCAM gene can be spliced in 38,000 alternative ways Different ways of alternative splicing Autosplicing (Self-splicing,自我剪接自我剪接) de

34、scribes the ability of an intron to excise itself from an RNA by a catalytic action that depends only on the sequence of RNA in the intron.Self-splicing introns -I、II類內(nèi)含子類內(nèi)含子帶有這些內(nèi)含子的帶有這些內(nèi)含子的RNA本身具有催化活性，本身具有催化活性，能進行內(nèi)含子的能進行內(nèi)含子的自我剪接自我剪接。There are two classes of self-splicing introns:ngroup I self-splic

35、ing intronsngroup II self-splicing introns.fold into a specific conformationcatalyze the chemical reaction using metal ions as cofactorsSelf-splicing intronsI類內(nèi)含子的結(jié)構(gòu)特點類內(nèi)含子的結(jié)構(gòu)特點1. 其邊界序列為其邊界序列為5U-G 32. 內(nèi)含子中具有中部核心內(nèi)含子中具有中部核心結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(Central core structure) I 類內(nèi)含子常分布于低等真核生類內(nèi)含子常分布于低等真核生物的細胞器中，如四膜蟲、絨物的細胞器中，如四膜

36、蟲、絨泡菌的泡菌的rRNA等等自由鳥苷酸的自由鳥苷酸的3-OH作為作為親核基團攻擊內(nèi)含子親核基團攻擊內(nèi)含子5端端的磷酸二酯鍵，從上游切的磷酸二酯鍵，從上游切開開RNA鏈。鏈。上游外顯子的自由上游外顯子的自由3-OH作為親核基團攻擊內(nèi)作為親核基團攻擊內(nèi)含子含子3位核苷酸上的磷酸位核苷酸上的磷酸二酯鍵，使內(nèi)含子被完全二酯鍵，使內(nèi)含子被完全切開。切開。I類內(nèi)含子的自我剪接過程類內(nèi)含子的自我剪接過程上下游兩個外顯子通過新上下游兩個外顯子通過新的磷酸二酯鍵相連的磷酸二酯鍵相連和和I類內(nèi)含子剪接不同；類內(nèi)含子剪接不同；和核和核mRNA 內(nèi)含子的剪切有些相似，但也內(nèi)含子的剪切有些相似，但也有不同之處。有不同

37、之處。 類內(nèi)含子分布在：類內(nèi)含子分布在： 酵母酵母mtRNA， 細胞色素氧化酶的細胞色素氧化酶的亞基，亞基，亞基，亞基， 玉米玉米mitochondrial RNA (mtRNA)，tRNA 真核真核mRNA前體中前體中類內(nèi)含子類內(nèi)含子 類內(nèi)含子的剪接無需鳥苷的輔類內(nèi)含子的剪接無需鳥苷的輔助，但需鎂離子的存在。助，但需鎂離子的存在。 分枝點腺苷酸的分枝點腺苷酸的2-OH作為親核作為親核基團攻擊內(nèi)含子基團攻擊內(nèi)含子5端的磷酸二酯鍵，端的磷酸二酯鍵，內(nèi)含子內(nèi)含子5的邊界序列上的的邊界序列上的G以以5磷磷酸和分枝點酸和分枝點A的的2-OH形成磷酸二形成磷酸二酯鍵，從而產(chǎn)生了酯鍵，從而產(chǎn)生了套索（套索

38、（lariat）結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 上游外顯子的上游外顯子的3-OH作為親核基團作為親核基團攻擊內(nèi)含子攻擊內(nèi)含子3位核苷酸上的磷酸二位核苷酸上的磷酸二酯鍵，使套索結(jié)構(gòu)完全解離。酯鍵，使套索結(jié)構(gòu)完全解離。II類內(nèi)含子的自我剪接過程類內(nèi)含子的自我剪接過程上下游兩個外顯子通過新的上下游兩個外顯子通過新的磷酸磷酸二酯鍵相連。二酯鍵相連。幾種不同內(nèi)含子剪接反應的區(qū)別幾種不同內(nèi)含子剪接反應的區(qū)別 酵母酵母tRNAI類內(nèi)含子類內(nèi)含子類內(nèi)含子類內(nèi)含子 核核mRNA前體前體邊界順序邊界順序無無5U-G35GU-AG35 GU-AG3特殊順序特殊順序C（莖上）（莖上）G(環(huán)上環(huán)上)內(nèi)部引導順內(nèi)部引導順序序分支點序列分支

39、點序列 分支點序列分支點序列,5 外顯子順序外顯子順序二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)莖環(huán)構(gòu)象莖環(huán)構(gòu)象核心結(jié)構(gòu)核心結(jié)構(gòu)5、6功能區(qū)功能區(qū) 連接體連接體基因外的基因外的成分成分內(nèi)切酶，連內(nèi)切酶，連接酶接酶GTP，鎂，鎂離子離子鎂離子鎂離子U1U2,U4,U5,U6能量要求能量要求ATP不不不不ATP中間型分中間型分子子半分子半分子tRNA環(huán)狀環(huán)狀L-19 IVS套索套索套索套索 The chemistry of group II intron splicing and RNA intermediates produced are the same as that of the nuclear pre-mRNA.

40、三類剪接反應都是三類剪接反應都是通過兩次連續(xù)的通過兩次連續(xù)的轉(zhuǎn)酯反應進行的轉(zhuǎn)酯反應進行的第一次轉(zhuǎn)酯反應中，由一個第一次轉(zhuǎn)酯反應中，由一個游離的游離的2-羥基提供，發(fā)動對羥基提供，發(fā)動對5外顯子外顯子-內(nèi)含子連接點的攻擊。內(nèi)含子連接點的攻擊。第二次轉(zhuǎn)酯反應中，已經(jīng)釋第二次轉(zhuǎn)酯反應中，已經(jīng)釋放的外顯子末端的游離放的外顯子末端的游離3-羥羥基接著攻擊基接著攻擊3內(nèi)含子內(nèi)含子-外顯子外顯子的連接點。的連接點。RNARNA的編輯的編輯( (RNA editingRNA editing) )是某些是某些RNARNA，特別是特別是mRNAmRNA的一種加工方式。的一種加工方式。它它導致導致了了DNADNA所

41、編碼的所編碼的遺傳信息的改變遺傳信息的改變。RNA的編輯和化學修飾的編輯和化學修飾RNA的編輯的編輯(RNA editing)編輯（編輯（editing）是指轉(zhuǎn)錄后的）是指轉(zhuǎn)錄后的RNA在編碼區(qū)發(fā)生在編碼區(qū)發(fā)生堿基的加入，丟失或轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象。堿基的加入，丟失或轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象。 介導介導RNA編輯的編輯的兩種機制兩種機制： 位點特異性脫氨基作用；位點特異性脫氨基作用； 引導引導RNA指導的尿嘧啶插入或刪除。指導的尿嘧啶插入或刪除。A specifically targeted C residue within mRNA is converted into U by the deaminase (脫氨酶

42、脫氨酶).The process occurs only in certain tissues or cell types and in a regulated manner.哺乳動物載脂蛋白基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的編輯哺乳動物載脂蛋白基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的編輯 肝中剪接的mRNA編碼含4563 aa的蛋白質(zhì)腸mRNA有UAA密碼子在第2153位密碼子終止合成RNARNA的編輯雖然不是很普遍，但在的編輯雖然不是很普遍，但在真核生物中卻時有發(fā)生。真核生物中卻時有發(fā)生。RNARNA的編輯可能是充分發(fā)揮生理功能的編輯可能是充分發(fā)揮生理功能所必須的。所必須的。哺乳動物中哺乳動物中RNARNA編輯編輯的實例的實例組織組織

43、靶標靶標RNA所改變所改變的的堿基堿基結(jié)果結(jié)果肝臟，腸肝臟，腸載脂蛋白載脂蛋白B BCUCU谷氨酰胺密碼子谷氨酰胺密碼子終止子終止子肌肉肌肉半乳糖苷酶半乳糖苷酶UAUA苯丙氨酸苯丙氨酸密碼子密碼子酪氨酸酪氨酸睪丸，腫瘤睪丸，腫瘤等等Wilms腫瘤基因腫瘤基因-1UCUC亮氨酸亮氨酸密碼子密碼子脯氨酸脯氨酸腫瘤腫瘤神經(jīng)纖維瘤基因神經(jīng)纖維瘤基因-1CUCU精氨酸密碼子精氨酸密碼子終止子終止子 腦腦谷氨酸受體蛋白谷氨酸受體蛋白AIAI多個谷氨酸多個谷氨酸密碼子密碼子精氨精氨酸酸 RNARNA編輯編輯的另一種形式是的另一種形式是尿苷酸的尿苷酸的缺失和添加缺失和添加。 研究發(fā)現(xiàn)，利什曼原蟲屬細胞色素研究

44、發(fā)現(xiàn)，利什曼原蟲屬細胞色素b mRNAb mRNA中含有許多獨立于核基因的尿嘧啶殘基，而中含有許多獨立于核基因的尿嘧啶殘基，而特異性插入這些殘基的信息來自特異性插入這些殘基的信息來自指導指導RNARNA（guide RNAguide RNA）。）。指導指導RNA（guide gRNA） 1990年年, L.Simpsom等在研究錐蟲線粒體等在研究錐蟲線粒體mRNA時發(fā)現(xiàn)了一類新的小分子時發(fā)現(xiàn)了一類新的小分子RNA: 可以和可以和mRNA分子被編輯的部分發(fā)生非常分子被編輯的部分發(fā)生非常規(guī)的互補，規(guī)的互補，G-U配對，配對， 對對mRNA前體分子的編輯起了指導作用，前體分子的編輯起了指導作用，故稱

45、其為指導故稱其為指導RNA（guide gRNA）。）。 Having three regions: anchor directing the gRNAs to the region of mRNAs it will edit. editing region determining where the Us will be inserted poly-U stretch gRNAs指導指導RNARNA與被編輯區(qū)及其周圍與被編輯區(qū)及其周圍部分核酸序列雖然有相當程度部分核酸序列雖然有相當程度的互補性，但該的互補性，但該RNARNA上存在一上存在一些未能配對的腺嘌呤，形成缺些未能配對的腺嘌呤，形成缺

46、口，為插入尿嘧啶提供了模板?？冢瑸椴迦肽蜞奏ぬ峁┝四０?。反應完成后，指導反應完成后，指導RNARNA從從mRNAmRNA上解離下來，而上解離下來，而mRNAmRNA則被用做則被用做翻譯的模板。翻譯的模板。指導指導RNA和和RNA的的編輯機制編輯機制RNA編輯的生物學意義編輯的生物學意義(1) 校正作用。校正作用。 (2) 調(diào)控翻譯。調(diào)控翻譯。 通過編輯可以構(gòu)建或去除起始密碼子和通過編輯可以構(gòu)建或去除起始密碼子和終止密碼子。終止密碼子。 (3) 擴充遺傳信息。擴充遺傳信息。 除了除了RNARNA的編輯之外，有些的編輯之外，有些RNARNA，特，特別是別是前體前體rRNArRNA和和tRNAtRNA，還可能有，還可能有位點位點特異性特異性的的化學修飾化學修飾。 Once processed, mRNA is packaged and exported from the nucleus into the cytoplasm for translationnMovement from the nucleus to the cytoplasm is