第6章RNA剪切加工-课件.ppt

1、第第6 6章章 多数转录的初始产物无生物活性，在生物体内进多数转录的初始产物无生物活性，在生物体内进行加工处理后才具有生物活性。行加工处理后才具有生物活性。转录后加工转录后加工（post-transcriptional modification）（post-transcriptional processing）:是指将各种前体是指将各种前体RNA分子加工转变成有功能的、分子加工转变成有功能的、成熟的各种成熟的各种RNA(mRNA、rRNA或或tRNA等等)的过程的过程 加工的三种形式是：加工的三种形式是：减少部分片段减少部分片段：如切除：如切除5端前导序列，端前导序列，3端尾巴和中部的内含子；

2、端尾巴和中部的内含子；增加部分片段增加部分片段：5加帽加帽,3加加ploy(A)和通过编辑加入一些碱基；和通过编辑加入一些碱基；修饰：修饰：对某些碱基进行甲基化等对某些碱基进行甲基化等o 原核生物tRNA和rRNA加工o 真核生物tRNA和rRNA加工1.1 1.1 tRNAtRNA 和和 rRNArRNA 的加工的加工1 1.1.1.1.1 tRNAtRNA加工加工 原核生物原核生物tRNA初始转录本有三种初始转录本有三种（1）多数为串连在一起的）多数为串连在一起的多顺反（多顺反（polycistron）（2）少数为单顺反子少数为单顺反子（3）由）由tRNA和和rRNA串连组成串连组成原核生

3、物原核生物tRNAtRNA和和rRNArRNA的加工的加工原核生物有两种类型的原核生物有两种类型的tRNAtRNA基因基因：1、具具CCA序列序列 型型tRNA CCA下游仍有一段序列，需在酶的作用下切除下游仍有一段序列，需在酶的作用下切除 2、无、无CCA序列序列 型型tRNA 需在酶的作用下添加需在酶的作用下添加CCA序列序列（1）RNaseP(由蛋白质和由蛋白质和RNA组成的复组成的复合体合体)可切除可切除E.coli前体前体tRNA 5的前导序的前导序列（列（41nt）。）。该酶不识别特殊的序列，而该酶不识别特殊的序列，而是识别二级结构是识别二级结构发夹所组成的发夹所组成的tRNA。（

4、2）去尾，形成去尾，形成3OH末端。由内切酶末端。由内切酶和外切酶共同参与。和外切酶共同参与。2.2.rRNArRNA的加工的加工 在在E.coli中中rRNA有有7个转录单位个转录单位,每个转录单位含每个转录单位含有有16S、23S、5S rRNA 及一个或几个及一个或几个tRNA。rRNA前体的加工由前体的加工由RNase 负责。负责。真核生物真核生物 tRNAtRNA 和和 rRNArRNA的加工的加工 1.tRNAtRNA的加工的加工 真核真核tRNAtRNA的基因与原核不同：的基因与原核不同：1 1）真核的前体分子）真核的前体分子tRNAtRNA数目多、单顺反子、成簇排数目多、单顺反

5、子、成簇排列、有基因间隔区。列、有基因间隔区。例如：爪蟾例如：爪蟾 tRNAtRNA基因数目基因数目200200拷贝，酵母约有拷贝，酵母约有400400个个tRNAtRNA基因，是一种重复序列；基因，是一种重复序列；2 2）真核的前体分子）真核的前体分子 tRNAtRNA中含有内含子。中含有内含子。其加工过程要剪接内含子，都要加其加工过程要剪接内含子，都要加CCACCA tRNA半分子tRNA半分子半分子真核真核tRNAtRNA内含子的切除和其他内含子的切内含子的切除和其他内含子的切除是不同的：除是不同的：1 1）没有交界序列，没有内部引导序列）没有交界序列，没有内部引导序列;2 2）切除是依

6、赖于蛋白质的）切除是依赖于蛋白质的RNaseRNase;3 3）不是转酯反应；）不是转酯反应；4 4）其剪切原则上是依赖于对）其剪切原则上是依赖于对tRNAtRNA共同的二级结构的识共同的二级结构的识别。别。2.真核真核rRNArRNA的加工的加工 真核生物的真核生物的18S、5.8S和和28S rRNA基因串联在一基因串联在一起形成一个转录本，初级转录本为起形成一个转录本，初级转录本为45S前体，前体，5S RNA与它们分开转录，这和原核的与它们分开转录，这和原核的rRNA基因不同。基因不同。1 1）真核）真核rRNArRNA基因中没有内含子。基因中没有内含子。2 2）在转录时或转录后有）在

7、转录时或转录后有110110个甲基化酶立即结合个甲基化酶立即结合导转录本上：保持到导转录本上：保持到rRNArRNA加工成熟。加工成熟。18S RNA 结合结合39个甲基化酶（胞质中加上个甲基化酶（胞质中加上4个）个）28S RNA 结合结合74个甲基化酶个甲基化酶 表明甲基化用于标明转录本的加工区域表明甲基化用于标明转录本的加工区域1.2 前体前体mRNAmRNA的加工的加工1.2.1 原核前体原核前体mRNAmRNA的加工的加工1.2.2 真核前体真核前体mRNAmRNA的加工的加工1.2.1 原核前体原核前体mRNAmRNA的加工的加工 原核生物的原核生物的mRNAmRNA一般不经过加工

8、，由一般不经过加工，由于转录和翻译偶联，中间没有加工的时间。于转录和翻译偶联，中间没有加工的时间。少数情况：多顺反子少数情况：多顺反子mRNAmRNA先被内切酶先被内切酶切成较小的单位再作为翻译的模板。切成较小的单位再作为翻译的模板。1.2.2 真核真核mRNAmRNA的加工的加工 真核真核mRNAmRNA的加工一般要经过四个步骤：的加工一般要经过四个步骤：1 1）mRNAmRNA的的55端加帽端加帽 2 2）mRNAmRNA的的33端多聚腺苷酸化（加尾）端多聚腺苷酸化（加尾）3 3）切除内含子）切除内含子 4 4）修饰（对某些碱基进行甲基化）修饰（对某些碱基进行甲基化）1.2.2.11.2.

9、2.1 mRNAmRNA的的55加帽加帽n成熟的真核生物并没有游离的成熟的真核生物并没有游离的55端，只有所谓的帽子结构端，只有所谓的帽子结构，该，该结构是通过转录加工加上去的。结构是通过转录加工加上去的。nmRNA的的5加帽是一个多步加工过程，加帽是一个多步加工过程，第一步是鸟苷转移酶（第一步是鸟苷转移酶（guanylyl transferase）将一个）将一个鸟苷酸鸟苷酸加在加在5 RNA5 RNA的前端的前端，产生，产生5-5对接的对接的磷酸二酯键磷酸二酯键。第二步由鸟嘌呤甲基转移酶（第二步由鸟嘌呤甲基转移酶（quanine methyl transferase）将一个将一个甲基基团甲基

10、基团加到嘌呤环的加到嘌呤环的7位氮原子使位氮原子使5帽子鸟嘌呤转变为帽子鸟嘌呤转变为7-甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤。1.2.2 真核真核mRNA的加工的加工存在于各类帽子中存在于各类帽子中存在于存在于类帽子中类帽子中存在于存在于类帽子中类帽子中CH3CH3mRNA 5mRNA 5加帽的功能主要表现在加帽的功能主要表现在4 4个方面：个方面：1 1）保护）保护mRNA5mRNA5端不被降解端不被降解 细胞内存在许多细胞内存在许多RNA酶酶（RNase），），它们可攻击游离的它们可攻击游离的RNA分子。分子。RNA酶的降解从酶的降解从5端起始，端起始，当在当在mRNA的的5端加上端加上m7GpppG帽子

11、后，带有帽子后，带有3个连接磷酸的个连接磷酸的5帽可阻止帽可阻止RNase切割。切割。2 2）为核糖体识别）为核糖体识别mRNAmRNA提供信号，提高翻译效率提供信号，提高翻译效率 真核生物真核生物mRNA必须通过必须通过5帽结合蛋白才能接触核糖体，起始翻译。缺少帽结合蛋白才能接触核糖体，起始翻译。缺少加帽的加帽的mRNA由于不能被由于不能被5帽结合蛋白识别，其翻译效率比加帽的帽结合蛋白识别，其翻译效率比加帽的mRNA低二十倍。低二十倍。3 3）作为进出细胞核的识别标记。）作为进出细胞核的识别标记。4 4）提高提高mRNAmRNA的剪接效率。的剪接效率。1.2.2.21.2.2.2 mRNAm

12、RNA的加尾（的加尾（33端多聚腺苷酸化）端多聚腺苷酸化）n几乎所有真核生物成熟的几乎所有真核生物成熟的mRNAmRNA末端都有一串约末端都有一串约250250个腺嘌呤核苷酸个腺嘌呤核苷酸尾巴。尾巴。它们并非模板它们并非模板DNA编码，而是在转录完成后由编码，而是在转录完成后由poly(A)多聚酶合成。多聚酶合成。加尾位置不在转录物的最末端，而是在接近末端的内部位点。加尾位置不在转录物的最末端，而是在接近末端的内部位点。在切除在切除mRNA 3末端的一段序列后，再加上多聚腺苷酸。末端的一段序列后，再加上多聚腺苷酸。n真核生物真核生物mRNA poly(A)mRNA poly(A)长度并非固定不

13、变。长度并非固定不变。细胞核中的细胞核中的poly(A)长度平均为长度平均为21020 nt，细胞质，细胞质poly(A)长度长度19020 nt。输送到细胞质中的输送到细胞质中的mRNA其其poly(A)可由可由RNase切短，但又能经细胞质切短，但又能经细胞质poly（A）酶重新加长，保持有限的长度。）酶重新加长，保持有限的长度。细胞质中细胞质中mRNA的的poly(A)长度总的趋势是逐渐变短，直到丢失大部分或长度总的趋势是逐渐变短，直到丢失大部分或全部全部poly（A），此时），此时mRNA的寿命亦接近终点。的寿命亦接近终点。1.2.2 真核真核mRNA的加工的加工加尾信号加尾信号 新合

14、成的新合成的mRNAmRNA的的3-3-端含两个明显的加尾信号。端含两个明显的加尾信号。第一个加尾信号位于第一个加尾信号位于poly(A)上游约上游约10 20个核苷酸处。其个核苷酸处。其一致顺序为一致顺序为5 AAUAAA 3。该加尾信号中最多的变异发生。该加尾信号中最多的变异发生在第二个碱基，其它位置的碱基代换将使在第二个碱基，其它位置的碱基代换将使Poly(A)加尾效率加尾效率急剧下降。急剧下降。第二个加尾信号位于第二个加尾信号位于5 AAUAAA 3顺序下游约顺序下游约15-24 bp位置处，有一段富位置处，有一段富GU序列，紧随其后通常有一串富序列，紧随其后通常有一串富T的顺的顺序：

15、序：5-AAUAAA-24 bp-GTGTGTTGGAATTTTTTGTGT-3 CPSF:cleavage and polyadenylation specifity factorCstF:cleavage stimulation factor 如果改变如果改变5 AAUAAA 3位置，加尾位点改变。位置，加尾位点改变。缺失缺失5 AAUAAA 3顺序，则不发生加尾。顺序，则不发生加尾。富富GU序列和紧随其后的富序列和紧随其后的富T序列对正常的加尾不序列对正常的加尾不可缺一，如保留富可缺一，如保留富GU顺序，除去富顺序，除去富T顺序，加尾顺序，加尾效率仅及对照的效率仅及对照的30%。如保留富

16、如保留富T顺序，除去顺序，除去富富GU顺序，加尾效率降至顺序，加尾效率降至10%。同时缺失。同时缺失GU序列和富序列和富T序列，即使保留序列，即使保留5 AAUAAA 3顺序顺序也不能进行加尾。此外，也不能进行加尾。此外，GU/T序列与序列与5 AAUAAA 3顺序的相对位置也很重要，如顺序的相对位置也很重要，如在在5 AAUAAA 3顺序的下游插入顺序的下游插入16 bp，加，加尾效率只有正常的尾效率只有正常的10%。如在。如在GU序列和富序列和富T序序列之间插入列之间插入5 bp，加尾效率丧失，加尾效率丧失70%。mRNA的多聚腺苷酸化的多聚腺苷酸化mRNA的多聚腺苷酸化涉及两个步骤的多聚

17、腺苷酸化涉及两个步骤，首先必须在加尾的核苷酸位置，首先必须在加尾的核苷酸位置切断切断RNA，然后在游离的，然后在游离的3末端进行多聚腺苷酸化。末端进行多聚腺苷酸化。有许多蛋白质参与有许多蛋白质参与poly(A)的加尾事件。的加尾事件。1 1）参与参与Poly(A)加尾的蛋白质称为加尾的蛋白质称为切割与多聚腺苷酸化专性因子切割与多聚腺苷酸化专性因子（cleavage and polyadenylation specificity factor,CPSF），），CPSF专一性与加尾信号专一性与加尾信号5 AAUAAA 3结合。结合。2 2）另一个蛋白即另一个蛋白即切割激发因子切割激发因子CstF（

18、cleavage stimulation factor,CstF）特异附着在富）特异附着在富GU区。因此区。因此CPSF和和CstF实际结合的实际结合的位置处于切割与多聚腺苷酸化位点两侧。位置处于切割与多聚腺苷酸化位点两侧。CPSF或或CstF单个因子与信单个因子与信号顺序结合都是不稳定的，只有两者同时附着在两个信号位置才保持号顺序结合都是不稳定的，只有两者同时附着在两个信号位置才保持稳定状态。稳定状态。3 3）此外还有另两个蛋白对此外还有另两个蛋白对RNA的切割必不可少，它们分别是切割因的切割必不可少，它们分别是切割因子子I和和II（cleavage factors I and II，CFI

19、和和CFII），可与），可与RNA结合。结合。poly（A）多聚酶，）多聚酶，CFI和和CFII与与RNA结合的位置处于结合的位置处于两个加尾信号之间。虽然切割与加尾是两个性质不同的事件，但实际两个加尾信号之间。虽然切割与加尾是两个性质不同的事件，但实际进行时几乎同时发生，实验设计很难将其分开。进行时几乎同时发生，实验设计很难将其分开。严格说来严格说来切割信号和加尾信号是不相同的切割信号和加尾信号是不相同的。前体前体mRNA切割的位置处于切割的位置处于5 AAUAAA 3下游下游15-25 nt之之间，由切割酶专一性识别。间，由切割酶专一性识别。poly（A）多聚酶只是利用已产生的）多聚酶只是

20、利用已产生的3游离末端将腺苷酸逐个游离末端将腺苷酸逐个连接，加尾信号实际上是连接，加尾信号实际上是5 AAUAAA 3以及下游一段不能以及下游一段不能少于少于8 nt的顺序。一旦的顺序。一旦mRNA前体被切断之后，多聚腺苷酸化前体被切断之后，多聚腺苷酸化立即开始。立即开始。多聚腺苷酸化可细分为两个阶段，首先依赖多聚腺苷酸化可细分为两个阶段，首先依赖5 AAUAAA 3信号和与之结合的信号和与之结合的CPSF缓慢合成约缓慢合成约10个核苷酸，然后依赖已个核苷酸，然后依赖已合成的寡聚腺苷酸迅速在其末端加上合成的寡聚腺苷酸迅速在其末端加上200或更多个腺苷酸。或更多个腺苷酸。Cleavage of

21、the 3 end of histone mRNA may require a small RNA Histone mRNAs are not polyadenylated;their 3 ends are generated by a cleavage reaction that depends on the structure of the mRNA.The cleavage reaction requires the SLBP to bind to a stem-loop structure,and the U7 snRNA to pair with an adjacent single

22、-stranded region.增加增加mRNAmRNA的稳定性的稳定性 将携带或缺少将携带或缺少poly（A）的球蛋白）的球蛋白mRNA注入到蛙卵中，结果发现，在注入到蛙卵中，结果发现，在6小小时后缺少时后缺少poly（A）的球蛋白）的球蛋白mRNA不再进行翻译，而携带不再进行翻译，而携带poly（A）的处）的处理仍然正常合成球蛋白。最简单的解释是，理仍然正常合成球蛋白。最简单的解释是，poly（A）有助于增加）有助于增加mRNA的的稳定性稳定性 提高提高mRNAmRNA翻译效率翻译效率 mRNA的翻译需要的翻译需要PAB I（poly（A）binding protein I，poly（A

23、）结合蛋白结合蛋白I）的蛋白参与，它们与）的蛋白参与，它们与poly（A）的结合可提高）的结合可提高mRNA的翻译效率。的翻译效率。如果在如果在mRNA样品中加入过量的样品中加入过量的poly（A），可急剧降低蛋白质合成的数量。），可急剧降低蛋白质合成的数量。原因在于大量原因在于大量poly（A）与）与PAB I因子竟争性结合，使因子竟争性结合，使mRNA缺少必需的缺少必需的PAB I，因而不能有效翻译。此外适当延长，因而不能有效翻译。此外适当延长poly（A）核苷酸数目可控制）核苷酸数目可控制mRNA的翻译。活细胞中很少的翻译。活细胞中很少mRNA的的poly（A）长度少于）长度少于30 n

24、t，低于这，低于这一长度一长度mRNA不能翻译。不能翻译。polypoly（A A）可影响）可影响mRNAmRNA前体最后一个内含子的剪切前体最后一个内含子的剪切，缺少缺少poly（A）使剪接效率降低）使剪接效率降低5-10倍。倍。o1 1、核酶、核酶o2 2、RNARNA中的内含子中的内含子o3 3、RNARNA的剪切的剪切o4 4、RNARNA的编辑和修饰的编辑和修饰 RNA RNA的剪接的剪接 转录后加工是产生各种成熟转录后加工是产生各种成熟RNA分子的重要过分子的重要过程程 在在真核生物的真核生物的mRNAmRNA前体中，将内含子（前体中，将内含子（intronintron）去除，而把

25、外显子（去除，而把外显子（exonexon）连接起来形成成熟）连接起来形成成熟RNARNA分分子的过程子的过程，称为，称为RNARNA剪接（剪接（RNA splicingRNA splicing）。）。加工过程加工过程推测的生理功能推测的生理功能加帽反应加帽反应mRNAmRNA从核内向胞质运输从核内向胞质运输加尾反应加尾反应转录终止，翻译起始和转录终止，翻译起始和mRNAmRNA降解降解RNARNA剪接剪接从从mRNAmRNA、tRNAtRNA和和rRNArRNA分子中切除内含子分子中切除内含子RNARNA切割切割从前体从前体RNARNA中释放成熟中释放成熟tRNAtRNA和和rRNArRNA

26、RNARNA加工过程及其生理功能加工过程及其生理功能1.1.核酶核酶(ribozymeribozyme)o 核酶核酶(ribozymeribozyme)有的译为核糖拟酶，核酶等。有的译为核糖拟酶，核酶等。o 核酶是核酶是TCech和和SAltman(1981年年)在研在研究四膜虫究四膜虫rRNA时发现的，时发现的，1982年年TCech由由核糖核酸核糖核酸(ribonucleic acid)和酶和酶(enzyme)这两个词这两个词“重组重组”成一个新的词：成一个新的词：“ribozyme”。o 它是指它是指本质为本质为RNARNA或以或以RNARNA为主含有蛋白质辅基的、为主含有蛋白质辅基的、

27、具有催化功能的一类物质。具有催化功能的一类物质。一、核酶一、核酶核酶和酶的区别，主要在：核酶和酶的区别，主要在：1.一般的酶是纯的蛋白质，而一般的酶是纯的蛋白质，而核酶是核酶是RNARNA或带有蛋白或带有蛋白的的RNARNA；2.核酶既是催化剂又是底物，随着反应的进行，本核酶既是催化剂又是底物，随着反应的进行，本身也消失了。身也消失了。而酶却不同，仅催化反应，反应前而酶却不同，仅催化反应，反应前后其本身的质和量都不发生改变。后其本身的质和量都不发生改变。核酶催化的反应分为两类：核酶催化的反应分为两类：自体催化自体催化包括：包括：第一组内含子的自我剪接；第一组内含子的自我剪接；第二组内含子的自我

28、剪切；第二组内含子的自我剪切；植物类病毒和拟病毒的自我剪切。植物类病毒和拟病毒的自我剪切。半自体催化半自体催化包括：包括：核核mRNA内含子的剪切；内含子的剪切；锥虫锥虫SLRNA的反式拼接；的反式拼接；tRNA 5加工加工 （不属于转酯反应内含子的剪接，但也是核酶的活性之一）（不属于转酯反应内含子的剪接，但也是核酶的活性之一）除核酶之外，核酸酶和由内含子本身编码的成熟酶也参与除核酶之外，核酸酶和由内含子本身编码的成熟酶也参与某些内含子的剪切，如真核某些内含子的剪切，如真核tRNA内含子和酵母内含子和酵母cob基因的内含基因的内含子的子的2的剪接。的剪接。2.RNA2.RNA中的内含子中的内含

29、子基因基因长度长度/kb/kb内含子数量内含子数量内含子所占比例内含子所占比例 /%/%胰岛素 1.42 67球蛋白 1.42 69血清蛋白 1813 89胶原蛋白组分 31117 71因子 18625 95萎缩性肌强直因子 2 40078 99部分人类基因中，内含子序列所占比重的分析内含子去除、内含子去除、RNARNA的剪接基本方式：的剪接基本方式：在高等真核生物，在高等真核生物，核核RNA内含子内含子的去除由的去除由剪接装置剪接装置(splicing apparatus)完成完成，在外显子和内含子，在外显子和内含子交界处交界处和内含子和内含子内部内部有有可供识别的特异序列可供识别的特异序列

30、，剪接装置由多，剪接装置由多种蛋白质和核蛋白组成；种蛋白质和核蛋白组成；有两类内含子的去除属有两类内含子的去除属自剪接自剪接，具有，具有中部核心结构中部核心结构，形成特定的形成特定的二级结构二级结构，RNA具有具有催化剪接的作用催化剪接的作用；酵母酵母tRNAtRNA的剪接需要蛋白质酶的参与的剪接需要蛋白质酶的参与，该酶与，该酶与tRNA后加工过程中的酶有后加工过程中的酶有相似之处。除相似之处。除tRNA的剪接之外，其他的剪接之外，其他RNA的剪接尽管参与反应的要素不的剪接尽管参与反应的要素不同，但都属于转酯反应。同，但都属于转酯反应。1.内含子的边界顺序由保守的基序组成内含子的边界顺序由保守

31、的基序组成比较大量的真核生物比较大量的真核生物mRNAmRNA内含子发现，它们的两侧边界均有一对保守顺序，即内含子发现，它们的两侧边界均有一对保守顺序，即5-5-端为端为GUGU，3-3-端为端为AGAG，这类称为，这类称为GUGU AGAG的内含子的内含子均以相同方式剪切。均以相同方式剪切。在不同的真核生物中，内含子的一致顺序有不少变化，动物中典型的剪接在不同的真核生物中，内含子的一致顺序有不少变化，动物中典型的剪接位置一致顺序组成为：位置一致顺序组成为：5 AG GUAAGU-YNYURAY-Y10-20-YAG 3 其中其中Y为为U或或C，N为任何核苷酸，箭头所指为外显子与内含子的交界。

32、为任何核苷酸，箭头所指为外显子与内含子的交界。55端剪接位称供体位（端剪接位称供体位（donor sitedonor site），），33端剪接位称受体位（端剪接位称受体位（acceptor acceptor sitesite）。）。仅仅仅仅GU AG边界顺序并不能保证内含子的正确剪切，因为在内含子中有不边界顺序并不能保证内含子的正确剪切，因为在内含子中有不少相同少相同的的GU AG顺序。顺序。内含子中还有另一段识别剪接边界必不可少的序列内含子中还有另一段识别剪接边界必不可少的序列称为分枝点，位于称为分枝点，位于3-3-端剪接位的上游，具有特征性组成端剪接位的上游，具有特征性组成：-YNCUR

33、AY-，Y表示嘧啶（表示嘧啶（U或或C），），R表示嘌呤（表示嘌呤（A或或G），），A A是剪接时参与形成分枝的是剪接时参与形成分枝的特别位点。特别位点。紧接在分枝点的下游有一段多嘧啶序列，也是参与剪接事件蛋紧接在分枝点的下游有一段多嘧啶序列，也是参与剪接事件蛋白接合的位置。白接合的位置。酵母中分枝点序列为酵母中分枝点序列为5 UACUAAC 3，位于，位于3剪接位上游剪接位上游18到到140 bp之间，其作用不同于高等真核生物。之间，其作用不同于高等真核生物。类型类型分布分布GU-AG内含子内含子真核生物细胞核前体真核生物细胞核前体mRNAAU-AC内含子内含子真核生物细胞核前体真核生物细胞

34、核前体mRNAI型（型（Group）内含子）内含子真核生物细胞核前体真核生物细胞核前体rRNA细胞器细胞器RNA,少数细菌少数细菌RNAII型（型（Group）内含子）内含子细胞器细胞器RNA，某些原核，某些原核RNAIII型（型（Group）内含子）内含子细胞器细胞器RNA双内含子（双内含子（Twintron）细胞器细胞器RNA前体前体tRNA内含子内含子真核生物细胞核前体真核生物细胞核前体tRNA古细菌内含子古细菌内含子不同的不同的RNA3 3、RNARNA的剪切的剪切o3.1 mRNA前体的剪切 3.1.1 核内小RNA 3.1.2 RNA的剪切过程o3.2 类内含子剪切o3.3 类内含

35、子剪切o3.4 顺式剪切与反式剪切 3.1.1 核内小RNA 3.1.2 RNA的剪切过程3.1 mRNA前体的剪切前体的剪切3.1.1 剪接要求剪接要求snRNAs的参与的参与U1 snRNA 碱基互补配对方式识别mRNA前体5剪切点U2辅助因子辅助因子 与3剪切点上游的富嘧啶区结合识别mRNA前体3剪切点U2 snRNP 与分支点结合U2 snRNA 剪切前体剪切前体 60S剪切体剪切体spliceosome U4、U5、U6 snRNP三聚体三聚体 3.1.2 核核mRNA的剪接的剪接n核核mRNA的剪接过程和的剪接过程和类内含子十分相似，类内含子十分相似，根本区别是：核根本区别是：核m

36、RNA前体本身不能形成二级前体本身不能形成二级结构，必需依赖于结构，必需依赖于snRNP(U1,U2,U4,U5和和U6)的帮助才能形成剪接体，进行自我剪接。的帮助才能形成剪接体，进行自我剪接。n结构特点：结构特点：边界顺序边界顺序 完全符合完全符合GU-AG法则法则 含分枝点序列含分枝点序列 内含子内含子5端保守序列（端保守序列（5GUAAGUA3）和和U1snRNA的的5端保守序列端保守序列 3CAUUCAU5互补互补 The first complex formed during splicing is the E(early presplicing)complex,which cont

37、ains U1 snRNP,the splicing factor U2AF,and members of a family called SR proteins,which comprise an important group of splicing factors and regulators.u1u2u5u4u6u1u4u5u4u6u2u5u5u2u6u1u1u2u2u2u6 E complex+U2 A complex(U2与分枝位结合与分枝位结合)B1 complex(U5/U4/U6三聚体三聚体结合，结合，U5结合在外显子结合在外显子5端，端，U6与与U2结合结合)B2 comp

38、lex(释放出释放出U1,U5从从外显子向内含子移动，外显子向内含子移动，U6结合结合在在5剪接位点剪接位点)C1 complex(释放出释放出U4,U6/U4催化转酯反应，催化转酯反应，U5结合在外显结合在外显子子3剪接位点剪接位点.5位点被切开，位点被切开，形成套索形成套索)C2 complex(U2/U5/U6仍结合仍结合在套索上。在套索上。3位点被切开，外位点被切开，外显子被连接显子被连接)释放出剪接了的释放出剪接了的RNA,套索脱分套索脱分枝成线状。枝成线状。播放动画mRNA splicing.mov 3.2 类内含子及其剪接类内含子及其剪接n1.发现发现 Cech et al.19

39、81 研究四膜虫（研究四膜虫（Tetrahymena thermophila）35S的前体的前体 rRNA（含有含有413nt 的内含子）的内含子）在体外能够进行自我剪接在体外能够进行自我剪接 2.2.分布分布 类内含子常分布于低等真核生物的细胞器中，类内含子常分布于低等真核生物的细胞器中，如四膜虫的如四膜虫的rRNA；大部分真菌如酵母的大部分真菌如酵母的mtDNA；植物叶绿体基因的内含子；植物叶绿体基因的内含子；T4噬菌体的噬菌体的3个基因中也存在个基因中也存在类内含子类内含子 3.3.结构特点结构特点 边界序列为边界序列为5UG3 内含子中有中部核心结构内含子中有中部核心结构(centra

40、l core stucture)内部引导序列（内部引导序列（internal guide sequenece,IGS）IGS内部引导序列（内部引导序列（internal guide sequenece,IGS）：）：1982年由年由Davies提出，由提出，由6个个nt组成，组成，GGAGGG（四膜虫）。四膜虫）。内含子中可与外显子配对的序列称为内含子中可与外显子配对的序列称为内部引导区。内部引导区。最初认为最初认为IGS的作用是通过和两个外显子近侧区配对，的作用是通过和两个外显子近侧区配对，使外显子并在一起，现在认为其作用是决定剪接的使外显子并在一起，现在认为其作用是决定剪接的专一性。专一性

41、。类内含子类内含子的剪接机制的剪接机制 自剪接（自剪接（self-splicing）反反应，通过应，通过3次次连续的转酯反连续的转酯反应完成。应完成。只是磷酸酯键只是磷酸酯键的直接转移，的直接转移，没有水解，不没有水解，不需能量。需能量。3.3 类内含子的剪接类内含子的剪接n类内含子的剪接和类内含子的剪接和类内含子不同，而和核类内含子不同，而和核mRNA内含子的剪切有些相似。内含子的剪切有些相似。n分布：在酵母分布：在酵母mtRNA,细胞色素氧化酶的细胞色素氧化酶的a亚基、亚基、b亚亚基，玉米基，玉米mtRNA、tRNA以及真核以及真核mRNA前体中。前体中。n边界序列为边界序列为5GUGCG

42、-YnAG,符合符合GTAG法法则则v与前所叙的核基因与前所叙的核基因mRNA的剪接过程相比，的剪接过程相比，类内含子的最大特定是不需要其他成分的类内含子的最大特定是不需要其他成分的参与，参与，RNA分子本身能形成剪接所需的空间分子本身能形成剪接所需的空间结构和催化活性区域。在核基因结构和催化活性区域。在核基因mRNA的剪的剪接过程中，需要多种成分特别是接过程中，需要多种成分特别是snRNA与与RNA前体共同作用才能形成剪接所需的空间前体共同作用才能形成剪接所需的空间结构，产生具催化功能的区域。结构，产生具催化功能的区域。3.4 顺式剪切与反式剪接顺式剪切与反式剪接 3.4.1 顺式剪接（ci

43、s-splicing）内含子的剪接一般都是发生在同一个基因内，切除内含子的剪接一般都是发生在同一个基因内，切除内含子，相邻的外显子彼此连接，称为内含子，相邻的外显子彼此连接，称为顺式剪接顺式剪接。对很多基因而言，对很多基因而言，RNA剪接是一个不变的加工过程。剪接是一个不变的加工过程。基因转录时所有细胞中产生同样的成熟转录本及单种产基因转录时所有细胞中产生同样的成熟转录本及单种产物。这称为物。这称为组成型剪接组成型剪接(constructive splicing)constructive splicing)。其他一些基因，其他一些基因，RNA剪接可以作为基因调节的机制，剪接可以作为基因调节的机

44、制，也就是说在两种组织中同一基因表达不同，尽管它以相也就是说在两种组织中同一基因表达不同，尽管它以相同的方式和速度转录。这样的调节以两种方式发生同的方式和速度转录。这样的调节以两种方式发生。第一种情况第一种情况:加工或去除调节加工或去除调节(processing processing ordiscardordiscard regulation)regulation)，初始转录本在一些组织中加工，在其他组初始转录本在一些组织中加工，在其他组织中不剪接织中不剪接。在在有些低等真核生物中有些低等真核生物中(如海胆如海胆)，这是主要调节机制。大部分，这是主要调节机制。大部分基因在大部分组织中转录，由基

45、因在大部分组织中转录，由RNA加工调节来决定那些基因被翻译。加工调节来决定那些基因被翻译。在果蝇中，一个类似的机制用来控制在果蝇中，一个类似的机制用来控制P P因子转座酶因子转座酶(参阅参阅)的合成，在的合成，在这种情况下虽然只有一个内含子未被剪接，但却限制了这种情况下虽然只有一个内含子未被剪接，但却限制了P P因子转座只因子转座只发生在生殖细胞中。发生在生殖细胞中。转座酶基因包含三个内含子，在生殖细胞中产生成熟的编码转转座酶基因包含三个内含子，在生殖细胞中产生成熟的编码转座酶的转录本，然而在其他组织中，第三个含终止密码子的内含子座酶的转录本，然而在其他组织中，第三个含终止密码子的内含子被保留

46、，使转座酶蛋白截短，从而阻止体细胞中被保留，使转座酶蛋白截短，从而阻止体细胞中P因子的转座。因子的转座。内源性基因也用同样的策略，如哺乳动物内源性基因也用同样的策略，如哺乳动物GABAA受体受体E亚基的亚基的mRNA前体除了脑以外其他组织都不剪接。前体除了脑以外其他组织都不剪接。第二种情况第二种情况:差别或选择性剪接差别或选择性剪接 (differential alternative splicing)differential alternative splicing)基本转录体通过选择使用外显子以不同方式加工基本转录体通过选择使用外显子以不同方式加工 相关成熟转录体家族产生不同基因产物，相关

47、成熟转录体家族产生不同基因产物，称为剪接变异体称为剪接变异体(splicevariants)或剪接异构体或剪接异构体(spliceisoforms)。可变剪接产生多种可变剪接产生多种RNA选择性剪接以多种方式进行：选择性剪接以多种方式进行：1）利用不同的外显子）利用不同的外显子 由于不同细胞类型有着不同修饰的反式因子，导致利用由于不同细胞类型有着不同修饰的反式因子，导致利用不同的外显子。例如动物细胞的原肌球蛋白不同的外显子。例如动物细胞的原肌球蛋白(atropomyosin)基因有基因有13个外显子。个外显子。2)两个相互排斥的外显子的剪接两个相互排斥的外显子的剪接 有两类外显子对，每对之中只

48、有一个成员能剪接到成熟的有两类外显子对，每对之中只有一个成员能剪接到成熟的mRNA中，看来像是相互排斥似的。降钙素中，看来像是相互排斥似的。降钙素(calcitonin)和降和降钙素基因相关肽钙素基因相关肽(calcitoningenerelatedpeptide，CGRP)分分别利用相邻的两个外显子，得到的两种产物分别为甲状腺和别利用相邻的两个外显子，得到的两种产物分别为甲状腺和神经元细胞中所特有。神经元细胞中所特有。(3)半个起始位点，多个加半个起始位点，多个加poly(A)位点位点 一些真核病毒转录物存在多至一些真核病毒转录物存在多至5个这样的位点个这样的位点(Tsurshital988

49、)。对于一个有两对于一个有两个加个加poly(A)位点的转录物，大多数细胞类型通过利用内侧的位点产生分泌型位点的转录物，大多数细胞类型通过利用内侧的位点产生分泌型的蛋白，一些分化的细胞类型犀其产物是膜蛋白的转录物，则利用外侧的位点的蛋白，一些分化的细胞类型犀其产物是膜蛋白的转录物，则利用外侧的位点产生具有膜锚序列的膜结合蛋白。还是用降钙素和产生具有膜锚序列的膜结合蛋白。还是用降钙素和CGRP的例子的例子，前者利用内前者利用内侧的加侧的加poly(A)位点，后者则利用外侧的。可能存在某种细胞类型特异的反式位点，后者则利用外侧的。可能存在某种细胞类型特异的反式激活因子提高外侧位点的利用效率。激活因

50、子提高外侧位点的利用效率。(4)(4)多个多个55剪接位点竞争同一剪接位点竞争同一33剪接位点剪接位点 有一些基因含有多个有一些基因含有多个5剪接位点，它们的选择依赖于剪接位点，它们的选择依赖于5剪接位点的强度剪接位点的强度(高度高度适配者强适配者强)、与、与3剪接位点的接近程度、空间限制等因素之间的平衡。剪接位点的接近程度、空间限制等因素之间的平衡。在大多数细胞类型中将选择上游的在大多数细胞类型中将选择上游的5剪接位点，而使处于下游的剪接位点，而使处于下游的5剪接位点无剪接位点无效，主要是因为后者与分叉点的距离一般太近而不利于建立剪接体之故效，主要是因为后者与分叉点的距离一般太近而不利于建立