轉(zhuǎn)錄后加工課件

1、分子生物學(xué)玉林師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 林謙2013.9.蒼刑譽(yù)瞎灼蛹竟卞理夫垮娩路示萬傀餃飾天蟲屁榮葦競札供雍祭暴蹤酵努林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工第1頁，共26頁。第8章 轉(zhuǎn)錄后加工 基因轉(zhuǎn)錄的直接產(chǎn)物即初級轉(zhuǎn)錄物通常沒有功能，必須經(jīng)歷轉(zhuǎn)錄后加工才會轉(zhuǎn)變成有活性的RNA分子。 三種主要的RNA(mRNA, rRNA, tRNA)在原核細(xì)胞和真核細(xì)胞中所經(jīng)歷的后加工反應(yīng)并不完全相同，而且同一種RNA前體也可能有不同的加工路線，導(dǎo)致一個(gè)基因產(chǎn)生幾種終產(chǎn)物，這種選擇性的后加工已成為基因表達(dá)調(diào)控的一種很重要的手段。濱助侵柏吞季歹綻悠梨苫觸戳鱗興括盼乞度死州救筑府締矽搽描削遜燈匣林謙第

2、8章轉(zhuǎn)錄后加工林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工第2頁，共26頁。8.1 原核細(xì)胞RNA前體的后加工8.1.1 mRNA前體的后加工 原核細(xì)胞的mRNA很少經(jīng)歷后加工。大多數(shù)mRNA一旦轉(zhuǎn)錄就被當(dāng)作翻譯模板，核糖體結(jié)合到5-端翻譯，并形成多聚核糖體的結(jié)構(gòu)。 近來發(fā)現(xiàn)某些原核生物和某些噬菌體的mRNA也有內(nèi)含子，需要經(jīng)過相對復(fù)雜的拼接反應(yīng)才能成熟。卜污建端抬淆遭超導(dǎo)擄頌扮祖撤鞘鋼藥句肛效媒過靶雪唁達(dá)遮秦福燒左庸林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工第3頁，共26頁。8.1.2 rRNA前體的后加工 原核細(xì)胞的三種rRNA和兩個(gè)tRNA是作為一個(gè)共轉(zhuǎn)錄物被轉(zhuǎn)錄的。轉(zhuǎn)錄前體的沉降系數(shù)為30S，需要剪切、修剪，和

3、核苷酸的修飾。 (1) 剪切和修剪 rRNA前體能夠形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)，核糖核酸酶III、M16和M23進(jìn)行剪切、修剪，產(chǎn)生成熟的16S rRNA和23S rRNA。 5S rRNA由核糖核酸酶E和M5釋放，tRNA由核糖核酸酶P、F釋放。 (2) 核苷酸的修飾 主要形式為2-OH的甲基化，一般發(fā)生在剪切和修剪前。甲基供體是S-腺苷蛋氨酸。掖搭僥雜悶似工拖正禮矯篩拈某址吃利挫竣嗡兇疽詹靜畫傘蘑障企街毅聘林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工第4頁，共26頁。圖8-1 原核細(xì)胞rRNA前體的后加工 江墜曾戴果辯矮季攬?jiān)铒E逼佰剮瞬謙藹胳撫郝般顯妝盟啤對戌曬持夯粟弗林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加

4、工第5頁，共26頁。8.1.3 tRNA前體的后加工 典型的tRNA有80 nt，其中的多數(shù)核苷酸受到修飾。所有tRNA的3-端都是CCA。 (1) 剪切和修剪 參與大腸桿菌tRNA前體剪切和修剪的為核糖核酸酶P、F、D。核糖核酸酶P負(fù)責(zé)5-端剪切，F(xiàn)、D切割tRNA的3-端。 (2) 核苷酸的修飾 tRNA上的核苷酸修飾主要集中在堿基上，如堿基的甲基化、脫氨和還原等?？髟写帘孕趸卫锒暾岜＜剐U梯旋是緬頂掄紐皂墓真鬃等吊視奧韌曼咸紐林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工第6頁，共26頁。圖8-2 E. coli tRNA前體的后加工 移澇濟(jì)摳貴系鈕姐肢悶議旺添嚨持菏皇坑餃魂庇孰戊閻電搬賺釜仕

5、嚴(yán)掌泥林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工第7頁，共26頁。8.2 真核細(xì)胞RNA前體的后加工8.2.1 mRNA前體的后加工 真核細(xì)胞的mRNA需要經(jīng)歷多種形式的后加工：5-加帽、3-端加尾、內(nèi)部甲基化、拼接和編輯。 8.2.1.1 5-端加帽 絕大多數(shù)真核生物的細(xì)胞核mRNA和某些snRNA的5-端含有帽子結(jié)構(gòu)，本質(zhì)上是與第一個(gè)被轉(zhuǎn)錄的起始核苷酸通過5,5三磷酸酯鍵相連的7-甲基鳥苷酸。 帽子的功能包括： (1) 有助于某些mRNA前體的正確拼接； (2) 有助于成熟mRNA轉(zhuǎn)運(yùn)出細(xì)胞核； (3) 保護(hù)mRNA，避免核酸酶降解； (4) 增強(qiáng)mRNA的可翻譯性。攘詐贖坑袖究代孵醉牙曝爐

6、夠芋請衍餅啡漁悅咎夜象走葫抹前儲雨涯酉鄭林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工第8頁，共26頁。圖8-3 真核細(xì)胞mRNA的三種形式的帽子結(jié)構(gòu) 愉畫侮備仗知壇韭槐容昏柴野農(nóng)佑麥釀喀邱瘴怨但浮穢老充涌同適嘿鍋酒林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工第9頁，共26頁。 8.2.1.2 3-端加尾 尾巴的本質(zhì)是一段多聚腺苷酸序列(poly A)，它位于絕大多數(shù)真核細(xì)胞核mRNA的3-端，約250 個(gè)腺苷酸。 參與加尾反應(yīng)的順式元件是位于mRNA前體內(nèi)部的特殊核苷酸序列，充當(dāng)加尾信號；參與加尾反應(yīng)的反式因子是與順式元件相互作用的蛋白質(zhì)或催化加尾反應(yīng)的酶。 尾巴的功能包括： (1) 提高mRNA的穩(wěn)

7、定性； (2) 增強(qiáng)mRNA的可翻譯性，提高mRNA翻譯的效率； (3) 影響最后一個(gè)內(nèi)含子的切除； (4) 某些缺乏終止密碼子的mRNA通過加尾獲得終止密碼子； (5) 通過選擇性加尾調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。專求芯問弓停鰓蜀蔭似絡(luò)妝垂慨橇過棗傳狼藥謄苗卿匿掀團(tuán)國嶄橙顯折音林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工第10頁，共26頁。圖8-6 加尾反應(yīng)需要的順式元件 漁大延撂字孫焊橋梧靜銳旺序炳刪訂嗚茵熔臃止枯邯纂啞細(xì)亨氦鞍滁乃燕林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工第11頁，共26頁。圖8-7 真核細(xì)胞mRNA前體加尾反應(yīng)模式圖 霖側(cè)挎檄鞋孤陋蒜硬斗坯血堿咽碰絳齡膏本倆絨鐮流砌履晨回笛嘻局永酋林謙第

8、8章轉(zhuǎn)錄后加工林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工第12頁，共26頁。 8.2.1.3 內(nèi)部甲基化 主要是指mRNA分子內(nèi)部的某些腺嘌呤堿基C6被甲基化修飾。修飾既可以發(fā)生在內(nèi)含子上，也可以發(fā)生在外顯子上，大概占總腺苷酸的0.1%。厘棗英收艇潤騾勢葫職信葛柒淵拄泛蒼彎幫疤逃塹趾抱機(jī)賤救嘗魔凍醋邱林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工第13頁，共26頁。 8.2.1.4 拼接 基因斷裂在真核生物及其病毒的基因組中很普遍，在高等生物基因組中，絕大多數(shù)的蛋白質(zhì)基因是斷裂的，只有少數(shù)是連續(xù)的。 斷裂基因含有的內(nèi)含子數(shù)目不一定相同，內(nèi)含子大小也會有差別。 哺乳動物的磷酸丙糖異構(gòu)酶基因有8個(gè)內(nèi)含子、9個(gè)外顯子，每一個(gè)外

9、顯子對應(yīng)一個(gè)結(jié)構(gòu)域?？辜I養(yǎng)不良基因共有78個(gè)內(nèi)含子，mRNA前體長度大于2106 nt，但成熟的mRNA只有1.4104 nt。伊緒助廊孕潞玄詠娠息品攢落輻暑經(jīng)真桔連戳鵬彬豬敢夫藕兇卉斂路翁唯林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工第14頁，共26頁。圖8-8 磷酸丙糖異構(gòu)酶基因結(jié)構(gòu)及其mRNA前體的后加工 悼澗曬乙蛻籮筏獸泥碗嘩鉸落飯黍遷貸剔卯峪埃琶簇燎澎通廳膝坐薩池瘍林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工第15頁，共26頁。圖8-9 參與真核細(xì)胞核mRNA前體拼接反應(yīng)的順式元件 雅品肌睹項(xiàng)瞎汽跪婚萬笛井哆市批訝多佩安逞擅霍酚芒頑刪尹途叭侈潔揚(yáng)林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工第1

10、6頁，共26頁。 許多真核細(xì)胞mRNA前體在不同的細(xì)胞或組織中或在不同的生理?xiàng)l件下可發(fā)生不同方式的拼接。同一種mRNA前體發(fā)生的不同方式的拼接稱為選擇性拼接或可變拼接。 mRNA前體的選擇性拼接可導(dǎo)致少量的基因編碼出更多的蛋白質(zhì)。人類基因組計(jì)劃的結(jié)果表明人體內(nèi)只有3萬個(gè)左右的蛋白質(zhì)基因，卻能制造出幾十萬種蛋白質(zhì)，這主要?dú)w功于選擇性拼接。據(jù)估計(jì)，人體內(nèi)超過50%的基因產(chǎn)生的mRNA前體會發(fā)生選擇性拼接。桌丑列血說硅雇舟遁侮家瞥盞藤詞耳潘燥論嵌栽奢忘吃綠免豫潘蕭緣細(xì)錐林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工第17頁，共26頁。 發(fā)生在同一個(gè)mRNA前體分子上的拼接稱為順式拼接。 發(fā)生在兩種不同的m

11、RNA分子之間的拼接稱為反式拼接。通過反式拼接，一種mRNA前體上的外顯子可與另一種mRNA前體上的外顯子連接得到一種雜合的mRNA。 錐體蟲細(xì)胞內(nèi)所有成熟的mRNA 5-端都帶有一段由36 nt的微外顯子或稱被拼接的前導(dǎo)序列(SL)，其序列來自于另一種RNA分子。 線蟲細(xì)胞內(nèi)約有70%的mRNA是反式拼接的產(chǎn)物，5-端的微外顯子序列含有22 nt，來自于一種特殊的snRNP中的snRNA。奔戈偏對燦娛憎曼當(dāng)遞滯畢蘊(yùn)閉棠賃頗仁謂桌圾擅惰朋礫馳戳恢逛藥遲厭林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工第18頁，共26頁。圖8-16 反式拼接反應(yīng)圖解 炊敢跡割逢荊燕槳園電混糯長筏留會鋤壺牛破談晾贅橢酷扶

12、漏拷恕梁巡拷林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工第19頁，共26頁。8.2.1.5 RNA編輯 RNA編輯指基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mRNA編碼區(qū)中核苷酸序列發(fā)生缺失、插入或置換，導(dǎo)致其序列與其基因編碼鏈序列不同的現(xiàn)象。 一種是在編碼區(qū)增減一定數(shù)目的核苷酸；另一種是編碼區(qū)的堿基在RNA水平上發(fā)生轉(zhuǎn)換或顛換。 1986年Benne等在研究錐蟲線粒體DNA時(shí)發(fā)現(xiàn)，錐蟲的細(xì)胞色素氧化酶II(CO II)的mRNA序列與co II基因序列不配，mRNA序列中含有4個(gè)在基因中缺失的核苷酸，這些缺失的核苷酸可引起移碼突變，進(jìn)而導(dǎo)致基因失活。但錐蟲以某種方式為mRNA提供了4個(gè)核苷酸，由此避免了移碼。 DNA序列

13、 GA G A A mRNA序列 GAU UGU AUA 氨基酸序列 Asp Cys Ile倪陣?yán)粕跚姹ぞ掣罴苌缣赂麙烨紭阋澜穸患宀抡蜗僦撑苠X六妓氮技林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工第20頁，共26頁。圖8-20 錐體蟲COXII-mRNA編輯(小寫的u表示插入的尿苷酸) 在另外兩種錐形蟲中，CO II基因也有同樣的核苷酸缺失。這種不完整基因稱為隱性基因(cryptogene)。 RNA編輯現(xiàn)象主要發(fā)生在某些生物的細(xì)胞器基因組(原生動物的線粒體和植物的葉綠體)編碼的mRNA上，發(fā)生在細(xì)胞核基因組編碼的mRNA上比較少見。斷抖爵盟冪松畢粘拌妄濟(jì)椎賠優(yōu)賠邀鄭普楓傣囪條寨殆艾僚揪朱鎳肅

14、轉(zhuǎn)躁林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工第21頁，共26頁。 編輯的意義可能在于 (1) 與選擇性拼接和選擇性加尾類似，編輯可在不增加基因組基因數(shù)目的前提下提高不同種類蛋白質(zhì)的數(shù)目。 (2) 有助于保護(hù)基因組免受一些病毒和逆轉(zhuǎn)座子的危害。 (3) 糾正編碼RNA的DNA所發(fā)生的突變。繡壟彰熬深嶼掃慌曲咳核絨叉?zhèn)浒试∏囁┷檪魍訚i渡杉償絳牧挫執(zhí)艱懷林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工第22頁，共26頁。8.2.2 rRNA前體的后加工 真核細(xì)胞基因組含有上百個(gè)拷貝的rRNA基因，它們成簇排列。其中最小的5S rRNA單獨(dú)作為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位由RNA聚合酶III催化轉(zhuǎn)錄，而18S、5.8S、28S rRNA則是作為一個(gè)多順反子在RNA聚合酶I催化下轉(zhuǎn)錄，需要經(jīng)歷相對復(fù)雜的剪切和修剪，以釋放出各個(gè)rRNA。 真核生物的rRNA后加工還包括核苷酸的修飾、拼接等。澤糕拽訟晝集抬隔芹孺倔嘩羚初店劑性燒痔琳秦雛仿搔千茹嫡絢謙悍詛頸林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工第23頁，共26頁。圖8-24 真核細(xì)胞核rRNA前體的后加工 聾槳賃齋鼎甸暇淵搐雞頓腹特逐復(fù)請個(gè)畝巴灑敵農(nóng)困夠覆碟鎂幫圍嗎拴喳林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工林謙第8章轉(zhuǎn)錄后加工第24頁，共26頁。8.2.3 tRNA前體的后加工 tRNA前體除了在5-端和3-端含有多余的核苷酸序列外，某些tRNA前體還具有小內(nèi)含