第5章RNA剪接和加工.ppt

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1、1第五节第五节 RNA剪接和加工剪接和加工 大多数真核生物编码蛋白质的基因是不连续基因，内元与编码序列一起被转录。因此mRNA的原初转录产物是分子量很大的前体，分子大小极不均一。这些高分子量、不均一的核内RNA称为核内不均一RNA（heterogeneous nuclear RNA,hnRNA).hnRNA 经加工和选择性拼接，产生有功能的成熟的mRNA，释放到细胞质中。23翻译翻译转录转录末端修饰末端修饰剪接剪接RNA剪接、剪接、加工均发生加工均发生于核内于核内4三类剪接系统三类剪接系统:l 高等真核生物中，外显子高等真核生物中，外显子-内含子边界、内含子边界、位于内含子内的短的保守序列，由

2、一复杂的位于内含子内的短的保守序列，由一复杂的核蛋白组成的剪接器复合体对其识别，并切核蛋白组成的剪接器复合体对其识别，并切除内含子。除内含子。l 有两组不同的内含子可发生自我剪接。有两组不同的内含子可发生自我剪接。l 酵母核前体酵母核前体tRNA内含子的切除。内含子的切除。除核前体除核前体tRNA外，外，RNA的剪接都通过的剪接都通过酯基酯基转移（转移（transesterification）反应切除。反应切除。5（一（一）核）核RNA剪接的模式剪接的模式内含子两端没有长的同源或互补序列，但有极短的保守的内含子两端没有长的同源或互补序列，但有极短的保守的共有序列，左端（上游）为共有序列，左端（

3、上游）为GT，右端（下游）为，右端（下游）为AG。这。这一现象称为一现象称为GT-AG规则规则。在。在RNA中则为中则为GU-AG。左端的位点也叫供体位点（左端的位点也叫供体位点（donor site）或者）或者5，右，右端也叫受体位点（端也叫受体位点（acceptor site）或者）或者3。一、一、核核RNA的剪接的剪接6原则上原则上5 可以和任何可以和任何3 位点进行剪接。位点进行剪接。剪接位点是通剪接位点是通用的；用的；剪接器无组织剪接器无组织特异性。特异性。7exon-trapping8内含子切除存在优先途径内含子切除存在优先途径原初转录物原初转录物缺少内含子缺少内含子5、6缺少内含

4、子缺少内含子4、5、6、7只有内含子只有内含子3mRNA9剪接的第一步，是内含子剪接的第一步，是内含子5 端与上游外显子之间断裂；端与上游外显子之间断裂；5端与内含子中靠近端与内含子中靠近3端的一端的一A 残基残基2-OH 形成一索套形中形成一索套形中间产物间产物;A 所在位点称为所在位点称为分支分支位点（位点（branch site）;第二步，在第二步，在3位点切割，释放位点切割，释放出内含子，连接两个外显子。出内含子，连接两个外显子。索套（索套（lariat）结构）结构10两步反应都通过酯基转移两步反应都通过酯基转移（transesterification）进行进行分支位点分支位点A残基残

5、基2-OH攻攻击击5位点位点上游外显子上游外显子3-OH攻击攻击3位点位点11（二）剪接体（二）剪接体（spliceosome）剪接器含蛋白与核内小剪接器含蛋白与核内小RNA，称为，称为snRNA（核内小（核内小RNA，small nuclear RNA），大小为），大小为100300（高（高等真核生物）或者等真核生物）或者1001000（yeast）.以核蛋白形式存在。该核蛋白称为以核蛋白形式存在。该核蛋白称为snRNPs.scRNA（胞质内小（胞质内小RNA，small cytoplasmic RNA），其形成的核蛋白称为），其形成的核蛋白称为scRNPs.snoRNA（核仁小（核仁小RN

6、A，small nucleolus RNA）：）：参与参与rRNA加工。加工。12snRNP与其它蛋白形成与其它蛋白形成剪接体（剪接体（spliceosome）。参与剪接的参与剪接的snRNA都很保守，参与剪接的都很保守，参与剪接的snRNA为为U1,U2,U4,U5,U6。每个。每个snRNP含一个含一个snRNA和多个蛋白，和多个蛋白，其结构核心都有一组其结构核心都有一组8个蛋白。个蛋白。除除U6 外，都含有保守序列外，都含有保守序列PuAU3-6GPu。snRNA的功能：参与核蛋白复合体的结构构建；通过与的功能：参与核蛋白复合体的结构构建；通过与靶位点靶位点RNA或在或在snRNA之间的

7、碱基配对来执行剪接功之间的碱基配对来执行剪接功能。能。13U1 snRNA可直接与内含子可直接与内含子5位点配对，这是为剪接所必须的。位点配对，这是为剪接所必须的。14剪接体的剪接体的组装和剪组装和剪接过程接过程E 复合体复合体A 复合体复合体B1 复合体复合体B2 复合体复合体C1 复合体复合体C2 复合体复合体155 of Intron 剪切与剪切与lariat 的形成同步的形成同步 3 of intron 剪切与剪切与lariat 切除，切除，exons连接同步连接同步spliceosome 解体与解体与lariat降解同步降解同步Cut-ligate16U6与与U4、U2通过碱基配对相

8、互作用通过碱基配对相互作用由于由于U4 和和U2 都是通过与都是通过与U6的同一段碱基序列互补的同一段碱基序列互补配对进行作用，因此配对进行作用，因此 U6/U4 和和 U6/U2 不能相容。不能相容。17二、二、自我剪接的自我剪接的RNA核酶（核酶（ribozyme）：通指具有催化活性的：通指具有催化活性的RNA。核酶核酶P是一核蛋白，只一条与蛋白结合的是一核蛋白，只一条与蛋白结合的RNA。RNA具有具有催化催化tRNA切割的功能；而蛋白的功能是间接的，可能是维切割的功能；而蛋白的功能是间接的，可能是维持持RNA的结构。的结构。拟病毒类小拟病毒类小RNA可进行自切割反应。尽管是分子内反应，可

9、进行自切割反应。尽管是分子内反应，也可分为催化部分和底物部分。也可分为催化部分和底物部分。I 类和类和 II 类内含子类内含子具有把自己从前体具有把自己从前体mRNA中剪接出的能力。中剪接出的能力。Thomas Cech,Nobel prize in 198918一类内含子（一类内含子（Group I）35S RNA在体外可自发剪在体外可自发剪接，内含子剪下为线型，接，内含子剪下为线型，然后进一步环化。然后进一步环化。这一反应只需一种二价阳这一反应只需一种二价阳离子和鸟苷酸（离子和鸟苷酸（GNP）；）；GNP必须具自由必须具自由3-OH。出现于低等真核生物四膜出现于低等真核生物四膜虫核内编码虫

10、核内编码rRNArRNA的基因。的基因。在真菌线粒体中很普遍。在真菌线粒体中很普遍。也存在于噬菌体也存在于噬菌体T4T4和细菌和细菌中。中。这类内含子这类内含子具有自我剪接具有自我剪接（self-splicing/self-splicing/autosplicingautosplicing）的能力）的能力。19GNP的的3-OH攻击攻击内含子内含子5端，形成端，形成G-内含子，和外显内含子，和外显子部分；子部分；分离的外显子分离的外显子3-OH攻击下一个外攻击下一个外显子的显子的5端；端；释放的内含子释放的内含子3-OH攻击自身攻击自身5端端15碱基处。碱基处。反应通过三步酯基转反应通过三步酯

11、基转移反应进行。移反应进行。2021线型线型L19 RNA可催化寡聚可催化寡聚胞苷酸（胞苷酸（C5）延长）延长22具有具有9个配对区（双螺旋个配对区（双螺旋区），其中区），其中P4、P7比较保比较保守；守；P3、P4、P6、P7形成内含形成内含子的子的“核心核心”，是可进行具，是可进行具催化反应的最小区域；催化反应的最小区域；P1包括一段外显子，称为包括一段外显子，称为IGS（internal guide sequence）。）。I 类内含子的一般二级结构类内含子的一般二级结构23II 类内含子的类内含子的domain5和和domain6的结构，类似于的结构，类似于和核和核RNA内含子剪接体中

12、内含子剪接体中U6-U2及及U2-内含子配对形内含子配对形成的结构。成的结构。(II(II 类内含子类内含子)(核核RNARNA内含子剪接体内含子剪接体)二类（二类（group II）内含子的剪接）内含子的剪接24三类内含子剪接模式的比较三类内含子剪接模式的比较核核RNA内含子和内含子和II类内含子的剪类内含子的剪接很相似：接很相似：靠近靠近3剪接位点的一剪接位点的一A的的2-OH 攻击内含子攻击内含子5末端，形成末端，形成索套索套（lariat）中间体）中间体。都是通过酯基转移反应进行；都是通过酯基转移反应进行；25三、酵母tRNA的剪接 前面的剪接反应是依赖于一些短的保守序列，转酯反应与连

13、接反应同时进行。在酵母tRNA的剪接过程中，采用了不同的机制，链的断裂与连接是两个独立的反应。tRNA 的剪接与成熟的剪接与成熟（真核生物）（真核生物）Endonuclease环化磷酸二酯酶环化磷酸二酯酶 CPDaseOH3ACC5NP23Kinase+GTP3ACC53ACC5NP23P腺嘌呤合成酶、腺嘌呤合成酶、Ligase+ATP3ACC5NP23PpPLigase3ACC5NP23P2磷酸转移酶磷酸转移酶3ACC5N23P28四、四、RNA的末端修饰的末端修饰（一）（一）mRNA的的5端修饰端修饰1、加帽、加帽 在磷酸酶的作用下，在磷酸酶的作用下，将将5-端的磷酸基水解，端的磷酸基水解

14、，然后再加上鸟苷三磷酸，然后再加上鸟苷三磷酸，形成形成GpppN的结构，再的结构，再对对G进行甲基化。进行甲基化。新加的新加的G以反方向与以反方向与5连接，这一结构称为帽连接，这一结构称为帽子（子（cap）结构）结构 5 5 Gppp+pppApNpNp.5 5 GpppApNpNp.+pp+p 292、甲基化、甲基化只在末端只在末端G的的7位甲位甲基化的帽子称为帽基化的帽子称为帽子子0（cap 0），写），写作作m7GpppX；若第二个核苷酸若第二个核苷酸2-OH甲基化，则甲基化，则称为帽子称为帽子1（cap 1），写作），写作m7GpppXm；若第三个核苷酸若第三个核苷酸2-OH甲基化，则

15、称为甲基化，则称为帽子帽子2（cap 2），），写作写作m7GpppXmpYm。30（二）（二）RNA的的3末端修饰末端修饰Pol II无特定终止位点？无特定终止位点？31Pol II无特定终止位点，无特定终止位点，3-OH末端通过在特定位末端通过在特定位点切割后加上点切割后加上poly(A)来来形成。形成。末端的末端的AAUAAA序列作序列作为切割和添加为切割和添加poly(A)的的位点的信号。位点的信号。32产生正确的末端结构需要产生正确的末端结构需要核酸核酸内切酶（由内切酶（由CFI和和CFII组成）组成）切割切割RNA；特异组分（特异组分（CPSF）识别识别AAUAAA序列；序列；激发

16、因子激发因子CstF，结合在切割，结合在切割位点下游一富含位点下游一富含G-U的序列。的序列。poly(A)聚合酶（聚合酶（PAP）合成合成poly(A)尾部；尾部；33酵母中酵母中rRNA的一般加工过程的一般加工过程rRNA 的切割的切割真核真核rRNA 前体包括前体包括18S,5.8S,28S rRNA；前体前体rRNA在高等真核生物在高等真核生物中为中为45S RNA，低等真核，低等真核生物（酵母）中为生物（酵母）中为35S RNA。成熟成熟rRNA通过对前前体通过对前前体rRNA的切割和修剪的切割和修剪（trimming）反应形成。）反应形成。五、五、rRNA的加工的加工34细菌细菌rRNA基因中还常包含有基因中还常包含有12个个tRNA基因基因The rrn operons contain genes for both rRNA and tRNA.35脊椎动物脊椎动物rRNA有大量的有大量的甲基化位点，位于保守甲基化位点，位于保守位置；位置；大多数大多数snoRNA含有与含有与18S、28S RNA甲基化甲基化位点互补的序列；位点互补的序列；碱基配对形成的双螺旋碱基配对形成的