RNA的加工课件.ppt

Chapter 7RNA processing一、一、RNA的加工：的加工： 将各种前体将各种前体RNA分子加工成成熟的、有活性分子加工成成熟的、有活性的的RNA的的过程过程二、场所：二、场所： 主要是在细胞核内进行主要是在细胞核内进行第一节第一节 概述概述三、三、RNA加工的类型：加工的类型：1、、剪切剪切：就是剪去部分序列；：就是剪去部分序列；2、、剪接剪接：是指剪切后又将某些片段连接起来是指剪切后又将某些片段连接起来3、、末端添加核苷酸末端添加核苷酸：如：如 tRNA的的3′-末端添加末端添加-CCA4、、修饰修饰：在碱基及核糖分子进行化学修饰在碱基及核糖分子进行化学修饰5、、RNA编辑编辑：某些：某些RNA，，特别是特别是mRNA自自DNA模板模板上所获得的遗传信息，在转录作用后又发生了变化上所获得的遗传信息，在转录作用后又发生了变化 一、原核生物一、原核生物rRNA的加工的加工 第二节第二节 rRNA 的加工的加工16S rRNA23S rRNA5S rRNAtRNAtRNA大肠杆菌最初的转录物（大肠杆菌最初的转录物（30S ））1、核糖核蛋白复合体（、核糖核蛋白复合体（RNP）） 形成形成•初生转录物形成一些茎环结构，随后与一些蛋初生转录物形成一些茎环结构，随后与一些蛋白结合形成核糖核蛋白复合体（白结合形成核糖核蛋白复合体（RNP））茎环结构茎环结构RNP原核生物原核生物rRNA的加工的加工（（RNA酶Ⅲ）2、甲基化修饰：、甲基化修饰：（通常是（通常是A）） 甲基供体甲基供体-- S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸3、剪切：、剪切：（（1））RnaseⅢ剪切释放出剪切释放出5S，，16S，，23S前体分子；前体分子；（（2）随后）随后RNA酶酶M5, M 16, M 23分别在每一前体分别在每一前体分子的分子的5’端和端和3’端进行剪切。

端进行剪切二、真核细胞二、真核细胞rRNA的加工的加工（（一）概述一）概述 1、、rRNA基因：基因： RNA聚合酶聚合酶ⅠⅠ转录转录——转录物需要加工转录物需要加工 2、、5s rRNA 基因：基因： RNA聚合酶聚合酶ⅢⅢ转录转录----转录物不需加工转录物不需加工Mammals18S rRNA5.8S rRNA28S rRNA47S pre-rRNA(13500nt)>100 site 2’-O-methlsnoRNPMature rRNAsETS1ITS1ITS2ETS245S pre-rRNA41S pre-rRNA20S+32S pre-rRNA5.8S - 28S Base pair（二）真核细胞（二）真核细胞rRNA前体的加工过程前体的加工过程18S rRNA5.8S rRNA28S rRNA（（1）广泛地进行甲基化修饰，主要是在）广泛地进行甲基化修饰，主要是在28S及及18S中2）除掉外部转录间隔区）除掉外部转录间隔区(ETS)1和和2，再切去内部，再切去内部转录间隔区（转录间隔区（ITS），），释放出释放出32S和和20S的两个前的两个前RNA。

（（3））随后随后45 S rRNA前体经核酸酶顺序剪切下生成前体经核酸酶顺序剪切下生成18S、、5.8S、、28S rRNA真核细胞真核细胞rRNA前体的加工过程前体的加工过程第三节第三节 tRNA的加工的加工一、原核一、原核tRNA的加工的加工1 1、、““斩头斩头””，形成，形成5′5′末端；末端；（（RNaseP））2 2、、““去尾去尾””，，切除切除3’多余的核苷酸直至多余的核苷酸直至CCA，， 形成形成3′-3′-OHOH末端末端（（RNaseD））；；3 3、、修饰：修饰：甲基化甲基化等等二、真核二、真核tRNA的加工和原核的区别的加工和原核的区别1、真核、真核tRNA前体中无二聚体和多聚体；前体中无二聚体和多聚体；2、增加了剪接内含子的过程；、增加了剪接内含子的过程；3、、真真核核生生物物CCA多多由由tRNA核核苷苷酸酸转转移移酶酶添添加加，，而原核多由而原核多由tRNA基因编码基因编码第四节第四节 前体前体mRNA的加工的加工原核原核真核真核geneOperon intronmRNAPolycistronic monocistronicPre-mRNAmRNA processing 5’-cap, poly(A) tail Longer-livedTransport to cytoplasm 一、原核生物与真核生物基因表达的差异一、原核生物与真核生物基因表达的差异二、核内不均一二、核内不均一RNA（（hnRNA））--RNApolⅡ的的产物产物 1、、hnRNP：： hnRNA+蛋白蛋白 前前mRNA snRNA 2、、snRNP：：snRNA+蛋白蛋白 功能：参与前功能：参与前mRNA的剪接的剪接hnRNAhnRNA三、真核生物前三、真核生物前mRNA加工过程加工过程前前mRNA加工过程加工过程§5’端加帽（端加帽（5’-capping））§3’端加尾端加尾§剪接（剪接（splicing））§甲基化修饰（甲基化修饰（methylation））（一）（一）5’端加帽（端加帽（5’-capping））（（P83））1 1、三种、三种5’5’帽结构形式帽结构形式帽帽0 m7GpppNpN帽帽1 m7GpppNmpN帽帽2 m7GpppNmpNm2、、 5’帽的作用：帽的作用：（（1）防止被）防止被5’外切核酸酶降解外切核酸酶降解（（2）翻译时可被起始因子和核糖体识别）翻译时可被起始因子和核糖体识别（（3）有助于）有助于mRNA越过核膜，进入胞越过核膜，进入胞质质3、、5-capping: m7G ( 5’-5’, mRNA guanyltransferase鸟苷转移酶鸟苷转移酶) Base 1: 2’-OH 甲基化；甲基化；A (N6-甲基化甲基化) Base 2: 2’-OH 甲基化甲基化5  pppNp…5  GpppNp…pppG ppi鸟苷酸鸟苷酸转移酶转移酶5  m7GpppNp…甲基转移酶甲基转移酶SAM5  ppNp…磷酸酶磷酸酶 Pi真核生物真核生物mRNA转录后加工转录后加工--“加帽加帽”（（1））mRNA5′末端末端pppNp在磷酸酶作用下在磷酸酶作用下脱脱Pi，，形成形成ppNp-。

2））在鸟苷酸转移酶作用下，与在鸟苷酸转移酶作用下，与Gppp反应形成反应形成GpppNp-,连接方式为连接方式为5‘-5’三磷酸桥三磷酸桥3）在甲基转移酶作用下，由腺苷蛋氨酸）在甲基转移酶作用下，由腺苷蛋氨酸(SAM)提供甲基，在鸟嘌呤提供甲基，在鸟嘌呤的的N-7上甲基化上甲基化（（4）在连接于鸟苷酸的第一个（或第二个）核）在连接于鸟苷酸的第一个（或第二个）核苷酸苷酸2－－OH上又进行甲基化，最后形成上又进行甲基化，最后形成m7GpppNmp（二）（二）3’端加端加尾尾1、、3’端端: polyA poly(A)聚合酶聚合酶--Poly(A) polymerase(PAP); poly(A)＋＋ ：：大部分真核大部分真核mRNA有有poly(A)尾巴尾巴 poly(A)－－ ：：无无poly(A)尾巴，如组蛋白的尾巴，如组蛋白的mRNA2、、作用：作用： （（（（1 1））））稳定稳定mRNA （（2））有助于有助于mRNA从核到细胞质转运从核到细胞质转运3、、3’末端多聚末端多聚A尾的生成尾的生成（（1 1））识别因子识别因子识别识别AAUAAA（（2 2））剪切因子剪切因子( (CF)CF)在加尾位点在加尾位点AAUAAA下游下游1111－－ 3030ntnt处处剪切剪切RNA；；（（3 3））poly(A)poly(A)聚合酶聚合酶合成合成poly(A)poly(A)尾巴；尾巴；AAUAAA(20bp)CA5’UUGUGUGUUG3’Polyadenylation signalCleavage sitepolyA addition siteGC-rich region第五节第五节 内含子的剪接内含子的剪接一、核酶一、核酶(Ribozyme) 是是指指本本质质为为RNA或或以以RNA为为主主含含有有蛋蛋白白质质辅辅基的一类具有催化功能的物质。

基的一类具有催化功能的物质1、、发现发现 1981年年T.Cech和和S.Atman 四膜虫四膜虫 rRNA2 2、、类型：类型： ① ① 剪切型剪切型 ：：相当于相当于内切核酸酶内切核酸酶 ② ② 剪接型剪接型 ：：相当于相当于内切核酸酶及连接酶内切核酸酶及连接酶 ③ ③ 其他类型：如核苷酸转移，脱磷酸作用其他类型：如核苷酸转移，脱磷酸作用3、核酶与传统酶的区别：、核酶与传统酶的区别：（（1）一般的酶是纯的蛋白质，而核酶是）一般的酶是纯的蛋白质，而核酶是RNA或或 带蛋白的带蛋白的RNA；；（（2））有有的的核核酶酶既既是是催催化化剂剂又又是是底底物物而而酶酶仅仅催催化化反应反应4、、意义：意义：① ① 突破了酶的概念；突破了酶的概念；② ② 揭示了内含子自我剪接的奥秘；揭示了内含子自我剪接的奥秘； 促进了促进了RNARNA的研究的研究 ③③ 为生命的起源和分子进化提供了新的依据为生命的起源和分子进化提供了新的依据二、前二、前mRNA的的剪接（剪接（splicing））（（一）前一）前mRNA的内含子的内含子　 GU-AG类（主要）类（主要） AU-AC类（次要）类（次要） 　G100U100A62A68G84T63 12Py N C65A100G100A64G73N内含子内含子外显子外显子外显子外显子左位点左位点(5’/ 供体供体)右位点右位点(3’/ 受体受体)分支点共同序列分支点共同序列 Py80 N Py80 Py87 Pu75 A Py95GU-AG类内含子剪接位点的特征：类内含子剪接位点的特征：（（1））5’剪切点（供体位点）为剪切点（供体位点）为GU（（2））3’剪切点（受体位点）为剪切点（受体位点）为AG GT-AG rule (GT-AG 规则规则)：指在：指在核核基因内含子基因内含子开开始始和结和结束束出现的出现的两两个个固固定的定的脱脱氧氧核苷酸核苷酸:5＇端为＇端为GT, 3＇＇端为端为 AG，，与前体与前体RNA内含子剪接有关内含子剪接有关（（3）分支部位：）分支部位： 多多聚聚嘧啶序列：嘧啶序列：Py80 N Py80 Py87 Pu75 A Py95，，（（ 二）二）剪接体的形成剪接体的形成 1、、剪接体（剪接体（spliceosome）） 是由几种非特异的小核糖核蛋白是由几种非特异的小核糖核蛋白(UsnRNP)与与mRNA前体结合而成前体结合而成2 2、剪接因子、剪接因子（（1 1））UsnRNPs ：：U1、、U2、、U5、、U4/U6（（2））化学组成化学组成：：U-RNA+proteins U-RNAs(uracil rich RNA)：： snRNAs（（3））特点：特点：snRNP中的中的RNA成分与成分与5’端和端和3’端剪端剪接点及分支点的多种保守碱基配对接点及分支点的多种保守碱基配对U1U1U2U4/6U5U1U2U4/6U5U1U2OHOHUACUAACGUAGOHUACUAACUGAG3、剪接体的形成、剪接体的形成3、、剪接体的形成：剪接体的形成：（（1））U1snRNP识别外显子的识别外显子的5′′末端剪接序列，末端剪接序列， 并与其互补而结合并与其互补而结合（（2））U2snRNP识别并结合于分支部位识别并结合于分支部位（3）U5snRNP，，识别并结合于内含子识别并结合于内含子3′′末端剪末端剪 接位点接位点（（4））U4，，U6也参加到剪接体中，起配合作用也参加到剪接体中，起配合作用（（5））mRNA与与snRNP形成复合体形成复合体---剪接体剪接体GUAGAU GAGAGUAGA套索结构套索结构套索的形成及剪接套索的形成及剪接1212（三）（三）前前mRNA的内含子的剪接的内含子的剪接　　　　1、、分支点分支点A的的2′-OH攻击攻击5′端交界处的磷酸二酯端交界处的磷酸二酯键，形成键，形成套索套索（（lariat））结构结构2、、切切下下的的外外显显子子1的的3′-OH攻攻击击内内含含子子3′端端的的交交界界处磷酸二酯键，同时释放出套索状的内含子。

处磷酸二酯键，同时释放出套索状的内含子三、三、I 型内含子的剪接型内含子的剪接（一）结构特点（一）结构特点 无无GT-AG结构结构 边界序列为边界序列为5’ U…..3’G; （（二）二）I 型内含子剪接的机制型内含子剪接的机制1、自由鸟苷酸的、自由鸟苷酸的3’-OH作为亲核基团攻击内含子作为亲核基团攻击内含子5’端的磷酸二酯键，从上游切开端的磷酸二酯键，从上游切开RNA链链2、上游外显子的、上游外显子的3’-OH作为亲核基团攻击内含子作为亲核基团攻击内含子3’位核苷酸上的磷酸二酯键，使内含子被完全切开位核苷酸上的磷酸二酯键，使内含子被完全切开3、上下游外显子通过新的磷酸二酯键相连、上下游外显子通过新的磷酸二酯键相连UpAGpUpGOHUOHGpUpGAUpUrRNApGpGUpAUpU（（三）三）I 型内含子剪接的特点型内含子剪接的特点1、内含子自我催化断裂和连接、内含子自我催化断裂和连接（（ribozymes））2、、需要带有需要带有3’-OH的鸟苷参与的鸟苷参与3、转酯反应、转酯反应(transesterification)四、四、II 型内含子型内含子介于介于GT-AG和和 I 型内含子之间的类型型内含子之间的类型（一）结构特点（一）结构特点（（1）） 边界序列为边界序列为5′↓GUGCG……YnAG↓；；（（2））分支点顺序（分支点顺序（branch-point seguence）） 保守序列保守序列 Py Pu Py Py T A Py（（3））分子内配对：分子内配对： 分支点顺序的中间和两侧各有分支点顺序的中间和两侧各有3-5bp的序列与的序列与上游序列互补（上游序列互补（A除外）除外）（二）（二） II 型内含子剪接机制型内含子剪接机制1、分支点、分支点A的的2′-OH对对5′端交界处的磷酸二酯键发端交界处的磷酸二酯键发动亲核进攻，产生了动亲核进攻，产生了套索套索（（lariat））结构结构2、、切切下下的的外外显显子子1其其3′-OH继继续续对对内内含含子子3′端端的的交交界界序序列列进进行行亲亲核核进进攻攻，，同同时时释释放放出出套套索索状状的的内内含含子。

子第六节第六节 RNA的编辑的编辑一、一、RNA的编辑（的编辑（RNA editing））的概念的概念 是指转录后的是指转录后的RNA在编码区发生碱基的加入，在编码区发生碱基的加入， 丢失或转换等现象丢失或转换等现象二、编辑的生物学意义：二、编辑的生物学意义： 1 1、校正作用；、校正作用； 2 2、扩充遗传信息、扩充遗传信息 机制：脱氨基作用的结果（胞苷和腺苷脱氨酶催化）机制：脱氨基作用的结果（胞苷和腺苷脱氨酶催化） 进行编辑的进行编辑的脱氨酶脱氨酶能特异性识别靶位点能特异性识别靶位点三、三、编辑的机制的机制 （一）碱基转换碱基转换CAAUAA肝脏肠哺乳类载脂蛋白哺乳类载脂蛋白apo-B转录物的编辑转录物的编辑（二）碱基插入（二）碱基插入GGGGAAAGAUAUUGAUGAAAGGAGUGGUGAAUUUAUUGUUUAUAUUGAUUGUAUUAUAGGUUAAAAUUUAUGUUGUCUUUUAACUUUAAAUAUAAUAGAAAAUUGAAA A G G C UUUAACUUUAAAUAUAAUAGAAAAUUG编辑前RNA指导RNA指导指导RNA的的作用模式作用模式利什曼原虫细胞色素利什曼原虫细胞色素b mRNA的编辑的编辑1、指导、指导RNA的作用模式的作用模式（（1 1））指指导RNARNA（（guide RNA）：）： 提供提供mRNAmRNA的的编辑信息，并作信息，并作为模板模板；； （（2 2））非常非常规的互的互补，，GUGU配配对 2、编辑复合体：、编辑复合体： 含内切核酸酶、末端尿苷转移酶、含内切核酸酶、末端尿苷转移酶、RNA连接酶各一连接酶各一 3、编辑的反应：切割、插入、连接、编辑的反应：切割、插入、连接Question名词解释：名词解释：剪接、剪接体、剪接、剪接体、RNA编辑、指导编辑、指导RNA、、GT-AG规则、核酶规则、核酶简答题：简答题：1、、 mRNA 3’poly（（A））尾链的生成机制尾链的生成机制2 、、5’帽子、帽子、 3’poly（（A））尾链的作用有哪些尾链的作用有哪些3、简述原核生物与真核生物、简述原核生物与真核生物mRNA的差异的差异思考题：思考题： 碱碱基基替替换换编编辑辑、、插插入入编编辑辑与与点点突突变变（（碱碱基基替替换换、、碱碱基基增增加加））有何不同？有何不同？。