复旦大学基因组学课件08-1RNA的加工与修饰.pdf

第8章 RNA的加工与修饰 1) mRNA加帽的生物学功能加帽的生物学功能 2) mRNA加尾的生物学功能加尾的生物学功能 3) mRNA前体的可变剪接前体的可变剪接 4) RNA的修饰与编辑的修饰与编辑 5) mRNA的转移的转移 6) mRNA的降解的降解 细胞中RNA的组成 PolI, PolII和PolII类基因中的 非编码RNA 1) PolI: rRNA, 28S RNA, 5.8S RNA, 18S RNA 2) PolII: U RNA, miRNA, siRNA 3) PolIII: 5S RNA, tRNA, 7SL RNA 原核生物极少转录后加工原核生物极少转录后加工 1) 原核生物原核生物mRNA缺少加帽和加尾缺少加帽和加尾; 2) 原核生物原核生物mRNA没有内含子没有内含子, 不存在剪接不存在剪接 加工加工; 3) 未发现原核生物未发现原核生物mRNA存在编辑的例子存在编辑的例子; 4) 原核生物无终止密码原核生物无终止密码mRNA的翻译延伸的翻译延伸. tm RNA的工作机制 No stop codon mRNA 的翻译的翻译. 真核生物RNA的加工与修饰 RNA的加功与修饰 未端修饰未端修饰（end-modification） 加帽与加尾加帽与加尾. 真核生物和真核生物和 古细菌的古细菌的 mRNA合成时，需在合成时，需在5-端加帽及端加帽及3-端加上端加上 一段一段Poly(A)尾巴。

尾巴 剪接剪接（splicing） 内含子切除内含子切除, 真核生物中大多数编码蛋真核生物中大多数编码蛋 白质的基因都有内含子，这是一段不编码的顺序，白质的基因都有内含子，这是一段不编码的顺序， 在转录时与编码顺序一道拷贝成前体在转录时与编码顺序一道拷贝成前体RNA前体 RNA中的内含子剪除后转为成熟的中的内含子剪除后转为成熟的mRNA，然后翻，然后翻 译成蛋白质某些译成蛋白质某些古细菌的转录物也有内含子古细菌的转录物也有内含子，但，但 在真细菌中非常罕见在真细菌中非常罕见 剪切剪切 原核生物和真核生物的原核生物和真核生物的rRNA和和tRNA初级转初级转 录物常由多个功能单位组成，必须剪切后才能转变录物常由多个功能单位组成，必须剪切后才能转变 为成熟的分子为成熟的分子 化学修饰化学修饰 所有生物的所有生物的rRNA和和tRNA都必须进行化学修都必须进行化学修 饰，将某些饰，将某些化学基团加入到每个化学基团加入到每个RNA分子分子中 编辑编辑 通过化学修饰改变通过化学修饰改变mRNA的编码信息称为的编码信息称为RNA编编 辑，仅在某些辑，仅在某些生物种属和细胞器基因组生物种属和细胞器基因组中存在。

中存在 线粒体RNA和叶绿体RNA的 加工与修饰 1) 不加帽不加帽 2) 不加尾不加尾 3) 有内含子有内含子,自我剪接自我剪接 4) 广泛的编辑广泛的编辑 5) 广泛的修饰广泛的修饰 mRNA加帽的功能(1) 在所有转录的在所有转录的RNA产物中产物中, 只有只有POL II基因转录基因转录 产物才有帽子结构产物才有帽子结构,其功能是其功能是: 1）阻止阻止mRNA的降解的降解 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 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帽子后，带有帽子后，带有3个连接磷酸个连接磷酸 的的5帽可阻止帽可阻止RNase切割 2）提高翻译效率提高翻译效率 真核生物真核生物mRNA必须通过必须通过5帽帽 结合蛋白才能接触核糖体结合蛋白才能接触核糖体, 起始翻译缺少加起始翻译缺少加 帽的帽的mRNA由于不能被由于不能被5帽结合蛋白识别，帽结合蛋白识别， 其翻译效率比加帽其翻译效率比加帽 mRNA 低二十倍低二十倍 mRNA加帽的功能(2) 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 凡由凡由Pol II转录的转录的RNA均均 在在5端加帽，包括端加帽，包括snRNA，这是，这是RNA分子进出细胞核分子进出细胞核 的识别标记。

大多数的识别标记大多数snRNA转录后在细胞核中接收转录后在细胞核中接收 5端单甲基端单甲基m7G加帽，然后转移到细胞质与加帽，然后转移到细胞质与snRNP蛋蛋 白结合在细胞质中白结合在细胞质中snRNA 5帽需再修饰成为三甲基帽需再修饰成为三甲基 带帽结构带帽结构m2，2， 7G，随后重新返回细胞核参与，随后重新返回细胞核参与mRNA 的剪接加工的剪接加工U6 snRNA由由PolIII转录，在其转录，在其5端保留端保留 的三磷酸基团无帽子结构，因而不能输出细胞核某的三磷酸基团无帽子结构，因而不能输出细胞核某 些突变型的被输送到细胞质中的些突变型的被输送到细胞质中的snRNA由于不能合成由于不能合成 三甲基带帽结构，不能返回细胞核三甲基带帽结构，不能返回细胞核 4）提高提高mRNA的剪接效率的剪接效率 5帽结合蛋白涉及第一个内帽结合蛋白涉及第一个内 含子剪接复合物的形成，直接影响含子剪接复合物的形成，直接影响mRNA的剪接效的剪接效 率率 加 帽 可 保 护mRNA RNA进出细胞核 mRNA 的帽子的帽子 结构是结构是 进出细进出细 胞核的胞核的 识别标识别标 记记, 未未 加帽的加帽的 mRNA 不能输不能输 出细胞出细胞 核核. 核核 膜通道膜通道 具识别具识别 其蛋白其蛋白 质成分质成分 mRNA3 加 尾 mRNA加尾的作用 1）提高）提高mRNA 的稳定性的稳定性 2）控制与提高）控制与提高mRNA翻译效率翻译效率 3）有助于）有助于mRNA前体最后一个前体最后一个 内含子的剪切内含子的剪切 poly (A)有 助 于mRNA的 稳 定 U1A蛋白合成的自我调节蛋白合成的自我调节: UIA mRMA的的5有有UIA蛋白结合顺序蛋白结合顺序. 当当 UIA蛋白过剩时蛋白过剩时, UIA与前体与前体mRNA 5结合结合, 导致导致3切割因子与切割因子与 AUUAAA位点结合位点结合, 阻止加尾阻止加尾, 并引起并引起mRNA前体降解前体降解. U1A蛋白质蛋白质: U1 snRNPs 中与中与U1 snRNA结合的蛋白质结合的蛋白质, 与与mRNA剪接加工有关剪接加工有关. poly（A）提 高 翻 译 效 率 Poly(A)与翻译起始有关 eIF4: eIF4E,4A,4G Poly (A)可可 调调 控控 翻翻 译译 起起 始始 许多动物卵细胞许多动物卵细胞 的成熟依赖于的成熟依赖于母母 源源mRNA的加尾的加尾. 一些母源一些母源mRNA 的的Poly(A)尾太短尾太短, 不能起始翻译不能起始翻译. 原原 因是加尾蛋白因是加尾蛋白 CPSF在在Maskin 的作用下不与加的作用下不与加 尾信号结合尾信号结合.孕激孕激 素可作用素可作用CPEB 磷酸化磷酸化, 减弱减弱 Maskin的作用的作用, 促使促使CPSF与加尾与加尾 信号结合信号结合, Poly(A) 延伸延伸,翻译进行翻译进行. mRNA前体的剪接前体的剪接 1) mRNA前体的剪接步骤前体的剪接步骤 2) mRNA前体中与剪接有关的顺序前体中与剪接有关的顺序 3) mRNA前体剪接中的转脂反应前体剪接中的转脂反应 4) snRNA在在mRNA前体剪接中的作用前体剪接中的作用 5) SR蛋白质在蛋白质在mRNA前体剪接中的作用前体剪接中的作用 6) 可变剪接可变剪接 7) 反式剪接反式剪接 mRNA两步剪接两次转脂事件 前体mRNA剪接相关顺序 前体mRNA剪接中的两次转脂反应 mRNA的 剪 接 过 程 snRNA在前体mRNA剪接中的作用 内含子的种类与分布 内含子类型内含子类型 分分 布布 - GU AU内含子内含子 真核生物核前体真核生物核前体mRNA AU AC内含子内含子 真核生物核前体真核生物核前体mRNA I 型型（Group I） 真核生物核前体真核生物核前体mRNA 细胞器细胞器RNA II型型（Group II） 细胞器细胞器RNA 某些原核生物某些原核生物RNA III型型（Group III） 细胞器细胞器RNA 孪生内含子孪生内含子（Twintrons） 细胞器细胞器RNA 前体前体tRNA内含子内含子 真核生物核前体真核生物核前体tRNA 古细菌内含子古细菌内含子 不同不同RNA - 罕见的转 录后加工: 正义链与反义链互补转录产物在同一位置剪接加工 见见: Science 308: 1149-1154 组群I内含子(Group I)核酶 这是最早在单这是最早在单 细胞原生生物细胞原生生物 的的rRNA剪切加剪切加 工中发现的内工中发现的内 含子切除现象含子切除现象, 不依赖蛋白质不依赖蛋白质 仅由仅由rRNA分子分子 自身催化的剪自身催化的剪 接反应接反应, 又称为又称为 核酶核酶. 组群II内含子(Group II) 组群组群IIII内含子内含子(Group II)(Group II)主要出现粒体和叶绿体主要出现粒体和叶绿体mRNAmRNA前体剪接前体剪接 中中. Group II. Group II内含子剪接也不依赖蛋白质内含子剪接也不依赖蛋白质, , 主要由前体主要由前体mRNAmRNA的构型的构型 提供剪接活性提供剪接活性, ,也属于一类核酶也属于一类核酶. Group II. Group II的内含子二级结构与的内含子二级结构与 U snRNAU snRNA的类似的类似, ,因此推测后者由因此推测后者由Group IIGroup II型进化而来型进化而来, U snRNA, U snRNA提提 供了与前者类似的空间结构供了与前者类似的空间结构. . 前体前体mRNA的可变剪接的可变剪接 果蝇的性别发育与基因调控 The X:A signal and the control of sex determination, sexual behavior, and dosage compensation. The X:A signal targets the Sxl gene, controlling its expression. Autoregulation of Sxl is established only in embryos whose chromosomal constitution is 2X:2A (two X chromosomes; two sets of autosomes), but not in X(Y):2A (one X chromosome; two sets of autosomes) embryos. The autoregulatory feedback loop regulates Sxl expression throughout development and adult life. Sxl controls the expression of the tra and msl-2 genes, whose products are required for control of somatic sex determination/sexual behavior and dosage compensation, respectively. The dotted lines indicate that the expression of the gene is “off,” and the solid lines indicate that the expression of the gene is “on”. 见见: MICROBIOLOGY AND MOLECULAR BIOLOGY REVIEWS, Sept. 2003, p. 343359 果蝇性别因子mRNA的可变剪接 雌果蝇SXL 阻止msl 内。