基因组学 课件 7.3基因表达的转录后调控

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,基因表达的转录后调控,真核生物前体,mRNA,剪接,高等植物内含子的结构特性,变位剪接,RNA,编辑,真核生物前体,mRNA,剪接,pre-mRNA,，,hn,RNA,剪接反应,剪接体的组成与循环,剪接体中心的动态,RNA,骨架,初始转录产物,pre-mRNA,，不均一核,RNA,(heterogeneous,nucIear,RNA,，,hn,RNA),基因长度存在差异,：,RNA,大小十分不均一，平均相对分子质量为,2,10,7,，比细胞质中成熟,mRNA,的平均相对分子质量,1.5,10,6,大,十,倍,RNA,合成至大约,30,个核苷酸时，,5,末端加入,甲基化鸟苷,的“帽子”；转录终止时，,3,末端加入,100,200,个腺苷酸，成为,poly(A,),尾,经剪接,去除内含子,，成熟,mRNA,经核孔进人细胞质,mRNA,稳定性的调控,原核生物,mRNA,的半衰期平均,3min,。高等真核生物迅速生长的细胞中,mRNA,的半衰期平均,3h,。高度分化的终端细胞中许多,mRNA,极其稳定，有的寿命长达数天。,mRNA,的,3,端尾巴通过影响,mRNA,寿命来影响翻译效率。,剪接反应,：去除基因序列中的内含子，连接外显子，成为有功能的成熟,mRNA,的过程。,剪接与三个特征序列相关联：,5,剪接位点序列,GU,，,3,剪接位点序列,AG,和分支点序列,A,两次连续的,转酯基,反应,trans-,esterification,reactions,两次连续的,转酯基,反应,trans-,esterification,reactions,第一步,：分支点腺苷酸,2-OH,亲核攻击,5,剪接位点的,磷酸基,，此处裂解，产生套索中间物和,5,外显子，,套索通过,2-5,磷酸二酯键把内含子的,5,末端与分支点的腺苷酸相连接,第二步,：第一步释放的游,离,5,外显子的,3-OH,，亲核攻击,3,剪接位点的,磷酸基,，从而释放套索内含子，并把外显子连结起来,剪接体的组成与循环,剪接体,splicesome,：剪接由,RNA,介导、各种,蛋白质,参与。参与剪接的,RNA,和蛋白质共同构成一个庞大的颗粒复合体。,50,60 S,的核糖核蛋白颗粒,主要组成单位,：富含鸟苷酸的核内小核糖核蛋白,U,sn,RNPs,，由核内小分子,RNA-,sn,RNA,和一些蛋白质组成,剪接体在剪接过程中逐步组装起来，涉及到,RNA,RNA,、,蛋白质,RNA,、,蛋白质蛋白质,相互作用,核心,：各种,RNA,RNA,相互作用形成,动态骨架,蛋白质,促进,RNA,的,重排,使其保持,稳定,或失去稳定,催化正确的,识别,、,内含子切割,和之后的,外显子连接,参与剪接的,sn,RNP,：,U1,、,U2,、,U5,和,U4/U6,，根据所含的,sn,RNA,来命名。,U1,、,U2,和,U5,sn,RNP,都包含,一个,sn,RNA,和,几个,(,20),蛋白质；,U4/U6,sn,RNP,则包含,U4,、,U6,sn,RNA,和几个蛋白质,初级剪接体,：,U1,sn,RNP,中的,sn,RNA,与,5,剪切位点,序列互补结合、,U2,sn,RNP,中的,sn,RNA,与,分支点,序列互补结合,U4/U6,和,U5,sn,RNP,以三聚体形式进入剪接体组装过程，与已形成的,初级剪接体,通过,蛋白质蛋白质,相互作用，形成剪接体（,60S,的核糖核蛋白复合物）。,配对的,sn,RNA,和前体,mRNA,之间出现重排，形成,活性剪接体,前体,mRNA,上各种,U,sn,RNP,的组装是一个有序的途径，并且需要其他非,U,sn,RNP,蛋白的暂时结合，这种剪接体组装和解体的途径称为,剪接体循环,剪接体中心的动态,RNA,骨架,back,高等植物内含子的结构特性,异质内含子的加工,剪接体,核心,序列在不同系统中是,相似,的,具有,哺乳动物内含子,，或植物与哺乳动物内含子杂合体的前体,mRNA,，在植物细胞中表达时，一般,不被剪接,或被,不正确,地剪接,一些,植物内含子,在转染的哺乳动物细胞或,HeLa,细胞的,离体剪接提取物,中，,不被加工,或者低效、,不正确剪接,内含子加工的单子叶、双子叶植物差别,单子叶,来源的内含子，,在双子叶,植物细胞中表达时，,不被加工,或者,低效加工,。,双子叶,来源的内含子，,在单子叶,细胞中表达时，呈现,正确、有效地加工,哺乳动物来源,的内含子能在,单子叶植物,中加工，但,完全不能,在双子叶植物,内含子加工的种间差别,不同的双子叶植物种,也呈现出加工活性的差异,玉米,转座子,En,/,Spm,在不同双子叶植物种表达,En-,1,编码的两个基因，,tnpA,和,tnpD,可通过选择性剪接产生。,在天然寄主,玉米,中表达时,tnpA,转录物与和,tnpD,转录物的比例为,100:1,;,在双子叶植物,拟南芥,中此比例与在玉米中,相同,;,在,马铃薯,中表达时，,tnpD,转录物,反而,占优势,。,高等植物内含子的结构特点,内含子的大小：,比大多数哺乳动物内含子,短得多,，高等植物前体,mRNA,内含子在长度上差异较大，约,2/3150nt,，大部分处在,80-139nt,的长度范围；,内含子,5,剪接位点,：双核苷酸,GU,在所有天然的植物内含子中均是保守的，个别情况,GU,可以由,GC,代替。,双子叶和单子叶,植物有,1,的,GC,频率,拟,南芥,中含,GC,的频率为,0.4,哺乳动物中无,GC,位点,内含子,3,剪接位点,3,剪接位点,AG,在天然高等植物内含子中是恒定的，末端,G,缺失、替换或突变,，会使,3,剪接位点,丧失,功能,植物,3,剪接位点共有序列与哺乳动物相似，但共有序列包含的核苷酸更多。植物为,UGYAG,GU,，而哺乳动物为,YAG,G,分支点：,大多数高等植物内含子中存在着与哺乳动物相应的分支点序列,CUR,A,Y,，酵母分支点序列,UACUAAC,是严格保守的,高等植物前体,mRNA,内含子富含,AU,序列,特别是,双子叶,植物，平均达,70,。哺乳动物或单子叶植物内含子在双子叶植物中,不被加工,或,低效,加工的原因,back,变 位 剪 接,简单的转录单位,：一个基因经转录后，其初级转录产物经剪接只产生,一个成熟的,mRNA,。没有内含子的真核生物基因前体,mRNA,不需剪接，只需加,poly(A,),等加工过程。有的虽有内含子存在，但剪接后,只产生一个,有功能的,mRNA,。,组成性剪接,变位剪接，选择性剪接,：有些真核生物基因属于,复杂转录单位,，含有数量不等的内含子，其前体,mRNA,经不同的剪接方式可产生,多个成熟,mRNA,，继而产生,不同的蛋白质,。,变位剪接意义,基因表达调节,的,常见,机制，与,基因的发育和组织特异性调控,有关。,许多基因前体,mRNA,经不同剪接方式产生多种,mRNA,，翻译出,不同功能的蛋白质,。从单个转录本产生多达,20,种不同的蛋白质。,变位剪接的基本类型,5,剪接位点变位,：基因含有,几个,5,剪接位点,或转录起始位点，利用相同,3,剪接位点，而产生不同蛋白质；,3,剪接位点变位,：,5,末端只有一个转录起始位点，,3,端有,多个加,poly(A,),位点,，产生不同,3,外显子的蛋白质；,在不同外显子中进行剪接,，形成带不同外显子的蛋白质产物；,保留内含子,；植物中变位剪接较多是采取此方式，而内含子保留能引起,功能肽,在细胞,定位中的改变,；,基因中点突变而产生,新的剪接位点,、,消除正常剪接点,、,活化隐蔽剪接垃点,back,RNA,编 辑,基因转录后水平上的又一种表达调控方式,核苷酸替换：,C U,核苷酸的插入和缺少,mRNA,在编辑中插入了,4,个,U,，不仅,增加了一个氨基酸密码子,，而且因此,变动了阅读框架,，形成,-1,的,移码突变,N-,末端信号肽的切除,二硫键的形成,氨基酸共价修饰：乙酰化，甲基化，磷酸化,蛋白质的糖基化,翻译和翻译后调控,磷酸化,/,脱磷酸化的调控,eIF-2,磷酸化对翻译起始的影响：用兔网织红细胞无细胞体系体外翻译时发现，如果不向这一体系添加血红素，几分钟后蛋白合成会下降且停止。,原因：血红素可抑制,eIF-2,激酶（,HRI,）的活性，,HRI,可使,eIF-2,的,亚基磷酸化，磷酸化的,eIF-2,与,eIF-2B,紧密结合，影响,eIF-2,的再利用，使翻译起始效率降低。,uORF,对翻译的调控,上游开放读码框,(,uORFs,),是细胞增殖和分化的重要调控元件，编码脊椎动物生长调控因子的,mRNA,约有,2/3,含,uORF,。,酵母的,GCN4 mRNA,的翻译。,GCN4,作为一种转录激活因子，通过与启动子上,TGACTC,元件的结合，调控酵母细胞中包括氨基酸生物合成酶系基因在内的表达调控。,