RNA转录后的剪切与加工.ppt

1 原核生物RNA的转录后加工Post transcriptionalprocessinginprokaryotes真核生物RNA的转录后加工Post transcriptionalprocessinginEukaryotesRNA的剪接 编辑和再编码RNASplicing EditingandRecoding 第9章RNA转录后的剪切与加工Section9RNAPost transcriptionalprocessing 2 3 大多数新生RNA分子必须经过多种修饰才成为成熟的产物 RNA加工是对初生转录物进行修饰的总称 主要方式有 1 核苷酸的切除 2 初生RNA转录物或剪切产物的两端 3 端和5 端 添加核苷酸 3 对某些特殊的核苷酸碱基或糖苷进行修饰 RNA的加工方式TypesofRNAprocessing 4 原核生物的rRNA加工rRNAprocessinginprokaryotes 原核生物RNA的转录后加工Post transcriptionalprocessinginprokaryotes 原核生物的tRNA的前体加工pre tRNAprocessinginprokaryotes 原核生物的mRNA前体加工pre mRNAprocessinginprokaryotes 5 大肠杆菌共有7个转录单位分散在基因组中 每个转录单位由16SrRNA 23SrRNA和5SrRNA以及1 4个tRNA基因组成 初生转录物的沉降系数为30S 约含6500nt 5 端为pppA 原核生物的rRNA加工rRNAprocessinginprokaryotes 6 1 初转录产物通过内部互补序列间的碱基配对折叠形成一些茎环结构 图 这些茎环结构有助于与一些蛋白质结合形成核糖核蛋白复合体 RNP ribonucleoprotein rRNA转录后的加工步骤 7 2 结合之后进行甲基化修饰 并由RNaseIII进行剪切 释放出16SrRNA 23SrRNA和5SrRNA前体分子 8 3 在RNA酶M5 M16 M23的作用下 分别对前体rRNA分子的5 端和3 端进行进一步的剪切 之后释放出成熟的RNA分子 9 10 11 tRNA的一级结构 单股RNA 73 93nt核苷酸 tRNA的二级结构 为三叶草结构 而且很保守 1 3 端含CCA OH序列 2 T C环 T Cloop 3 额外环或可变环 extrovariableloop 4 反密码子环 anticodonloop 5 二氢尿嘧啶环 dihydr Uloop或D loop 原核生物的tRNA的前体加工pre tRNAprocessinginprokaryotes 12 原核生物的tRNA基因的转录单元大多数是多基因的 不但同一种tRNA的几个基因拷贝可以转录在一条RNA中 而且不同的tRNA也可以转录在一条RNA中 还有的tRNA与rRNA组成转录单元 13 原核生物研究最为透切的是tRNATyr 它是携带Tyr 酪氨酸 的tRNA 识别密码子GAU 举例 大肠杆菌tRNATyr的加工过程 14 首先 转录物前体经过折叠形成特征茎环结构 15 1 RNaseF内切酶在3 端切除侧翼序列 于是3 端就留下一个额外的9个核苷酸 2 RNaseD外切酶从3 端切下7个核苷酸 3 RNaseP内切酶切去5 端的前导序列 产成熟的5 端 4 RNaseD外切酶继续切去3 端剩余的2个核苷酸 产生成熟的3 端CCAOH 5 tRNA再经过一系列的碱基修饰 形成成熟的tRNA分子 加工步骤 16 原核生物的mRNA前体加工pre mRNAprocessinginprokaryotes 原核生物中mRNA转录物根本不需要加工或很少需要加工 因为原核生物的核糖体在mRNA分子的合成未完成前就开始翻译 一些内部顺反子的3 端和5 端形成茎环结构以保护自身免受外切酶的降解 少数多顺反子mRNA需通过内切核酸酶切成较小的单位后才进行翻译 如 核糖体大亚基蛋白 17 真核生物的转录后加工Post transcriptionalprocessinginEukaryotes 真核生物的rRNA加工rRNAprocessinginEukaryotes真核生物的tRNA加工tRNAprocessinginEukaryotes真核生物的mRNA加工mRNAprocessinginEukaryotes 18 总RNA电泳图 19 真核生物rRNA前体的加工 真核生物有四种rRNA 即5 8SrRNA 18SrRNA 28SrRNA及5SrRNA 5 8SrRNA 18SrRNA 28SrRNA由45S的前体rRNA剪切而来 5SrRNA由RNAPolIII转录 只需简单加工或不需加工 不同的生物其前体的大小是特定的 如酵母为7000nt 哺乳动物为35000nt 近年来人们发现 哺乳动物的rRNA的最原始转录物并不是45S 而是47S 由于3 端部分很快进行转录后处理 5 也除掉一小部分而变为45S 还可能存在一种46S的中间体 20 21 22 加工步骤 1 rRNA基因转录产生47S前rRNA初生转录物 2 切除掉外部转录间隔区 ETSs externaltranscribedspacers 形成45S前rRNA 3 再切去内部转录间隔区 ITSs internaltranscribedspacers 形成41S前rRNA 4 释放出32S和20S的前RNA 5 进一步修剪 形成成熟的rRNA 包含了5 8SrRNA 18SrRNA 28SrRNA 23 Mammalianpre rRNAprocessing 24 真核生物的tRNA加工tRNAprocessinginEukaryotes 以真核生物酵母菌tRNATyr的加工为例tRNATyr的前体5 端有16nt的前导区 3 端有2个额外的核苷酸 有一个14nt的内含子 右图 初转录物前体形成特征茎环结构 25 酵母菌tRNATyr的加工过程 1 内切酶识别茎环结构切去5 端前导区和3 端额外的2个核苷酸 2 在tRNA核苷转移酶的作用下在3 端加上5 CCA 3 成为成熟的3 端 3 tRNA内切酶切除了内含子 并由连接酶把缺口连接 之后成为成熟的tRNA 26 真核生物tRNA的内含子剪切 27 真核生物的PolII转录的基因很多 大小不一 从60 300nt snRNA 到长度超过100kb的 PolII的初转录产物称为核内不均一RNA hnRNA heterogeneousnuclearRNA 那些即将被加工的转录物称为前mRNA pre mRNAs 真核生物前mRNA的加工过程包括5 端加帽 3 端剪切及加PolyA尾 剪接和甲基化加工 最后形成成熟的mRNA 真核生物的mRNA加工mRNAprocessinginEukaryotes 28 5 端加帽5 capping 在mRNA转录链长度超过20 30nt之前 其5 端经化学修饰被加上7 甲基鸟苷残基 这种5 端的修饰称为帽子结构 图连接方式是5 5 连接 与正常的3 5 连接方式不同 是由mRNA鸟苷转移酶催化这一添加核苷酸反应 29 帽子结构 7 甲基鸟苷 鸟苷转移酶 5 3 5 30 帽子结构的功能 1 帽子结构为核糖体对于mRNA的识别提供了信号 2 帽子结构增加mRNA的稳定性 保护mRNA免遭5 外切核酸酶的攻击 3 同时有利于mRNA及其前体的其他反应如剪接 转运和翻译 31 32 3 端剪切及加尾3 cleavageandpolyadenylation 大部分成熟mRNA具有3 多聚A尾巴 它是经过剪切后再加上一串A残基而成 通常叫做polyA尾巴 这个特征可用于纯化mRNA 特定序列元件 1 5 AAUAAA 3 聚腺苷酸信号序列 2 在其后11 20nt处紧随着一个 5 YA 3 结构 3 在其下游方向的GUGUGUG 这些序列共同决定了聚腺苷酸化位点 polyadenylationsite 33 剪切与加尾过程 1 特定蛋白因子识别序列元件并与mRNA结合 形成复合体后即开始剪切 2 聚腺苷酸聚合酶 PAP 在剪切后的3 端加上多至250个的A残基 34 polyA尾巴的功能 1 稳定mRNA分子 抵抗3 端外切酶攻击的作用 2 有助于细胞质中成熟mRNA的翻译 35 作业 请填写下表的真核生物RNA 36 RNA的剪接 编辑和再编码RNASplicing EditingandRecoding RNA的剪接 拼接 RNASplicingRNA的编辑RNAEditing 37 RNA的剪接有4种方式 1 I型自我剪接2 II型自我剪接3 核mRNA剪接体剪接4 核内tRNA前体的酶促剪接 剪接 切除基因内的内含子后将外显子连接在一起的过程称为剪接 RNA的剪接RNASplicing 依靠自身的核酶把内含子切除 38 3 核mRNA剪接体剪接剪接体 spliceosome mRNA前体在剪接过程中组装形成的多组分复合物 主要由snRNA和蛋白质组成 是一种具有催化剪接反应的核糖核蛋白复合体 剪切的特殊序列 剪接方式 39 1 剪切过程 二步反应 two stepreaction branchpoint A 40 2 剪切过程由U1 U2 U4 U5和U6snRNP催化1 U1与5 端剪切位点GU结合 2 U2与分支位点A结合 随后U4 U5 U6形成复合体 使得内含子形成环状结构 外显子的3 端与5 端相互靠近 3 mRNA与snRNP的复合体被称为剪接体 41 3 核内tRNA前体的酶促剪接 真核生物tRNA的内含子剪切 第1步 由内切酶断裂磷酸二酯键 切去内含子 不需要ATP 第2步 连接酶连接 需要ATP 42 可变mRNA加工AlternativemRNAprocessing 可变加工Alternativeprocessing可变poly A 位点Alternativepoly A sites可变剪接Alternativesplicing 选择性剪接 43 可变加工Alternativeprocessing 可变加工是指一个特定的前mRNA通过使用不同的poly A 位点或不同的剪接方式产生出一种以上的成熟的mRNA 可变加工的类型有 可变剪接和可变poly A 加工 44 2 可变poly A 位点Alternativepoly A sites 有3种情况 1 一些前mRNA含有多组的Poly A 位点 细胞或生物只使用其中的一组 因而在不同的时间里同一个基因可产生出具有相同编码区 不同稳定性或定位的成熟的mRNA 2 同一细胞中两个位点以一定频率被利用 结果该细胞会同时含有两种mRNA 3 一种细胞可能只利用一个Poly A 位点 而不同细胞利用另一Poly A 位点 45 3 可变剪接Alternativesplicing 可变剪接是指从一个特定的基因转录物中通过利用不同5 3 剪接位点产生出不同的成熟的mRNA的过程 主要有四种方式 1 利用不同的启动子 2 利用不同的Poly A 位点 3 保留某些内含子 4 保留或去除某些外显子 46 47 RNA编辑RNAediting 定义 RNA编辑是RNA加工的一种形式 是通过改变 插入或删除初生转录物特定部位的碱基而改变其中的核酸序列 DNA序列GAGAAmRNA序列GAU U GU AU A蛋白质序列AspCysIle 48 RNA编辑的机制 1 指导RNA guideRNA gRNA 的存在 主要是转酯反应 49 2 脱氨反应 使C换成U 例如人类Apo B蛋白 在肠细胞内通过将mRNA上的一个C换为U产生一个终止子 CAA UAA 翻译形成一个截短蛋白 50 作业 1 请解释 RNA加工 RNA编辑 剪接 拼接 可变加工 2 简述原核生物的RNA加工原理及过程3 简述真核生物mRNA的加工原理及过程 4 下图是真核生物前mRNA的一段序列 请标出前mRNA剪接加工的确切剪接位点及保守序列并说明剪接过程 假设剪接发生在一个内含子的GU序列与相邻内含子的AG序列或发生在同一个内含子的GU序列的3 端与AG序列的5 端 会有什么后果 5 CG AAGUAAGU CURAYU CNCAGGACG 3 外显子内含子外显子