[高等教育]基因组学 课件 73基因表达的转录后调控

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。
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
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2/3<150nt，大部分处在80-139nt的长 度范围；
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CURAY，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
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
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
剪接体中心的动态RNA骨架
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
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
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2×107，比细胞质中成 熟mRNA的平均相对分子质量1.5×106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
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
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
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
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-mRNALeabharlann Baidu不均一核
RNA(heterogeneous nucIear RNA，hn RNA)
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