基础分子生物学课件Chapter24 RNA的剪切与加工
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RNA的剪切与调控机制
RNA的剪切与调控机制RNA（Ribonucleic Acid）是一个重要的分子，它在生物体中有着重要的功能。
常见的RNA有mRNA（messenger RNA）、tRNA （transfer RNA）和rRNA（ribosomal RNA）等。
mRNA可以将DNA中的遗传信息传递到细胞质中，并通过翻译作用产生蛋白质。
tRNA承担着将指定的氨基酸运到翻译机器上所需的任务，而rRNA则是翻译机器的组成部分。
但事实上，这些不同种类的RNA并非一开始就是完整的。
在生物体内，它们的主要前体RNA（pre-mRNA、pre-tRNA等）会经过一系列的加工和加工后才能够成为成熟的RNA。
其中最重要的处理之一是RNA的剪切。
RNA的剪切是指在RNA分子中去除不必要的片段，从而使前体RNA得到修饰和加工，生成不同功能的RNA分子。
即使在相同基因中，由于RNA在剪切过程中的不同处理，最终形成的是截然不同的蛋白质。
例如，从同一基因中生成不同蛋白质的便是血红素和线粒体Cytochrome c。
而RNA剪切的过程也是非常严格的，剪切失误会引发多种疾病，如癌症、帕金森病和肌肉营养不良等。
RNA剪切和调控的机制RNA的剪切和调控的机制是非常复杂的。
它们通常是由一些特定的RNA结合蛋白相互合作完成的。
这些RNA结合蛋白主要有两类：1.不同的spliceosome；2.RNA结合蛋白（RNA binding proteins，RBP）。
spliceosome是一个大的核糖核酸蛋白质复合体。
在哺乳动物中，spliceosome中含有5个核心蛋白以及近百种不同的RNA分子，只有这些分子的合作才能正常完成RNA的剪切和调控。
RBP是另外一类重要的分子。
它们在RNA剪切和调控中发挥着至关重要的作用。
它们的主要功能是调节RNA的剪切过程，从而影响RNA的功能和表达。
这些RBP通常会与RNA序列的特定区域结合，从而改变RNA的剪切和调控模式。
基础分子生物学课件24RNA的剪切与加工
05 24RNA剪切与加工的研究前景
CHAPTER
深入研究剪切与加工的机制
深入研究24RNA剪切与加工的具体机制，包括剪切酶的种类、作用方式以及加工 过程中的修饰等，有助于深入了解RNA的调控过程。
探索不同剪切与加工方式对24RNA结构和功能的影响，有助于揭示RNA在细胞 中的多样性和复杂性。
探索剪切与加工在疾病中的作用
研究24RNA剪切与加工在各种疾病中的变化，有助于发现 疾病的分子标记和潜在的治疗靶点。
通过比较正常组织和病变组织的24RNA表达谱，可以深 入了解疾病的发病机制和病程发展，为疾病的诊断和治疗 提供新的思路。
发展新型的干预手段
基于对24RNA剪切与加工机制的理解 ，可以开发新型的干预手段，如设计 特定的剪切酶抑制剂或激活剂，以调 节24RNA的表达和功能。
剪切过程的基本步骤
01
02
03
识别
剪切酶首先识别RNA分子 中的特定位点，这通常依 赖于酶与RNA序列之间的 相互作用。
切割
在识别位点处，剪切酶通 过催化反应将RNA分子切 割成两部分。这个过程需 要消耗能量。
产物释放
切割后的两部分RNA分子 被释放，并进一步被加工 或降解。
剪切过程中的调控机制
在24RNA的加工过程中，泛素化修饰 可以影响RNA的稳定性和功能，参与 RNA降解和质量控制。
04 24RNA剪切与加工的影响因素
CHAPTER
遗传因素
基因突变
基因突变可以影响RNA剪切与加 工的过程，导致相关酶的异常表 达或活性改变，从而影响RNA的 剪切与加工。
染色体变异
染色体变异可以影响基因的表达 ，从而影响RNA的剪切与加工过 程。
甲基化修饰通常发生在特定的核苷酸位点上，如鸟嘌呤核苷酸（G）和腺 嘌呤核苷酸（A），这些位点上的甲基化可以影响RNA的二级结构和折 叠方式。
RNA剪切加工
2、无CCA序列—— Ⅱ型tRNA
需在酶的作用下添加CCA序列
（1）RNaseP (由蛋白质和RNA组成的复 合体)可切除E.coli前体tRNA 5’的前导序 列（41nt）。该酶不识别特殊的序列，而 是识别二级结构——发夹所组成的tRNA。
（2）去尾，形成3’－OH末端。由内切酶 和外切酶共同参与。
原核生物tRNA和rRNA的加工
1.1.1 tRNA加工 原核生物tRNA初始转录本有三种
（1）多数为串连在一起的多顺反（polycistron） （2）少数为单顺反子 （3）由tRNA和rRNA串连组成
原核生物有两种类型的tRNA基因： 1、具CCA序列 ——Ⅰ型tRNA
CCA下游仍有一段序列，需在酶的作用下切除
本次内容
1、转录后加工 2、RNA剪切 3、真核生物与原核生物mRNA比较
转录后加工
多数转录的初始产物无生物活性，在生物体内进 行加工处理后才具有生物活性。 转录后加工（post-transcriptional modification）
（ post-transcriptional processing）: 是指将各种前体RNA分子加工转变成有功能的、 成熟的各种RNA(mRNA、rRNA或tRNA等) 的过程
（3）修饰。在前体的一些专一部位的碱基需要通
过甲基化酶，硫醇酶，假尿嘧啶核苷化酶等的作 用进行修饰成为特殊的碱基。
2. rRNA的加工
在E.coli中rRNA有7个转录单位,每个转录单位含
有16S、23S、5S rRNA 及一个或几个tRNA。 rRNA前体的加工由RNase Ⅲ负责。
真核生物 tRNA 和 rRNA的加工
• 2）为核糖体识别mRNA提供信号，提高翻译效率
需在酶的作用下添加CCA序列
（1）RNaseP (由蛋白质和RNA组成的复 合体)可切除E.coli前体tRNA 5’的前导序 列（41nt）。该酶不识别特殊的序列，而 是识别二级结构——发夹所组成的tRNA。
（2）去尾，形成3’－OH末端。由内切酶 和外切酶共同参与。
原核生物tRNA和rRNA的加工
1.1.1 tRNA加工 原核生物tRNA初始转录本有三种
（1）多数为串连在一起的多顺反（polycistron） （2）少数为单顺反子 （3）由tRNA和rRNA串连组成
原核生物有两种类型的tRNA基因： 1、具CCA序列 ——Ⅰ型tRNA
CCA下游仍有一段序列，需在酶的作用下切除
本次内容
1、转录后加工 2、RNA剪切 3、真核生物与原核生物mRNA比较
转录后加工
多数转录的初始产物无生物活性，在生物体内进 行加工处理后才具有生物活性。 转录后加工（post-transcriptional modification）
（ post-transcriptional processing）: 是指将各种前体RNA分子加工转变成有功能的、 成熟的各种RNA(mRNA、rRNA或tRNA等) 的过程
（3）修饰。在前体的一些专一部位的碱基需要通
过甲基化酶，硫醇酶，假尿嘧啶核苷化酶等的作 用进行修饰成为特殊的碱基。
2. rRNA的加工
在E.coli中rRNA有7个转录单位,每个转录单位含
有16S、23S、5S rRNA 及一个或几个tRNA。 rRNA前体的加工由RNase Ⅲ负责。
真核生物 tRNA 和 rRNA的加工
• 2）为核糖体识别mRNA提供信号，提高翻译效率
基因分子生物学实验--第二节 RNA的制备及鉴定和RT-PCR技术 ppt课件
OD260/OD280在1.8~2.0之间 ，比值越低，混有蛋白质污染。 OD260/OD230在2.0~2.5之间 ，若比值小于2，说明有残余的盐存在； OD230/OD260在0.4-0.5之间，若比值较高说明有残余的盐存在 。
基因分子生物学实验--第二节 RNA的制备及鉴定和RT-PCR技 术
• 乙醇：主要目的是：沉淀+除盐；洗涤异丙醇，也可以溶解一部分
蛋白，痕量的乙醇很容易挥发掉。
基因分子生物学实验--第二节 RNA的制备及鉴定和RT-PCR技 术
RNA浓度和纯度的测定
DNA/RNA在260nm处有最大的吸收峰， 蛋白质在280nm处有最大的吸收峰，因为酪氨酸和色氨酸的最大吸收峰在 280nm附近，而大多数蛋白含有酪氨酸和色氨酸残基，且含量相对恒定。 盐和小分子则集中在230nm处， 320nm或340nm为检测溶液样品的浊度，该值应该接近0。
“Measure”
基因分子生物学实验--第二节 RNA的制备及鉴定和RT-PCR技 术
RNA提取常见问题及分析
得率
A．样品裂解或匀浆处理不彻底 B．最后得到的RNA沉淀未完全溶解
A260/A280<1.65
A．检测吸光度时，RNA样品不是溶于TE，而是溶于水。 B．样品匀浆时加的试剂量太少。 C．匀浆后样品未在室温放置5分钟。 D．水相中混有有机相。 E．最后得到的RNA沉淀未完全溶解。
RNA的琼脂糖凝胶电泳
• 28S的亮度是18S的2倍左右 • rRNA占总RNA80%以上。
5lRNA+1ul loading buffer，100V电泳10分钟
基因分子生物学实验--第二节 RNA的制备及鉴定和RT-PCR技 术
基因分子生物学实验--第二节 RNA的制备及鉴定和RT-PCR技 术
基因分子生物学实验--第二节 RNA的制备及鉴定和RT-PCR技 术
• 乙醇：主要目的是：沉淀+除盐；洗涤异丙醇，也可以溶解一部分
蛋白，痕量的乙醇很容易挥发掉。
基因分子生物学实验--第二节 RNA的制备及鉴定和RT-PCR技 术
RNA浓度和纯度的测定
DNA/RNA在260nm处有最大的吸收峰， 蛋白质在280nm处有最大的吸收峰，因为酪氨酸和色氨酸的最大吸收峰在 280nm附近，而大多数蛋白含有酪氨酸和色氨酸残基，且含量相对恒定。 盐和小分子则集中在230nm处， 320nm或340nm为检测溶液样品的浊度，该值应该接近0。
“Measure”
基因分子生物学实验--第二节 RNA的制备及鉴定和RT-PCR技 术
RNA提取常见问题及分析
得率
A．样品裂解或匀浆处理不彻底 B．最后得到的RNA沉淀未完全溶解
A260/A280<1.65
A．检测吸光度时，RNA样品不是溶于TE，而是溶于水。 B．样品匀浆时加的试剂量太少。 C．匀浆后样品未在室温放置5分钟。 D．水相中混有有机相。 E．最后得到的RNA沉淀未完全溶解。
RNA的琼脂糖凝胶电泳
• 28S的亮度是18S的2倍左右 • rRNA占总RNA80%以上。
5lRNA+1ul loading buffer，100V电泳10分钟
基因分子生物学实验--第二节 RNA的制备及鉴定和RT-PCR技 术
基因分子生物学实验--第二节 RNA的制备及鉴定和RT-PCR技 术
RNA转录后的剪切与加工
rna转录后的剪切与加 工
目录
• rna转录后的剪切 • rna加工 • rna剪切与加工的相互关系 • rna剪切与加工的异常表达与疾病
01
rna转录后的剪切
剪切的定义与重要性
剪切的定义
RNA转录后，通过特定的核酸酶将 RNA分子从转录起始位点至终止位点 之间的序列进行切割的过程。
剪切的重要性
剪切的过程
在剪切过程中，核酸酶首先识别RNA分子中的特定位点，然后进行切割，产生两 个新的RNA分子片段。这些片段可能进一步被加工或降解。
剪切的调控机制
剪切的调控机制包括多种因素，如基因的启动子、增强子、沉默子和miRNA等。这些因素可以影响 RNA聚合酶的活性，从而影响转录的起始和终止，进一步影响剪切过程。
高效、更灵敏的技术用于研究这些过程。
04
rna剪切与加工的异常表 达与疾病
剪切与加工异常的表达模式
异常剪切
在某些情况下，RNA剪切过程可能发生异常，导致产生异常的RNA剪切产物。这些异常的剪切产物可能导致基因 表达的异常，进一步影响细胞功能。
异常加工
RNA加工过程中，如甲基化、磷酸化等修饰过程发生异常，也可能导致RNA的功能异常。这些异常的RNA可能 无法正确地指导蛋白质的合成，或者可能产生有毒性的RNA。
剪切与加工异常与疾病的关系
遗传性疾病
一些遗传性疾病的发生与RNA剪切与加工的异常有关。例 如，一些遗传性神经性疾病可能与特定基因的异常剪切有 关。
癌症
癌症的发生也常常伴随着RNA剪切与加工的异常。一些癌 症可能由于特定基因的异常剪切或加工而导致其表达水平 的上调或下调。
感染性疾病
某些感染性疾病也可能影响RNA的剪切与加工。例如，某 些病毒可能通过干扰宿主细胞的RNA剪切与加工过程来影 响基因表达，从而促进病毒的复制。
目录
• rna转录后的剪切 • rna加工 • rna剪切与加工的相互关系 • rna剪切与加工的异常表达与疾病
01
rna转录后的剪切
剪切的定义与重要性
剪切的定义
RNA转录后，通过特定的核酸酶将 RNA分子从转录起始位点至终止位点 之间的序列进行切割的过程。
剪切的重要性
剪切的过程
在剪切过程中，核酸酶首先识别RNA分子中的特定位点，然后进行切割，产生两 个新的RNA分子片段。这些片段可能进一步被加工或降解。
剪切的调控机制
剪切的调控机制包括多种因素，如基因的启动子、增强子、沉默子和miRNA等。这些因素可以影响 RNA聚合酶的活性，从而影响转录的起始和终止，进一步影响剪切过程。
高效、更灵敏的技术用于研究这些过程。
04
rna剪切与加工的异常表 达与疾病
剪切与加工异常的表达模式
异常剪切
在某些情况下，RNA剪切过程可能发生异常，导致产生异常的RNA剪切产物。这些异常的剪切产物可能导致基因 表达的异常，进一步影响细胞功能。
异常加工
RNA加工过程中，如甲基化、磷酸化等修饰过程发生异常，也可能导致RNA的功能异常。这些异常的RNA可能 无法正确地指导蛋白质的合成，或者可能产生有毒性的RNA。
剪切与加工异常与疾病的关系
遗传性疾病
一些遗传性疾病的发生与RNA剪切与加工的异常有关。例 如，一些遗传性神经性疾病可能与特定基因的异常剪切有 关。
癌症
癌症的发生也常常伴随着RNA剪切与加工的异常。一些癌 症可能由于特定基因的异常剪切或加工而导致其表达水平 的上调或下调。
感染性疾病
某些感染性疾病也可能影响RNA的剪切与加工。例如，某 些病毒可能通过干扰宿主细胞的RNA剪切与加工过程来影 响基因表达，从而促进病毒的复制。
《分子生物学基础》PPT课件
可分为纤维状蛋白质和球状蛋白质两 大类。
根据化学组成分类
可分为简单蛋白质和结合蛋白质两大 类。
2024/1/24
20
05
基因表达的调控机制
Chapter
2024/1/24
21
原核生物的基因表达调控
转录水平调控
蛋白质水平调控
通过改变RNA聚合酶的活性或选择性 来影响基因转录。
通过蛋白质修饰、降解等方式来影响 蛋白质的稳定性和活性。
《分子生物学基础》PPT课件
2024/1/24
1
目录
2024/1/24
• 分子生物学概述 • DNA的结构与功能 • RNA的结构与功能 • 蛋白质的结构与功能 • 基因表达的调控机制 • 分子生物学的应用与展望
2
01
分子生物学概述
Chapter
2024/1/24
3
分子生物学的定义与发展
2024/1/24
rRNA
核糖体RNA，是核糖体的组成成分 ，参与蛋白质合成。结构特点包括 多个茎环结构和特定的功能区域。
13
RNA在基因表达中的作用
转录后的RNA需要经过加工才能 成为成熟的mRNA、tRNA或 rRNA。加工过程包括剪接、修饰 和折叠等。
RNA在基因表达调控中发挥着重 要作用。例如，microRNA可以 通过与mRNA结合抑制其翻译， 从而调控基因表达水平。
农业生产管理
应用分子生物学技术，对农业生产过程中的环境、土壤、水源等 进行监测和调控，提高农业生产的可持续性。
2024/1/24
27
分子生物学在工业领域的应用
生物制药
利用分子生Байду номын сангаас学技术，生产重组蛋白、抗体等生物药物，用于治疗 和预防疾病。
根据化学组成分类
可分为简单蛋白质和结合蛋白质两大 类。
2024/1/24
20
05
基因表达的调控机制
Chapter
2024/1/24
21
原核生物的基因表达调控
转录水平调控
蛋白质水平调控
通过改变RNA聚合酶的活性或选择性 来影响基因转录。
通过蛋白质修饰、降解等方式来影响 蛋白质的稳定性和活性。
《分子生物学基础》PPT课件
2024/1/24
1
目录
2024/1/24
• 分子生物学概述 • DNA的结构与功能 • RNA的结构与功能 • 蛋白质的结构与功能 • 基因表达的调控机制 • 分子生物学的应用与展望
2
01
分子生物学概述
Chapter
2024/1/24
3
分子生物学的定义与发展
2024/1/24
rRNA
核糖体RNA，是核糖体的组成成分 ，参与蛋白质合成。结构特点包括 多个茎环结构和特定的功能区域。
13
RNA在基因表达中的作用
转录后的RNA需要经过加工才能 成为成熟的mRNA、tRNA或 rRNA。加工过程包括剪接、修饰 和折叠等。
RNA在基因表达调控中发挥着重 要作用。例如，microRNA可以 通过与mRNA结合抑制其翻译， 从而调控基因表达水平。
农业生产管理
应用分子生物学技术，对农业生产过程中的环境、土壤、水源等 进行监测和调控，提高农业生产的可持续性。
2024/1/24
27
分子生物学在工业领域的应用
生物制药
利用分子生Байду номын сангаас学技术，生产重组蛋白、抗体等生物药物，用于治疗 和预防疾病。
RNA的剪接-课件PPT
16
17
第二节 真核生物RNA的加工
18
卵清蛋白基因
19
DNA mRNA
7.7Kb
L 12 3 4 5 6 7
transcription
exon intron
spliceosome
form lariat RNA, exons close
1872bp
Remove lariat RNA, join exons
RNase III RNase III
7
8
二、原核生物tRNA的加工
(1) tRNA基因：约60个 多数：多顺反子 几个相同(不同)tRNA连在一起，成簇存在 与rRNA基因或蛋白基因相连，组成混合 转录单位 少数：单顺反子
9
10
(2)加工过程 ◆剪切、修剪和剪接（斩头、去尾 ） 核酸内切酶:在tRNA两端切断（cutting） RNA酶P：核糖核蛋白，使tRNA 5’端成熟 RNA酶F：切除多余的3’端序列 RNaseIII和RNaseE：使转录产物变小 核酸外切酶：从3’端逐个切去附加的顺序，进行修剪 RNaseD:切除tRNA 3’-CCA-OH下游序列 则露出CCA-OH端， 3’ tRNA 成熟酶
（3）核苷内的转位反应 如：U ψ
（4）脱氨反应 如：A I
26
真核tRNA内含子的切除和其他内含子的切除的不 同
①即没有交界序列，也没有内部引导序列；
②是依赖于蛋白质性的RNase，而不是核糖拟酶 或snRNP； ③反应的本质不是转酯反应。
真核tRNA内含子的精确剪切是依赖对tRNA共同的二 级结构的识别，而不是内含子的保守序列。分子不同部分 的区域对于剪切是重要的，包括受体臂，D环，TψC环和 反密码子环。
17
第二节 真核生物RNA的加工
18
卵清蛋白基因
19
DNA mRNA
7.7Kb
L 12 3 4 5 6 7
transcription
exon intron
spliceosome
form lariat RNA, exons close
1872bp
Remove lariat RNA, join exons
RNase III RNase III
7
8
二、原核生物tRNA的加工
(1) tRNA基因：约60个 多数：多顺反子 几个相同(不同)tRNA连在一起，成簇存在 与rRNA基因或蛋白基因相连，组成混合 转录单位 少数：单顺反子
9
10
(2)加工过程 ◆剪切、修剪和剪接（斩头、去尾 ） 核酸内切酶:在tRNA两端切断（cutting） RNA酶P：核糖核蛋白，使tRNA 5’端成熟 RNA酶F：切除多余的3’端序列 RNaseIII和RNaseE：使转录产物变小 核酸外切酶：从3’端逐个切去附加的顺序，进行修剪 RNaseD:切除tRNA 3’-CCA-OH下游序列 则露出CCA-OH端， 3’ tRNA 成熟酶
（3）核苷内的转位反应 如：U ψ
（4）脱氨反应 如：A I
26
真核tRNA内含子的切除和其他内含子的切除的不 同
①即没有交界序列，也没有内部引导序列；
②是依赖于蛋白质性的RNase，而不是核糖拟酶 或snRNP； ③反应的本质不是转酯反应。
真核tRNA内含子的精确剪切是依赖对tRNA共同的二 级结构的识别，而不是内含子的保守序列。分子不同部分 的区域对于剪切是重要的，包括受体臂，D环，TψC环和 反密码子环。
《分子生物学》课件
介绍CRISPR-Cas9系统的原理 及在基因编辑中的应用。
基因编辑实验室
展示现代基因编辑实验室的设 备和技术。
基因治疗
探讨基因编辑技术在治疗遗传 病和癌症中的潜力。
生物信息学与计算生物学
大数据分析
使用生物信息学和计算生物学的工具来分析 海量生物数据。
蛋白质结构预测
通过模拟和计算来预测和研究蛋白质的结构 和功能。
3 基因修复与修复机
制
探讨基因损伤修复和细 胞保护机制在环境暴露 中的作用。
生物多样性与保护
生物多样性
解释生物多样性的重要性和全球生物多样性状 况。
保护生物多样性
讨论保护生物多样性的 分子标记物
液体活检
通过PCR和测序技术检测基因突变和遗传病。
《分子生物学》PPT课件
《分子生物学》PPT课件大纲： 1. 介绍分子生物学概念 2. DNA和RNA结构与功能 3. 蛋白质的合成与结构 4. DNA复制和细胞分裂 5. 基因表达与转录 6. RNA加工修饰 7. 蛋白质翻译和折叠 8. 基因调控及表观遗传学
基因编辑与CRISPR技术
CRISPR Cas9
介绍分子标记物在疾病诊断和治疗中的应用， 如肿瘤标志物。
探讨液体活检在肿瘤诊断和监测中的潜力。
分子生物学的社会影响
1 伦理和法律问题
讨论基因编辑和遗传修 复等技术引发的伦理和 法律问题。
2 公众教育和意识
强调公众了解分子生物 学的重要性和科学素养 的培养。
3 医疗与健康
探讨分子生物学在医疗 和健康领域的革命性发 展。
基因组学研究
利用计算方法研究基因组结构、功能和进化。
网络生物学
通过构建和分析生物网络来揭示生物体内的 复杂关系。
基因编辑实验室
展示现代基因编辑实验室的设 备和技术。
基因治疗
探讨基因编辑技术在治疗遗传 病和癌症中的潜力。
生物信息学与计算生物学
大数据分析
使用生物信息学和计算生物学的工具来分析 海量生物数据。
蛋白质结构预测
通过模拟和计算来预测和研究蛋白质的结构 和功能。
3 基因修复与修复机
制
探讨基因损伤修复和细 胞保护机制在环境暴露 中的作用。
生物多样性与保护
生物多样性
解释生物多样性的重要性和全球生物多样性状 况。
保护生物多样性
讨论保护生物多样性的 分子标记物
液体活检
通过PCR和测序技术检测基因突变和遗传病。
《分子生物学》PPT课件
《分子生物学》PPT课件大纲： 1. 介绍分子生物学概念 2. DNA和RNA结构与功能 3. 蛋白质的合成与结构 4. DNA复制和细胞分裂 5. 基因表达与转录 6. RNA加工修饰 7. 蛋白质翻译和折叠 8. 基因调控及表观遗传学
基因编辑与CRISPR技术
CRISPR Cas9
介绍分子标记物在疾病诊断和治疗中的应用， 如肿瘤标志物。
探讨液体活检在肿瘤诊断和监测中的潜力。
分子生物学的社会影响
1 伦理和法律问题
讨论基因编辑和遗传修 复等技术引发的伦理和 法律问题。
2 公众教育和意识
强调公众了解分子生物 学的重要性和科学素养 的培养。
3 医疗与健康
探讨分子生物学在医疗 和健康领域的革命性发 展。
基因组学研究
利用计算方法研究基因组结构、功能和进化。
网络生物学
通过构建和分析生物网络来揭示生物体内的 复杂关系。
《RNA剪切加工》课件
RNA剪切加工在基因表达调控中扮演着重要角色，掌握其机制和调控可以更 好地理解遗传疾病的发生机制。
剪接型别
可变剪接、选择性剪接、保守剪接和转录剪接是RNA剪接的不同类型，各自具有特定的功能和调控机制。
剪接的调控
剪接的调控涉及剪接的调控元件和与RNA剪切加工相关的调控因子。
RNA剪接的稳定性和遗传疾病
RNA剪接的稳定性对基因表达调控至关重要。不正常的RNA剪接过程与许多遗传疾病的发生相关。
小结
《RNA剪切加工》PPT课 件
RNA剪切加工是基因表达调控中的重要步骤，本课件将介绍RNA剪切的机制、 类型以及其在遗传疾病中的作用A分子中的部分区域剪除和重新连接的过程。它在基因表达调控中发挥着重 要的作用。
RNA剪切的机制
RNA剪切涉及剪接体的组成以及剪接酶的作用和类型。
剪接型别
可变剪接、选择性剪接、保守剪接和转录剪接是RNA剪接的不同类型，各自具有特定的功能和调控机制。
剪接的调控
剪接的调控涉及剪接的调控元件和与RNA剪切加工相关的调控因子。
RNA剪接的稳定性和遗传疾病
RNA剪接的稳定性对基因表达调控至关重要。不正常的RNA剪接过程与许多遗传疾病的发生相关。
小结
《RNA剪切加工》PPT课 件
RNA剪切加工是基因表达调控中的重要步骤，本课件将介绍RNA剪切的机制、 类型以及其在遗传疾病中的作用A分子中的部分区域剪除和重新连接的过程。它在基因表达调控中发挥着重 要的作用。
RNA剪切的机制
RNA剪切涉及剪接体的组成以及剪接酶的作用和类型。
RNA分子学技术课件教学课件
2023 RNA分子学技术课件教学课件•RNA分子学简介•RNA的提取和纯化•RNA的转录和翻译•RNA沉默及其调控目•RNA修饰及其功能•RNA在生物进化中的重要地位录01 RNA分子学简介RNA的种类和功能携带遗传信息，指导蛋白质合成。
信使RNA（mRNA）转运氨基酸，参与蛋白质合成。
转运RNA（tRNA）构成核糖体，参与蛋白质合成。
核糖体RNA（rRNA）不编码蛋白质，参与基因表达调控。
非编码RNA（ncRNA）DNA模板链上的信息被转录成RNA。
RNA生物合成过程DNA转录将pre-RNA上的内含子剪接去除，连接外显子。
RNA剪接对RNA进行甲基化、磷酸化等修饰，影响RNA的结构和功能。
RNA修饰结构保守性不同物种间相同或相似的RNA二级结构。
序列保守性不同物种间相同或相似的RNA序列。
功能保守性不同物种间相同或相似的RNA功能。
RNA在生物进化中的保守性02 RNA的提取和纯化核酸是生物体内携带遗传信息的物质，RNA作为核酸的一种，在生命活动中起着重要作用。
RNA提取的基本原理RNA的提取主要是从细胞或组织中分离出包含RNA分子的核糖核蛋白（RNP）复合物或核糖体（ribosome）复合物。
通过裂解细胞，去除蛋白质、脂质等杂质，再利用RNA的理化性质，将其与DNA、蛋白质等杂质分离，从而得到纯化的RNA。
核酸是遗传信息的携带者提取RNA的原理VS酚-氯仿抽提法此方法利用酚与氯仿的混合液抽提细胞中的蛋白质和核酸，氯仿可以去除酚及可溶性蛋白质，而核酸与酚结合形成不溶于氯仿的物质。
通过离心分离，去除上清液中的氯仿和蛋白质，再用乙醇沉淀核酸，即可得到较为纯净的RNA。
异硫氰酸胍-酚-氯仿提取法此方法使用异硫氰酸胍破细胞膜，同时抑制了核酸水解酶的活性，再加入酚-氯仿抽提蛋白质等杂质，用氯仿去除蛋白质、酚等杂质，最后用乙醇沉淀RNA。
热变性法此方法利用RNA在高温下解旋的性质，在加热条件下使双链RNA变性，再通过离心将变性后的RNA与蛋白质等杂质分离，然后用乙醇沉淀RNA。
RNA的选择性剪切ppt课件
12
RNA的选择性剪切
1980年 Baltimore在小鼠 IgM 基因发现第一 个选择性剪接现象，不同外显子组合分别产 生膜型、分泌型IgM。
高通量的基因组测序和EST测序，使生物信 息学方法来研究选择性剪接成为可能。最近 研究结果显示，约35%－60%的人基因有选 择性剪接形式。
13
选择性剪接是调节基因表达和产生蛋白质组多样性的重要机 制。
GT AG
U1
U2
Intergenic
3’
Exon
3’
Splicing to mRNA
Transcriptome:
5’Exon Exon
Exon
3’
6
RNA的剪切修饰
过去人们一直认为，基因的遗传密码子是连续 不断地并列在一起，形成一条没有间隔的完整 的基因体。但以后通过对真核蛋白质编码基因 结构的分析发现，在它们的核苷酸序列中间插 入有与氨基酸编码无关的DNA间隔区，使一个 基因分隔成不连续的若干区段。我们称这种编 码序列不连续的间断基因为断裂基因。
NRDR iso sense:5`-atggccagctccgggatga-3`
NRDRiso antisense:5`-tcagaggcgggacggggtt-3`
4.胶回收：PCR产物纯化
5.连接至质粒载体： pGEM-T easy 载体
6.转化至感受态大肠杆菌（JM109）
7.重组子筛选（蓝白筛选）
25
NRDR的选择性剪切亚型
Hela, BELT, EC9706细胞 株中发现新 的剪切亚型
26
NRDR的选择性剪切亚型
27
NRDR的选择性剪切亚型
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NRDR的选择性剪切亚型
RNA的选择性剪切
1980年 Baltimore在小鼠 IgM 基因发现第一 个选择性剪接现象，不同外显子组合分别产 生膜型、分泌型IgM。
高通量的基因组测序和EST测序，使生物信 息学方法来研究选择性剪接成为可能。最近 研究结果显示，约35%－60%的人基因有选 择性剪接形式。
13
选择性剪接是调节基因表达和产生蛋白质组多样性的重要机 制。
GT AG
U1
U2
Intergenic
3’
Exon
3’
Splicing to mRNA
Transcriptome:
5’Exon Exon
Exon
3’
6
RNA的剪切修饰
过去人们一直认为，基因的遗传密码子是连续 不断地并列在一起，形成一条没有间隔的完整 的基因体。但以后通过对真核蛋白质编码基因 结构的分析发现，在它们的核苷酸序列中间插 入有与氨基酸编码无关的DNA间隔区，使一个 基因分隔成不连续的若干区段。我们称这种编 码序列不连续的间断基因为断裂基因。
NRDR iso sense:5`-atggccagctccgggatga-3`
NRDRiso antisense:5`-tcagaggcgggacggggtt-3`
4.胶回收：PCR产物纯化
5.连接至质粒载体： pGEM-T easy 载体
6.转化至感受态大肠杆菌（JM109）
7.重组子筛选（蓝白筛选）
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NRDR的选择性剪切亚型
Hela, BELT, EC9706细胞 株中发现新 的剪切亚型
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NRDR的选择性剪切亚型
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NRDR的选择性剪切亚型
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NRDR的选择性剪切亚型
RNA转录后的剪切与加工幻灯片PPT
•〔2〕切除掉外部转录间隔区〔ETSs，external transcribed
• spacers), 形成45S前rRNA
• 〔3〕 再切去内部转录间隔区〔ITSs, internal transcribed
•
spacers)，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5.8S
•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。
举例：大肠杆菌tRNATyr的加工过程
•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。
rRNA processing in prokaryotes
•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16S rRNA，23S rRNA和 5S rRNA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。
rRNA转录后的加工步骤
➢原核生物的 rRNA 加工
rRNA processing in prokaryotes
➢原核生物的tRNA的前体加工 pretRNA processing in prokaryotes
➢原核生物的mRNA前体加工 pre-mRNA processing in prokaryotes
➢原核生物的 rRNA 加工
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。
➢原核生物的mRNA前体加工 pre-mRNA processing in prokaryotes
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三类剪接反应按两步 酯交换作用进行: 首 先游离羟基进攻外显 子1和内含子结合处, 接着外显子1末端产 生的羟基进攻外显子 2与内含子结合处.
24.12 Alternative splicing involves differential use of splice junctions. 可变剪接使用不同的剪 接位点. • 某些外显子可能会由于某一对剪接位点的使 用与否而被包含或被剔除于RNA产物中.
酿酒酵母tRNA前体的5'和3'的切割是由核酸内切酶的不 同亚基催化的. 另一个亚基可能通过测量成熟tRNA结构 中的某个点的距离, 以此为参数决定切割位点的位置. AI碱基对同样很重要.
24.18 The 3′ends of polI and polIII transcripts are generated by termination. 终止反应产生聚 合酶I和聚合酶III转录物的3'端.
• RNA聚合酶I在18个碱基终止序列处终止转录.
• RNA聚合酶III在G-C富含序列中的poly(U)4序 列处终止转录.
当终止产生3' 端, RNA聚合 酶和RNA在 DNA的终止 子序列上被释 放.
当核酸内切 酶在RNA的 特定序列处 切割并产生3' 端时, RNA聚 合酶继ends of mRNAs are generated by cleavage and polyadenylation. mRNA的3'端由 切割和多聚腺苷酸化产生. • 序列AAUAAA是一种切割信号, 用于产生多聚 腺苷酸化的mRNA 3'端. • 特异性因子和核酸内切酶在AAUAAA下游切割 mRNA. • 特异性因子和poly(A)聚合酶在3'端连续添加约 200个A残基.
序列 AAUAAA是 切割产生3'端 和多聚腺苷 酸化所必需 的.
3'端加工复合体具 有多种活性, 每个 CPSF和CF都有数 个亚基, 其余组分 为单体.
24.20 Cleavage of the 3′ end of histone mRNA may require a small RNA. 组蛋白mRNA的3'端 切割可能需要小RNA.
• 5和3剪接位点以及分支位点对剪接过程而言 是充分必要条件.
• 分支位点的序列在酵母中是完全保守的,但在 较高等的真核生物中,其保守性则不是很高.
剪接反应分两个 阶段,5外显子首 先被切开, 然后与 另一个外显子的 5相连.
24.5 snRNAs are required for splicing. snRNA是剪接必需的. • 参与剪接过程的5个snRNP是U1, U2, U4, U5, 和U6.
• snRNP和其他一些辅助蛋白质共同构成了剪 接体.
24.6 U1 snRNP initiates splicing. U1 snRNP启动剪接. • U1 snRNP通过RNA-RNA配对反应与5剪接位 点结合, 从而起始剪接过程. • E复合体包括结合在5剪接位点的U1 snRNP, 结 合在分支位点与3剪接位点间嘧啶富集区的 U2AF和连接U1 snRNP与U2AF的SR蛋白.
剪接通常发生在同一个RNA分子中, 但在另一种情况下, 由于不同 RNA内含子之间配对, 能形成一种特殊的结构, 这时会发生反式剪接.
锥虫SL RNA的一个 外显子可以通过反 式剪接与RNA的第 一个外显子连接在 一起. 这个反应与细 胞核的顺式剪接反 应具有同样的相互 作用, 但是产生Y型 而不是套索结构.
24.15 The splicing endonuclease recognizes tRNA. 剪接时核酸内切酶识别tRNA. • 核酸内切酶在tRNA前体内含子两个末端都切割.
• 酵母核酸内切酶是一种有两个(相关)催化亚基 组成的异源四聚体. • 它使用测量机制来确定切割位点, 其位置与 RNA结构中的某一点有关.
人类U1 snRNP有 一个可产生数个 结构域的配对结 构, 其5端保留着 单链形式, 可以 与5剪接位点配 对.
E复合物由三种物质连续地加入而成, 即U1-snRNP加到 5剪接位点, U2AF加到嘧啶区/3剪接位点, 以及桥连蛋 白SF1/BBP的加入.
24.7 The E complex can be formed by intron definition or exon definition. E复合物可通过内 含子定界或外显子定界来形成. • 形成E复合体的直接方法是U1 snRNP结合 在5剪接位点且U2AF结合在分支位点和3 剪接位点之间的嘧啶区. • 另一个可能是在嘧啶区的U2AF和下游5剪 接位点的U1-snRNP之间形成复合体. • 当U2 snRNP结合在分支位点时, E复合体转 变成A复合体.
• 组蛋白mRNA不被多聚腺苷酸化, 它们的3'端 由切割反应产生, 它依赖于mRNA的结构. • 切割反应需要SLBP结合到茎环结构, 以及需 要U7 snRNA与相邻单链区配对.
组蛋白H3 mRNA 3'端的产生取决于3'端一个保 守的发夹结构和一段能和U7 snRNA配对的序列.
24.21 Production of rRNA requires cleavage events. rRNA的产生需要切割反应.
外显子连接复合体 通过识别剪接复合 体结合到RNA上.
REF蛋白结合 剪接因子并保 留在剪接产物 上. REF结合 到位于核孔的 出核因子上.
24.11 Group II introns autosplice via lariat formation. II类内含子通过套索结构进行自我剪接. • II类内含子通过自我催化剪接活动从RNA上切 除自身. • II类内含子的剪接点和剪接机制同细胞核内含 子相似. • II类内含子折叠成二级结构以产生催化位点, 这个位点类似于U6-U2-细胞核内含子.
• 大小rRNA都通过从共同的RNA前体切割下来 而释放.
真核生物的成熟 rRNA是由初始转录 物经切割和修整反 应而产生.
大肠杆菌中rrn操纵子包含rRNA和tRNA基因, 转录物准确的长度取决于使用哪个启动子(P) 和终止子(t), 每个RNA产物必需从转录物的任 一端被切割而释放.
复习题
剪接反应经过几个 互相独立的阶段, 在此过程中, 能够 识别共有序列的各 组分之间的相互作 用导致剪接体的形 成.
24.10 Splicing is connected to export of mRNA. 剪接与mRNA出核相关联. • REF蛋白通过和剪接体的连接而结合到剪接 位点. • 剪接后, 它们依旧附着于RNA外显子-外显子 连接处. • 它们和转运蛋白TAP/Mex相互作用, 并将 RNA运出核孔.
多条途径可以启动对5和3剪接位点的识别.
24.8 5 snRNPs form the spliceosome. 五种snRNP形成了剪接体.
• U5和U4/U6 snRNP的结合把A复合体变成B1剪 接体, 其中包含了所有剪接所必需的元件.
• 剪接体在剪接过程中经历了一系列其他的复合 体形式.
Chapter 24
RNA SPLICING AND PROCESSING RNA的剪接和加工
24.1 Introduction 引言
hnRNA是 由许多小 球状结构 组成的核 糖核蛋白 颗粒
在细胞核 中,mRNA的加工 包括3和5修饰 以及内含子的去 除等.剪接需要 在内含子与外显 子交界处产生断 裂,然后将外显 子末端连接.成 熟的mRNA通过 核孔被运到细胞 质中去,在那里 它完成翻译.
24.14 Yeast tRNA splicing involves cutting and rejoining. 酵母tRNA剪接包括切割和重连两部分.
• tRNA剪接经历了连续的切割和重连反应.
酵母苯丙氨酰-tRNA前体中的一个内含子可以和反密码 子环配对, 从而改变反密码子臂的结构. 此tRNA前体内含 子 “环” 与 “颈” 上一个受排挤碱基的配对可能是剪 接所必须的.
内含子的末端按GU-AG规则定义.
24.4 pre-mRNA splicing proceeds through a lariat. 前体mRNA剪接要通过套索结构. • 当5剪接位点被剪开,且内含子5端连接到 内含子分支位点上的A的2位置时,将形成 套索结构.
• 当3剪接位点被剪开,内含子将以套索的形 式被释放,其左右的外显子将会连接在一起.
• • • • 内含子的主要结构? 内含子剪接的主要步骤? 什么是差异剪接? mRNA 3'端的形成?
24.2 Nuclear splice junctions are short sequences. 细胞核内的RNA剪接位点是各种 短序列. • 剪接位点是指外显子内含子交界处序列, 它 们一般根据与内含子的相对位置命名.
• 内含子5端的5剪接位点含共有序列GU. • 内含子3端的3剪接位点含共有序列AG. • GU-AG规则(最初在DNA序列中被称作GTAG规则)描述了在前体mRNA中内含子的最 初及最末位置上必须出现的恒定的双碱基.
两个位点参与的可变 剪接可能导致外显子 的增加或替代.
24.13 trans-splicing reactions use small RNAs. 反式剪接反应需要小RNA. • 剪接反应通常只以顺式方式发生在同一个 RNA分子的剪接位点上. • 反式剪接反应发生于锥虫和蠕虫中, 其中一个 小序列(SL RNA)剪接到RNA前体的5'端.