RNA转录后的加工与修饰
第8章 RNA转录后的加工
4-硫尿苷
次黄嘌呤核苷（肌苷）
1-甲基鸟苷
N6 -异戊烯基腺苷
假尿嘧啶核苷
二氢尿苷
真核tRNA内含子的特点：
• 位置相同，都在反密码 子环的下游，内含子和 反密码子配对形成茎环 • 外显子和内含子交界处 无保守序列 • 不同tRNA的内含子长度 和序列各异 • 内含子的剪切是依靠 RNA酶异体催化（自身 不是核酶）
mRNA
蛋白质合成模板
RNA的加工 rRNA和tRNA：不论原核或真核生物的rRNA和tRNA都是以初级 转录本形式被合成的，然后再加工成为成熟的RNA分子。
mRNA： 原核生物的mRNA却不需加工，仍为初级转录本的形式。
真核生物pre-mRNA要经过复杂的加工历程，包括加帽、 加尾和内含子的剪接等。
1、在5’端加帽（cap）） 场所是核内
帽子0：m7 G ppp X 单细胞生物（如酵母） 帽子1：m7 G ppp Xm 多细胞生物，主要形式 帽子2：m7 G ppp XmpYm 占10-15%
三种帽子的 共同位置 在帽子1中 可被甲基化
帽子1
m7Gppp
鸟甘酸转移酶
帽子2
剪接前加帽，剪接后加帽 剪接前加帽
类似的加工过程也可以在某些噬菌体的多顺反子mRNA中见到。例 如，大肠杆菌噬菌体T7的早期基因转录出一条长的多顺反子mRNA， 经RNaseIII切割成5个单独的mRNA和一段5′端前导序列。mRNA的 切割对其中某些早期蛋白质的合成是必要的。推测可能是由于较 长的 mRNA产生二级结构，会阻止有关编码序列的翻译。这种RNA 二级结构（可能还有三级结构）与其功能的调控关系在多种情况 下均可看到，并不仅限于翻译起始的调控。通过 RNA 链的裂解， 改变了RNA的二级结构，从而影响它的功能。
rna转录后加工方式
rna转录后加工方式
RNA转录后加工（RNA post-transcriptional processing）是指在RNA分子合成之后，在细胞中对其进行修饰和修剪的过程。
这些加工方式可以使原始RNA分子成熟，并使其具有功能性。
以下是几种常见的RNA转录后加工方式：
剪接（Splicing）：在真核生物中，基因的转录产物（前体mRNA）经过剪接过程，去除其中的内含子（intron），保留外显子（exon），从而形成成熟的mRNA分子。
剪接是通过剪接体（spliceosome）来完成的，其中包括snRNPs等辅助因子。
5'端修饰：RNA的5'端通常经过加上7-甲基鸟苷（7-methylguanosine）和三磷酸核苷酸链（PPP 链）的修饰，形成5'甲基鸟苷帽（5' cap）。
这个帽子在RNA稳定性、转运和翻译起重要作用。
3'端修饰：RNA的3'端通常经过加上聚腺苷酸（polyadenylation）的修饰。
这个poly(A)尾巴有助于RNA的稳定性、转运和翻译，并参与转录终止的过程。
RNA编辑：在一些生物体中，RNA的序列可以通过RNA编辑（RNA editing）进行改变。
这种编辑通常涉及碱基的替换、插入或删除，从而改变RNA的编码能力和功能。
RNA修饰：RNA分子可能会经历各种修饰，如甲基化、脱氨基、糖基化等。
这些修饰可以增强RNA的稳定性、调节翻译和识别，以及影响RNA的功能。
RNA转录后加工是一个复杂而精确的过程，它可以使原始的转录产物转化为功能性的RNA 分子。
这些加工方式对于基因表达调控和细胞功能起着重要的作用。
RNA转录后的加工
二、真核生物RNA修饰加工的主要方式：
pre-RNA
capping tailing splicing methylation editing
mature RNA
生物学意义;
l interrupted gene (interrupted RNA)
move introns as template (stop codon) (protein translation)
Man β- globin mRNA 5’-------UGCCUAAUAAA------------poly(A) 3’ -20
2、mRNA 3’端的加尾时间：
➢转录过程中暴露 出AAUAAA信号 后，核酸酶在该信 号下游约11－30个 碱基处进行切割。
➢polyA的长度一 般是50－200个碱 基左右。
•外显子较短(100~200bp)，内含子较长(1 kb)。
Hale Waihona Puke ➢剪接(RNA splicing)：内含子的去除和外显 子的连接过程就称为剪接或称为RNA 剪接。
➢不均一核RNA(heterogeneous nuclear, hnRNA) ：mRNA 的初始转录产物比成熟的 mRNA平均长度长，非常不稳定，序列的复 杂程度也非常高，称为不均一核RNA。
Rabbit α- globin mRNA 5’-------CUUUGAAUAAA-----------poly(A) 3’ -20
Rabbit β- globin mRNA 5’-------UGGCUAAUAAA-----------poly(A) 3’ -20
Man α- globin mRNA 5’-------CUUUGAAUAAA------------poly(A) 3’ -20
第七章：RNA转录后加工
SR蛋白因它们的C端结构域有一个富含Ser（S）和Arg（R） 的区域而得名。SR蛋白结合到外显子中外显子剪接增强子 （exonic splicing enhancer, ESE）。与ESE位点结合的SR 蛋白将U2AF蛋白引导到3’剪接位点，并将U1 snRNP引导到5’ 剪接位点，这是剪接过程的一个关键步骤，该步骤决定着哪些 位点将被连接起来。
CPSF和CstF结合位置处于切割与多聚腺苷酸化位点两侧，它 们为切割因子、Poly A聚合酶以及Poly A结合蛋白的组装提供 了平台。一旦聚腺苷酸化复合体组装完成，由切割因子I和切 割因子II构成的内切核酸酶对RNA进行切割， 切割位点就位于 5’-CA-3’二核苷酸的后面。Poly A聚合酶（Poly A polymerase） 在新生的3’末端添加多聚A尾巴。Poly A结合蛋白与多聚A尾 巴结合。
（3）作为进出细胞核的识别标记 凡由RNA聚合酶II转录的 RNA均在5’端加帽，包括snRNA，这是RNA分子进出细胞核 的识别标记。U6 snRNA 由RNA聚合酶III转录，其5’端保留3 个磷酸基团，无帽子结构，因而不能输出细胞核。 （4）提高mRNA的剪接效率 5’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mRNA的剪接效率。
哺乳动物肌钙蛋白T基因初级转录产物具有5个外显子。该 pre-mRNA可以通过两种途径进行剪接，产生两种不同的 mRNA。一种mRNA含有外显子1、2、3和外显子5，编码 α肌钙蛋白T，另一种mRNA含有外显子1、2、4和外显子5， 编码β肌钙蛋白T。
SV40病毒的T抗原基因初级转录产物通过选择性剪接，产生两
7－甲基鸟嘌呤结构称为0型帽子（type 0 cap）， 是酵母中最常见的形式。在高等真核生物中5’端还 会发生更多的修饰。在转录产物的第一个核苷酸核 糖的2’－OH被甲基化，形成I型帽子。脊椎动物转 录产物的第二个核苷酸核糖的2’－OH也被甲基化， 则形成II型帽子。
RNA转录后的加工与修饰
第二节RNA转录后得加工与修饰不论原核或真核生物得rRNAs都就是以吏为复朵得初级转录木形式被合成得，然后再加I：成为成熟得RNA分子。
然而绝大多数原核生物转录与翻译就是同时进行得.随着mRNA开始得DNA上合成，核蛋白体即附着在mRNA上并以其为模板进行蛋白质得合成.閃此原核细胞得mRNA并无特殊得转录后加匸过程，相反,真核生物转录与翻译在时间与空间上就是分天得，刚转录出來得mRNA就是分子很大得前体，即核内不均-RXAo hnRNA分子中大约只有10弔得部分转变成成熟得mR\A,其氽部分将在转录后得加匸过程中被降解掉。
(-)mRNA得加工修饰廉核生物中转录生成得mRNA为参顺反子.即几个结构基因，利用共同得启动子与共同终止信号经转录生成一条mRNA,所以此mR'A分子编码几种不同得蛋白质。
例如乳糖操纵子上得Z、Y及A基I大I,转录生成得mRNA可鋪译生成三种的，即半乳糖昔酶,透过酶与乙酰基转移酶.原核生物中没有核模，所以转录与翻译就是连续进行得，往往转录还未完成，翻译已经开始「因此原核生物中转录生成得mRNA没有特殊得转录后加工修饰过程。
真核生物转录生成得mRNA为单顺反子,即一个mRNA分子只为一种蛋白质分子编码。
真核生物mRNA得加工修饰，主要包括对5'端与3'端得修饰以及对中间部分进行剪接。
1•在5’瑞加帽成熟得真核生物mRNA,其结构得5'端都有一个m7G-PPNmN结构，该结构被称为甲基鸟昔得帽子。
如图17・9所示。
鸟昔通过5’ -5’焦磷酸键与初级转录物得5’端相连°为鸟昔上第7位碳原子被甲基化形成m7G-PP、mN时，此时形成得帽子被称为“帽0”，如果附MG-PPXmN外，这个核糖得第“2”号碳上也甲基化，形成m7G-PPNm，称为“帽如果5’末端N1与N2中得两个核糖均甲基化，成为m7 G-PPNmPNm 2,称为“帽2” o 从真核生物帽子结构形成得复杂可以瞧出，生物进化程度越痈，其帽子结构越复朵。
RNA转录后的加工与修饰
第二节 RNA转录后得加工与修饰不论原核或真核生物得rRNAs都就是以更为复杂得初级转录本形式被合成得，然后再加工成为成熟得RNA分子。
然而绝大多数原核生物转录与翻译就是同时进行得，随着mＲNA开始得DNＡ上合成，核蛋白体即附着在mRＮA上并以其为模板进行蛋白质得合成，因此原核细胞得mRNＡ并无特殊得转录后加工过程,相反,真核生物转录与翻译在时间与空间上就是分天得,刚转录出来得ｍRNA就是分子很大得前体,即核内不均一RNA。
ｈnRＮA分子中大约只有10%得部分转变成成熟得mRNA,其余部分将在转录后得加工过程中被降解掉。
（一)mRＮA得加工修饰原核生物中转录生成得mRＮA为多顺反子，即几个结构基因，利用共同得启动子与共同终止信号经转录生成一条ｍＲNA,所以此mRNＡ分子编码几种不同得蛋白质。
例如乳糖操纵子上得Z、Ｙ及A基因,转录生成得mRNA可翻译生成三种酶,即半乳糖苷酶,透过酶与乙酰基转移酶。
原核生物中没有核模,所以转录与翻译就是连续进行得,往往转录还未完成,翻译已经开始了,因此原核生物中转录生成得mRNA没有特殊得转录后加工修饰过程。
真核生物转录生成得mRＮA为单顺反子,即一个mRNA分子只为一种蛋白质分子编码。
真核生物ｍＲＮＡ得加工修饰,主要包括对５’端与３’端得修饰以及对中间部分进行剪接。
1.在5’端加帽成熟得真核生物mRNA,其结构得５’端都有一个m7G-PPNmN结构,该结构被称为甲基鸟苷得帽子。
如图17-９所示。
鸟苷通过5’-5’焦磷酸键与初级转录物得５’端相连。
当鸟苷上第7位碳原子被甲基化形成m7G-ＰPNmＮ时，此时形成得帽子被称为“帽0”,如果附m7G-PPNmN外,这个核糖得第“2”号碳上也甲基化，形成ｍ7G-PPNｍ，称为“帽1”,如果5’末端N1与N2中得两个核糖均甲基化,成为m７Ｇ-PPＮmPNm ２,称为“帽2”。
从真核生物帽子结构形成得复杂可以瞧出,生物进化程度越高,其帽子结构越复杂。
RNA转录后的加工与修饰
第二节RNA转录后的加工与修饰不论原核或真核生物的rRNAs都是以更为复杂的初级转录本形式被合成的，然后再加工成为成熟的RNA分子。
然而绝大多数原核生物转录和翻译是同时进行的，随着mRNA开始的DNA上合成，核蛋白体即附着在mRNA上并以其为模板进行蛋白质的合成，因此原核细胞的mRNA并无特殊的转录后加工过程，相反，真核生物转录和翻译在时间和空间上是分天的，刚转录出来的mRNA是分子很大的前体，即核内不均一RNA。
hnRNA分子中大约只有10%的部分转变成成熟的mRNA，其余部分将在转录后的加工过程中被降解掉。
（一）mRNA的加工修饰原核生物中转录生成的mRNA为多顺反子，即几个结构基因，利用共同的启动子和共同终止信号经转录生成一条mRNA，所以此mRNA分子编码几种不同的蛋白质。
例如乳糖操纵子上的Z、Y及A基因，转录生成的mRNA可翻译生成三种酶，即半乳糖苷酶，透过酶和乙酰基转移酶。
原核生物中没有核模，所以转录与翻译是连续进行的，往往转录还未完成，翻译已经开始了，因此原核生物中转录生成的mRNA没有特殊的转录后加工修饰过程。
真核生物转录生成的mRNA为单顺反子，即一个mRNA分子只为一种蛋白质分子编码。
真核生物mRNA的加工修饰，主要包括对5’端和3’端的修饰以及对中间部分进行剪接。
1．在5’端加帽成熟的真核生物mRNA，其结构的5’端都有一个m7G-PPNmN结构，该结构被称为甲基鸟苷的帽子。
如图17-9所示。
鸟苷通过5’-5’焦磷酸键与初级转录物的5’端相连。
当鸟苷上第7位碳原子被甲基化形成m7G-PPNmN时，此时形成的帽子被称为“帽0”，如果附m7G-PPNmN外，这个核糖的第“2”号碳上也甲基化，形成m7G-PPNm，称为“帽1”，如果5’末端N1和N2中的两个核糖均甲基化，成为m7G-PPNmPNm2，称为“帽2”。
从真核生物帽子结构形成的复杂可以看出，生物进化程度越高，其帽子结构越复杂。
RNA转录与转录后加工
在大多数真核生物中，RNA聚合酶在转录终止后，会在3’端加上一段多聚腺苷酸尾巴。这个过程称为加尾。加 尾的主要作用是促进RNA从核内向细胞质转运，并保护RNA免受3’核酸外切酶的降解。此外，多聚腺苷酸尾巴 也是一些RNA结合蛋白的识别位点，参与mRNA的稳定性、定位和翻译调控。
剪接
总结词
剪接是指将转录的RNA中的内含子序列 去除，并将外显子序列连接起来的加工 过程。
详细描述
C-to-U编辑由胞嘧啶脱氨酶催化，将RNA 中的胞嘧啶转变为尿嘧啶，导致RNA序列 发生变化。这种编辑可以影响RNA的翻译 和功能。
其他编辑类型
总结词
除了A-to-I和C-to-U编辑外，还存在其他类型的RNA编辑，如C-to-A编辑、C-to-G编 辑等。
详细描述
这些编辑类型在特定的生物或组织中发生，由不同的酶催化，导致RNA序列发生不同 的变化。这些编辑可以影响RNA的稳定性、翻译和功能。
肽链终止
终止密码子出现时，核糖体 释放合成的多肽链，并回收 mRNA。
蛋白质合成的起始
起始氨基酸的识别
起始密码子（AUG）被识别并结合甲酰蛋氨酸，形成甲酰蛋氨酸-tRNA。
甲酰蛋氨酸-tRNA在核糖体上的定位
甲酰蛋氨酸-tRNA与起始因子结合，定位到核糖体的P位点。
起始复合物的形成
甲酰蛋氨酸-tRNA与mRNA结合，形成起始复合物。
02
翻译水平调控
03
细胞内环境调控
翻译过程中蛋白质的表达水平可 以影响RNA的稳定性。
细胞内的pH值、离子浓度等环境 因素也可以影响RNA的稳定性。
05
RNA的翻译和蛋白质合成
mRNA的翻译
翻译起始
mRNA在核糖体上定位并结 合翻译起始因子，形成起始 复合物。
rna转录后加工名词解释
rna转录后加工名词解释
RNA转录后加工是指对在转录过程新合成的RNA的前体分子，进行进一步的加工修饰，从而使其成为具有生物学活性的、成熟的RNA 分子的过程，主要包括剪接、化学修饰等方式。
1.可变剪切：通过不同的剪切方式使得同一个基因可以产生多个不同的成熟mRNA，最终产生不同的蛋白质，从而使转录本和蛋白质结构与功能具有多样性。
2.RNA编辑：属于修饰的一种，是指转录后的RNA在编码区发生碱基的加入、丢失或转换等现象，可以在RNA水平上增加一些原来DNA模板上没有编码的碱基，从而扩充遗传信息。
因此，经过剪切或者修饰等加工，遗传信息的含量以及多样性大大增加。
转录后加工名词解释
转录后加工名词解释
转录后加工是指在基因组中进行转录的过程后，对转录产物（RNA分子）进行进一步的修饰和加工的过程。
转录是指在DNA模板上合成RNA分子的过程，而转录后加工则是在RNA分子合成完成后对其进行一系列的修饰和处理。
转录后加工的目的是为了产生成熟的RNA分子，使其能够发挥特定的功能。
在转录后加工过程中，RNA分子经历剪接、修饰和运输等多个步骤，以形成成熟的RNA分子。
剪接是转录后加工中最重要的步骤之一。
在剪接过程中，RNA 分子的内含子（非编码区域）会被剪除，而外显子（编码区域）则会被保留下来。
这样一来，通过剪接，一个基因可以产生多个不同的成熟RNA分子，从而扩大了基因的功能和多样性。
除了剪接，转录后加工还包括其他的修饰过程。
例如，RNA分子可能会经历5'端帽子的添加和3'端的聚腺苷酸尾巴的加入，这些修饰可以保护RNA分子免受降解，并有助于其在细胞内的稳定性和转运过程中的识别。
此外，转录后加工还可以包括RNA编辑、互补RNA合成和核糖体扫描等过程。
RNA编辑是指在转录后，RNA分子中的碱基序列可以发生改变，从而导致RNA分子的信息内容发生变化。
互补RNA合成是指利用RNA分子作为模板合成互补的DNA分子。
核糖体扫描是指RNA分子被核糖体识别并翻译成蛋白质的过程。
总的来说，转录后加工是一系列对转录产物进行修饰和加工的过程，通过这些过程，RNA分子可以获得特定的功能和稳定性，从而发挥其在细胞中的重要作用。
RNA后转录修饰及其生物学意义
RNA后转录修饰及其生物学意义RNA后转录修饰指的是在RNA转录之后，通过各种化学反应对RNA分子进行化学修饰。
这些修饰可以改变RNA分子的结构和功能，在RNA转录后的生物学过程中起到至关重要的作用。
1. RNA后转录修饰的种类RNA后转录修饰的种类繁多，其中最常见的包括：甲基化、腺苷酸转换、亚硫酸化、伸长和端修饰等。
1.1 甲基化甲基化是RNA后转录修饰中最常见的一种。
RNA甲基化是指在RNA分子上添加甲基基团。
甲基化的位置和数量可能不同，从而影响RNA分子的稳定性、可行性、转录激活和基因表达等方面。
RNA 甲基化的存在对于体内细胞的抗衰老、肿瘤等方面的研究有着非常大的潜力。
1.2 腺苷酸转换RNA腺苷酸转换是RNA后转录修饰中最具代表性的一种。
通过改变RNA中腺苷酸的结构，进而影响RNA的功能和稳定性。
如RNA编辑便是腺苷酸转换的一种典型形式。
RNA编辑是指在RNA中单核苷酸的改变，从而影响RNA的功能。
RNA编辑是人类基因组学研究的一个重要热点。
1.3 亚硫酸化亚硫酸化是一种较少见的RNA后转录修饰。
该修饰是在RNA上加入亚硫酸基团，从而影响RNA的功能和稳定性。
这种修饰常常涉及到RNA分子的3′末端，对于RNA分子的转移特别重要。
1.4 伸长和端修饰RNA伸长和端修饰指的是在RNA分子两端进行修饰。
在RNA的5端，伸长和端修饰可以提高RNA稳定性和转录激活，同时可以加强RNA的抗衰老和诱导基因表达的效果。
而在RNA的3端，伸长和端修饰则有助于增加RNA的可行性，并可以抑制某些RNA的稳定性降低。
2. RNA后转录修饰的生物学意义RNA后转录修饰对于生物学过程中的一些基本功能起到了非常重要的作用。
2.1 RNA后转录修饰与细胞周期RNA后转录修饰的存在对于细胞周期的正常运作有着至关重要的作用。
例如，RNA甲基化可以影响许多细胞周期关键基因的表达，从而影响细胞的生长和增殖。
2.2 RNA后转录修饰与免疫反应RNA后转录修饰对于免疫反应的调节有着非常重要的作用。
简述rna转录后加工过程
简述rna转录后加工过程摘要：1.RNA转录后加工过程的概述2.RNA转录后加工的主要步骤a.剪接b.剪切c.RNA编辑d.RNA降解3.各步骤的功能和意义4.实例分析5.RNA转录后加工在生物体中的作用6.研究RNA转录后加工的意义和前景正文：在我们生物体内，基因通过转录过程将DNA信息转化为RNA，但这只是RNA生命历程中的第一步。
接下来，RNA要经历一系列复杂的加工过程，才能最终发挥其生物学功能。
这个过程被称为RNA转录后加工。
RNA转录后加工的主要步骤包括剪接、剪切、RNA编辑和RNA降解。
剪接是指将RNA前体分子中的内含子去除，并将外显子连接成成熟的RNA分子。
这一过程通过特定的酶家族，如剪接酶，来实现。
剪切是指在RNA分子的3"端添加poly(A)尾巴，这是几乎所有真核生物RNA的共同特征。
RNA编辑则是指在RNA分子上发生碱基改变，这一过程依赖于特定的编辑酶和相应的底物。
最后，RNA降解是指RNA分子在细胞内的分解过程，这对于调控RNA水平和维持细胞内稳态至关重要。
这些加工过程对于RNA最终的生物学功能具有重要意义。
以剪接为例，它能消除RNA前体中无功能的RNA片段，使成熟的RNA更具特异性和高效性。
同时，RNA编辑能够改变RNA的序列，从而影响其翻译效率和稳定性。
在生物体中，RNA转录后加工涉及多种生物过程，如基因表达调控、病毒复制和免疫反应等。
对RNA转录后加工的研究，有助于我们深入了解生命过程中的基因表达调控机制，为治疗疾病和开发新型药物提供理论依据。
随着生物科学技术的不断发展，对RNA转录后加工的研究将越来越深入。
RNA转录后的加工与修饰
第二节RNA转录后的加工与修饰不论原核或真核生物的rRNAs都是以更为复杂的初级转录本形式被合成的，然后再加工成为成熟的RNA 分子。
然而绝大多数原核生物转录和翻译是同时进行的，随着mRNA开始的DNA上合成，核蛋白体即附着在mRNA上并以其为模板进行蛋白质的合成，因此原核细胞的mRNA并无特殊的转录后加工过程，相反，真核生物转录和翻译在时间和空间上是分天的，刚转录出来的mRNA是分子很大的前体，即核内不均一RNA。
hnRNA 分子中大约只有10%的部分转变成成熟的mRNA，其余部分将在转录后的加工过程中被降解掉。
（一）mRNA的加工修饰原核生物中转录生成的mRNA为多顺反子，即几个结构基因，利用共同的启动子和共同终止信号经转录生成一条mRNA，所以此mRNA分子编码几种不同的蛋白质。
例如乳糖操纵子上的Z、Y及A基因，转录生成的mRNA可翻译生成三种酶，即半乳糖苷酶，透过酶和乙酰基转移酶。
原核生物中没有核模，所以转录与翻译是连续进行的，往往转录还未完成，翻译已经开始了，因此原核生物中转录生成的mRNA没有特殊的转录后加工修饰过程。
真核生物转录生成的mRNA为单顺反子，即一个mRNA分子只为一种蛋白质分子编码。
真核生物mRNA的加工修饰，主要包括对5’端和3’端的修饰以及对中间部分进行剪接。
1．在5’端加帽成熟的真核生物mRNA，其结构的5’端都有一个m7G-PPNmN结构，该结构被称为甲基鸟苷的帽子。
如图17-9所示。
鸟苷通过5’-5’焦磷酸键与初级转录物的5’端相连。
当鸟苷上第7位碳原子被甲基化形成m7G-PPNmN时，此时形成的帽子被称为“帽0”，如果附m7G-PPNmN外，这个核糖的第“2”号碳上也甲基化，形成m7G-PPNm，称为“帽1”，如果5’末端N1和N2中的两个核糖均甲基化，成为m7G-PPNmPNm2，称为“帽2”。
从真核生物帽子结构形成的复杂可以看出，生物进化程度越高，其帽子结构越复杂。
转录后修饰和功能研究
转录后修饰和功能研究在细胞内，基因进行转录产生RNA，但这只是一个起始点。
RNA还需要经过修饰才能成为功能性RNA，才能发挥其重要的生物学功能。
因此，转录后修饰和功能研究是RNA生物学领域的重要研究方向之一。
一、转录后修饰转录后修饰是指RNA在转录后经过多种化学修饰而形成的生物学活性分子。
这些修饰包括methylation、pseudouridylation、5'-capping和3'-polyadenylation等。
其中5'-capping是在RNA 5'端加上甲基鸟苷的修饰；3'-polyadenylation是将RNA 3'端加上一个poly(A)序列，而pseudouridylation则是将尿嘧啶转变为伪尿嘧啶。
这些修饰至关重要，因为它们可以影响RNA的稳定性、翻译效率和介导蛋白质-核酸相互作用等。
在人类基因组中，超过一半的转录本都被修饰过。
这些修饰差异不仅存在于不同的转录本之间，也存在于同一个转录本的不同部位。
这表明转录后修饰的模式是非常复杂的，也非常重要。
因此，人们正在努力发现和研究转录后修饰的作用以及它们的调控机制。
二、转录后修饰与基因表达调控转录后修饰可以影响基因表达的调控。
例如，methylation、pseudouridylation和3'-binding protein与mRNA稳定性有关，因为它们可以处理RNA稳定性的标记并保护RNA免受降解的影响。
此外，5'-capping也可以影响mRNA翻译效率和稳定性。
在真核生物中，5'-capping不仅可以帮助保护RNA不受核酸酶的攻击，还可以与翻译起始因子相互作用，从而提高RNA的翻译效率。
此外，转录后修饰还可以影响RNA的相互作用。
例如，microRNA（miRNA）是一种小分子RNA，它可通过与mRNA互动来抑制翻译。
与此有关的是，miRNA在其发生过程中就存在有多种转录后修饰，包括3'-untranslated region-binding protein和xrn1-mediated RNA降解。
RNA转录后修饰的生物学功能与调控机制
RNA转录后修饰的生物学功能与调控机制RNA转录后修饰是指在RNA合成后，通过一系列化学修饰作用加工RNA分子的过程。
这些化学修饰包括：甲基化、剪切、退火和交叉链互补等等，它们可以影响RNA分子的生物学功能。
RNA分子的转录后修饰在细胞命运决定、疾病发生和发展中具有重要的作用。
RNA甲基化修饰RNA甲基化修饰是指在RNA分子上的腺嘌呤或胸腺嘧啶等位置上附着甲基基团，从而调节RNA的翻译、剪接和稳定性等生物学过程。
RNA甲基化修饰最早被发现是在tRNA合成过程中，随后在mRNA、rRNA和miRNA等分子中也被发现。
RNA甲基化修饰的酶分为甲基转移酶、去甲基化酶和甲基酰化酶三类。
其中，已知的甲基转移酶包括methyltransferase-like 3、METTL14等，它们与蛋白质为一体，形成RNA甲基化复合物，对RNA进行定向的甲基化修饰。
去甲基化酶包括ALKBH5等，它们能够去除RNA分子上的甲基基团。
甲基酰化酶主要功能是在细胞转录过程中对DNA进行甲基化修饰。
RNA甲基化修饰在细胞的转录和剪接调控中具有关键作用。
以METTL14为例，它与CPSF、CTD和CMTR1等核苷酸处理因子相互作用，能够调节RNA的剪接和剪接后稳定性，同时影响细胞命运。
ALKBH5则能够去除m6A修饰，从而控制mRNA的降解和代谢。
RNA剪切修饰RNA剪切修饰是指在RNA分子翻译前段落的加工过程。
RNA剪切修饰通过剪切RNA分子的预定义的部分，產生两个或更多的不同RNA分子。
这些RNA分子可以有与母体RNA分子不同的结构和功能。
RNA剪切修饰在细胞的转录后过程中非常常见，一般被用于调节转录后mRNA的剪接和多样性。
RNA剪切修饰在细胞中主要由剪切酶负责完成。
目前已知的剪切酶分为小核核糖核蛋白复合物（snRNP），校对酶和剪切酶三类。
这些酶类能够识别剪切点，并据此促进剪切反应的进行。
其中，snRNP在剪切和剪切选择性中具有非常重要的作用。
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第二节ＲNA转录后得加工与修饰不论原核或真核生物得rＲNAs都就是以更为复杂得初级转录本形式被合成得,然后再加工成为成熟得RNA分子、然而绝大多数原核生物转录与翻译就是同时进行得,随着ｍＲNA开始得DNA上合成,核蛋白体即附着在mRNA上并以其为模板进行蛋白质得合成,因此原核细胞得mRNA并无特殊得转录后加工过程,相反,真核生物转录与翻译在时间与空间上就是分天得,刚转录出来得ｍRNA就是分子很大得前体,即核内不均一ＲNA。
hnRNA分子中大约只有10%得部分转变成成熟得mＲＮA,其余部分将在转录后得加工过程中被降解掉。
(一)mRNA得加工修饰原核生物中转录生成得mRNA为多顺反子,即几个结构基因,利用共同得启动子与共同终止信号经转录生成一条mRNA,所以此ｍRNA分子编码几种不同得蛋白质。
例如乳糖操纵子上得Z、Ｙ及A基因,转录生成得mRＮA可翻译生成三种酶,即半乳糖苷酶,透过酶与乙酰基转移酶、原核生物中没有核模,所以转录与翻译就是连续进行得,往往转录还未完成,翻译已经开始了,因此原核生物中转录生成得mRNA没有特殊得转录后加工修饰过程。
真核生物转录生成得mRNA为单顺反子,即一个mＲNA分子只为一种蛋白质分子编码。
真核生物mRNＡ得加工修饰,主要包括对5’端与３’端得修饰以及对中间部分进行剪接。
1.在5’端加帽成熟得真核生物mRＮA,其结构得5’端都有一个ｍ7Ｇ-PPNmＮ结构,该结构被称为甲基鸟苷得帽子、如图17—9所示。
鸟苷通过5'—5'焦磷酸键与初级转录物得5'端相连。
当鸟苷上第7位碳原子被甲基化形成ｍ7G—PＰＮｍＮ时,此时形成得帽子被称为“帽0”,如果附m7G－ＰPNｍN外,这个核糖得第“２”号碳上也甲基化,形成m７G—PPNm,称为“帽1",如果5'末端N1与Ｎ２中得两个核糖均甲基化,成为m７G-PＰNｍＰNm２,称为“帽2”、从真核生物帽子结构形成得复杂可以瞧出,生物进化程度越高,其帽子结构越复杂。
图17－9 Pｏsｔ－traｎｓｃｒｉptiｏnal ｍodifｉｃａtioｎ of mＲＮa shｏｗinｇｔhe 7—methylｇuanosinｅcap ａnｄｐoly—A tail。
真核生物ｍRNA 5’端帽子结构得重要性在于它就是mＲNa 做为翻译起始得必要得结构,对核糖体对ｍR ＮA得识别提供了信号,这种帽子结构还可能增加mRNA得稳定性,保护mＲNa 免遭5’外切核酸酶得攻击。
２。
在3’端加尾大多数得真核mRNA 都有3’端得多聚尾巴(A),多聚(A)尾巴大约为200bｐ。
多聚(A)屠巴不就是由DNA编码得,而就是转录后在核内加上去得。
受pｏlｙA聚合酶催化,该酶能识别,mRNa 得游离3’-ＯH端,并加上约２00个A残基、近年来已知,在大多数真核基因得３’一端有一个AATAＡ序列,这个序列就是mＲＮa 3'-端加poｌyA尾得信号。
靠核酸酶在此信号下游１0-1５碱基外切断磷酸二酯键,在ｐolｙA聚合酶催化下,在3’—ＯH上逐一引入1０0—２0０个A碱基。
关于polyA尾巴得功能问题尽管经过极其广泛得探索,但还不完全清楚。
有人推测poｌyA可能与mRNA从细胞核转送到细胞质有关,但就是相当数量,得没有polyA屠巴得mRNＡ如组蛋白mRNA,也照样通过核膜进入细胞质。
还有人认为这种结构对真核mRNA得翻译效率具有某种作用,并能稳定mRNA结构,保持一定得生物半衰期、3。
mRＮA前体(hnRＮＡ)得拼接原核生物得结构基因就是连续编码序列,而真核生物基因往往就是断裂基因,即编码一个蛋白质分子得核苷酸序列被多个插入片断所隔开,一个真核生物结构基因中内含子得数量,往往与这个基因得大小有关,例如胰岛素就是一个很小得蛋白质,它结构基因只有两个内含子,而有些很大得蛋白质,它得结构基因中可以有几十个内含子、经过复杂得过程后,切去内元,将有编码意义得核苷酸片段(Extron外元也叫外显子)连接起来(图17-10)。
图1７-１0 Ｐｒimaｒy ｐolｙmeｒａse 11tｒａnscｒipｔ of a eukarｙote gene ｓhowing (a)introns ａftｅr ｃａppｉng aｎd addｉｔion of poｌyA taiｌ。
(b)Exｃision oｆiｎtrｏnｓto ｆｏrm thｅ mature mRＮＡｉs caｌlｅｄｓplicing。
真核生物得结构得基因中具有可表达活性得外显子,也含有无表达活性得内含子,但内含子序列下就是无意义得,越来越多得实验证明有许多基因中得内含子参与基因表达调控,在转录时,外显子及内含子均转录到hnRNA中。
在细胞核中hnRNA进行剪接作用,首先在核酸内切酶作用下剪切掉内含子;然后在连接酶作用下,将外显子各部分连接起来,而变为成熟得mRNA,这就就是剪接作用,也有少数基因得hnRＮA不需进行剪接作用,例如α-干扰素基因,图17—1１以卵清蛋白基因为例,介绍一个典型得转录及加工过程。
图１7－1１卵清蛋白基因转录及加工过程图中外显示以１、２、３、４……表示,内含子以A、B、Ｃ、D…表示mRNA得拼接,需要在拼接部位有供拼接识别得保守性强得一致顺序,通过对100多种真核细胞基因得分析,发现外元与内元拼接部位部分碱基顺序有一定得规律(见表1７—４)。
表17—4 含有内元得转录产物其拼接处得碱基顺序基因区域Exon Ｉntｒon Ｅｘｏｎ卵清蛋白内元2 UAAG GＵGA ～~~～～~~ ACＡGGUUG卵清蛋白内元3 UCAG ＧUAC ~～～～~~～ＵＣＡGUＣUGβ-珠蛋白内元1 ＧCAG GＵUＧ~～~～～～～ＵCAGGCUGβ-珠蛋白内元２ＣＡGG GUGＡ～～～～～~~ ＡCAGUCＵCIgλ内含子1 UCAG ＧUＣＡ～～～~~～～GCAGGＧGＣSV4０病毒早期T抗原UAAG GUAA ～~～～～～～UUＡGAＵUＣ表中划线得碱基对拼接识别有重要作用,如将兔得β-珠蛋白得拼接部位得ＧT改为AT后,拼接反应即受到影响。
mRＮA前体拼机制图17—1２Ｔhe RNA spliciｎg mecｈaniｓm.ＲNA splｉcing is cａｔalyzeｄ by a ｓpliｃｅｏsoｍe fｏrmｅｄfｒom thｅａｓsembｌy of U1,U2,U５,and sｎRNＰs(shown aｓ greeｎ ciｒcl ｅｓ )plus otｈeｒｃompｏnｅｎｔs (not shown)。
After aｓseｍｂly of tｈe sｐliｃeoｓｏｍe ,the ｒeaｃtｉon ｏｃcures in ｔwo speｐs:in ｓtep １thｅ branｃh-poiｎt A nucleotidｅｉn the ｉntｒon seqｕeｎce,whicｈｉｓ loｃated cｏｌse to the ３＇splice sitｅ ,attacks the ５’spliｃe sitｅ anｄ cleaves ｉt;tｈe ｃut ５’ｅnd ｏf tｈｅ iｎｔron seqｕence thｅreｂy beco ｍes covａlently ｌiｎkeｄ to ｔhｉｓ A nucleoｔide,forminｇｔhe ｂranｃｈed nucleotide shｏwn in Ｆiｇuｒｅ 8-５5。
Ｉn step 2 the 3'-OＨ enｄ of the first exon seｑuｅnce,whｉch ｗaｓcreateｄ in ｔhｅ first step,adds tｏｔｈe ｂegｉnｎｉng of the secoｎd exｏｎ seq ｕence,clｅqviｎg the RＮA moｌeｃｕle at tｈｅ３’ｓpｌice ｓitｅ;thｅ twｏ eｘon seｑu ｅｎces ａrｅ thereby jｏined tｏ each other and thｅｉｎtｒon sｅｑueｎce iｓreｌｅａｓed ad a ribｏｓone、Ｔｈesｅ splicinｇ reactions ocｃｕｒ im the nucｌeus and genｇerate mRNa molｅcuｌes from prｉmａｒy ＲＮA ｔranscripts (mRＮA precｕｒｓor mｏlecuｌes)、mRNＡ拼接反应需要有核内小分子RＮA参与它们与蛋白质形成得复合物称为小核糖核蛋白颗粒,SnＲNA 分别被命名为U1,U2,U3,U4,U5,与U6ＲNA、SnRNA中得U2RNA由与内元右端拼接部位附近得UACUAA顺序高度互补,形成一个环状结构,由特定得酶来识别切除该环状结构,完成拼接过程,如图17—１2所示。
图17—１3 Ｍeｃhaｎim of mRNa splicing.Nｏｔe that,foｒｃｌaｒｉtｙ,the pｒoceｓs ｉs sｈown ｉｎ two sｔagｅs;ｅnｅrｇy iｓ nｏｔｒeｑｕｉred for ｔhe ｐrｏcess since tｒａｎｓｅsterificatｉon rｅａｃｔｉonｓ are invoｌｖｅｄ.真核生物mＲNＡ前体在剪接过程中,还可以形成套索样得结构,在内含子序列中常有一个分支部位得腺苷酸残基,它得2’—OＨ可以自动攻击内含子5’端与外显子１连接得磷酸二酯键,切开了外噗子1,而腺苷酸原来已有3’,5’-—磷酸二酯键相连得两个相邻得核苷酸残基,加上此３’,5’—磷酸二酯键连接后,在腺苷酸处出现了一个套索,已被切下得外显子1得3’-ＯH攻击内含子3'末端与外显子2之间得3’,５’－磷酸二酯键,键断裂后,内含子以套索得形式被节下来,此时外显子1与外显子２可以连接起来(图17—13)、不论拼接过程如何,拼接必须极为精确,否则会导致遗传信息传递障碍,合成得蛋白质可能丧失其正常得功能。
我国南方广大地区就是β-地中海贫血得高发区,这就是由于β-珠蛋白链得合成受到部分或完全抑制所引起得一种血红蛋白病、实验表明β－珠蛋白基因元１中核苷酸得点突变改变了正常拼接部位得碱基顺序,结果造成错误部位得拼接、加工成熟得ｍRＮA虽能翻译,但产物不就是正常得β—珠蛋白,结果引起血红蛋白级结构与功能得改变。
(二)rRNA转录后加工原核生物rRNA转录后加工,包括以下几方面:①rＲＮＡ前体被大肠杆菌RNａseⅢ,ＲNａsｅE等剪切成一定链长得ｒRNＡ分子;②rRＮＡ在修饰酶催化下进行碱基修饰;③rＲＮA与蛋白质结合形成核糖体得大、小亚基(见图1７－14)图17-14 大肠杆菌rRNA前体得加工真核生物ｒＲNＡ前体比原核生物大,哺乳动物得初级转录产物为4５s,低等真核生物得rＲＮＡ前体为38s,真核生物5sＲＮA前体独立于其她三种rRNA得基因转录(图１7—15)。