第七章 转录产物的加工修饰及转运降解

4 RNA的转运及降解
4.1 真核生物的RNA转运
4.2 mRNA的降解
4.1 真核生物的RNA转运
所有在细胞质中起作用的真核生物细胞RNA都要 从细胞核内转运出来； mRNA能被特异性地转运到翻译的位置，在细胞 之间能够被长距离转运。
剪接与mRNA出核相关联

在完成合成和加工后，mRNA以核蛋白复合
细胞器
tRNA前体中的内含子 细胞核
3.3.2 内含子的删除机理
（1）GU-AG型内含子 （2）GC-AG型和AU-AC型内含子
（3）I 类内含子和 II类内含子
（1）GU-AG型内含子
Intron-exon boudaries have short consensus sequences in the intron
Pairing of wrong junctions would remove exons
核内RNA完成剪接所需的只是5`位点、3`位点和分 支位点（branch site) UACUAAC 的三个短的一致 性序列。 分支位点位于内含子3`剪接位点18~40个核苷酸处。
Splicing proceeds through a lariat
Splicing releases a mitochondrial group II intron in the form of a stable lariat.
3.3.3 内含子的不同剪接方式
（1）可变剪接
（2）顺式剪接和反式剪接
（1）可变剪接 （alternative splicing ）
腺病毒E1A基因可将多个5`位点 剪接成共同的一个3`位点
黑腹果蝇的tra将一个5`位点 与多个3`位点剪接
（2）顺式剪接和反式剪接
cis-splicing & trans-splicing
顺式剪接：剪接发生在同一条RNA分子上；
反式剪接：剪接发生在不同的RNA分子上。
Trans-splicing occurs only in special circumstances
3.1 mRNA 5`端的加帽 3.2 mRNA 3`端的多聚腺苷酸化 3.3 前体mRNA内含子的删除
Eukaryotic mRNA is modified, processed, and transported
3.1 mRNA 5`端的加帽
Cap 0
100%
G
A
Guanine-7-methyl-transferase 2`-O-methyl-transferase
已，而这只依赖于内含子中的RNA序列。
原始转录产物
自由鸟苷酸的3`-OH作亲核基团攻 击内含子5`端的磷酸二酯键，从上 游切开RNA链
GTP、GDP、 GMP、G RNA剪接中间产物
上游外显子的自由3`-OH作为亲核基 团攻击内含子3`位核苷酸上的磷酸二 酯键，使内含子被完全切开
完成剪接的RNA
I 类 内 含 子 的 自 我 剪 接 过 程
3.3 前体mRNA内含子的删除
3.3.1 生物体内内含子的种类 3.3.2 内含子的删除机理 3.3.3 内含子的不同剪接方式
3.3.1 生物体内内含子的种类
内含子类型 GU-AG,GC-AG,AU-AC 细胞内定位 细胞核 细胞器，细菌，低等真核 生物细胞核中
I 类 II 类
双内含子
细胞器，细菌
顺反子(cistron):
指编码一种蛋白质的DNA单位组成。
1.2 断裂基因、内含子和外显子
断裂基因(interrupted gene):
对可表达为蛋白质的基因，如其初始转录产
物与成熟mRNA相比，其间含不能编码为蛋白质
的间隔序列，则这个基因称断裂基因。
interrupted gene 含：
内含子(intron) ：断裂基因中，转录但通过将两
4.2 mRNA的降解
4.2.1 细菌mRNA的降解
4.2.2 真核生物mRNA的降解
mRNA is degraded by exo- and endo- nucleases
4.2.1 细菌mRNA的降解
细菌mRNA的降解总的 方向为5`→ 3`；
降解由两部分组成：核 酸内切酶的切割，以及核 酸外切酶对这些片段从3` → 5`方向的降解。

5` splice site含：GU


3` splice site含：AG
GU-AG（最初称GT-AG） 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
Correct splicing removes 3 introns by pairwise recognition of the junctions
Splicing of yeast tRNA in vitro can be followed by assaying the RNA precursor and products by gel electrophoresis.
tRNA splicing has separate cleavage and ligation stages
RNA的编辑(RNA editing):
某些RNA，特别是mRNA的一种加工方式， 它导致了DNA所编码的遗传信息的改变（如 单碱基突变）（P95、96）。
RNA的修饰（RNA modification）：
有些RNA，特别是前体rRNA和tRNA可 能有特异性的化学修饰（P98）。
3 真核生物mRNA的加工、修饰
仁小RNA (small nucleolar RNA)。
2 tRNA和rRNA的加工
tRNA和rRNA被加工的实验证据
2.1 前体tRNA的加工 2.2 前体rRNA的加工
2.3 RNA的编辑及化学修饰
tRNA和rRNA被加工的实验证据
rRNA和tRNA有以下三点特性：
1） 所有RNA初级转录产物5`末端均是5`-三磷酸， 而成熟rRNA和tRNA分子5`末端是5`单磷酸； 2）rRNA和tRNA分子比初级转录产物小很多；
rRNA are cleaved from a common precursor
原核生物中前体包括了16S
rRNA、23S rRNA和5S rRNA和
tRNA序列。前体为30S RNA。
tRNAs are cleaved from transcripts of rRNA operons
2.3 RNA的编辑及化学修饰
人类基因组剪接位点： GU-AG＞98% GC-AG＜ 1% AU-AC≈0.1%
注意：这几种内含子在很多基因组内同时 存在，有时甚至出现在同一条基因里。
（3）I 类内含子和 II类内含子
I 类和II类内含子具自我切割能力。 自我剪接（self-splicing, autosplicing)： 像催化作用一样，内含子能从RNA里切下自
All of the four bases in tRNA can be modified
2.2 前体rRNA的加工
大部分rRNA是作为单一初始转录 物合成，经加工后产生成熟产物。
真核生物中rRNA前体包括了18 S rRNA、 5.8 S rRNA和28 S rRNA序列。在高等真 核生物中，命名为45SRNA，低等真核生物 中较小（如酵母中为35S）
sRNA (100-300 base, 0-106/cell):
1）snRNA: 细胞核中的小分子RNA称细胞核小RNA (small nuclear RNA)
2）scRNA: 细胞质中小分子RNA称细胞质小RNA
(small cytoplasmic RNA)。
3）snoRNA: 在核仁中存在的一类小的RNA，称为核
Splicing uses transesterification
snRNA是GU-AG型内含子剪接所必需的

参与剪接过程的5个snRNP是U1，U2，U4，U5 和U6。 每个snRNP含一个snRNA 和几种蛋白质。 snRNP和其他一些辅助蛋白共同构成剪接体。

（2）GC-AG型和AU-AC型内含子
(RNAase D)
The tRNA 3` end is generated by cutting and trimming followed by addition of CCA; the 5` end is generated by cutting.
The intron in yeast tRNAPhe base pairs with the anticodon loop to change the structure of the anticodon arm.

Note: I类内含子比II类内含子更普遍，两类之间几乎 无联系。但这两类RNA在体外都能自我剪接， 而不需其它蛋白质提供酶活性。但在体内需蛋白 质帮助折叠。
三类剪接反应总结：
都是按两步酯交换 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； 两个外显子相连，内 含子释放。
A
10~15%
3.2 mRNA 3`端的多聚腺苷酸化
The 3` ends of mRNAs are generated by cleavage and polyadenylation；The sequence AAUAAA is necessary for cleavage to generate a 3` end for polyadenylation.
1.3 hnRNA、 hnRNP 、sRNA

hnRNA (heterogeneous nuclear RNA)：不均一 核RNA
高等真核生物中，如细胞核基因与其产物间在长度
上有差异，则其初始转录产物称为hnRNA。

hnRNP:核糖核蛋白颗粒 hnRNA物理结构是核糖核蛋白颗粒，颗粒中蛋白质包 围着hnRNA，hnRNA和蛋白质组成的复合物称hnRNP。
4.2.2 真核生物mRNA的降解
mRNA稳定性因素: mRNA两端的修饰防止它被外切酶降解； mRNA中的特异序列可影响它的稳定/非稳定性； poly(A)的缺失可能引发非稳定性。
3`端的脱腺苷化引发 了5`端帽子结构的脱 离，这是由于在 poly(A)上的PABP阻
端的序列（外显子）剪接在一起而被去除的转
录产物所对应的DNA片段。 外显子(exon): 断裂基因中，在成熟mRNA产物中 存在的任何片段。
Introns are removed to make mRNA f百度文库om an interrupted gene
Note:
The order of exons does not change between DNA and RNA
内含子
原始转录产物
内含子本身的某个腺苷酸的 2`-OH作为亲核基因攻击内含 子5`端的磷酸二酯键
2`,5`－磷酸二酯键
RNA剪接产物
与3`末端相连 套索结构中的腺苷酸带 有3个磷酸二酯键
上游外显子的3`-OH作亲核基 团攻击内子3`位核苷酸上的磷 酸二酯键,使套索结构完全解离 完成剪接的RNA
II 类 内 含 子 的 自 我 剪 接 过 程
第七章 转录产物的加工修饰及转运降解
1 引言--几个重要概念
2 tRNA和rRNA的加工
3 真核生物mRNA的加工、修饰 4 RNA的转运及降解
5 小 结
1 引言-几个重要概念
1.1 基因和顺反子
1.2 断裂基因、内含子和外显子
1.3 hnRNA、 hnRNP 、sRNA
1.1 基因和顺反子
基因（gene): 指能编码独立产物的特有DNA序列。
3）所有tRNA含有稀有碱基。
2.1 前体tRNA的加工
① 3`-OH末端的形成：内切核酸酶降解，RNase D 逐个去除多余核苷酸，核苷酸转移酶催化3′末 端加CCA-OH（如需要的话）； ② 5`-P末端的形成：核酸内切酶RNase P作用下， 从5′末端切除多余的核苷酸；
③内含子剪接：核酸内切酶催化剪切反应，剪掉 内含子，由连接酶连接外显子。 ④化学修饰：如甲基化、脱氨基、还原反应。
体的形式从细胞核内被转运到细胞质中。

内含子可以阻止mRNA的出核，因为它们与
剪接装置联系在一起。
Spicing is required for mRNA export
The EJC (exon
junction complex)
binds to RNA by
recognizing the splicing complex.