转录后加工

剪接信号
剪接通过2次转酯反应
在转酯反应中，1个磷酸二酯键被转移到另1个羟基上 没有水解，无能量的损失
参与剪接反应的5种snRNA
snRNA U1 U2 U4 互补性 内含子的5' -端 分支点 U6 snRNA 功能 识别和结合5'-剪接点 识别和结合分支点。在剪接体组装中，也与 U6 snRNA 配对。 结合并失活U6。在剪接体组装中，U4-U6之间 的碱基配对被U2-U6之间的剪接配对所取代。 U6也取代U1 与5' -剪接点的相互作用。 与相邻的2个外显子结合，以防止它们离开剪 接体。 在剪接体中与U2结合。
锥体虫COXIII mRNA前体在编 辑过程中插入大量的尿苷酸
gRNA介导的编辑过程
小肠上皮细胞内发生的Apo B蛋白的Pre-mRNA的编辑
编辑的意义
利什曼原虫细胞色素b mRNA通过编辑创造终止密码子
rRNA前体的后加工
* *
细菌-剪切、修剪和修饰 真核生物 1)剪切、修剪和修饰 （需要snoRNA） 2)剪接 （某些真核生物，如四膜虫）
剪接体的组装和去组装
分支点A2' –羟基的突出以及5' –剪接点和3'–剪接点的结构
真核细胞剪接体的装配示意图
次要剪接途径
* GU-AG规则适合绝大多数断裂基因，以此为剪接信号 的剪接途径被称为主要剪接途径。但某些断裂基因的 少数内含子的剪接信号并不遵守GU-AG规则，而是以 AT开头，AC结尾。除此以外，这一类内含子在5'-剪 接点和分支点上具有高度保守的序列，分别是 ATATCCTY和TCCTTRAY。含有与这两段保守序列 互补序列的U11和U12-snRNAs参与AT-AC内含子的剪 接，另外两种snRNAs即U4atac和U6atac分别代替U4和 U6参与这种剪接途径，只有U5被证明同时参与主要 剪接途径和次要剪接途径。
RNA polII CTD的磷酸化与加尾和加帽反应的关系
3′-加尾
加尾内因：加尾信号 ATG 加尾外因：
终止密码子
mRNA
1. CPSF = ―剪切/多聚腺苷酸化特异性因子（3个 亚基）识别mRNA前体 3′-UTR上的 AAUAAA 一致序列，并与此结合 2. CFI和CFII = ―剪切因子” 3. PAP = ―poly(A) 聚合酶”
为什么只有mRNA被snRNPs剪接？
* * *
RNA聚合酶的CTD是剪接必需的 剪接体内的剪接因子与CTD作用 这保证来自RNA聚合酶II的转录物处于 和剪接机构正确的相互作用的位置。
可变剪接和反式剪接
可变剪接
1. 2. 剪接是精确的，但是... 一种mRNA前体可以通过去除不同的内含子/ 外显子组合而剪接成两种以上的mRNA，从 而导致一个基因可以编码多种蛋白质 可变剪接受到调节 果蝇的性别决定与可变剪接有关 发生在两个mRNA分子之间的剪接 比较罕见 自然界只发现在锥体虫和秀丽线虫
剪接体的组装与剪接反应（续）
*
*
*
*
U6一方面代替U1-snRNP与5'-剪接点的一致序列结合， 另一方面与U4脱离，转而与U2结合； U6的“脚踩两只船”将分支点上突出的腺苷酸上的 2'-OH拉近到5'-剪接点，为第一次转酯反应创造了条 件；在进行第一次转酯反应以后，紧接着U5-snRNP 经历了依赖于ATP的重排，将相邻的外显子并置在一 起，为第二次转酯反应创造了条件； 第一次转酯反应中游离出来的外显子上的3'-OH 亲核 进攻5'-剪接点上的磷酸二酯键，导致内含子以套索结 构释放出来并很快被水解，而外显子则被连接起来； 一旦剪接反应完成，剪接体的所有成分即解体，U6snRNP 与U4-snRNP重新结合参与下一轮剪接反应。
SnRNAs
*一般由60nt~300nt组成，且富含U * 对于剪接十分重要
* 调节序列的特异性和剪接反应的精确性
* 折叠成特定的二级结构，这对催化十分重要
*snRNP中起催化作用的是RNA，不是蛋白质
*参与剪接的只有U1、U2、U4、U5和U6
剪接体的组装与剪接反应
*
*
*
*
*
分支点结合蛋白（BBP）识别并结合分支点，剪接因 子U2AF与富含嘧啶的序列结合； U2-snRNP取代BBP，并与分支点的一致序列配对。 分支点内的一个A无互补配对的U，突出在双螺旋外而 被激活，为剪接的第一次转酯反应提供了便利； U1-snRNP 与5'-剪接点的一致序列互补配对； U4/U6 -U5-snRNP三聚体进入剪接体。
酵母Pre-tRNA的剪接
古菌的转录后加工
古菌的转录后加工在某些方面分别与细菌和真核生物一样，在 某些方面仅类似于细菌或真核生物，还有少数是古菌特有的。 tRNA后加工包括：5′-端和3′-端的剪切和修剪 ；核苷酸的修饰 ； 添加CCA ；含有内含子的还包括剪接，但古菌的tRNA剪接与 真核生物一样，由一系列专门的蛋白质组成的酶按照一定的次 序催化完成的 rRNA后加工：其基因以多顺反子的形式存在，通过剪切和修剪 释放出三种rRNA。核苷酸的修饰与真核生物一样，需要各种特 殊的小RNA（相当于真核生物的snoRNA）与蛋白质形成的 RNP去锁定修饰目标。但对于含有内含子的rRNA的剪接与其 tRNA剪接机制相似，完全不同于真核生物 mRNA后加工：后加工类似于细菌，没有帽子结构，一般也没 有多聚A尾巴。对于少数具有多聚A尾巴的mRNA而言，其加尾 的机制和功能完全不同于真核生物，倒与含有多聚A尾巴的细 菌相似。含有内含子的mRNA的剪接机制既不同于真核生物， 也不同于细菌，而是类似于它的tRNA的剪接
R-环技术:真核基因内含子数目与结构分析
变性
与成熟的mRNA杂交； 在电镜下观察
DNA 模板链 成熟的mRNA
R环实验的结果及其对结果的解释
鸡卵清蛋白基因结构及其Pre-mRNA的后加工
mRNA前体的剪接机制
*
*
* * *
mRNA前体的剪接是高度精确的。其精确 性一方面取决于位于外显子和内含子交界 处的剪接信号（可以将其视为内因），另 外一方面取决于5种被称为snRNP的核糖核 酸蛋白质复合物（可以将其视为外因）。 剪接反应的“内因”——剪接信号 剪接反应的―外因‖——snRNP和剪接因子 剪接反应——两次转酯反应 剪接体的组装
细菌mRNA前体的后加工

在细菌，mRNA很少有后加工。但某些 噬菌体mRNA会发生最简单的剪切反应， 将一个多顺反子切割成单顺反子，也有 某些噬菌体的mRNA需要经过相对复杂 的剪接反应才能成熟（如T4噬菌体编码 的胸苷酸合酶）。
真核细胞mRNA前体的后加工
* 加工形式 1) 5′-端 = 加帽 2) 3′-端 = 加尾 3) 内部 = 剪接 4) 内部=甲基化 5) 编码区=编辑 * 后加工机制
3. 4.
1. 2. 3.
反式剪接
果蝇的性别决定与可变剪接
反式剪接
mRNA前体的编辑
* 定义 任何发生在转录后编码区内的序列变化 * 主要类型 1) 尿苷酸的插入 2) C→U (哺乳动物的Apo B-48) 3) A→I (哺乳动物谷氨酸受体的一个亚基) * 机制 1) gRNA 2) 特殊的脱氨酶 * 意义 1) 提高遗传信息的容量 2) 创造终止密码子和起始密码子
第三十七章 转录后加工
提纲
一．
细菌的转录后加工
mRNA前体的后加工 rRNA前体的后加工 tRNA前体的后加工
1. 2. 3.
二．
真核生物的转录后加工
mRNA前体的后加工 rRNA前体的后加工 tRNA前体的后加工
1. 2. 3.
三．
古菌的转录后加工
转录后加工


基因转录的直接产物被称为初级转录物。初 级转录物一般是无功能的，它们在细胞内必 → 须经历一些结构和化学的变化即所谓的转录 后加工以后才会有功能。转录后加工可能是 RNA的功能所必需的，也可能提供基因表达 调控的一种手段。 RNA所能经历的后加工方式可达10种以上， 但后加工反应的本质要么是增减一些核苷酸 序列，要么是修饰某些特定的核苷酸。
骑行纳古菌tRNAGlu前体的反式剪接
加帽和甲基化
* * * * 帽子结构 加帽反应：共转录 为什么只有mRNA才会加帽？ 功能
为什么要有帽子？



提高mRNA的稳定性 参与识别起始密码子的过程，提高mRNA 的可翻译性 有助于mRNA通过核孔从细胞核运输到细 胞质 提高剪接反应的效率。
为什么只有mRNA加帽?
* 之所以只有mRNA和某些snRNA才有帽子 结构，是因为它们都由聚合酶II催化，当 TFIIH磷酸化CTD重复序列中的Ser5以后， 它即可以将转录因子DSIF 招募到转录复合 物。DSIF随后将另一种转录因子NELF招 募进来，以阻滞转录。上述暂停允许加帽 酶进入，来修饰转录物的5'-端。第三种转 录因子P-TEFb是一种激酶，在帽子结构形 成不久也被招募到复合物，然后磷酸化 CTD的Ser2和NELF，NELF随之失活，聚 合酶II继续延伸。
加尾反应由两步组成：
1. 剪切——在3′-UTR一个特定序列上游10-30 核 苷酸序列的位置切开 2. 添加腺苷酸（100-200个）产生多聚A尾巴
Fra Baidu bibliotek
加尾信号
真核细胞核mRNA前体的加尾反应
为什么必须有尾巴？




保护mRNA免受3′-外切核酸酶的消化，提高 mRNA的稳定性。 PABP能够与帽子相互作用增强mRNA的可翻 译性，提高其翻译的效率； 影响最后一个内含子的剪接； 某些本来缺乏终止密码子的mRNA通过加尾 反应创造终止密码子。在UG后加尾可产生 UGA，在UA后加尾产生UAA； 通过可变加尾调节基因的表达。
细菌rRNA前体的后加工
真核细胞核rRNA前体的后加工
由snoRNA 指导的rRNA前体的修饰
snoRNA指导的2′-O甲基化核糖和假尿苷形成
四膜虫rRNA前体的自我剪接
tRNA前体的后加工
*
*
细菌 1) 剪切和修剪 2) 修饰 3) 添加CCA (如何需要) 真核生物 1) 剪切和修剪 2) 修饰 3) 添加CCA 4) 剪接(某些真核生物)
大肠杆菌 tRNATyr的后加工
核糖核酸酶 P –一种真正的核酶

一种核酸内切酶–参与tRNA前体5′-端的后加 工 大肠杆菌核糖核酸酶 P: 14-k的多肽链 + 一 种 377核苷酸长的RNA ( M1 RNA) 在高浓度的Mg2+下，分离的M1 RNA能单独 和剪切大肠杆菌的tRNA前体。核糖核酸酶P 中的多肽链提高 M1 RNA的剪切速率，允 许它在生理Mg2+浓度下起作用。
U5 U6
上游外显子 和下游外显子 U4 (和U2)
snRNP的重要性

小核糖核酸蛋白颗粒（发音为 snurps）—— 参与剪接 一种 snRNP 由一个snRNA (100-200核苷酸长） 和10种不同的蛋白质组成 snRNPs和mRNA前体形成剪接体 剪接体大小与核糖体差不多，其组装需要 ATP
为什么只有mRNA才会加尾？
* 与加帽反应一样，只有mRNA才会加尾， 也是因为聚合酶II最大亚基上的CTD重复 序列被TFIIH磷酸化，但是磷酸化位点为 Ser2 。 Ser2 的 磷 酸 化 将 加 尾 因 子 招 募 到 mRNA 前体上进行加尾反应。
mRNA前体的剪接



剪接这种后加工方式是在发现基因断裂的现象后确定 的。1977年，由Phillip Sharp和Richard Roberts领导两个 实验小组几乎同时在腺病毒的晚期表达基因中发现蛋 白质基因断裂现象。 进一步研究表明，基因断裂是真核细胞及其病毒的基 因组中的普遍现象，在高等生物的基因组中，只有很 少的蛋白质基因是连续的（如组蛋白和干扰素），但 在低等的真核生物，断裂基因却不多见。 不同断裂基因含有的内含子数目不一定相同，同样内 含子大小也会有差别。一般说来，一个典型的真核生 物蛋白质的基因由10% 的外显子序列和90%的内含子 序列组成。