第5章 RNA剪接和加工

靠近3’剪接位点的一A的2'-OH 攻击内含子5'末端，形成索套 （lariat）中间体。
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三、酵母tRNA的剪接
前面的剪接反应是依赖于一些短的保守 序列，转酯反应与连接反应同时进行。在酵
母tRNA的剪接过程中，采用了不同的机制，链的 断裂与连接是两个独立的反应。
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tRNA 的剪接与成熟 （真核生物）
第五节 RNA剪接和加工
大多数真核生物编码蛋白质的基因是不连续基 因，内元与编码序列一起被转录。因此mRNA的原初 转录产物是分子量很大的前体，分子大小极不均一。 这些高分子量、不均一的核内RNA称为核内不均一 RNA（heterogeneous nuclear RNA, hnRNA). hnRNA 经加工和选择性拼接，产生有功能 的成熟的mRNA，释放到细胞质中。
P
P
3‘
2‘磷酸转移酶
2‘
N
P
3‘
P
2‘
N
3‘
P
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四、 RNA的末端修饰
（一）mRNA的5'端修饰 1、加帽 在磷酸酶的作用下， 将5 ′-端的磷酸基水解， 然后再加上鸟苷三磷酸， 形成GpppN的结构，再 对G进行甲基化。 新加的G以反方向与5′ 连接，这一结构称为帽 子（cap）结构 5′ 5′ Gppp + pppApNpNp...
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（二）剪接体（spliceosome）
剪接器含蛋白与核内小RNA，称为snRNA（核内小 RNA，small nuclear RNA），大小为100～300（高 等真核生物）或者100～>1000（yeast）. 以核蛋白形式存在。该核蛋白称为snRNPs. scRNA（胞质内小RNA，small cytoplasmic RNA），其形成的核蛋白称为scRNPs. snoRNA（核仁小RNA，small nucleolus RNA）： 参与rRNA加工。
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载脂蛋白B（apolipoprotein B, apoB） 基因在动物肝脏和小肠中 的表达。
C U转变通过脱氨反 应进行，由脱氨酶催化。
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细胞色素氧化酶II蛋白的序列与其基因相比， 发生了移码（frameshift）。移码是通过在移 码位点附近插入4个U形成。
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T. brucei 的coxIII gene 在转录后大规模的RNA 编辑: 插入大量碱基U，也删除了部分碱基U。
反应通过三步酯基转 移反应进行。
19
20
线型L19 RNA可催化寡聚 胞苷酸（C5）延长
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I 类内含子的一般二级结构 具有9个配对区（双螺旋 区），其中P4、P7比较保 守；
P3、P4、P6、P7形成内含 子的“核心”，是可进行具 催化反应的最小区域； P1包括一段外显子，称为 IGS（internal guide sequence）。
35S RNA在体外可自发剪 接，内含子剪下为线型， 然后进一步环化。 这一反应只需一种二价阳 离子和鸟苷酸（GNP）； GNP必须具自由3'-OH。
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GNP的3’-OH攻击 内含子5’端，形成 G-内含子，和外显 子部分；
分离的外显子3’OH攻击下一个外 显子的5’端； 释放的内含子3’OH攻击自身5’端 15碱基处。
1
细胞核内的RNA平均长 度比mRNA大得多，且 长短差异大，称为核不 均一RNA （heterologous nuclear RNA， hnRNA）。 hnRNA通常与蛋白质 形成核蛋白颗粒，称为 hnRNP。其中蛋白组 分很多。
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RNA剪接、 加工均发生 于核内
转录 末端修饰 剪接
翻译
3
三类剪接系统:
I 类和 II 类内含子具有把自己从前体mRNA中剪接出的能力。
Thomas Cech, Nobel prize in 1989
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一类内含子（Group I ） 出现于低等真核生物四膜 虫核内编码rRNA的基因。 在真菌线粒体中很普遍。 也存在于噬菌体T4和细菌 中。 这类内含子具有自我剪接 （self-splicing / autosplicing）的能力。
5’端与内含子中靠近3’端的一 A 残基2’-OH 形成一索套形中 间产物; A 所在位点称为分支 位点（branch site）;
第二步，在3’位点切割，释放 出内含子，连接两个外显子。
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分支位点A残基2'-OH攻 击5'位点
上游外显子3'-OH攻击3' 位点
两步反应都通过酯基转移 （transesterification） 进行
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U1 snRNA可直接与内含子5'位点配对，这是为剪接所必须的。
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E 复合体 A 复合体
剪接体的 组装和剪 接过程
B1 复合体
B2 复合体
C1 复合 体 C2 复合体
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spliceosome 解体与 lariat降解同步
5’ of Intron 剪切与lariat 的形成同步 3’ of intron 剪切与lariat 切除， exons连接同步
前体rRNA在高等真核生物 中为45S RNA，低等真核 生物（酵母）中为35S RNA。 成熟rRNA通过对前前体 rRNA的切割和修剪 （trimming）反应形成。 酵母中rRNA的一般加工过程
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细菌rRNA基因中还常包含有1～2个tRNA基因
The rrn operons contain genes for both rRNA and tRNA.
↓
5′ 5′ GpppApNpNp... + pp + p
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2、甲基化 只在末端G的7位甲 基化的帽子称为帽 子0（cap 0），写 作m7GpppX；
若第二个核苷酸 2'-OH甲基化，则 称为帽子1（cap 1），写作 m7GpppXm；
若第三个核苷酸2’OH甲基化，则称为 帽子2（cap 2）， 写作 m7GpppXmpYm。
5
原则上5 ′可以和任何3 ′ 位点进行剪接。
剪接位点是通 用的； 剪接器无组织 特异性。
6
exon-trapping
7
内含子切除存在优先途径
原初转录物 缺少内含子5、6 缺少内含子4、5、6、7 只有内含子3 mRNA
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索套（lariat）结构
剪接的第一步，是内含子5’ 端与上游外显子之间断裂；
高等真核生物中，外显子-内含子边界、 位于内含子内的短的保守序列，由一复杂的 核蛋白组成的剪接器复合体对其识别，并切 除内含子。 有两组不同的内含子可发生自我剪接。 酵母核前体tRNA内含子的切除。
除核前体tRNA外，RNA的剪接都通过酯基 转移（transesterification）反应切除。
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二类（group II）内含子的剪接
(核RNA内含子剪接体)
II 类内含子的domain5和 domain6的结构，类似于 和核RNA内含子剪接体中 U6-U2及U2-内含子配对形 成的结构。
(II 类内含子)
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三类内含子剪接模式的比较
都是通过酯基转移反应进行；
核RNA内含子和II类内含子的剪 接很相似：
3’ A C C 3’ A C 5‘ C
5‘
Endonuclease
环化磷酸二酯酶
CPDase
2‘
N
P
OH
3‘
Kinase + GTP
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3’ A C 5‘ C
3’ A C 5‘ C
Ligase 腺嘌呤合成酶、
2‘
Ligase + ATP
P
N
3’ A C 5‘ C
3‘
p P
P
2‘
N 3’ A C 5‘ C
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（二）RNA的3'末端修饰 mRNA 3'末端的产生
Pol I 和pol III 在特定的位点终止合成
30 Pol II无特定终止位点？
Pol II无特定终止位点， 3’-OH末端通过在特定位 点切割后加上poly(A)来 形成。
末端的AAUAAA序列作 为切割和添加poly(A)的 位点的信号。
Cut-ligate
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U6与U4、U2通过碱基配对相互作用
由于U4 和U2 都是通过与 U6的同一段碱基序列互补 配对进行作用，因此 U6/U4 和 U6/U2 不能相容。
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二、 自我剪接的RNA
核酶（ribozyme）：通指具有催化活性的RNA。
核酶P是一核蛋白，只一条与蛋白结合的RNA。RNA具有 催化tRNA切割的功能；而蛋白的功能是间接的，可能是维 持RNA的结构。 拟病毒类小RNA可进行自切割反应。尽管是分子内反应， 也可分为催化部分和底物部分。
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一、 核RNA的剪接
（一）核RNA剪接的模式
内含子两端没有长的同源或互补序列，但有极短的保守的 共有序列，左端（上游）为GT，右端（下游）为AG。这 一现象称为GT-AG规则。在RNA中则为GU-AG。
左端的位点也叫供体位点（donor site）或者5'，右 端也叫受体位点（acceptor site）或者3'。
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指导RNA（guide RNA）参与U的插入
利什曼原虫（Leishmania）的细胞色素 b 基 因表达时的RNA编辑
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P U-OH U U UU
寡 聚 U 的 添 加
U
OH U U U U
U U-OH U UU
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产生正确的末端结构需要核酸 内切酶（由CFI和CFII组成） 切割RNA； 特异组分（CPSF）识别 AAUAAA序列；
激发因子CstF，结合在切割 位点下游一富含G-U的序列。