8.转录产物的加工解析

RNA processing
Fra Baidu bibliotek
mature RNA.
8.1
原核生物RNA的转录后加工
在原核生物中，rRNA的基因与某些 tRNA的基因组成混合操纵子，其余tRNA基 因也成簇存在，并与编码蛋白质的基因组成 操纵子。它们在形成多顺反子转录物后，经 切割成为rRNA和tRNA的前体，然后进一步 加工成熟。除了少数例外，原核生物的 mRNA一经转录，通常都立即进行翻译，一 般不进行转录后的加工。
(3) 添加3‘-端CCA 已知所有成熟tRNA分子的 3’-端都有CCA-OH结构，这是氨基酸接受部位的特 有结构。细菌有两类不同的tRNA前体，I型前体分 子的附加序列被切除后，即显露出自身所具有的3‘端CCA-OH结构。II型前体分子自身没有3’-端的 CCA结构，其成熟分子的CCA-OH结构是在切除3‘端附加序列后，在tRNA核苷酰转移酶的作用下，逐 个添加上去的。 tRNA + CTP → tRNA-C + PPi tRNA-C + CTP → tRNA-CC + PPi tRNA-CC + ATP → tRNA-CCA-OH + PPi
Cytoplasm Nucleus or Nucleolus
primary transcript
Removal of nucleotides addition of nucleotides to the 5’- or 3’- ends modification of certain nucleotides
8.1.1.1
tRNA 3'-端的成熟
tRNA前体分子的3'-端是在多种RNase的共同参与下逐 步加工成熟的，在离体条件下，这些酶是RNase P、RNase F、 RNase D、RNase BN、RNase T、RNase PH、RNase II和多 核苷酸磷酸化酶(polynucleotide, PNPase)。 (1) 切割 首先由内切核酸酶RNase P将tRNA前体分子 水解成为3'-端和5'-端仍含有额外核苷酸的tRNA片段，随后， 由内切核酸酶RNase F对tRNA前体靠近3'-端处进行逐步切割。 研究发现，RNase PH和RNase T对tRNA前体分子3'-端的正确 剪接和成熟十分重要。 (2) 修剪 外切核酸酶RNase D从前体3'-端再逐个切去附 加序列，这个酶具有严格的选择性，它能识别整个tRNA分 子的结构，是tRNA的3'-端成熟酶。
8.1.2 原核生物rRNA前体的加工 E.coli有rrnA～rrnG共7个rRNA转录单位 分散在基因组中，每个转录单位由16S rRNA、 23S rRNA、5S rRNA以及tRNA的基因组成。 它们在染色体上并不紧密连锁，但每个rRNA 的排列和序列十分保守。tRNA基因在操纵子 中的数量、种类和位置都不固定，或在16S rRNA和23S rRNA之间的间隔序列中，或在5S rRNA的3'-端之后。所有的转录单位都含有两 个启动子，P1在16S rRNA基因的转录起点上 游150～300bp处，P2在P1下游110bp处。
原核生物rRNA前体的加工
16S
23S
tRNA
5S
tRNA
rRNA基因的初级转录物为30S的 rRNA前体分子，其Mr 为2.1×106，约6500nt，5'-端为pppA。由于原核生物rRNA前 体的加工一般与转录同时进行，因此不易得到完整的前体。 rRNA前体的加工主要由RNase III负责，从RNase III缺陷型 的E.coli中可分离得到30S rRNA前体(P30)。RNase III是一种 负责RNA加工的内切核酸酶，它的识别部位是特定的RNA 双螺旋区。比较不同rRNA前体分子序列时发现，其间隔序 列很相似，且23S rRNA和16S rRNA各自的5'-端与3'-端可形 成茎环结构。RNase III在茎部错位两个2bp的位点切割，产 生16S rRNA的前体P16(17S)，和23S rRNA的前体P23(25S)。 5S rRNA的前体P5在RNase E作用下产生，RNase E可识别P5 两端形成的茎环结构。随后，P5、P16和P23两端的多余序 列需被核酸酶切除。
第8章
转录产物的加工
加工是必要的吗？
基因转录的直接产物即初级转录物通常是没有功 能的，必须经历转录后加工才会转变为有活性的成熟 RNA分子。 转录产物的加工是基因表达的一个重要环节 核酶就是在研究转录产物加工时发现的。 参与转录产物加工的小RNA，及其与蛋白质的复 合物RNP如何影响某些基因的表达和细胞的功能，有 无可能用此途径控制疾病，
8.1.1.2 tRNA分子5′-端的成熟 由RNaseIII水解生成的tRNA片段，其5'-端仍含有额外的核 苷酸，这些额外的核苷酸由RNase P催化切除。来自细菌和真 核细胞细胞核的RNase P结构非常类似，都含有RNA和蛋白质， 体外实验发现Ml RNA单独存在时，也有一定的催化活性。 tRNA前体分子的5'-端一般都有约40nt的前导序列，可以形成 RNase P能够识别的茎环二级结构，使RNase P能将tRNA前体5'端额外的核苷酸逐个切除。 8.1.1.3 核苷酸的修饰 成熟的tRNA分子中存在着许多的修饰碱基等成分，包括各 种甲基化碱基和假尿嘧啶核苷。tRNA修饰酶具有高度特异性， 每一种修饰核苷都有催化其生成的修饰酶。tRNA甲基化酶对碱 基及tRNA序列均有严格要求，甲基供体一般为S-腺苷甲硫氨酸。 tRNA分子中的假尿嘧啶核苷合成酶催化尿苷的糖苷键转移， 由尿嘧啶的N1变为C5。
图8-1为原核生物rRNA前体加工的示意图，图中1所指的是 RNase III的水解位置，2所指的是RNase P的水解位置，3所指的 是RNase E的水解位置。
8.1.1
原核生物tRNA前体的加工
原核生物的tRNA基因以多顺反子(polycistron)的形式被转录，转录产物都是很长 的前体分子。通常由多个相同tRNA基因或 不同的tRNA串联排列，或与rRNA的基因， 或与编码蛋白质的基因组成混合转录单位。 tRNA前体必须经过切割和核苷酸的修饰， 才能成为有功能的成熟分子。