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

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1 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
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

2 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

3 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。 顺反子(cistron): 指编码一种蛋白质的DNA单位组成。

4 1.2 断裂基因、内含子和外显子 断裂基因(interrupted gene):
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。

5 interrupted gene 含： 内含子(intron) ：断裂基因中，转录但通过将两端的序列（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。

6 Introns are removed to make mRNA from an interrupted gene

7 The order of exons does not change between DNA and RNA
Note: The order of exons does not change between DNA and RNA

8 1.3 hnRNA、 hnRNP 、sRNA hnRNA (heterogeneous nuclear RNA)：不均一核RNA
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。 高等真核生物中，细胞核基因与其产物间在长度上存在差异，而这种差异的最早暗示之一来自细胞核RNA的性质。细胞核RNA的平均长度比mRNA长，非常不稳定，序列的复杂程度也非常高，根据其大小的广泛分布状态，我们称之为不均一核RNA (heterogeneous nuclear RNA, hnRNA) ，其中包括mRNA前体，也包括其他的转录物。 hnRNA的物理结构是核糖核蛋白颗粒(ribonucleoprotein particle, hnRNP)，颗粒中蛋白质包围着hnRNA。体外研究表明，hnRNA的形状是一个球体和一个与之相连的纤维状结构。颗粒中绝大多数为核心蛋白质，但也有其他蛋白质少量存在，蛋白质的种类在20种左右(见下图）。

9 sRNA ( 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，称为核仁小RNA (small nucleolar RNA)。

10 2 tRNA和rRNA的加工 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

11 tRNA和rRNA被加工的实验证据 rRNA和tRNA有以下三点特性：

12 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。

13 (RNAase D) The tRNA 3` end is generated by cutting and trimming followed by addition of CCA; the 5` end is generated by cutting.

14 The intron in yeast tRNAPhe base pairs with the anticodon loop to change the structure of the anticodon arm.

15 Splicing of yeast tRNA in vitro can be followed by assaying the RNA precursor and products by gel electro­phoresis.

16 tRNA splicing has separate cleavage and ligation stages

17 All of the four bases in tRNA can be modified

18 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。

19 真核生物中rRNA前体包括了18 S rRNA、5
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）

20 rRNA are cleaved from a common precursor

21 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。

22 tRNAs are cleaved from transcripts of rRNA operons

23 2.3 RNA的编辑及化学修饰 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）。

24 3 真核生物mRNA的加工、修饰 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

25 Eukaryotic mRNA is modified, processed, and transported

26 3.1 mRNA 5`端的加帽 A G Guanine-7-methyl-transferase
2`-O-methyl-transferase Cap 0 10~15% 100% 这个新的G 残基以其它所有核苷酸定位方向相反的方向进入RNA 的末端。这种结构被称之为帽子(Cap)。它也是许多甲基化过程的底物。 第一种甲基化发生在所有真核生物中，在端部鸟嘌呤的7 位加上了一个甲基，仅仅拥有这样单一甲基的帽子被称为cap0。即使在单细胞真核生物中也发生这个甲基化反应。负责催化这种修饰反应的酶是鸟嘌呤-7-甲基转移酶(Methyltranferase)。 下一步是在倒数第二碱基(在没有任何修饰之前转录本真正的第一个起始碱基)的2`-O位置。此反应被另一个酶催化(2`-O-甲基-转移酶，2`-O-methyltransferase)，带有上述两个甲基的被称为cap1。除单细胞生物之外，这是一种多数的帽子形式。 第二个碱基再次发生甲基化，这是高等真核生物中的少数事件。仅当此碱基为腺嘌呤时这种甲基化才发生，被甲基化的是N6位。只有当腺嘌呤的2`-O 位已经甲基化时，负责此种甲基化的酶才能起修饰作用。 在一些种类中，甲基被加到戴帽mRNA 的第三个碱基，这种反应的底物是已经带有两个甲基的cap1 mRNA。第三碱基的修饰通常是2`-O核糖的甲基化。这创造了cap2 类型。所有戴帽mRNA 中，此类帽子只占10~15%。 在真核mRNA 群体中所有分子都加帽，对于特定有机体，不同帽子类型的比例是其主要特征。对于一个特定mRNA 结构而言，现在我们尚不知道是否可能有不止一种的帽。 在加帽过程中除了甲基化外，高等真核生物的mRNA 会低频率地发生内部甲基化。在每1000 个碱基中可能会产生一个N6甲基腺嘌呤残基，在典型的高等真核mRNA 中存在1~2个甲基腺嘌呤，它们的存在不是一定的，一些mRNA 并不带有甲基腺嘌呤。

27 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.

28 3.3 前体mRNA内含子的删除 生物体内内含子的种类 内含子的删除机理 内含子的不同剪接方式

29 3.3.1 生物体内内含子的种类 内含子类型 细胞内定位 GU-AG,GC-AG,AU-AC 细胞核 I 类
生物体内内含子的种类 内含子类型 细胞内定位 GU-AG,GC-AG,AU-AC 细胞核 I 类 细胞器，细菌，低等真核生物细胞核中 II 类 细胞器，细菌 双内含子 细胞器 tRNA前体中的内含子

30 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

31

32 （1）GU-AG型内含子 5` splice site含：GU 3` splice site含：AG
Intron-exon boudaries have short consensus sequences in the intron 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

33 Pairing of wrong junctions would remove exons
Correct splicing removes 3 introns by pairwise recognition of the junctions Pairing of wrong junctions would remove exons

34 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。

35 Splicing proceeds through a lariat

36 Splicing uses transesterification

37 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。

38 （2）GC-AG型和AU-AC型内含子 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。

39 （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里切下自已，而这只依赖于内含子中的RNA序列。

40 I类内含子的自我剪接过程 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

41 II类内含子的自我剪接过程 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 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 套索结构中的腺苷酸带有3个磷酸二酯键 完成剪接的RNA 内含子 II类内含子的自我剪接过程

42 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。

43 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。

44 Splicing releases a mitochondrial group II intron in the form of a stable lariat.

45 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

46 （1）可变剪接 （alternative splicing ）

47 腺病毒E1A基因可将多个5`位点 剪接成共同的一个3`位点

48 黑腹果蝇的tra将一个5`位点 与多个3`位点剪接

49 （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。

50 Trans-splicing occurs only in special circumstances

51 4 RNA的转运及降解 4.1 真核生物的RNA转运 4.2 mRNA的降解

52 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。

53 剪接与mRNA出核相关联 在完成合成和加工后，mRNA以核蛋白复合体的形式从细胞核内被转运到细胞质中。

54 Spicing is required for mRNA export
The EJC (exon junction complex) binds to RNA by recognizing the splicing complex.

55 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

56 4.2.1 细菌mRNA的降解 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。
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。

57 4.2.2 真核生物mRNA的降解

58 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。

59 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阻止了脱帽子酶结合到5`端。

60 5 小 结

61 重点内容： ①几个基本概念：基因、顺反子、断裂基因、内含子、外显子、不均一核RNA、小RNA、核糖核蛋白颗粒、RNA的编辑、RNA的化学修饰、GU-AG规则、自我剪接；可变剪接、顺式剪接、反式剪接； ②tRNA的加工内容； ③rRNA产生的切割反应； ④GU-AG型、Ⅰ型及Ⅱ型内含子剪接时的转酯反应； ⑤真核生物mRNA的加工内容； ⑥RNA的加工与转运的关系。 了解内容： ①GU-AG型内含子的剪接机理；②tRNA中内含子的剪接机理。