转录后加工详解

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。
AAUAAA
mRNA
* mRNA前体在AAUAAA序列下游10-30个核苷酸的位 置被CFI/II切开 * 产生的3′-OH被PAP作为添加腺苷酸的位点。PAP不 需要模板，只对ATP有亲和性 * Poly(A)尾巴被 poly(A)-结合蛋白结合（PABP）
AAUAAA
AAAAAAAAAAAAA100-200
* 后加工机制
加帽和甲基化
* 帽子结构和类型 0、I和 II型
* 加帽反应：共转录 1) 酶 磷酸水解酶；mRNA鸟苷酸转移酶；鸟嘌呤-7-甲基转移 酶 2) 步骤
* 为什么只有mRNA才会加帽？ * 功能
加帽反应
开始于mRNA 5′-三磷酸的 γ 磷酸根的水解
-
-
g ba
O O O 5’
O-P-O-P-O-P-OCH2 碱基
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。
3′-加尾
25-30 bp
TATA box
ATG +1
5′-UTR
基因的编码序列
翻译区域
mRNA
终止密码子
3′-UTR
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）产生多聚腺苷酸尾巴
5’ CAP
CPSF
CFI CFII PAP
AAUAAA
mRNA
核糖核酸蛋白复合物
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) 招募CFI和CFII = “剪切因子”
3) 招募PAP = “poly(A)聚合酶”
5’ 帽子
CPSF
CFI CFII PAP
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）。
OO O
O
O O 5’ O-P-O-P-OCH2
碱基
OO
O
磷酸水解酶
Pi
O
OH
RNA 链
O OH
RNA 链
留下的5′-二磷酸进攻GTP，与GMP形成共价交联，同 时释放出PPi.
O O 5’ O-P-O-P-OCH2
碱基
OO
O
OH OH
不同寻常的 5′-5′ 三磷酸 连接
-
-
-
O O O 5’
O-P-O-P-O-P-OCH2
加尾信号
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； 通过选择性加尾调节基因的表达。
-
-P-OCH2
G
OH OH
O
-
-
RNA链
O OH 甲基转移酶
G
O
CH3
-P-OCH2
O
O
OO
O-P-O-P-OCH2 碱基
OO
O
RNA 链
O OHБайду номын сангаас
0型帽子
1型帽子 2型帽子
可能 的甲 基化 修饰
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。
原核细胞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
OO O
O
O
G
OH
RNA链
mRNA鸟苷酸转移酶
G
O
PPi
OH OH
5’ -P-OCH2
-
O
O
O O 5’ O-P-O-P-OCH2
碱基
OO
O
RNA 链
O OH
鸟嘌呤随后在N7位置被甲基化，甲基供体为S腺苷甲硫氨酸
OH OH
O
O
OO
O-P-O-P-OCH2 碱基
OO
O
5‘ m(7)GpppN 帽子
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，而新加入到复合物之中，DSIF随后将另 外一种转录因子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。