基因剪接的基本过程和调控
基因可变剪接的调控机制及其研究进展
基因可变剪接的调控机制及其研究进展作者：苏握瑜，李丽娟，贺花，雷初朝，陈宏，黄永震来源：《畜牧兽医科学》 2018年第3期摘要：基因的可变剪接( alternative splicing AS)自从被发现以来，对于它的研究一直是一个热门，它是由一个RNA前体经过剪接体( spliceosome)和剪接因子(splicing factor)的相互作用，最终形成多种成熟的具有不同生物学和化学活性的功能RNA的过程。
它的出现让蛋白质的多样性的形成原因有了更为合理的解释并在基因表达调控中占据重要地位。
近年来对基因可变剪接的研究主要集中在它的调控机制以及在不同生物中的发生状况，旨通过这些研究来为人们利用可变剪接创造经济效益或者在人类疾病的治疗方面做出贡献奠定基础。
本文对近1 0年来猪(Sus scrofa)、牛(Bos taurus)、山羊(Capra hircus)、绵羊(Ovis aries)、鸡(GalLus gallus)、和鸭(Anas platyrhynchos)等主要畜禽的基因可变剪接研究进展进行综述，分别从基因可变剪接的调控机制及其在动物遗传育种中的研究进展2个方面进行论述，并对畜禽基因可变剪接的未来的研究工作进行了展望。
关键词：可变剪接；调控机制；不同动物；研究进展中图分类号：Q752 文献标识码：A doi：10. 3969/j. i ssn. 2096-3637. 2018. 03. 002O引言早在19世纪80年代就有关于基因可变剪接的记录”]，而随着测序技术的成熟，越来越多的基因被发现可以进行可变剪接，这使得人们不得不重新认识基因的表达的蛋白质的多样性的关联。
随着越来越多的生物物种中可变剪接被发现，它的作用也越来越重要，弄清它的调控机制成了至关重要的一步，这也是对可变剪接进行利用的前提。
研究发现顺式作用元件( Cis-acting element)和反式作用因子(Trans-acting element)的相互作用调控着可变剪接的发生，而随着研究的深入，越来越多的因素被牵扯其中。
生物体内剪接的机制和调控
生物体内剪接的机制和调控生物体内的剪接是指在转录过程中对前体mRNA（pre-mRNA）经过剪接反应，将其内含子（intron）修剪除去，剩下外显子（exon）连接起来形成成熟的mRNA，从而实现基因的表达。
剪接机制主要包括剪接信号识别和剪接反应两个步骤。
在预剪接复合物（pre-spliceosome）形成之前，剪接抑制因子阻止剪接酶与前体mRNA 结合，从而保持内含子的存在。
当预剪接复合物形成时，剪接信号序列被剪接酶识别并激活。
剪接信号序列包括供结合剪接酶的GU 5'剪接位点、多聚鸟嘌呤序列（poly(G)）和供接头结合的AG 3'剪接位点。
预剪接复合物中还包含剪接酶与剪接蛋白的配体，这些剪接蛋白识别并结合剪接信号序列，引导剪接酶与前体mRNA结合，从而完成剪接反应。
剪接酶首先识别并结合5'剪接位点，剪接酶与3'剪接位点相邻的AG碱基之间的内含子序列与6个剪接内异物（SNU66, RNPS1, EFTUD2, PRPF19, PRPF8 和SNRNP200）的结合强化剪接反应。
随后，酶解反应将内含子切割成两个单独的外显子序列，前体mRNA变为mRNA。
剪接的调控涉及多种因素，包括剪接酶、剪接信号序列和剪接调控蛋白。
一些剪接酶的表达受到组织特异性调控，它们在不同的组织和细胞类型中的表达量可能不同，导致产生不同的剪接变异。
另外，剪接信号序列的特异性也会影响剪接的选择性。
剪接调控蛋白通过结合剪接信号序列来促进或抑制剪接的发生。
这些剪接调控蛋白可以是转录因子、剪接因子或其他与剪接相关的蛋白。
它们通过与剪接信号序列相互作用来调控剪接的选择性。
在剪接调控中，还有一种重要的机制是剪接调控元件的识别与结合。
剪接调控元件是一类参与特定剪接事件的特异性DNA或RNA序列。
它们位于剪接位点的上游或下游区域，能够与剪接调控蛋白结合，实现对剪接的调控。
常见的剪接调控元件包括剪接增强子（splicing enhancer）和剪接抑制子（splicing silencer）。
RNA剪接的分子机制与免疫调节
RNA剪接的分子机制与免疫调节RNA剪接（RNA splicing）是真核生物中基因表达的重要调控机制之一。
通过剪接，内含子（intron）被剪除，编码区（exon）被连接，生成具有不同功能的mRNA分子。
这是一种高度精确的调控过程，其错误剪接会导致功能受损的蛋白质产生，甚至引发疾病。
此外，最近的研究表明RNA剪接在免疫调节中发挥着重要的作用。
本文将介绍RNA剪接的分子机制以及其在免疫调节中的功能。
一、RNA剪接的分子机制RNA剪接是在转录后的pre-mRNA分子上进行的一系列加工步骤。
首先，剪接位点（splice site）的序列特征将受到辅助因子（splicing factor）的识别。
辅助因子是一组蛋白质，包括剪接酶和调控剪接的调节因子。
它们会结合到剪接位点附近的序列上，形成剪接复合物。
然后，在剪接复合物的引导下，内含子被切除，外显子被连接，形成成熟的mRNA分子。
二、剪接因子和剪接调控剪接因子是调控剪接过程的关键蛋白质因子。
它们通过特定的结构域与RNA序列和其他蛋白质发生相互作用，从而影响剪接的准确性和选择性。
剪接因子的活性和调控受到多种信号通路的影响，包括细胞周期、细胞内信号传导和细胞外环境信号。
这些信号通过改变剪接因子的翻译或转录后修饰状态，进而影响剪接的选择。
三、RNA剪接与免疫调节最近的研究表明，RNA剪接在免疫调节中发挥着重要的作用。
一方面，通过剪接调控，免疫细胞可以产生不同类型的细胞因子，从而调节免疫反应的性质和程度。
例如，剪接变异可以导致溶酶体膜相关抗原（LAMP）的剪接产物转变，影响CD8+T细胞的活化和杀伤能力。
另一方面，RNA剪接也参与调控免疫细胞的分化和功能。
以B细胞为例，某些剪接变异导致免疫球蛋白的亚型选择不同，从而影响抗体的特异性和功能。
四、RNA剪接在免疫疾病中的作用RNA剪接异常与多种免疫相关疾病的发生和发展密切相关。
例如，系统性红斑狼疮（SLE）患者中存在多个与剪接相关的基因变异。
基因表达与调控知识点总结
基因表达与调控知识点总结基因表达和调控是生物学中非常重要的概念，关乎着生物个体的生长发育、适应环境以及疾病的产生。
本文将对基因表达和调控的相关知识点进行总结，以帮助读者更好地理解这一领域。
一、基因表达的概念与过程基因表达是指通过DNA转录成RNA，再通过RNA翻译成蛋白质的过程。
这个过程可分为三个主要步骤：转录、剪接和翻译。
1. 转录：转录是指DNA模板上的信息被RNA聚合酶酶依据碱基互补配对的原则合成成为一条mRNA链的过程。
转录分为起始、延伸和终止三个阶段，其中起始阶段涉及到转录起始因子和启动子的结合，延伸阶段则是RNA链的合成过程，终止阶段是转录终止信号的识别和RNA链的释放。
2. 剪接：在转录后，mRNA经历了剪接这一过程。
剪接是指将mRNA上含有内含子（introns）的序列剪除，只保留外显子（exons）的过程。
这是因为在真核生物中，基因上的非编码区域和编码区域是交错存在的，剪接的目的是产生功能蛋白质所需的成熟mRNA。
3. 翻译：翻译是指mRNA上的信息被核糖体翻译成蛋白质链的过程。
翻译过程中，mRNA的密码子与tRNA上的氨基酸互相匹配，从而合成出特定顺序的氨基酸链。
翻译完成后，蛋白质会进一步经历折叠和修饰过程，最终形成功能蛋白质。
二、基因调控的方式及相关机制基因表达的调控是指细胞根据环境和内部信号对基因表达的调整和控制。
基因调控主要包括转录水平的调控和转录后的调控。
1. 转录水平的调控（1）启动子和转录因子：启动子是位于基因的上游区域，能够招募转录因子结合并促进或抑制基因转录。
转录因子是一类能够识别和结合到启动子上的蛋白质。
不同基因的启动子和转录因子组合形成了复杂的转录调控网络，大大影响基因的表达水平。
（2）组蛋白修饰：组蛋白修饰是指对染色质上的组蛋白进行化学修饰，从而影响染色质的结构和染色质的开放程度。
这些化学修饰包括甲基化、磷酸化、乙酰化等，能够影响基因的可及性和转录因子的结合。
基因剪接在细胞代谢调节中的作用
基因剪接在细胞代谢调节中的作用随着科技的不断发展，人类对基因的研究也越来越深入。
基因是生命的基础，它决定了我们的遗传信息，而基因剪接则是控制基因信息的关键环节之一。
基因剪接是指对RNA的加工过程，通过去除RNA中一部分的基因片段并连接其他片段，最终形成成熟的mRNA。
这一过程是非常复杂的，其中涉及到多种因素的调节和协同作用。
基因剪接在细胞代谢调节中起着重要作用，下面将详细介绍。
一、基因剪接的基本过程首先来介绍一下基因剪接的基本过程。
基因剪接是RNA的加工过程，它是从转录中产生成熟的mRNA的关键环节。
在基因剪接的过程中，多个剪接因子协同作用，将原初转录体中一部分片段去除并连接剩余片段，形成成熟的mRNA。
这是一个高度复杂的加工过程，其中涉及到多种剪接酶、辅助因子和结构域等。
剪接酶在基因剪接中起着关键作用，它们通过识别RNA序列上的剪接位点，选择需要去除的RNA片段，最终生成成熟的mRNA。
二、基因剪接在细胞代谢调节中的作用基因剪接不仅仅是细胞过程的一部分，它还在细胞代谢调节中起着非常重要的作用。
在这一过程中，基因剪接通过多种方式去影响细胞的正常代谢。
下面分别介绍一下：1.基因剪接对基因表达的调控基因剪接可影响基因的表达。
一个基因可以产生多个不同的mRNA，每个mRNA所编码的蛋白质可能具有不同的功能。
通过基因剪接，同一基因表达的蛋白质结构和功能可以发生变化，这有助于从有限的基因组中形成更多的多样性。
基因剪接可以使得基因表达更加灵活，从而有利于细胞对环境变化的适应。
2.基因剪接对基因亚型的产生基因剪接也可以使得神经元、免疫细胞和肌肉细胞的特殊亚型得以发挥特定的功能。
同一个基因被不同细胞剪接的方式，在各自的生理环境中可以形成不同的亚型。
这种多样化表达的方式，能够进一步提高细胞的功能和适应性。
3.基因剪接影响基因稳定性和功能调控在一个完整的mRNA序列中，剪接位点会影响mRNA的稳定性和功能拓展。
如果错误的剪接位点或剪接因子被使用，则可能导致mRNA序列的不稳定和蛋白质的异常拓扑特征，从而导致蛋白质的失控积累、细胞代谢失调、细胞死亡等不良后果。
真核生物基因剪接的调控机制
真核生物基因剪接的调控机制随着基因组学和转录组学的快速发展，越来越多的证据表明，真核生物的基因表达受到基因剪接的广泛影响。
基因剪接是一种对于RNA前体分子在转录后进行剪切和拼接的调节机制，从而形成各种不同的转录本和蛋白质亚型[1]。
基因剪接的失调与多种人类疾病的发生密切相关，如血友病、肌萎缩性脊髓侧索硬化症和癌症等[2]。
因此，深入了解和探究基因剪接的调控机制，将有助于我们更好地理解真核生物的基因表达和调节。
一、基因剪接的类型基因剪接的类型包括基本剪接（canonical splicing）、非基本剪接（non-canonical splicing）和选择性剪接（alternative splicing）等[3]。
1. 基本剪接基本剪接是指在供体位点（donor site）和受体位点（acceptor site）之间，通过被称为spliceosome的大分子复合物介导的剪接，剪去内含子（intron），将外显子（exon）拼接起来，形成成熟的mRNA[1][3]。
在人类基因组中，大约90%的内含子通过基本剪接形成了确切的外显子序列[2]。
2. 非基本剪接非基本剪接是指与基本剪接不同的剪接方式。
这些剪接方式可能涉及在供体位点或受体位点之外的局部位点进行剪接，或形成部分或不能够形成完整的外显子[3]。
常见的非基本剪接包括替代供体位点、替代受体位点、整合性外显子剪接、内含子保留和外显子跳跃等[1]。
3. 选择性剪接选择性剪接是指在同一基因内，通过对内含子进行不同的剪接选择，从而形成不同的mRNA转录本和蛋白质亚型。
这种剪接方式是真核生物基因表达的主要调节机制之一，可以使得同一基因在不同的组织和环境下表达出不同的转录本，从而发挥不同的功能[1][3]。
二、基因剪接的调控机制1. 前体mRNA的生物合成先在复制DNA模板时，RNA聚合酶依据DNA模板信息，合成出mRNA的前体分子即RNA前体（pre-mRNA）。
mRNA的剪接调控与疾病的关系
mRNA的剪接调控与疾病的关系mRNA的剪接是生物学中非常重要的一种现象。
通过剪接，基因的信息可以在转录过程中得到调整和重组，从而产生不同的蛋白质。
剪接调控异常会导致基因表达异常，从而引发多种疾病。
本文将围绕这一主题展开深入探讨。
一、 mRNA剪接的概念和原理在人类的基因组中，约有1.5%的基因编码蛋白质。
在基因转录的过程中，DNA的序列被复制成RNA的序列，并由RNA转录为蛋白质的序列。
在RNA的转录过程中，剪接是一个非常重要的过程。
剪接是指RNA分子中的序列被删除或重组，以产生不同的成熟mRNA分子。
与DNA不同，RNA序列很少是完全线性连续的，相反，RNA含有可以在转录过程中被删除的内含子片段。
它们被称为剪接位点，它们分为5'剪接位点和3'剪接位点。
剪接发生在RNA转录的后期，包括RNA转录和核糖体入侵后期。
它由大量的蛋白质和小分子RNA协同完成。
蛋白质主要包括剪接因子，它们促进或抑制某些剪接事件的发生。
小分子RNA则通过RNA干扰调控，影响剪接的效率和特异性。
因此，剪接的结果受到多种环境和生物学因素的影响。
二、 mRNA剪接调控异常引发疾病的机制正常情况下，基因的信息通过剪接过程得到重组和优化，以适应不同的生理和环境条件。
然而，剪接调控异常也会导致基因表达异常，从而引发一系列疾病。
1、肿瘤肿瘤主要是由于基因表达异常产生的，而剪接调节异常是一种主要的原因之一。
在肿瘤细胞中，许多剪接因子的表达异常，并导致不同的剪接事件异常。
例如，Krüppel-like因子8的N终端剪接位点的缺失被认为是一种肿瘤的标志。
2、神经系统疾病神经系统疾病是由于神经元功能异常引起的，其中剪接调控异常也是一种重要的发病机制之一。
例如，斯蒂克勒综合症患者常常存在神经元和神经胶质细胞中的剪接调控异常。
3、肌营养不良症肌营养不良症是一种常见的神经肌肉系统疾病，其病因是多样的。
最近的科研表明，一些肌营养不良症患者的症状可以通过剪接异常来解释。
DNA剪接和基因表达调控机制
DNA剪接和基因表达调控机制DNA剪接是一种重要的基因组修饰过程，它在基因表达调控中起着重要的作用。
基因表达调控是指在细胞中调控基因表达的过程，包括转录调控和转录后调控。
本文将分别介绍DNA剪接和基因表达调控的机制及其在生物体中的重要性。
首先，让我们来了解DNA剪接。
DNA剪接是在转录后阶段发生的过程，即由DNA合成出的前体RNA（pre-mRNA）在核内经过剪接作用生成成熟RNA（mRNA）分子。
前体RNA中含有内含子和外显子，剪接过程就是将内含子剪除并连接外显子以形成成熟的RNA分子。
剪接的准确性和特异性是细胞内剪接机制的重要特点。
DNA剪接过程由剪接体完成，剪接体由剪接体蛋白和snRNA组装而成。
snRNA具有小核RNA的特点，与蛋白质共同形成小核RNA蛋白质颗粒（snRNP）。
snRNP通过与内含子序列组成互补配对结构来识别内含子和外显子的边界。
在剪接反应过程中，剪接体通过将内含子的3'末端连接到外显子的5'末端，实现对内含子的剪除，同时连接外显子，形成连续的编码序列。
DNA剪接的目的是生成功能完整的蛋白质编码RNA分子。
通过剪接，可以将一段基因组内的编码序列组合成不同的外显子排列方式，产生不同的mRNA亚型。
这种剪接产生不同mRNA亚型的现象被称为剪接选择性。
通过剪接选择性，一个基因可以产生多种蛋白质，从而增加基因表达的多样性和复杂性。
DNA剪接的错误可能导致多种疾病的发生。
一些疾病，如癌症和遗传性疾病，与基因表达异常有关。
这些异常可能是由于DNA剪接的缺陷导致的，例如内含子剪接缺陷可能导致编码序列中的缺失或错位，从而产生不正常的蛋白质。
因此，对DNA剪接机制的深入了解有助于揭示疾病的发生机制，并为疾病的治疗提供新的思路。
基因表达调控是指细胞在不同环境条件下对基因进行控制和调节的过程。
基因表达调控分为转录调控和转录后调控两个阶段。
转录调控发生在RNA合成的过程中，通过一系列的转录因子绑定到基因的启动子区域，激活或抑制转录过程。
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基因剪接的基本过程和调控
基因剪接是指在基因转录后的mRNA序列中，去除某些外显子（exon）或将
一些内含子（intron）剪接成外显子的过程，从而生成成熟的mRNA，同时也影响
着蛋白质的翻译和功能。
在这个过程中，预-mRNA的引物（spliceosome）是起决
定性作用的。
由于剪接产生不同的外显子排列方式，从而形成了多个不同的氨基酸序列，因此剪接可以提供大量不同形态的蛋白质，增加了生物多样性。
基因剪接的基本过程有以下几个步骤：
1. 剪接部位的识别：预-mRNA中的内含子和外显子都含有保守的特定序列，
如donor（5' splicing site）和acceptor（3' splicing site），剪接机器通过识别这些序
列确定剪接位置。
2. 剪接酶的识别：在识别到募集下游剪接部位之后，pre-mRNA剪接依旧需要
进一步的辅助。
U1，U2，U4，U5，U6等RNA分子组成募集小核核酸体，该体中
的特殊酶活将出现在预期位置。
3. 内含子剪接：随后，内含子即显得没有用了。
第一个反应即是识别。
募集小
核体的U1会结合到pre-mRNA中的donor序列上，而一部分募集小核体的U2则
与分别保守在内含子_1和外显子_2的序列结合。
这会使U6层层增加，与U2组合。
最终,U1和U4将在外显子_1_2点汇合，U5和U6将接近U2绑定的能力区域。
4. 外显子连接:募集酶会将外显子_2和3的顺序位置通过EJC互联，并酶支持
交连接结构。
随后，EJC互联能够充当信号子部分，向核糖体提供转录的位置，增
加与转录位相应的准确性。
基因剪接是一个非常复杂的过程，往往需要多种调节机制来确保其在生物体内
的完成和准确性。
其中，一些机制包括:
1. 外显子剪接的进一步划分。
由于同一基因预-mRNA可能剪接成若干外显子isoform，外显子的不同排列方式可能会影响蛋白质的表达和功能。
近年来出现了越来越多的外显子剪接事件，如外显子跳跃式剪接、全剪接、复合体内剪接等，因此需要对这些事件进行更深入的研究。
2. 调节剪接的特异性。
一些剪接因子，如hnRNP (heterogeneous nuclear ribonucleoproteins)和SR蛋白质，可以与pre-mRNA特定序列起特异性作用，并在特定的条件下相互调节，从而影响剪接选择。
在某些疾病中，这些因子可能会发生变异或表达异常，导致剪接异常，从而导致疾病的发生。
3. 剪接与转录加工的相互调节。
转录后处理是一个复杂的基因表达过程，包括剪接、RNA修饰、核糖体RNA切割等多个步骤，这些步骤是通过不同的机制相互调节的。
例如，在转录后的mRNA中添加m6A修饰可以影响剪接和翻译效率。
因此，深入探究这些相互调节机制可以有助于我们更好地理解基因表达调控的机制。
总之，基因剪接是基因表达中非常重要的一个过程，可以产生多种不同形态的蛋白质，从而增加生物多样性。
然而，基因剪接异常可能会导致疾病的发生，因此需要深入探究基因剪接的机制和调控方式，以期进一步研究与治疗疾病的相关性。