RNA转录后地加工与修饰
RNA转录后修饰的生物学功能与调控机制
RNA转录后修饰的生物学功能与调控机制RNA转录后修饰是指在RNA合成后，通过一系列化学修饰作用加工RNA分子的过程。
这些化学修饰包括：甲基化、剪切、退火和交叉链互补等等，它们可以影响RNA分子的生物学功能。
RNA分子的转录后修饰在细胞命运决定、疾病发生和发展中具有重要的作用。
RNA甲基化修饰RNA甲基化修饰是指在RNA分子上的腺嘌呤或胸腺嘧啶等位置上附着甲基基团，从而调节RNA的翻译、剪接和稳定性等生物学过程。
RNA甲基化修饰最早被发现是在tRNA合成过程中，随后在mRNA、rRNA和miRNA等分子中也被发现。
RNA甲基化修饰的酶分为甲基转移酶、去甲基化酶和甲基酰化酶三类。
其中，已知的甲基转移酶包括methyltransferase-like 3、METTL14等，它们与蛋白质为一体，形成RNA甲基化复合物，对RNA进行定向的甲基化修饰。
去甲基化酶包括ALKBH5等，它们能够去除RNA分子上的甲基基团。
甲基酰化酶主要功能是在细胞转录过程中对DNA进行甲基化修饰。
RNA甲基化修饰在细胞的转录和剪接调控中具有关键作用。
以METTL14为例，它与CPSF、CTD和CMTR1等核苷酸处理因子相互作用，能够调节RNA的剪接和剪接后稳定性，同时影响细胞命运。
ALKBH5则能够去除m6A修饰，从而控制mRNA的降解和代谢。
RNA剪切修饰RNA剪切修饰是指在RNA分子翻译前段落的加工过程。
RNA剪切修饰通过剪切RNA分子的预定义的部分，產生两个或更多的不同RNA分子。
这些RNA分子可以有与母体RNA分子不同的结构和功能。
RNA剪切修饰在细胞的转录后过程中非常常见，一般被用于调节转录后mRNA的剪接和多样性。
RNA剪切修饰在细胞中主要由剪切酶负责完成。
目前已知的剪切酶分为小核核糖核蛋白复合物（snRNP），校对酶和剪切酶三类。
这些酶类能够识别剪切点，并据此促进剪切反应的进行。
其中，snRNP在剪切和剪切选择性中具有非常重要的作用。
简述rna转录后加工过程
简述rna转录后加工过程摘要：1.RNA转录后加工过程的概述2.RNA转录后加工的主要步骤a.剪接b.剪切c.RNA编辑d.RNA降解3.各步骤的功能和意义4.实例分析5.RNA转录后加工在生物体中的作用6.研究RNA转录后加工的意义和前景正文：在我们生物体内，基因通过转录过程将DNA信息转化为RNA，但这只是RNA生命历程中的第一步。
接下来，RNA要经历一系列复杂的加工过程，才能最终发挥其生物学功能。
这个过程被称为RNA转录后加工。
RNA转录后加工的主要步骤包括剪接、剪切、RNA编辑和RNA降解。
剪接是指将RNA前体分子中的内含子去除，并将外显子连接成成熟的RNA分子。
这一过程通过特定的酶家族，如剪接酶，来实现。
剪切是指在RNA分子的3"端添加poly(A)尾巴，这是几乎所有真核生物RNA的共同特征。
RNA编辑则是指在RNA分子上发生碱基改变，这一过程依赖于特定的编辑酶和相应的底物。
最后，RNA降解是指RNA分子在细胞内的分解过程，这对于调控RNA水平和维持细胞内稳态至关重要。
这些加工过程对于RNA最终的生物学功能具有重要意义。
以剪接为例，它能消除RNA前体中无功能的RNA片段，使成熟的RNA更具特异性和高效性。
同时，RNA编辑能够改变RNA的序列，从而影响其翻译效率和稳定性。
在生物体中，RNA转录后加工涉及多种生物过程，如基因表达调控、病毒复制和免疫反应等。
对RNA转录后加工的研究，有助于我们深入了解生命过程中的基因表达调控机制，为治疗疾病和开发新型药物提供理论依据。
随着生物科学技术的不断发展，对RNA转录后加工的研究将越来越深入。
rna转录后加工方式
rna转录后加工方式
RNA转录后加工（RNA post-transcriptional processing）是指在RNA分子合成之后，在细胞中对其进行修饰和修剪的过程。
这些加工方式可以使原始RNA分子成熟，并使其具有功能性。
以下是几种常见的RNA转录后加工方式：
剪接（Splicing）：在真核生物中，基因的转录产物（前体mRNA）经过剪接过程，去除其中的内含子（intron），保留外显子（exon），从而形成成熟的mRNA分子。
剪接是通过剪接体（spliceosome）来完成的，其中包括snRNPs等辅助因子。
5'端修饰：RNA的5'端通常经过加上7-甲基鸟苷（7-methylguanosine）和三磷酸核苷酸链（PPP 链）的修饰，形成5'甲基鸟苷帽（5' cap）。
这个帽子在RNA稳定性、转运和翻译起重要作用。
3'端修饰：RNA的3'端通常经过加上聚腺苷酸（polyadenylation）的修饰。
这个poly(A)尾巴有助于RNA的稳定性、转运和翻译，并参与转录终止的过程。
RNA编辑：在一些生物体中，RNA的序列可以通过RNA编辑（RNA editing）进行改变。
这种编辑通常涉及碱基的替换、插入或删除，从而改变RNA的编码能力和功能。
RNA修饰：RNA分子可能会经历各种修饰，如甲基化、脱氨基、糖基化等。
这些修饰可以增强RNA的稳定性、调节翻译和识别，以及影响RNA的功能。
RNA转录后加工是一个复杂而精确的过程，它可以使原始的转录产物转化为功能性的RNA 分子。
这些加工方式对于基因表达调控和细胞功能起着重要的作用。
转录后RNA加工在基因表达调控中的作用
转录后RNA加工在基因表达调控中的作用在人类细胞中，转录后RNA加工是一项非常重要的过程，它决定了RNA是否能最终被翻译成蛋白质。
RNA加工包括了剪接、剪切、去除内含子和poly(A)尾处理等多个过程。
这些过程可以去除不必要的RNA，修饰RNA分子的稳定性、定位和功能等，从而在基因表达调控中起到极为关键的作用。
RNA剪接RNA剪接是RNA加工的一个重要分支，通过剪接可以将RNA前体分子中的内含子去除掉，从而促进mRNA的形成。
在剪接过程中，先由snRNP等辅助RNA 蛋白辅助组装剪接酶，然后在RNA前体分子的精确识别和定位下进行剪接。
在正常情况下，RNA前体分子的剪接是高度精确的，但在某些情况下，错误的剪接可能会导致某些疾病和癌症的发生。
RNA剪接通常分为五类，其中包括了acceptor位点、donor位点、branch位点、poly-pyrimidine三元序列和剪接增强子等多个元素。
这些元素都相互作用，形成一个复杂的调控网络，从而实现了RNA剪接的高度精确和复杂性。
RNA剪切RNA剪切是另外一个RNA加工的分支，它包括了一系列的过程，可以影响RNA的稳定性、生命周期和功能等。
相比于RNA剪接，RNA剪切更加复杂多变，因为它可能会发生在RNA分子的各种位置。
在RNA剪切过程中，主要存在三种不同类型的剪切，分别是特异剪切、选择性剪切和组合剪切。
特异剪切通常会有精确的位点被剪切，包括了接头剪切和凝集素剪切等多种类型。
选择性剪切则会受到外部调节因子的影响，从而在特定条件下发生剪切。
组合剪切则是特异剪切和选择性剪切的结合，通常会在多种条件下发生剪切。
RNA去除内含子内含子是RNA前体分子中不需要的RNA片段，通过内含子去除过程，这些RNA也可以被去除并最终形成mRNA。
内含子去除过程通常与RNA剪接紧密相连，同时又包括了许多独立的调控元素。
RNA去除内含子同样也会被一系列RNA蛋白调控，从而形成一个复杂的调控框架。
第四节 真核生物RNA转录后的加工修饰
一、mRNA的转录后加工 1．加帽(adding cap)：即在mRNA的5‘-端加上 m7GTP的结构。 发生在细胞核内，即HnRNA即可进行加帽。 加工过程首先是在磷酸酶的作用下，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。
2．加尾(adding tail)：
o过程在细胞核内完成，首先由核酸外切 酶切去3'-端一些过剩的核苷酸，然后再 加入polyA。 *、polyA结构与mRNA的半寿期有关。
3．剪接（splicing)：
o 真核生物中的结构基因基本上都是断裂基因。 o 结构基因中能够指导多肽链合成的编码顺序被
❖ 主要有以下几种加工方式： ❖ 切断。 ❖ 剪接。 ❖ 化学修饰。
三、rRNA的转录后加工
四膜虫前rRNA的自身剪接
称为外显子。 o 而不能指导多肽链合成的非编与构
成的核蛋白体参加，通过形成套索状结构而将 内含子切除掉。
• 4．内部甲基化： • 由甲基化酶催化，对某些碱基进行甲基化处理。
真核生物mRNA的转录后加工修饰
二、tRNA转录后加工的方式
RNA转录后的加工
二、真核生物RNA修饰加工的主要方式：
pre-RNA
capping tailing splicing methylation editing
mature RNA
生物学意义;
l interrupted gene (interrupted RNA)
move introns as template (stop codon) (protein translation)
Man β- globin mRNA 5’-------UGCCUAAUAAA------------poly(A) 3’ -20
2、mRNA 3’端的加尾时间：
➢转录过程中暴露 出AAUAAA信号 后，核酸酶在该信 号下游约11－30个 碱基处进行切割。
➢polyA的长度一 般是50－200个碱 基左右。
•外显子较短(100~200bp)，内含子较长(1 kb)。
Hale Waihona Puke ➢剪接(RNA splicing)：内含子的去除和外显 子的连接过程就称为剪接或称为RNA 剪接。
➢不均一核RNA(heterogeneous nuclear, hnRNA) ：mRNA 的初始转录产物比成熟的 mRNA平均长度长，非常不稳定，序列的复 杂程度也非常高，称为不均一核RNA。
Rabbit α- globin mRNA 5’-------CUUUGAAUAAA-----------poly(A) 3’ -20
Rabbit β- globin mRNA 5’-------UGGCUAAUAAA-----------poly(A) 3’ -20
Man α- globin mRNA 5’-------CUUUGAAUAAA------------poly(A) 3’ -20
转录后RNA的加工
hnRNA的剪接
核酸剪接体—— 内含子是在复杂的核酸蛋白 的复合结构。结构类似于核糖体， 由小核RNA和蛋白质共同组成 。
三、RNA编辑
定义： 基因转录产生的mRNA分子中，迚行 核苷酸的缺失、插入或置换，导致生 成的mRNA的序列丌不基因编码序列 互补，这种现象称为RNA编辑
现象：1986.R.Benne在研究锥虫线 粒体mRNA转录加工时发现mRNA 多个编码位置上CU替换。 意义：修正，扩充遗传信息； 调控翻译
二、选择性剪接
某些tRNA前体的剪接
剪 接 方 式
某些rRNA前体的剪接
mRNA前体hnRNA的剪接
tRNA前体的剪接
剪接内切核酸酶—— 准确在内含子、外显子中迚行切割 剪接连接酶—— 外显子重新连接，形成成熟tRNA
rRNA前体的剪接
RNA自剪接—— rRNA前体的内含子是在RNA分子 本身催化下完成，发生一系列磷脂键转 移，丌需外界能量，蛋白质酶的参不。 核酶—— 具有自动催化活性RNA
转录后RNA的加工
5’端加帽及poly（A）尾巴的添加 选择性剪接 RNA编辑 hnRNA选择性加工不运输
mRNA的降解作用
鸡卵清蛋白基因
hnRNA
首、尾修饰
hnRNA剪接
鸡 卵 清 蛋 白 基 因 及 其 转 录 、 转 录 后 修 饰
成熟的mRNA •核内的初级mRNA称为杂化核RNA ( hnRNA)
5'加帽： 在真核细胞中，几乎所有的mRNA在核内转录大 概达到30个核苷酸后，就在其5'端上加上一个7甲基鸟嘌呤核苷的帽子。 poly尾巴的添加： 前体mRNA上加上一个25~250腺嘌呤核苷酸组 成的尾巴，RNA聚合酶Ⅱ催化下合成的前体 hnRNA，比实际mRNA要长一些，一般终止于 加polyA尾巴的3'端的下游1000~2000个核苷 酸处，然后由核苷酸内切酶对其迚行加工，切除 多余的核苷酸。
rna转录后加工名词解释
rna转录后加工名词解释
RNA转录后加工是指对在转录过程新合成的RNA的前体分子，进行进一步的加工修饰，从而使其成为具有生物学活性的、成熟的RNA 分子的过程，主要包括剪接、化学修饰等方式。
1.可变剪切：通过不同的剪切方式使得同一个基因可以产生多个不同的成熟mRNA，最终产生不同的蛋白质，从而使转录本和蛋白质结构与功能具有多样性。
2.RNA编辑：属于修饰的一种，是指转录后的RNA在编码区发生碱基的加入、丢失或转换等现象，可以在RNA水平上增加一些原来DNA模板上没有编码的碱基，从而扩充遗传信息。
因此，经过剪切或者修饰等加工，遗传信息的含量以及多样性大大增加。
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第二节RNA转录后的加工与修饰不论原核或真核生物的rRNAs都是以更为复杂的初级转录本形式被合成的，然后再加工成为成熟的RNA 分子。
然而绝大多数原核生物转录和翻译是同时进行的，随着mRNA开始的DNA上合成，核蛋白体即附着在mRNA上并以其为模板进行蛋白质的合成，因此原核细胞的mRNA并无特殊的转录后加工过程，相反，真核生物转录和翻译在时间和空间上是分天的，刚转录出来的mRNA是分子很大的前体，即核不均一RNA。
hnRNA 分子约只有10%的部分转变成成熟的mRNA，其余部分将在转录后的加工过程中被降解掉。
（一）mRNA的加工修饰原核生物中转录生成的mRNA为多顺反子，即几个结构基因，利用共同的启动子和共同终止信号经转录生成一条mRNA，所以此mRNA分子编码几种不同的蛋白质。
例如乳糖操纵子上的Z、Y及A基因，转录生成的mRNA可翻译生成三种酶，即半乳糖苷酶，透过酶和乙酰基转移酶。
原核生物中没有核模，所以转录与翻译是连续进行的，往往转录还未完成，翻译已经开始了，因此原核生物中转录生成的mRNA没有特殊的转录后加工修饰过程。
真核生物转录生成的mRNA为单顺反子，即一个mRNA分子只为一种蛋白质分子编码。
真核生物mRNA的加工修饰，主要包括对5’端和3’端的修饰以及对中间部分进行剪接。
1．在5’端加帽成熟的真核生物mRNA，其结构的5’端都有一个m7G-PPNmN结构，该结构被称为甲基鸟苷的帽子。
如图17-9所示。
鸟苷通过5’-5’焦磷酸键与初级转录物的5’端相连。
当鸟苷上第7位碳原子被甲基化形成m7G-PPNmN时，此时形成的帽子被称为“帽0”，如果附m7G-PPNmN外，这个核糖的第“2”号碳上也甲基化，形成m7G-PPNm，称为“帽1”，如果5’末端N1和N2中的两个核糖均甲基化，成为m7G-PPNmPNm2，称为“帽2”。
从真核生物帽子结构形成的复杂可以看出，生物进化程度越高，其帽子结构越复杂。
图17-9 Post-transcriptional modification of mRNa showing the 7-methylguanosine cap and poly-Atail.真核生物mRNA 5’端帽子结构的重要性在于它是mRNa 做为翻译起始的必要的结构，对核糖体对mRNA 的识别提供了信号，这种帽子结构还可能增加mRNA的稳定性，保护mRNa 免遭5’外切核酸酶的攻击。
2．在3’端加尾大多数的真核mRNA 都有3’端的多聚尾巴（A)，多聚（A)尾巴大约为200bp。
多聚（A)屠巴不是由DNA编码的，而是转录后在核加上去的。
受polyA聚合酶催化，该酶能识别，mRNa 的游离3’-OH端，并加上约200个A残基。
近年来已知，在大多数真核基因的3’一端有一个AATAA序列，这个序列是mRNa 3’-端加polyA尾的信号。
靠核酸酶在此信号下游10-15碱基外切断磷酸二酯键，在polyA聚合酶催化下，在3’-OH上逐一引入100-200个A碱基。
关于polyA尾巴的功能问题尽管经过极其广泛的探索，但还不完全清楚。
有人推测polyA可能与mRNA从细胞核转送到细胞质有关，但是相当数量，的没有polyA屠巴的mRNA如组蛋白mRNA，也照样通过核膜进入细胞质。
还有人认为这种结构对真核mRNA的翻译效率具有某种作用，并能稳定mRNA 结构，保持一定的生物半衰期。
3.mRNA前体（hnRNA）的拼接原核生物的结构基因是连续编码序列，而真核生物基因往往是断裂基因，即编码一个蛋白质分子的核苷酸序列被多个插入片断所隔开，一个真核生物结构基因中含子的数量，往往与这个基因的大小有关，例如胰岛素是一个很小的蛋白质，它结构基因只有两个含子，而有些很大的蛋白质，它的结构基因中可以有几十个含子。
经过复杂的过程后，切去元，将有编码意义的核苷酸片段（Extron外元也叫外显子）连接起来（图17-10）。
图17-10 Primary polymerase 11transcript of a eukaryote gene showing (a)introns after capping and addition of polyA tail.(b)Excision of introns to form the mature mRNA is called splicing.真核生物的结构的基因中具有可表达活性的外显子，也含有无表达活性的含子，但含子序列下是无意义的，越来越多的实验证明有许多基因中的含子参与基因表达调控，在转录时，外显子及含子均转录到hnRNA 中。
在细胞核中hnRNA进行剪接作用，首先在核酸切酶作用下剪切掉含子；然后在连接酶作用下，将外显子各部分连接起来，而变为成熟的mRNA，这就是剪接作用，也有少数基因的hnRNA不需进行剪接作用，例如α-干扰素基因，图17-11以卵清蛋白基因为例，介绍一个典型的转录及加工过程。
图17-11 卵清蛋白基因转录及加工过程图中外显示以1、2、3、4……表示，含子以A、B、C、D…表示mRNA的拼接，需要在拼接部位有供拼接识别的保守性强的一致顺序，通过对100多种真核细胞基因的分析，发现外元和元拼接部位部分碱基顺序有一定的规律（见表17-4）。
表17－4 含有元的转录产物其拼接处的碱基顺序基因区域Exon Intron Exon卵清蛋白元2 UAAG GUGA ～～～～～～～ACAGGUUG卵清蛋白元3 UCAG GUAC ～～～～～～～UCAGUCUGβ-珠蛋白元1 GCAG GUUG ～～～～～～～UCAGGCUG表中划线的碱基对拼接识别有重要作用，如将兔的β-珠蛋白的拼接部位的GT改为AT后，拼接反应即受到影响。
mRNA前体拼机制图17-12 The RNA splicing mechanism.RNA splicing is catalyzed by a spliceosome formed from the assembly of U1,U2,U5,and sn RNPs(shown as green circles )plus other components (not shown).After assembly of the spliceosome ,the reaction occures in two speps:in step 1the branch-point A nucleotide in the intron sequence,which is located colse to the 3'splice site ,attacks the 5'splice site and cleaves it;the cut 5'end of the intron sequence thereby becomes covalently linked to this A nucleotide,forming the branched nucleotide shown in Figure 8-55.In step 2 the 3'-OH end of the first exon sequence,which was created in the first step,adds to the beginning of the second exon sequence,cleqving the RNA molecule at the 3'splice site;the two exon sequences are thereby joined to each other and the intron sequence is released ad a ribosone.These splicing reactions occur im the nucleus and gengerate mRNa molecules from primary RNA transcripts (mRNA precursormolecules).mRNA拼接反应需要有核小分子RNA参与它们与蛋白质形成的复合物称为小核糖核蛋白颗粒，SnRNA分别被命名为U1,U2,U3,U4,U5,和U6RNA。
SnRNA中的U2RNA由与元右端拼接部位附近的UACUAA顺序高度互补，形成一个环状结构，由特定的酶来识别切除该环状结构，完成拼接过程，如图17-12所示。
图17-13 Mechanim of mRNa splicing.Note that,for clarity,the process is shown in two stages;energy is not required for the process since transesterification reactions are involved.真核生物 mRNA前体在剪接过程中，还可以形成套索样的结构，在含子序列中常有一个分支部位的腺苷酸残基，它的2’-OH可以自动攻击含子5’端与外显子1连接的磷酸二酯键，切开了外噗子1，而腺苷酸原来已有3’，5’--磷酸二酯键相连的两个相邻的核苷酸残基，加上此3’，5’-磷酸二酯键连接后，在腺苷酸处出现了一个套索，已被切下的外显子1的3’-OH攻击含子3’末端与外显子2之间的3’，5’-磷酸二酯键，键断裂后，含子以套索的形式被节下来，此时外显子1和外显子2可以连接起来（图17-13）。
不论拼接过程如何，拼接必须极为精确，否则会导致遗传信息传递障碍，合成的蛋白质可能丧失其正常的功能。
我国南方广区是β-地中海贫血的高发区，这是由于β-珠蛋白链的合成受到部分或完全抑制所引起的一种血红蛋白病。
实验表明β-珠蛋白基因元1中核苷酸的点突变改变了正常拼接部位的碱基顺序，结果造成错误部位的拼接。
加工成熟的mRNA虽能翻译，但产物不是正常的β-珠蛋白，结果引起血红蛋白级结构和功能的改变。
（二）rRNA转录后加工原核生物rRNA转录后加工，包括以下几方面：①rRNA前体被大肠杆菌RNaseⅢ,RNaseE等剪切成一定链长的rRNA分子；②rRNA在修饰酶催化下进行碱基修饰；③rRNA与蛋白质结合形成核糖体的大、小亚基（见图17-14）图17-14 大肠杆菌rRNA前体的加工真核生物rRNA前体比原核生物大，哺乳动物的初级转录产物为45s，低等真核生物的rRNA前体为38s，真核生物5sRNA前体独立于其他三种rRNA的基因转录（图17-15)。
图17-15 真核生物rRNA前体的加工真核生物rRNA前体中含有插入顺序，rRNA前体要形成成熟的rRNA，需要经过拼接反应。