可变剪切与复杂疾病论文

可变剪切与复杂疾病摘要:大多数真核生物的基因都是断裂基因，断裂基因的转录产物需要通过剪接，去除插入部分（部分内含子），使编码区（外显子）连接起来成为连续序列。

剪接是真核生物转录调控的一个重要环节，是一个非常复杂的过程，如果剪接发生异常，则会引起一些疾病。

并且对剪接认识的加深，也为这类疾病的治疗提供了一些方法。

关键字：断裂基因，外显子，内含子，可变剪接，疾病。

1剪接概述剪接是真核生物表达调控的一个重要过程，它涉及到很多的调控因子，并且发生在特定的调控位点。

并不是所有的位点都可以发生剪接，而是只有在特定的剪接位点才会发生剪接，如果剪接发生在不正常的位点就会出现剪接异常。

1.1剪接位点的特点内含子切割位点有2个特点（1）内含子的两个末端并不存在同源或互补。

这就排除了存在二级结构的可能。

（2）连接点具有很短的保守序列，称为边界顺序。

其规律称为GT-AG法则（GT-AGrule)Chambon法则。

并且我们称左边的剪接位点称供体（donor）位点，右边的剪接位点称受体（acceptor）位点。

在不同的真核生物中，内含子的一致顺序有不少变化，动物中典型的剪接位置一致顺序组成为：5'AGGTAAGU--------------YNYURAY--Y10-20--YAG3'其中Y为U或C，N为任何核苷酸。

但是需要注意的一点是仅仅GT-AG边界顺序并不能保证内含子的正确剪切，因为在内含子中有不少相同的GU-AG顺序。

内含子中还有另一段识别剪接边界必不可少的序列称为分枝点，位于3‘-端剪接位的上游，具有特征性组成：-YNCURAY-，Y表示嘧啶（U或C），R表示嘌呤（A或G），A是剪接时参与形成分枝的特别位点。

紧接在分枝点的下游有一段多嘧啶序列，也是参与剪接事件蛋白接合的位置。

1.2剪接的类型剪接是基因表达调控的一个重要环节，由于内含子具有多种多样的结构，剪接机制也是多种多样的。

有些内含子可以催化自身剪接，而有些内含子需在剪接体作用下才能剪接。

根据剪接机制的不同，可把剪接分为以下几种类型:类型1自我剪接，类型Ⅱ自我剪接,核mRNN的剪接体剪接，核tRNN的剪接体剪接。

类型1自我剪接:是Cech等在1981年发现的，他用四膜虫分离得到了35S 的前体rRNA，它含有一个长413bp的内含子。

此35S rRNA要加入一价或二价阳离子及GTP就可以在体外释放出413b的线性的内含子，若继续保温，那么线形内含子又可形成环状的RNA。

这就意味着35S RNA在GTP的作用下可以自我剪接。

这类内含子的剪接是自我剪接（self-splicing）反应，通过3次连续的转酯反应完成。

只是磷酸酯键的直接转移，没有水解，不需能量。

类型Ⅱ自我剪接：Ⅱ类内含子本身也具有催化功能，能自我完成剪接。

它与1类内含子自我剪切的差别在于转酯反应无须有鸟苷酸发动，而是有内含子靠近3‘端的腺苷酸2’-羟基攻击5‘-磷酸基引起的。

进过两次转酯反应，内含子成为套索结构被除去，两个外显子得以连接在一起。

Ⅱ类内含子的剪接和Ⅰ类内含子不同，而和核mRNA内含子的剪切有些相似。

当然这类内含子只见于一些真菌线粒体和植物叶绿体中基因中。

核mRNN的剪接体剪接：真核生物编码蛋白质的核基因含有数目巨大的内含子，mRNA的剪切方式就是此类方式。

此类mRNA结构特点：1. 边界顺序:符合GU-AG 法则。

2. 分枝点顺序：为Py80NPy87Pu75APy95其中A为百分之百的保守，且具有2′-OH。

3.内含子5′端有一保守序列可以和U1 snRNA的5′端的保守顺序互补，此类剪切比较复杂，涉及到很多剪接因子和snRNP.U系列的snRNP中尿嘧啶含量高，因此而得名。

在这类剪接中有U1,U2,U4,U5,U6的snRNP。

这类剪接有一个很明显的特点就是能够形成拼接体。

所谓的拼接体就是拼接体：是由U1,U2,U4,U5,U6snRNP以及一些拼接因子，在RNA拼接位点逐渐装配而成。

主要过程是：U2辅助因子与3’剪切点上游的富嘧啶区结合，即识别mRNA前体3‘剪切点，之后与U2 snRNA 结合形成U2 snRNP ，此类复合物与分支位点结合。

U1 snRNA 以碱基互补配对方式识别mRNA前体5‘剪切点，且U1 snRNA 和U2 snRNP 结合形成剪切前提，形成的剪接前体与U4、U5、U6 snRNP三聚体结合形成60S 剪切体，完成剪接。

hnRNA的拼接过程与类型Ⅱ内含子RNA的拼接十分相似，但差别就是前者由拼接体完成，后者内含子自我催化完成。

核内tRNA前体的酶促反应：分两步进行，第一步：是由一个特殊核酸内切酶断裂磷酸二酯键，切去插入序列，反应不需要ATP。

第二步：需要ATP，由RNA连接酶催化使切开的tRNA两部分连接在一块。

2可变剪接真核生物的基因很多，形成的蛋白质也多种多样，有限的基因之所以能形成多种多样的蛋白质，主要原因是生物体能根据生理环境的变化，采取不同的剪接模型，形成不同的剪接体，进而编码成不同的蛋白质。

2.1可变剪接概念和机制可变剪切：是指从mRNA前体中通过不同的剪切方式（选择不同的剪切位点组合）产生不同的mRNA剪切异构体的过程。

可变剪切是调节表达和产生蛋白质组多样性的重要机制。

剪接过程受多种顺式作用元件和反式作用因子相互作用的调节。

包括SR和hnRNP家族蛋白在内的多种剪接因子参与这一调节过程。

转录机器也参与选择性剪切。

一个基因的转录产物在不同的发育阶段，分化细胞和生理状态下，通过不同的剪切方式，可以得到不同的mRNA和翻译产物。

2.2可变剪接类型可变剪接以不同的方式进行，主要有以下几种方式：（1）利用不同的外显子，由于不同细胞类型有着不同修饰的反式因子，导致利用不同的外显子。

例如动物细胞的原肌球蛋白(atropomyosin) 基因有13个外显子。

（2) 两个相互排斥的外显子的剪接：有两类外显子对，每对之中只有一个成员能剪接到成熟的mRNA中，看来像是相互排斥似的。

降钙素(calcitonin)和降钙素基因相关肽(calcitoningenerelatedpeptide，CGRP)分别利用相邻的两个外显子，得到的两种产物分别为甲状腺和神经元细胞中所特有。

(3)半个起始位点，多个加poly(A)位点，一些真核病毒转录物存在多至5个这样的位点(Tsurshital988)。

对于一个有两个加poly(A)位点的转录物，大多数细胞类型通过利用内侧的位点产生分泌型的蛋白，一些分化的细胞类型犀其产物是膜蛋白的转录物，则利用外侧的位点产生具有膜锚序列的膜结合蛋白。

还是用降钙素和CGRP的例子，前者利用内侧的加poly(A)位点，后者则利用外侧的。

可能存在某种细胞类型特异的反式激活因子提高外侧位点的利用效率。

(4)多个5’剪接位点竞争同一3’剪接位点：有一些基因含有多个5’剪接位点，它们的选择依赖于5’剪接位点的强度(高度适配者强)、与3’剪接位点的接近程度、空间限制等因素之间的平衡。

在大多数细胞类型中将选择上游的5’剪接位点，而使处于下游的5’剪接位点无效，主要是因为后者与分叉点的距离一般太近而不利于建立剪接体之故(Noble l988)。

也有的分别利用不同的5’剪接位点，得到不同的产物。

(5)内含子保留和框式外显子。

内含子保留指的是：有的情况下，一个内含子不被剪接而保留下来，如果维持可读框架，便是一个多肽片段的插入；如果移格，便会产生功能不同的产物或者关掉基因的表达。

盒式外显子：是指那些与其他邻近的外显子的剪接无关而独立剪接的外显子。

当几个盒式外显子存在于同一个转录物中，其产物会产生高度的趋异，如一个基因含有5个盒式外显子，再加上一对相互排斥的外显子，在理论上可以生64种同工型多肽。

真核基因存在5个以上的外显子是常有的，甚至多达37个外显子，由此产生蛋白质的多样性是十分丰富的。

3可变剪接与疾病由于体内发生的可变剪接是一个很复杂的过程，是一个各种影响因素高度协调的机制，涉及到很多调控原件和修饰因子。

其中任何一个关键因素发生突变，都会改变正常的剪接模式，得到变异的转录体，编码出异常的蛋白质。

从而导致一些疾病甚至癌变。

研究表明可变剪接与人类疾病有着密切的关系。

最近研究发现这样的例子有很多。

如果我们能把这类异常可变剪接机制搞清楚，那就会为这类疾病的治疗提供理论支持和帮助。

除了剪接因子发生改变能导致剪接发生异常之外，同样的，剪接位点的序列发生改变也会导致剪接异常。

SNP即单核苷酸多态性，是指序列上的某一特定位点发生突变。

如果这个位点发生在可变剪接的剪接位点，那就导致剪接异常，使内含子不能剪接掉，或者不应剪接掉的外显子被剪接掉了。

突变导致剪接异常，从而导致疾病的例子有很多，比如99.5%的家族性自律神经失调的患者的20号外显子的5‘剪接位点在在20号内含子的6位置处由T →C,这个点突变打断了与u1-snRNA相配对，u1-snRNA与上游外显子的最后3个核苷酸，以及下游6个核苷酸配对。

这样突变就导致内含子不正常剪接，导致了家族性自律神经失常。

还有一个明显的例子就是SMN2基因。

SMN2基因相对于SMA病（肌肉萎缩症)很重要。

SMN是一个广泛表达的蛋白质，对真核生物细胞功能多样性具有重要作用。

SMA病是一种比较常见的，致命的，神经退化性疾病，也是导致婴儿死亡的主要遗传因素。

SMA病的严重性是SMN蛋白功能缺失程度有关的。

人类有两个SMN基因（基因产物是细胞中生成核心snRNP复合物所需要的），分别是SMN1和SMN2，两个都可以编码蛋白质。

但是在SMA病人中，SMN1基因缺失，但保留着SMN2，且SMN2基因的第七个外显子的第六位发生了单核苷酸替代即由C-->T,这一突变虽然没有改变氨基酸的编码但是改变了SMN的前mRNA的剪切模式，导致外显子7发生跳跃。

从而产生一个缺少16个氨基酸的蛋白质。

并且在产生SMN蛋白的作用上，SMN1比SMN2强，效率高。

对上述问题有两种模型可以解释1、核苷酸的替代破坏了ESE(增强子的作用），使剪切因子ASF/SF2不能结合。

2、创造了一个剪切沉默子ESS，使剪切抑制因子 hnRNPA1结合上去。

这两个模型看起来是相反的，其实质是一致的，就是一个单核苷酸的替代使一个ESE变成了ESS，比较有趣的就是仅仅一个核苷酸发生变化，就导致了mRNA上的结合位点结合不同的转录因子。

4结语剪接是真核生物表达调控的一个重要过程，此类过程受到各种调节因子的调控，正是可变剪接使细胞在基因不变的情况下，能产生各种各样的蛋白质。

而细胞的功能主要依赖于编码的蛋白、非编码的RNA以及与它们相结合的蛋白质，它们可以形成核酸蛋白复合物（RNPs）。

突变要么影响了RNA，要么影响了RNPs复合物中的蛋白质，或者影响了此复合物组装的因子。