RNA的加功与修饰.ppt

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1、第8章 RNA的加工与修饰1)mRNA加帽的生物学功能加帽的生物学功能2)mRNA加尾的生物学功能加尾的生物学功能3)mRNA前体的可变剪接前体的可变剪接4)RNA的修饰与编辑的修饰与编辑5)mRNA的转移的转移6)mRNA的降解的降解细胞中RNA的组成PolI,PolII和PolII类基因中的非编码RNA1)PolI:rRNA,28S RNA,5.8S RNA,18S RNA2)PolII:U RNA,miRNA,siRNA3)PolIII:5S RNA,tRNA,7SL RNA原核生物极少转录后加工原核生物极少转录后加工1)原核生物原核生物mRNA缺少加帽和加尾缺少加帽和加尾;2)原核生物

2、原核生物mRNA没有内含子没有内含子,不存在剪接不存在剪接 加工加工;3)未发现原核生物未发现原核生物mRNA存在编辑的例子存在编辑的例子;4)原核生物无终止密码原核生物无终止密码mRNA的翻译延伸的翻译延伸.tmRNA的工作机制No stopcodon mRNA的翻译的翻译.真核生物RNA的加工与修饰 RNA的加功与修饰l未端修饰未端修饰（end-modification）加帽与加尾加帽与加尾.真核生物和真核生物和l 古细菌的古细菌的 mRNA合成时，需在合成时，需在5-端加帽及端加帽及3-端加上端加上l 一段一段Poly(A)尾巴。尾巴。l剪接剪接（splicing）内含子切除内含子切除,

3、真核生物中大多数编码蛋真核生物中大多数编码蛋l 白质的基因都有内含子，这是一段不编码的顺序，白质的基因都有内含子，这是一段不编码的顺序，l 在转录时与编码顺序一道拷贝成前体在转录时与编码顺序一道拷贝成前体RNA。前体。前体l RNA中的内含子剪除后转为成熟的中的内含子剪除后转为成熟的mRNA，然后翻，然后翻l 译成蛋白质。某些译成蛋白质。某些古细菌的转录物也有内含子古细菌的转录物也有内含子，但，但l 在真细菌中非常罕见。在真细菌中非常罕见。l剪切剪切 原核生物和真核生物的原核生物和真核生物的rRNA和和tRNA初级转初级转l 录物常由多个功能单位组成，必须剪切后才能转变录物常由多个功能单位组成

4、，必须剪切后才能转变l 为成熟的分子。为成熟的分子。l化学修饰化学修饰 所有生物的所有生物的rRNA和和tRNA都必须进行化学修都必须进行化学修l 饰，将某些饰，将某些化学基团加入到每个化学基团加入到每个RNA分子分子中。中。l编辑编辑 通过化学修饰改变通过化学修饰改变mRNA的编码信息称为的编码信息称为RNA编编l 辑，仅在某些辑，仅在某些生物种属和细胞器基因组生物种属和细胞器基因组中存在。中存在。线粒体RNA和叶绿体RNA的加工与修饰1)不加帽不加帽2)不加尾不加尾3)有内含子有内含子,自我剪接自我剪接4)广泛的编辑广泛的编辑5)广泛的修饰广泛的修饰 mRNA加帽的功能(1)在所有转录的在

5、所有转录的RNA产物中产物中,只有只有POL II基因转录基因转录产物才有帽子结构产物才有帽子结构,其功能是其功能是:1）阻止阻止mRNA的降解的降解 细胞内存在许多细胞内存在许多RNA酶酶（RNase），它们可攻击游离的），它们可攻击游离的RNA分子。分子。RNA酶的降解从酶的降解从5端起始，端起始，当在当在mRNA的的5 端加上端加上 m7GpppG帽子后，带有帽子后，带有3个连接磷酸个连接磷酸 的的5帽可阻止帽可阻止RNase切割。切割。2）提高翻译效率提高翻译效率 真核生物真核生物mRNA必须通过必须通过5帽帽 结合蛋白才能接触核糖体结合蛋白才能接触核糖体,起始翻译。缺少加起始翻译。缺

6、少加 帽的帽的mRNA由于不能被由于不能被5帽结合蛋白识别，帽结合蛋白识别，其翻译效率比加帽其翻译效率比加帽 mRNA 低二十倍。低二十倍。mRNA加帽的功能(2)3）作为进出细胞核的识别标记作为进出细胞核的识别标记 凡由凡由Pol II转录的转录的RNA均均 在在5端加帽，包括端加帽，包括snRNA，这是，这是RNA分子进出细胞核分子进出细胞核 的识别标记。大多数的识别标记。大多数snRNA转录后在细胞核中接收转录后在细胞核中接收 5端单甲基端单甲基m7G加帽，然后转移到细胞质与加帽，然后转移到细胞质与snRNP蛋蛋 白结合。在细胞质中白结合。在细胞质中snRNA 5帽需再修饰成为三甲基帽需

7、再修饰成为三甲基 带帽结构带帽结构m2，2，7G，随后重新返回细胞核参与，随后重新返回细胞核参与mRNA 的剪接加工。的剪接加工。U6 snRNA由由PolIII转录，在其转录，在其5端保留端保留 的三磷酸基团无帽子结构，因而不能输出细胞核。某的三磷酸基团无帽子结构，因而不能输出细胞核。某 些突变型的被输送到细胞质中的些突变型的被输送到细胞质中的snRNA由于不能合成由于不能合成 三甲基带帽结构，不能返回细胞核。三甲基带帽结构，不能返回细胞核。4）提高提高mRNA的剪接效率的剪接效率 5帽结合蛋白涉及第一个内帽结合蛋白涉及第一个内 含子剪接复合物的形成，直接影响含子剪接复合物的形成，直接影响m

8、RNA的剪接效的剪接效 率率。加帽可保护mRNA RNA进出细胞核mRNA的帽子的帽子结构是结构是进出细进出细胞核的胞核的识别标识别标记记,未未加帽的加帽的mRNA不能输不能输出细胞出细胞核核.核核膜通道膜通道具识别具识别其蛋白其蛋白质成分质成分mRNA3加尾 mRNA加尾的作用1）提高）提高mRNA 的稳定性的稳定性 2）控制与提高）控制与提高mRNA翻译效率翻译效率 3）有助于）有助于mRNA前体最后一个前体最后一个 内含子的剪切内含子的剪切 poly(A)有助于mRNAmRNA的稳定U1A蛋白合成的自我调节蛋白合成的自我调节:UIA mRMA的的5有有UIA蛋白结合顺序蛋白结合顺序.当当

9、UIA蛋白过剩时蛋白过剩时,UIA与前体与前体mRNA 5结合结合,导致导致3切割因子与切割因子与AUUAAA位点结合位点结合,阻止加尾阻止加尾,并引起并引起mRNA前体降解前体降解.U1A蛋白质蛋白质:U1 snRNPs 中与中与U1 snRNA结合的蛋白质结合的蛋白质,与与mRNA剪接加工有关剪接加工有关.poly（A A）提高翻译效率Poly(A)与翻译起始有关eIF4:eIF4E,4A,4GPoly(A)可可调调控控翻翻译译起起始始许多动物卵细胞许多动物卵细胞的成熟依赖于的成熟依赖于母母源源mRNA的加尾的加尾.一些母源一些母源mRNA的的Poly(A)尾太短尾太短,不能起始翻译不能起

10、始翻译.原原因是加尾蛋白因是加尾蛋白CPSF在在Maskin的作用下不与加的作用下不与加尾信号结合尾信号结合.孕激孕激素可作用素可作用CPEB磷酸化磷酸化,减弱减弱Maskin的作用的作用,促使促使CPSF与加尾与加尾信号结合信号结合,Poly(A)延伸延伸,翻译进行翻译进行.mRNA前体的剪接前体的剪接1)mRNA前体的剪接步骤前体的剪接步骤2)mRNA前体中与剪接有关的顺序前体中与剪接有关的顺序3)mRNA前体剪接中的转脂反应前体剪接中的转脂反应4)snRNA在在mRNA前体剪接中的作用前体剪接中的作用5)SR蛋白质在蛋白质在mRNA前体剪接中的作用前体剪接中的作用6)可变剪接可变剪接7)

11、反式剪接反式剪接mRNA两步剪接两次转脂事件 前体mRNA剪接相关顺序前体mRNA剪接中的两次转脂反应mRNAmRNA的剪接过程snRNA在前体mRNA剪接中的作用内含子的种类与分布内含子类型内含子类型 分分 布布-GU AU内含子内含子 真核生物核前体真核生物核前体mRNA l AU AC内含子内含子 真核生物核前体真核生物核前体mRNAl I 型（型（Group I）真核生物核前体真核生物核前体mRNA l 细胞器细胞器RNAl II型（型（Group II）细胞器细胞器RNAl 某些原核生物某些原核生物RNAl III型（型（Group III）细胞器细胞器RNAl 孪生内含子（孪生内含

12、子（Twintrons）细胞器细胞器RNAl 前体前体tRNA内含子内含子 真核生物核前体真核生物核前体tRNAl 古细菌内含子古细菌内含子 不同不同RNAl-组群I内含子(Group I)核酶这是最早在单这是最早在单细胞原生生物细胞原生生物的的rRNA剪切加剪切加工中发现的内工中发现的内含子切除现象含子切除现象,不依赖蛋白质不依赖蛋白质仅由仅由rRNA分子分子自身催化的剪自身催化的剪接反应接反应,又称为又称为核酶核酶.组群II内含子(Group II)组群组群IIII内含子内含子(Group II)(Group II)主要出现在线粒体和叶绿体主要出现在线粒体和叶绿体mRNAmRNA前体剪接前

13、体剪接中中.Group II.Group II内含子剪接也不依赖蛋白质内含子剪接也不依赖蛋白质,主要由前体主要由前体mRNAmRNA的构型的构型提供剪接活性提供剪接活性,也属于一类核酶也属于一类核酶.Group II.Group II的内含子二级结构与的内含子二级结构与U snRNAU snRNA的类似的类似,因此推测后者由因此推测后者由Group IIGroup II型进化而来型进化而来,U snRNA,U snRNA提提供了与前者类似的空间结构供了与前者类似的空间结构.前体前体mRNA的可变剪接的可变剪接果蝇的性别发育与基因调控The X:A signal and the control

14、of sex determination,sexual behavior,and dosage compensation.The X:A signal targets the Sxl gene,controlling its expression.Autoregulation of Sxl is established only in embryos whose chromosomal constitution is 2X:2A(two X chromosomes;two sets of autosomes),but not in X(Y):2A(one X chromosome;two se

15、ts of autosomes)embryos.The autoregulatory feedback loop regulates Sxl expression throughout development and adult life.Sxl controls the expression of the tra and msl-2 genes,whose products are required for control of somatic sex determination/sexual behavior and dosage compensation,respectively.The

16、 dotted lines indicate that the expression of the gene is“off,”and the solid lines indicate that the expression of the gene is“on”.见见:MICROBIOLOGY AND MOLECULAR BIOLOGY REVIEWS,Sept.2003,p.343359果蝇性别因子mRNA的可变剪接雌果蝇SXL阻止msl内含子切除及翻译起始果蝇果蝇X染色体补偿是通过提高雄性染色体补偿是通过提高雄性X染色体基因的转录水平实染色体基因的转录水平实现的现的.通过通过msl基因产物及

17、基因产物及 roX RNA等与染色体结合增强转录等与染色体结合增强转录.雌性细胞中雌性细胞中msl mRNA的加工及翻译均受到的加工及翻译均受到SXL蛋白的抑制蛋白的抑制.mRNA前体的可变剪接扩前体的可变剪接扩充了基因的信息内含充了基因的信息内含 神经生长导向因子mRNA的可变剪接Schmucker,D.,Drosophila Dscam is an axon guidance receptor exhibiting extraordinary molecular diversity.Cell 101:671684,2000.(Dscam)gene的结构与进化的结构与进化The exonin

18、tronorganization of the Dscam gene from each organism is shown.The black exons are constitutively spliced.The alternative exons in the exon 4,6,9,and 17 clusters are shaded in red,purple,green,and blue,respectively.The number of variable exons within each cluster in each organism isindicated below e

19、ach cluster.The exon 10 clusters in A.gambiae and A.mellifera correspond to the exon 9 cluster in the Drosophila species.The exon 14 and 22 clusters in A.gambiae and A.mellifera,respectively,correspond to the exon 17 clusters in the Drosophila species.果蝇DSCAM mRNA可变剪接说明果蝇的果蝇的DSCAM（down syndrome cell

20、 adhesion molecular，唐氏综合，唐氏综合症细胞粘连分子）基因编码神经轴突导向受体（症细胞粘连分子）基因编码神经轴突导向受体（axon guidance receptor），该分子的胞外功能域中有一段多肽由），该分子的胞外功能域中有一段多肽由10个免疫球蛋白个免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig）重复单位组成，其中第）重复单位组成，其中第4，6和和9重复单位由重复单位由可变剪接产生。可变剪接产生。DSCAM的功能涉及果蝇躯体约的功能涉及果蝇躯体约250 000个神经元在个神经元在发育过成中的迁移与连接，指令轴突应该到达的位置。发育过成中的迁移与连接，指令轴突应该到达的

21、位置。DSCAM基因基因的外显子与内含子组成非常特别，其外显子的外显子与内含子组成非常特别，其外显子4，6，9和和17均由许多顺均由许多顺序相似但略有不同的亚单位组成独立的可变剪接区，分别有序相似但略有不同的亚单位组成独立的可变剪接区，分别有12，48，33和和 2种剪接方式。在每个成熟的种剪接方式。在每个成熟的mRNA中，外显子中，外显子4，6，9和和17都都只有一个亚单位入选，全部可能的剪接方式为只有一个亚单位入选，全部可能的剪接方式为1248332=38 016种，种，产生产生38 016个不同的蛋白质（个不同的蛋白质（Schmucker，2000）。在已经克隆）。在已经克隆与测序的与测

22、序的50个个DSCAM cDNA中，发现中，发现49种不同的种不同的4，6和和9外显子组外显子组合。目前还不知到细胞采取何种机制来挑选不同的外显子成员，也合。目前还不知到细胞采取何种机制来挑选不同的外显子成员，也不清楚由此产生的蛋白质在功能上究竟有何种差别。不清楚由此产生的蛋白质在功能上究竟有何种差别。果蝇Dscam基因的可变剪接声波感应蛋白基因（slo）的可变剪接真核生物可变剪接的比例真核生物可变剪接的比例 The bar to the left(light purple)for each organism shows the estimate of alternative splicing

23、 based on all ESTs and the total number of published mRNA sequences and ESTs for the species:Homo sapiens,23,161 mRNAs and 3.1 million ESTs;47%Mus musculus,9,682 mRNAs and 1.9 million ESTs;Rattus norvegicus,5,803 mRNAs and 263,362 ESTs;Drosophila melanogaster,2,973 mRNAs and 115,191 ESTs;Bos taurus,

24、1,370 mRNAs and 159,130 ESTs;Caenorhabditis elegans,18,821 mRNAs and 108,115 ESTs;Arabidopsis thaliana,3,084 mRNAs and 112,112 ESTs.人类与小鼠直系基因可变剪接比较人类与老鼠种间同源基因的可变剪接模式基本相同人类与老鼠种间同源基因的可变剪接模式基本相同,也有也有少数外显子的剪接表现差异少数外显子的剪接表现差异.Nature Genetics,34:177-180,2003物种间同源基因差异剪接的外显子多为新生外显子可变剪接的机制mRNA可变剪接机理的研究可变剪接机理

25、的研究1)有多少基因发生可变剪接有多少基因发生可变剪接?2)每个基因有多少可变剪接每个基因有多少可变剪接?3)不同的可变剪接产物是否都有功能不同的可变剪接产物是否都有功能?是否有功是否有功 能趋异能趋异?4)不同可变剪接产物之间的比例是如何控制的不同可变剪接产物之间的比例是如何控制的?5)可变剪接类型是否具有组织细胞专一性可变剪接类型是否具有组织细胞专一性?6)哪些因素控制可变剪接哪些因素控制可变剪接?7)可变剪接与表型之间的关系可变剪接与表型之间的关系.8)可变剪接是否与遗传病有关可变剪接是否与遗传病有关?9)可变剪接究竟有什么生物学意义可变剪接究竟有什么生物学意义?超长内含子如何剪接 三种

26、超长内含子剪接模型三种超长内含子剪接模型人类基因最长内含子800 kb,最短内含子10 bp.果蝇基因最长内含子果蝇基因最长内含子1)10%的人类基因和5%的果蝇基因含有10kb的内含子.2)果蝇的Y-linked dynein(动力蛋白动力蛋白)heavy chain 基因(DhDhc7)位位 于于Y染色体的异染色质区染色体的异染色质区,其其内含子内含子20长度为3500kb(3.5Mb)，相 当于大肠杆菌基因组的四分之三。根据转录速率每秒钟45nt计算,推算完成该内含子的拷贝约需22小时，它的剪过程与一般的内含 子不同，可能采取滚动剪接。长内含子的滚动剪接长内含子的滚动剪接AU-AC内含子

27、的剪接方式AUAC内含子内含子的剪接的剪接1)近年来发现真核生物中少数近年来发现真核生物中少数mRNA内含子并不归属内含子并不归属GT-AG范畴范畴,而有不同的剪接位置，即而有不同的剪接位置，即AUAC内含子。在人类，植物以及果内含子。在人类，植物以及果 蝇等不同生物中已发现蝇等不同生物中已发现20多个基因含有这种内含子（多个基因含有这种内含子（Tarn and Steitz,1997）。）。2)AUAC内含子也有特征性的分枝点即内含子也有特征性的分枝点即5 UCUUAAC 3，该，该基基 序中最后的腺苷酸参与第一个转脂反应。这一点向我们指出了序中最后的腺苷酸参与第一个转脂反应。这一点向我们指

28、出了 AU AC内含子的显著特征：它们的剪接路线与内含子的显著特征：它们的剪接路线与GT AG相同，相同，但但 涉及不同的剪接因子。涉及不同的剪接因子。3)只有只有U5 snRNP参与参与GU-AG和和AU-AC二种内含子的剪接过程。二种内含子的剪接过程。在在GU-AG内含子中起作用的内含子中起作用的U1 snRNP和和U2 snRNP在在AU AC 中由中由U11 snRNP和和U12 snRNP取代，另一个全新的取代，另一个全新的U4 atac/U6 atac-snRNP随后也被发现。这二个剪接过程从不同侧面展示了剪随后也被发现。这二个剪接过程从不同侧面展示了剪 接体中接体中snRNP之间

29、互作的详情。之间互作的详情。4)已经证明已经证明GU AG内含子剪接的模式同样适用于内含子剪接的模式同样适用于AU AC内含子。内含子。转录与加工偶联 mRNA的反式剪接mRNA的反式剪接系指由的反式剪接系指由两个不同两个不同mRNA分子经分子经剪切连接形成成熟剪切连接形成成熟mRNA的现象的现象,主要出现在底等主要出现在底等真核生物如原生生物和线虫中真核生物如原生生物和线虫中,它们有大量的基因它们有大量的基因以操纵子形式组成多顺反子结构以操纵子形式组成多顺反子结构.1)锥虫锥虫(非洲磕睡虫非洲磕睡虫)的的所有所有mRNA均为反式剪接均为反式剪接.2)线虫约线虫约10-15%的编码基因为反式剪

30、接的编码基因为反式剪接.3)果蝇某些基因果蝇某些基因,植物线粒体基因也有反式剪接植物线粒体基因也有反式剪接.锥虫mRNA前体的反式剪接反式剪接的其它例子反式剪接的其它例子1)裸子植物线粒体基因的反式剪接裸子植物线粒体基因的反式剪接.见见PNAS 94:553-556,19972)绿藻绿藻Chlamydomonas reinhardtii 叶绿体基因叶绿体基因的反式剪接的反式剪接.见见:Plant Journal 15:575,1998,3)大鼠大鼠(rat)肝细胞中存在前体肝细胞中存在前体mRNA的反式剪的反式剪接接.见见PNAS 95:12185-12190,19984)果蝇果蝇mod(md

31、g4)基因存在反式剪接基因存在反式剪接.见见Genetics 160:1481-1487,2002反式剪接策略可用于基因治疗Pptm+Sp表达表达载体可用于载体可用于反向剪接产反向剪接产生细胞毒素生细胞毒素蛋白蛋白mRNA,杀杀死癌细胞死癌细胞.人类肝脏细胞细胞色素人类肝脏细胞细胞色素P450A基因的反式基因的反式剪接剪接The Journal of Biological Chemistry,The Journal of Biological Chemistry,277:5882-5890,2002277:5882-5890,2002在在CYP3A4基因的转录产物有三种基因的转录产物有三种mR

32、NA,它们的它们的5端均含有端均含有CYP3A43基因的外显子基因的外显子1.因为因为CYP3A43位于位于CYP3A4基因邻侧基因邻侧,转录方向相反转录方向相反,因此推测因此推测CYP3A4的三种的三种mRNA系由反式剪接产生系由反式剪接产生.真核生物rRNA的剪切依赖snRNAsnRNA(U3,U8)(U3,U8)的参与 真核生物真核生物tRNAtRNA内含子采取相同机制剪接内含子采取相同机制剪接真核生物真核生物tRNA前体的内含子相对较短，并且在成前体的内含子相对较短，并且在成熟熟tRNA中所处位置相同，均位于反密码子环内，中所处位置相同，均位于反密码子环内，但缺少共同的基序。但缺少共同

33、的基序。tRNA内含子的剪接不涉及转内含子的剪接不涉及转脂反应。脂反应。2个剪接位点由个剪接位点由tRNA内切核酸酶内切核酸酶（endonuclase）产生，位于上游外显子）产生，位于上游外显子3末端的末端的3-磷酸基团与其磷酸基团与其2-羟基环化，下游外显子羟基环化，下游外显子5端留端留下一个游离的羟基基团。这下一个游离的羟基基团。这2个末端因个末端因tRNA分子分子自然形成的碱基配对构型而相互接近，然后由自然形成的碱基配对构型而相互接近，然后由RNA连接酶使两个末端形成连接酶使两个末端形成3-5磷酸脂键。磷酸脂键。真核生物真核生物tRNAtRNA的剪接由的剪接由tRNAtRNA内切内切核酸

34、酶与核酸酶与RNARNA连接酶负责连接酶负责tRNA的内含子是在形成三叶草构型之后剪除的的内含子是在形成三叶草构型之后剪除的.rRNA的化学修饰rRNArRNA有二种修饰方式：有二种修饰方式：1 1）将）将甲基基团加到核苷酸糖基的甲基基团加到核苷酸糖基的2 2 OHOH位位，这是主要的修，这是主要的修饰饰 类型；人类前体类型；人类前体rRNArRNA有有106106处甲基化处甲基化.2 2）使）使尿苷酸转变为假尿苷酸尿苷酸转变为假尿苷酸,人类人类rRNArRNA有有9595处处假尿嘧啶修饰假尿嘧啶修饰.细胞中所有细胞中所有rRNArRNA均在相同的位置发生相同的修饰。这种修饰均在相同的位置发生

35、相同的修饰。这种修饰在不同种属间具有某种程度相似性，如细菌和真核生物中修在不同种属间具有某种程度相似性，如细菌和真核生物中修饰的模式大体一致，但真核生物的修饰更加广泛。目前还不饰的模式大体一致，但真核生物的修饰更加广泛。目前还不了解前体了解前体rRNArRNA化学修饰的全部意义，但大多数化学修饰的全部意义，但大多数rRNArRNA中出现的中出现的化学修饰被认为对其在核糖体中的活性极为重要。例如，修化学修饰被认为对其在核糖体中的活性极为重要。例如，修饰的核苷酸可能涉及饰的核苷酸可能涉及rRNArRNA催化多肽键的反应。催化多肽键的反应。rRNA核苷酸假尿嘧啶修饰rRNA核苷酸的甲基化修饰 sno

36、RNA负责rRNA分子的修饰真核生物真核生物snoRNA在在RNA修饰过程中扮演了关键角色。修饰过程中扮演了关键角色。snoRNA长度在长度在70100个核苷酸之间，主要位于核仁区。个核苷酸之间，主要位于核仁区。这里既是这里既是rRNA合成的场所，也是其加工的场所。合成的场所，也是其加工的场所。1)C/D盒盒 snoRNA负负责责2-O-核核糖糖甲甲基基化化 snoRNA中中有有一一段段称称为为D盒盒（D box）的的顺顺序序，它它们们总总是是位位于于互互补补区区段段下下游游5个个碱碱基基的的位位置置处处，与与之之配配对对的的rRNA核核苷苷酸酸将将被被修修饰饰。这这些些snoRNA组组成成了

37、了C/D盒盒家家族族，负负责责2-O-核糖甲基化。核糖甲基化。D盒是甲基化修饰酶识别的信号。盒是甲基化修饰酶识别的信号。2）H/ACA盒盒snoRNA负负责责假假尿尿嘧嘧啶啶修修饰饰 在在发发现现C/D盒盒snoRNA之之后后，又又找找到到另另一一个个H/ACA snoRNA家家族族，它它们们的的作作用用是是引引导导修修饰饰酶酶将将rRNA尿尿苷苷酸酸转转变变为为假假尿尿苷苷酸酸。这这些些snoRNA虽虽然然没没有有D盒盒，但但仍仍有有保保守守的的基基序序可可与与rRNA靶靶位位形形成成碱碱基基配配对对，并并含含有有修修饰饰酶酶识识别别的的信号。信号。snoRNA保守的D/C盒与H/ACA盒s

38、noRNA的结构大多数snoRNA由内含子编码 人类基因组中大多数人类基因组中大多数snoRNAsnoRNA由内含子编码由内含子编码1）rRNA前体每个被修饰的位点都有一个对应的不同的前体每个被修饰的位点都有一个对应的不同的 snoRNA。根据修饰的位点推测，每个细胞必需有数百。根据修饰的位点推测，每个细胞必需有数百 个不同的个不同的snoRNA。2）目前仅有极少数）目前仅有极少数snoRNA基因被定位，估计只有少数基因被定位，估计只有少数 snoRNA分子是从标准的基因转录的，大部分成员可能分子是从标准的基因转录的，大部分成员可能 来自基因的内含子，经剪接后再释放出来。如来自基因的内含子，经

39、剪接后再释放出来。如U14-U24（除（除U22外）和外）和U32-U40基因位于蛋白质编码基因的基因位于蛋白质编码基因的内内 含子中，含子中，而而U22和和U25-U31则位于一个编码则位于一个编码RNA分子的分子的 基因内，其产物也经基因内，其产物也经RNA剪接释放剪接释放sno URNA。tRNA与细菌rRNA的修饰 1)原核生物和真核生物原核生物和真核生物tRNA的的 修饰均由酶催化修饰均由酶催化 2)细菌细菌rRNA的修饰由酶催化的修饰由酶催化 以上的修饰不涉及其它以上的修饰不涉及其它RNA分子分子mRNA编辑的类型1)碱基修饰碱基修饰,如将如将CAA转变为转变为UAA.2)泛编辑泛

40、编辑(pan-editing),在在guide RNA指导指导下在下在mRNA分子内插入若干分子内插入若干U.3)插入编辑插入编辑,在在mRNA合成时插入碱基合成时插入碱基,改改变读框变读框.4)多聚多聚A编辑编辑,在在mt mRNA尾部加上一连尾部加上一连串串A,产生终止密码产生终止密码.mRNA碱基更换编辑 线粒体COXIII mRNA的编辑 泛编辑（泛编辑（pan editing）：插入）：插入U锥虫锥虫mt mRNA可通过不同的可通过不同的gRNA进行可变编辑进行可变编辑.脱脂蛋白apo-B mRNA的编辑 腺嘌呤脱氨基果蝇para mRNA的编辑(ag)腺嘌呤脱氨基生成腺嘌呤脱氨基生

41、成次黄嘌呤次黄嘌呤,后者的化学特性类似后者的化学特性类似鸟嘌呤鸟嘌呤.果蝇para mRNA加工与修饰后的类型1 1）果蝇）果蝇para mRNApara mRNA有有15361536种可变剪接；种可变剪接；2 2）para mRNApara mRNA有有1111种种RNARNA的编辑方式；的编辑方式；3 3）理论上）理论上para mRNApara mRNA可产生可产生1 032 1921 032 192种顺种顺 序不同的序不同的mRNAmRNA。哺乳动物GluR mRNA的编辑 1 1）哺乳动物神经系统哺乳动物神经系统glutamate receptor subunit glutamate

42、 receptor subunit gene gene（GluRGluR）基因为神经细胞跨膜蛋白，对神经传）基因为神经细胞跨膜蛋白，对神经传 递分子谷氨酸作出响应，在记忆与学习中起重要作递分子谷氨酸作出响应，在记忆与学习中起重要作 用用.GluR.GluR可开通离子通道，启动神经脉冲。可开通离子通道，启动神经脉冲。2 2）GluR mRNAGluR mRNA在转录后可由在转录后可由ADARADAR（adenosine adenosine deaminase edting on RNA deaminase edting on RNA）编辑，将）编辑，将A A转变为转变为I I （inosinei

43、nosine，次黄嘌呤）。，次黄嘌呤）。人类线粒体mRNA的编辑1）人类线粒体 有13个mRNA,其中5个mRNA均以U或UA尾,无终止密码；2）通过编辑可将U或UA转变为UAAAA-，产生终止密码UAA。植物叶绿体与线粒体mRNA的编辑1 1）叶绿体基因总数约）叶绿体基因总数约150150左右，烟草左右，烟草叶绿体基因叶绿体基因 mRNAmRNA的编辑位点数约的编辑位点数约3030个个；2 2）高等植物线粒体基因总数在）高等植物线粒体基因总数在60-9060-90之间；之间；烟草烟草线粒体基因线粒体基因mRNAmRNA的编辑位点超过的编辑位点超过400400；3 3）细胞器基因大多数的编辑为

44、细胞器基因大多数的编辑为CUCU；4 4）叶绿体）叶绿体mRNAmRNA的编辑信号为的编辑信号为-22nt-22nt-C-16nt-16nt-：-CUUAAUCCGAAUUAUAGAGCUA-CUUAAUCCGAAUUAUAGAGCUA C GACACAAUC-GACACAAUC-叶绿体mRNA编辑机制 核酸开关(riboswi-tch)见见:Science306:233-234,2004.Nature428:281-286,2004.已报道已报道枯草杆菌中枯草杆菌中约约20%的基的基因具有因具有riboswitch调控机制调控机制.Genome Research,6:315,2005mRNA

45、的定位机制1)mRNA的局限合成的局限合成2)mRNA的局限保护性降解的局限保护性降解3)mRNA的扩散的扩散:随细胞骨架的组装极性随细胞骨架的组装极性 分布分布4)区域锚定区域锚定:主动运输主动运输,依赖顺式元件和反依赖顺式元件和反式因子转移到工作场所式因子转移到工作场所.如神经细胞轴如神经细胞轴突生长与花粉管的伸长突生长与花粉管的伸长.老鼠神经成纤维细胞老鼠神经成纤维细胞-actin mRNA的定位过程的定位过程ZBP1(Zip-code binding protein 1)蛋白控制蛋白控制-actin mRNA转运及其翻译转运及其翻译的工作模型的工作模型.ZBP1在细胞核中与在细胞核中与

46、-actin mRNA结合结合,输出细胞核后输出细胞核后立既与立既与40S核糖体亚基结合核糖体亚基结合,并通过并通过MP蛋白装载到细胞骨架运输线上蛋白装载到细胞骨架运输线上.在到达指定位置在到达指定位置(突出生长边缘突出生长边缘),然后在然后在Src激酶作用下激酶作用下ZBP1与与mRNA脱离脱离,释放的释放的mRNA和和40S 亚基再与亚基再与60S亚基结合起始翻译亚基结合起始翻译.见见:Nature 438:512-515,2005mRNA的降解1)1)mRNA的降解是基因表达调控的重要内容之一的降解是基因表达调控的重要内容之一,mRNA的降解涉及正常的降解涉及正常mRNA和异常和异常mR

47、NA。2)真核细胞中有一定比例的异常真核细胞中有一定比例的异常mRNA，它们，它们 具有前移的终止密码，可产生残缺蛋。如人类具有前移的终止密码，可产生残缺蛋。如人类 细胞平均约细胞平均约20%的的mRNA编码残缺蛋白质编码残缺蛋白质.有的有的 mRNA具有无终止密码的具有无终止密码的3-非翻译区非翻译区,影响核影响核 糖体的利用效率糖体的利用效率.。3)细胞必需将不再需要的细胞必需将不再需要的mRNA和异常的和异常的mRNA 及时清除，以保证细胞正常的功能。及时清除，以保证细胞正常的功能。4)真核细胞有多种真核细胞有多种mRNA降解机制，针对不同降解机制，针对不同 的的mRNA。细胞内异常mR

48、NA的降解降解降解mRNA的类型的类型从编码功能可将从编码功能可将mRNA划分为正常划分为正常mRNA和非正和非正常常mRNA:正常正常mRNA:具有正常编码顺序具有正常编码顺序,但细胞内已经不再需要的但细胞内已经不再需要的mRNA.不同不同mRNA的半衰期有很大差别的半衰期有很大差别,从从数分钟到几十分钟数分钟到几十分钟.非正常非正常mRNA:1.无终止密码无终止密码mRNA;2.密码子前移的密码子前移的mRNA,编码残缺蛋白质编码残缺蛋白质.非正常非正常mRNA主要来源于主要来源于:1)发生点突变的假基因发生点突变的假基因;2)mRNA加工过程中加工过程中发生差错产生的发生差错产生的mRN

49、A,如缺少如缺少poly(A)的的mRNA;3)可变剪接产生的非正常可变剪接产生的非正常mRNA.mRNA降解的降解的4条路线条路线1)依赖于依赖于3-poly(A)脱腺苷酸和脱腺苷酸和5-脱帽的脱帽的53降解路线降解路线,真核生物正常真核生物正常mRNA和部分非真常和部分非真常mRNA的降解采取这一路线的降解采取这一路线,是主要的是主要的mRNA降解路线降解路线.2)依赖于依赖于3-poly(A)脱腺苷酸和脱腺苷酸和35降解路线降解路线,采用采用exosome降解降解mRNA.3)内切核酸酶降解路线内切核酸酶降解路线.4)独立于独立于3-poly(A)脱腺苷酸直接脱腺苷酸直接5-脱帽的脱帽的

50、53降解路线降解路线,或称质量监控路线或称质量监控路线.mRNA降解的四条路线见:Annu.Rev.Biochem.73:861-890,2004.影响mRNA 5-脱帽的因素影响影响mRNA半衰期的顺式因子位于半衰期的顺式因子位于mRNA的的5-UTR区、编码区和区、编码区和3-UTR区，这些成分依其功区，这些成分依其功能可分为稳定成分和非稳定成分。能可分为稳定成分和非稳定成分。MIE和PGK1的功能MIEMIE：mRNAmRNA不稳定成分，顺式作用不稳定成分，顺式作用1 1）酵母）酵母Mat1a（Mating hormone A-factor 2 precursor，或或Mat1a，结合激