RNA中的內含子bai
由DNA轉錄生成的原始轉錄產物——核不du均一RNA(heterogeneous nuclear RNA,hnRNA),即mRNA前體zhi,經過5’加“帽dao”和3‘酶切加多聚腺苷酸,再經過RNA剪接,編碼蛋白質的外顯子部分就連線成為一個可譯框架(opening reading frame,ORF)
比較不同基因的核苷酸序列發現,mRNA前體中內含子的兩端邊界存在共同的序列,這些序列可能是產生mRNA前體剪接的訊號。多數細胞核mRNA前體中內含子的5’邊界序列為GU,3‘邊界為AG。因此,GU表示供體銜接點的5’端,AG代表接納體銜接點的3‘端。這種保守序列模式稱為GU-AU法則,又稱為Chambon法則。
另外:除了邊界序列外,外顯子與內含子交界的序列,內含子內部的部分序列也可能參與內含子的剪接(在此不細具例子,詳見《現代分子生物學》第三版 朱玉賢編著P95),對於有效核准確的剪接非常重要。
mRNA的剪接
許多相對分子質量較小的核內RNA以及與這些RNA相結合的核蛋白(small nuclear ribonucleoprotein particle,snRNPs)參與RNA的剪接。mRNA鏈上每個內含子的5’和3‘端分別與不同的snRNP結合,形成RNA和RNP的複合物。
一般情況下,由U1snoRNA以鹼基互補的方式識別mRNA前體5’剪接點,由結合在3‘剪接點上游富嘧啶區的U2AF(U2 auxiliary factor)識別3’剪接點並引導U2snRNP與分支點相結合,形成剪接前體,並進一步與U4、U5、U6snRNP三聚體相結合,形成60S的剪接體,進行RNA的剪接。
在個體發育或細胞分化時可以有選擇性地越過某些外顯子或某個剪接點進行變位剪接,產生出組織或發育階段性特異性mRNA,稱為內含子的變位剪接。脊椎動物中大約有5%的基因能以這種方式進行剪接,保證各同源蛋白質之間既具有大致相同的結構或功能域,又具有特定的性質差異,這無疑大大拓展了基因所攜帶的遺傳資訊。
生物體內的各種內含子:
GU-AG 類(主要內含子): 細胞核,pre-mRNA(真核)
AU-AG類 (次要內含子): 細胞核,pre-mRNA(真核)
1類內含子: 細胞核,pre-mRNA(真核),細胞器RNA,少數細菌RNA
2類內含子: 細胞器RNA,部分細菌RNA(主要存在於真核生物的線粒體和葉綠體rRNA基因中)
(以上第3,4種內含子不同於第1,2種內含子:因為其內含子本身具有催化活性,能進行內含子的自我剪接,而無需藉助於形成剪接體。)
3類內含子:細胞器RNA
雙內含子:細胞器RNA
pre-tRNA中的內含子:細胞核,pre-tRNA(真核)
其中,1類內含子的剪接主要是轉酯反應,剪接反應實際上是發生了兩次磷酸二酯鍵的轉移。第一個轉酯反應由一個遊離的鳥苷或鳥苷酸(GTP、GMP或GDP)介導,其3‘-OH作為親核集團攻擊內含子5’端的磷酸二酯鍵,從上游切開RNA鏈,在第二個轉酯反應中,上游外顯子的自由3‘-OH作為親核基團攻擊內含子3’位核苷酸上的磷酸二酯鍵,使內含子完全被切開,上下游兩個外顯子透過新的磷酸二酯鍵重新連線。
2類內含子切除體系中,轉酯反應無需遊離鳥苷酸或鳥苷,而是由內含子本身的靠近3‘端的腺苷酸2’-OH作為親核基團攻擊內含子的5‘端的磷酸二酯鍵,從上游切開RNA後形成套索裝結構。再由上游外顯子的自由3’-OH作為親核基團攻擊內含子3‘位核苷酸上的磷酸二酯鍵,使內含子被完全切開,上下游兩個 外顯子透過新的磷酸二酯鍵重新連線。
RNA的編輯、再編碼及化學修飾
1 RNA的編輯
一 特異性脫氨基作用
比如:哺乳動物的載脂蛋白mRNA的編輯 其蛋白編碼區的DNA序列在所有組織中都一樣;在肝臟中該基因轉錄為完整的蛋白質,而在腸中合成的Pr長度只有其一半(只是全長載脂蛋白的N端),是由於2153位上的密碼子從CAA突變為UAA(使編碼谷氨醯胺的密碼子變為終止密碼子)。還有一個例子 大鼠腦中的穀氨酸受體蛋白mRNA經編輯後,分子中有多個編碼穀氨酸的密碼子變成了在控制透過神經遞質的離子流過程中又主要作用的精氨酸,表明RNA的編輯可能是充分發揮生理功能必需的。
以上兩種情況分別由胞嘧啶和腺嘌呤脫氨酶所催化;通常情況下該酶促反應的特異性不強,腺嘌呤脫氨酶可作用於雙鏈RNA區的任何腺苷酸殘基;但是,RNA的編輯發生在帶有具催化作用的脫氨酶亞基的複合體中,有附加的RNA結合區能幫助識別所編輯的特異性靶位點。
RNA中的內含子bai
由DNA轉錄生成的原始轉錄產物——核不du均一RNA(heterogeneous nuclear RNA,hnRNA),即mRNA前體zhi,經過5’加“帽dao”和3‘酶切加多聚腺苷酸,再經過RNA剪接,編碼蛋白質的外顯子部分就連線成為一個可譯框架(opening reading frame,ORF)
比較不同基因的核苷酸序列發現,mRNA前體中內含子的兩端邊界存在共同的序列,這些序列可能是產生mRNA前體剪接的訊號。多數細胞核mRNA前體中內含子的5’邊界序列為GU,3‘邊界為AG。因此,GU表示供體銜接點的5’端,AG代表接納體銜接點的3‘端。這種保守序列模式稱為GU-AU法則,又稱為Chambon法則。
另外:除了邊界序列外,外顯子與內含子交界的序列,內含子內部的部分序列也可能參與內含子的剪接(在此不細具例子,詳見《現代分子生物學》第三版 朱玉賢編著P95),對於有效核准確的剪接非常重要。
mRNA的剪接
許多相對分子質量較小的核內RNA以及與這些RNA相結合的核蛋白(small nuclear ribonucleoprotein particle,snRNPs)參與RNA的剪接。mRNA鏈上每個內含子的5’和3‘端分別與不同的snRNP結合,形成RNA和RNP的複合物。
一般情況下,由U1snoRNA以鹼基互補的方式識別mRNA前體5’剪接點,由結合在3‘剪接點上游富嘧啶區的U2AF(U2 auxiliary factor)識別3’剪接點並引導U2snRNP與分支點相結合,形成剪接前體,並進一步與U4、U5、U6snRNP三聚體相結合,形成60S的剪接體,進行RNA的剪接。
在個體發育或細胞分化時可以有選擇性地越過某些外顯子或某個剪接點進行變位剪接,產生出組織或發育階段性特異性mRNA,稱為內含子的變位剪接。脊椎動物中大約有5%的基因能以這種方式進行剪接,保證各同源蛋白質之間既具有大致相同的結構或功能域,又具有特定的性質差異,這無疑大大拓展了基因所攜帶的遺傳資訊。
生物體內的各種內含子:
GU-AG 類(主要內含子): 細胞核,pre-mRNA(真核)
AU-AG類 (次要內含子): 細胞核,pre-mRNA(真核)
1類內含子: 細胞核,pre-mRNA(真核),細胞器RNA,少數細菌RNA
2類內含子: 細胞器RNA,部分細菌RNA(主要存在於真核生物的線粒體和葉綠體rRNA基因中)
(以上第3,4種內含子不同於第1,2種內含子:因為其內含子本身具有催化活性,能進行內含子的自我剪接,而無需藉助於形成剪接體。)
3類內含子:細胞器RNA
雙內含子:細胞器RNA
pre-tRNA中的內含子:細胞核,pre-tRNA(真核)
其中,1類內含子的剪接主要是轉酯反應,剪接反應實際上是發生了兩次磷酸二酯鍵的轉移。第一個轉酯反應由一個遊離的鳥苷或鳥苷酸(GTP、GMP或GDP)介導,其3‘-OH作為親核集團攻擊內含子5’端的磷酸二酯鍵,從上游切開RNA鏈,在第二個轉酯反應中,上游外顯子的自由3‘-OH作為親核基團攻擊內含子3’位核苷酸上的磷酸二酯鍵,使內含子完全被切開,上下游兩個外顯子透過新的磷酸二酯鍵重新連線。
2類內含子切除體系中,轉酯反應無需遊離鳥苷酸或鳥苷,而是由內含子本身的靠近3‘端的腺苷酸2’-OH作為親核基團攻擊內含子的5‘端的磷酸二酯鍵,從上游切開RNA後形成套索裝結構。再由上游外顯子的自由3’-OH作為親核基團攻擊內含子3‘位核苷酸上的磷酸二酯鍵,使內含子被完全切開,上下游兩個 外顯子透過新的磷酸二酯鍵重新連線。
RNA的編輯、再編碼及化學修飾
1 RNA的編輯
一 特異性脫氨基作用
比如:哺乳動物的載脂蛋白mRNA的編輯 其蛋白編碼區的DNA序列在所有組織中都一樣;在肝臟中該基因轉錄為完整的蛋白質,而在腸中合成的Pr長度只有其一半(只是全長載脂蛋白的N端),是由於2153位上的密碼子從CAA突變為UAA(使編碼谷氨醯胺的密碼子變為終止密碼子)。還有一個例子 大鼠腦中的穀氨酸受體蛋白mRNA經編輯後,分子中有多個編碼穀氨酸的密碼子變成了在控制透過神經遞質的離子流過程中又主要作用的精氨酸,表明RNA的編輯可能是充分發揮生理功能必需的。
以上兩種情況分別由胞嘧啶和腺嘌呤脫氨酶所催化;通常情況下該酶促反應的特異性不強,腺嘌呤脫氨酶可作用於雙鏈RNA區的任何腺苷酸殘基;但是,RNA的編輯發生在帶有具催化作用的脫氨酶亞基的複合體中,有附加的RNA結合區能幫助識別所編輯的特異性靶位點。