RNA剪接
第1节
RNA剪接的化学基础
1.
RNA序列决定了在哪里进行
内含子和外显子的边界是由pre-mRNA内的特殊核苷酸序列标明的,这些序列指明了剪接应该在何处进行。
1)
5’剪接位点:位于内含子的5’端,常为GU;
2)
3’剪接位点:位于内含子的3’端,常为AG;
3)
分支位点:位于内含子内,靠近3’端,后面为多聚嘧啶区,常为A。
2.
当内含子两边的外显子连接时,内含子是以套索结构被除去的
1)
剪接的两步连续转酯反应:
A.
第一步转酯反应是由分支位点保守腺苷酸的2’羟基因发的。它作为亲核基团,攻击5’剪接位点保守鸟苷酸的磷酰基团。结果,外显子3’端的核糖与内含子5’端磷酸之间的磷酸二脂键断开,而游离出来的5’磷酸与分支位点保守腺苷酸的2’羟基连接。
B.
第二步转酯反应是5’外显子新游离出来的3’羟基作为亲核基团攻击3’剪接位点的磷酰基团,把5’和3’外显子连接起来,内含子作为离去基团释放出去,新释放的内含子形状象一个套索。
2)
剪接的化学过程不需要消耗能量,但在组装和运行剪接机器时需要大量的ATP。
3)
如何保证剪接只沿正方向进行
A.
剪接向正方向进行增加了体系的熵;
B.
切下来的内含子一旦离开剪接体就迅速降解,不会再参加逆反应。
3.
不同的RNA分子的外显子可以通过反式剪接的方式连接起来
第2节
剪接体
1.
RNA剪接是由一个叫做剪接体的大复合体执行的
1)
剪接体的组成
剪接体含有5种RNA(U1、U2、U4、U5、U6),统称为核内小RNA(snRNA),每种snRNA长100~300nt,与几种蛋白质形成复合物。这些RNA-蛋白质复合物称作小核内核糖蛋白(snRNP)
2)
snRNP的作用:
A.
识别5’剪接位点和分支位点;
B.
按需要把这两个位点集结到一起;
C.
催化或协助催化RNA剪接和连接反应。
3)
不含RNA的蛋白质的作用:
A.
U2AF识别多聚嘧啶区及3’剪接位点,并在剪接反应的起始步骤协助分支位点结合蛋白(BBP)结合到分支位点上。
B.
某些蛋白是有助于在mRNA上装载snRNP的RNA退火因子;
C.
某些蛋白是DEAD盒解旋酶蛋白。
第3节
剪接过程
1.
剪接体内的组装、重排与催化反应:剪接过程
1)
组装过程:
A.
5’剪接位点被U1snRNP识别(通过其snRNA与pre-mRNA间的碱基配对),U2AF的一个亚基与多聚嘧啶区结合,与BBP相互作用,协助其结合到分支位点上,另一个亚基与3’剪接位点结合。这时形成E复合体。
B.
在U2AF协助下,U2snRNP取代BBP结合到分支位点上。U2snRNA与分支位点的配对结合形成了一段双螺旋RNA,由于分支位点的腺苷酸不配对,所以被挤出来成为单碱基凸出。这时形成A复合体。
C.
三联snRNP颗粒(U4、U6、U5)加入复合体使A复合体重排,从而把3个剪接位点拉到一起。其中U4和U6snRNP通过其RNA组分的互补配对相结合,而U5snRNP通过蛋白质相互作用松散结合。这时形成B复合体。
D.
U1离开剪接体,其在5’剪接位点的位置由U6取代,U6中的RNA与同一区域配对。
2)
重排过程:
U1离开剪接体以便U6可以与U2发生作用(通过RNA-RNA配对),形成C复合体。
3)
催化反应:
重排后产生了活性位点,把pre-mRNA的5’剪接位点与分支位点拉到了一起,加速了第一次转酯反应。5’和3’剪接位点的第二次转酯反应由
U5snRNP协助,把两个外显子连接在一起,最后释放出mRNA产物及snRNP,内含子快速降解,snRNP又进入下一轮循环。
2.
自剪接内含子的存在表明RNA可以催化RNA剪接
1)
RNA剪接的3种类型:
A.
细胞核pre-mRNA
B.
Ⅱ类自剪接内含子
C.
Ⅰ类自剪接内含子
2)
自剪接的定义:
在没有任何蛋白质或其他RNA分子存在的情况下,内含子可以在试管内将自身从RNA分子中剪接除去。
3.
Ⅰ类自剪接内含子释放出线性内含子,而不是一个套索结构
1)
Ⅰ类自剪接内含子利用游离的鸟苷或鸟苷酸代替了分支位点的腺苷酸,因此释放的内含子是线形的。
2)
原始的Ⅱ类自剪接内含子有可能是现代的pre-mRNA剪接的进化起始点。完成第一次转酯反应的催化部位,其结构在Ⅱ类自剪接内含子和pre-Mrna/snRNP复合体高度相似。
4.
剪接体怎样可靠地确定剪接位点
1)剪接位点的识别容易犯两种错误:
A.
遗漏了剪接位点;
B.
剪接位点邻近的非法位点被错认为剪接位点。
2)
增加剪接位点选择准确性的两种机制:
A.
在将某个基因转录为RNA时,RNA复制酶Ⅱ携带了多种具有RNA加工功能的蛋白质,其中包括参与剪接的蛋白质,剪接与转录同时进行,极大地减少了外显子遗漏的可能性。
B.
确保优先识别邻近外显子的剪接位点以防止使用错误的剪接位点。富含丝氨酸和精氨酸的蛋白质(SR蛋白)结合到外显子中的外显子剪接增强制(EES),SR蛋白将U2AF蛋白引导到3’剪接位点并将U1snRNP引导到5’剪接位点。
3)
SR蛋白的作用:SR蛋白是剪接所必需的。它不仅保证了基本剪接的准确性和高效性,而且调节可变剪接。
第4节
可变剪接
1.
通过可变剪接一个基因可以得到多个产物
1)
形成可变剪接的方式:
A.
选择不同的外显子;
B.
延长或者遗漏某个外显子
C.
内含子不被剪接除去。
2)
可变剪接频繁发生的原因:
某些剪接位点有时用有时不用,从而导致同一 基因的不同转录产物产生不同的成熟的mRNA。
3)可变剪接的分类:
A.
组成型可变剪接:同一个基因总是产生多种不同的产物。
B.
受调控可变剪接:不同的产物会在不同的时间、不同的条件,或在不同的细胞或组织类型中产生。
2.
可变剪接受激活因子和抑制因子调控
1)
剪接调控蛋白结合到外显子/内含子剪接增强子(ESE或ISE)或者外显子/内含子剪接减弱子的特殊序列上,前者增强附近的剪接位点的剪接,后者减弱附近剪接位点的剪接。
2)
SR蛋白保证了可变剪接的进行。SR蛋白利用某个结构域结合RNA,每个SR蛋白都含有一个富含精氨酸和丝氨酸的结构域,称为RS结构域,该结构域位于肽链的C端,介导SR蛋白与剪接体蛋白的相互作用,以便把剪接体募集到附近的剪接位点。
3)
有一类激活因子能在特殊的组织中增加某种特定的剪接方式。
4)
多数减弱子由不均一核糖核蛋白(hnRNP)家族的成员识别。这些蛋白质能结合RNA但没有RS结构域,所以无法募集剪接体,相反它们可以阻断特定的剪接位点。
5)
有些基因虽然只编码一种功能蛋白,但也存在可变剪接现象,这时可变剪接仅是对该基因的表达起到开关的作用,其实现形式有两种:
A.
某个外显子包括一个中止密码子,一旦在mRNA中出现就会提前终止翻译,产生一条截短的肽链。
B.
调节某个内含子的取舍,一旦这个内含子出现在成熟mRNA中,就会使这种类型
的mRNA无法输出细胞核,当然也就永远不会被翻译了。
3.
少数内含子是有另一组snRNP组成的另一种剪接体来剪接的
1)
低丰度剪接体:
低丰度剪接体含有某些与前述的主要剪接体一样的组分,但还有另外一些单独的成分。
A.
U11和U12成分在剪接反应的作用与主要剪接体中的U1和U2类似,但识别的序列不同。
B.
U4snRNA和U6snRNP在两类剪接体中都存在,但它们的实质完全不一样。
C.
U5在两类剪接体中是完全一样的。
2)
低丰度剪接体(AT-AC剪接体)识别的内含子:
其保守序列为AU-AC,即5’端是AU,3’端是AC。但是也有GU-AG的。
3)
有人主张Ⅱ类内含子代表了内含子的最原始形式,AT-AC内含子从Ⅱ类内含子进化而来,并最终产生主流的pre-mRNA内含子。
第5节
外显子改组
1.
外显子通过重组的方式完成改组,从而产生了编码新蛋白质的基因
1)
细菌无内含子的两种解释模型:
A.
内含子在先模型:内含子曾存在于所有生物,但在细菌中丢失了。
B.
内含子在后模型:内含子在细菌中从来就不存在,而是进化过程中后来才出现的。
2)
内含子存在的好处:
A.
为满足在剪接过程中除去它的需求,使可变剪接称谓可能,从而可以由一个基因得到多种蛋白质产物。
B.
把编码区分成几个外显子使得通过外显子改组的方式产生新基因成为可能。
3)
通过外显子改组产生新基因的3个观察结果证明:
A.
某个特定基因的外显子和内含子的交界处经常与该基因编码蛋白质的结构域的边界相一致,即每个外显子似乎经常编码蛋白质的一个独立的折叠单位。
B.
许多基因及其所编码的蛋白质明显是在进化过程中部分地通过外显子的复制和变异而产生的。
C.
有时在其他方面并不相关的基因中会发现相关的外显子,即有些外显子确实在编码不同蛋白质的基因中被重复使用。
第6节
RNA编辑
1.
RNA编辑是改变mRNA序列的另一种方法
1)
介导RNA编辑的机制之一:位点特异性脱氨基作用。
A.
mRNA中某个特异选择的胞嘧啶经过脱氨基作用变成了尿嘧啶。
B.
腺嘌呤的脱氨基作用,这个反应由作用于RNA的腺苷脱氨酶(ADAR)催化,产生次黄嘌呤。次黄嘌呤可以与胞嘧啶配对。
2)
介导RNA编辑的机制之二:引导RNA指导的尿嘧啶插入或删除。
多个尿嘧啶的插入使得mRNA的密码子和可读框发生了改变,从而完全改变了mRNA的表达。尿嘧啶是由引导RNA(gRNA)插入到mRNA中去的。gRNA可以分为三个区:
A.
第一区:位于5’端,称为“锚”区,负责指引gRNA到达它所要编辑的mRNA的目标区域。
B.
第二区:用来精确定位在被编辑的序列中尿嘧啶将插入的位置。
C.
第三区:位于3’端,是一段多聚尿嘧啶序列。
第7节
mRNA转运
1.
一旦完成加工,mRNA会包装好并从细胞核输出到细胞质用与翻译
1)
RNA进人细胞质必须收到精细调控:
完成加工的mRNA只占细胞核内全部RNA的很少一部分,许多其他RNA如果进入细胞质会对细胞产生致命的危害。
2)
RNA选择性转运是如何完成的:
典型的成熟mRNA携带残留着一组蛋白质,正是它们决定了mRNA被转运的命运。而其他RNA不仅缺少转运所必需的特定标记性蛋白质组合,而且自身也携带另外一组蛋白质,这些蛋白质可以有效阻止RNA转运。
转载自:http://blog.163.com/jiuqianyufeng@126/blog/static/8946726200911845446146/