1、Chapter 24,RNA SPLICING AND PROCESSING RNA的剪接和加工,24.1 Introduction 引言,hnRNA是由許多小球狀結(jié)構(gòu)組成的核糖核蛋白顆粒,在細胞核中,mRNA的加工包括3和5修飾以及內(nèi)含子的去除等.剪接需要在內(nèi)含子與外顯子交界處產(chǎn)生斷裂,然后將外顯子末端連接.成熟的mRNA通過核孔被運到細胞質(zhì)中去,在那里它完成翻譯.,24.2 Nuclear splice junctions are short sequences. 細胞核內(nèi)的RNA剪接位點是各種短序列.,剪接位點是指外顯子內(nèi)含子交界處序列, 它們一般根據(jù)與內(nèi)含子的相對位置命名. 內(nèi)含子5端

2、的5剪接位點含共有序列GU. 內(nèi)含子3端的3剪接位點含共有序列AG. GU-AG規(guī)則(最初在DNA序列中被稱作GT-AG規(guī)則)描述了在前體mRNA中內(nèi)含子的最初及最末位置上必須出現(xiàn)的恒定的雙堿基.,內(nèi)含子的末端按GU-AG規(guī)則定義.,24.4 pre-mRNA splicing proceeds through a lariat. 前體mRNA剪接要通過套索結(jié)構(gòu).,當(dāng)5剪接位點被剪開,且內(nèi)含子5端連接到內(nèi)含子分支位點上的A的2位置時,將形成套索結(jié)構(gòu). 當(dāng)3剪接位點被剪開,內(nèi)含子將以套索的形式被釋放,其左右的外顯子將會連接在一起.,5和3剪接位點以及分支位點對剪接過程而言是充分必要條件. 分支位

3、點的序列在酵母中是完全保守的,但在較高等的真核生物中,其保守性則不是很高.,剪接反應(yīng)分兩個階段,5外顯子首先被切開, 然后與另一個外顯子的5相連.,24.5 snRNAs are required for splicing. snRNA是剪接必需的.,參與剪接過程的5個snRNP是U1, U2, U4, U5, 和U6. snRNP和其他一些輔助蛋白質(zhì)共同構(gòu)成了剪接體.,24.6 U1 snRNP initiates splicing.U1 snRNP啟動剪接.,U1 snRNP通過RNA-RNA配對反應(yīng)與5剪接位點結(jié)合, 從而起始剪接過程. E復(fù)合體包括結(jié)合在5剪接位點的U1 snRNP,

4、結(jié)合在分支位點與3剪接位點間嘧啶富集區(qū)的U2AF和連接U1 snRNP與U2AF的SR蛋白.,人類U1 snRNP有一個可產(chǎn)生數(shù)個結(jié)構(gòu)域的配對結(jié)構(gòu), 其5端保留著單鏈形式, 可以與5剪接位點配對.,E復(fù)合物由三種物質(zhì)連續(xù)地加入而成, 即U1-snRNP加到5剪接位點, U2AF加到嘧啶區(qū)/3剪接位點, 以及橋連蛋白SF1/BBP的加入.,24.7 The E complex can be formed by intron definition or exon definition. E復(fù)合物可通過內(nèi)含子定界或外顯子定界來形成.,形成E復(fù)合體的直接方法是U1 snRNP結(jié)合在5剪接位點且U2AF

5、結(jié)合在分支位點和3剪接位點之間的嘧啶區(qū). 另一個可能是在嘧啶區(qū)的U2AF和下游5剪接位點的U1-snRNP之間形成復(fù)合體. 當(dāng)U2 snRNP結(jié)合在分支位點時, E復(fù)合體轉(zhuǎn)變成A復(fù)合體.,多條途徑可以啟動對5和3剪接位點的識別.,24.8 5 snRNPs form the spliceosome. 五種snRNP形成了剪接體.,U5和U4/U6 snRNP的結(jié)合把A復(fù)合體變成B1剪接體, 其中包含了所有剪接所必需的元件. 剪接體在剪接過程中經(jīng)歷了一系列其他的復(fù)合體形式.,剪接反應(yīng)經(jīng)過幾個互相獨立的階段, 在此過程中, 能夠識別共有序列的各組分之間的相互作用導(dǎo)致剪接體的形成.,24.10 Sp

6、licing is connected to export of mRNA. 剪接與mRNA出核相關(guān)聯(lián).,REF蛋白通過和剪接體的連接而結(jié)合到剪接位點. 剪接后, 它們依舊附著于RNA外顯子-外顯子連接處. 它們和轉(zhuǎn)運蛋白TAP/Mex相互作用, 并將RNA運出核孔.,外顯子連接復(fù)合體通過識別剪接復(fù)合體結(jié)合到RNA上.,REF蛋白結(jié)合剪接因子并保留在剪接產(chǎn)物上. REF結(jié)合到位于核孔的出核因子上.,24.11 Group II introns autosplice via lariat formation. II類內(nèi)含子通過套索結(jié)構(gòu)進行自我剪接.,II類內(nèi)含子通過自我催化剪接活動從RNA上切除

7、自身. II類內(nèi)含子的剪接點和剪接機制同細胞核內(nèi)含子相似. II類內(nèi)含子折疊成二級結(jié)構(gòu)以產(chǎn)生催化位點, 這個位點類似于U6-U2-細胞核內(nèi)含子.,三類剪接反應(yīng)按兩步酯交換作用進行: 首先游離羥基進攻外顯子1和內(nèi)含子結(jié)合處, 接著外顯子1末端產(chǎn)生的羥基進攻外顯子2與內(nèi)含子結(jié)合處.,24.12 Alternative splicing involves differential use of splice junctions. 可變剪接使用不同的剪接位點.,某些外顯子可能會由于某一對剪接位點的使用與否而被包含或被剔除于RNA產(chǎn)物中.,兩個位點參與的可變剪接可能導(dǎo)致外顯子的增加或替代.,24.13

8、trans-splicing reactions use small RNAs. 反式剪接反應(yīng)需要小RNA.,剪接反應(yīng)通常只以順式方式發(fā)生在同一個RNA分子的剪接位點上. 反式剪接反應(yīng)發(fā)生于錐蟲和蠕蟲中, 其中一個小序列(SL RNA)剪接到RNA前體的5端.,剪接通常發(fā)生在同一個RNA分子中, 但在另一種情況下, 由于不同RNA內(nèi)含子之間配對, 能形成一種特殊的結(jié)構(gòu), 這時會發(fā)生反式剪接.,錐蟲SL RNA的一個外顯子可以通過反式剪接與RNA的第一個外顯子連接在一起. 這個反應(yīng)與細胞核的順式剪接反應(yīng)具有同樣的相互作用, 但是產(chǎn)生Y型而不是套索結(jié)構(gòu).,24.14 Yeast tRNA spli

9、cing involves cutting and rejoining. 酵母tRNA剪接包括切割和重連兩部分.,tRNA剪接經(jīng)歷了連續(xù)的切割和重連反應(yīng).,酵母苯丙氨酰-tRNA前體中的一個內(nèi)含子可以和反密碼子環(huán)配對, 從而改變反密碼子臂的結(jié)構(gòu). 此tRNA前體內(nèi)含子 “環(huán)” 與 “頸” 上一個受排擠堿基的配對可能是剪接所必須的.,24.15 The splicing endonuclease recognizes tRNA. 剪接時核酸內(nèi)切酶識別tRNA.,核酸內(nèi)切酶在tRNA前體內(nèi)含子兩個末端都切割. 酵母核酸內(nèi)切酶是一種有兩個(相關(guān))催化亞基組成的異源四聚體. 它使用測量機制來確定切割位

10、點, 其位置與RNA結(jié)構(gòu)中的某一點有關(guān).,釀酒酵母tRNA前體的5和3的切割是由核酸內(nèi)切酶的不同亞基催化的. 另一個亞基可能通過測量成熟tRNA結(jié)構(gòu)中的某個點的距離, 以此為參數(shù)決定切割位點的位置. AI堿基對同樣很重要.,24.18 The 3ends of polI and polIII transcripts are generated by termination. 終止反應(yīng)產(chǎn)生聚合酶I和聚合酶III轉(zhuǎn)錄物的3端.,RNA聚合酶I在18個堿基終止序列處終止轉(zhuǎn)錄. RNA聚合酶III在G-C富含序列中的poly(U)4序列處終止轉(zhuǎn)錄.,當(dāng)終止產(chǎn)生3端, RNA聚合酶和RNA在DNA的終止

11、子序列上被釋放.,當(dāng)核酸內(nèi)切酶在RNA的特定序列處切割并產(chǎn)生3端時, RNA聚合酶繼續(xù)轉(zhuǎn)錄.,24.19 The 3ends of mRNAs are generated by cleavage and polyadenylation. mRNA的3端由切割和多聚腺苷酸化產(chǎn)生.,序列AAUAAA是一種切割信號, 用于產(chǎn)生多聚腺苷酸化的mRNA 3端. 特異性因子和核酸內(nèi)切酶在AAUAAA下游切割mRNA. 特異性因子和poly(A)聚合酶在3端連續(xù)添加約200個A殘基.,序列AAUAAA是切割產(chǎn)生3端和多聚腺苷酸化所必需的.,3端加工復(fù)合體具有多種活性, 每個CPSF和CF都有數(shù)個亞基, 其余組分為單體.,24.20 Cleavage of the 3 end of histone mRNA may require a small RNA. 組蛋白mRNA的3端切割可能需要小RNA.,組蛋白mRNA不被多聚腺苷酸化, 它們的3端由切割反應(yīng)產(chǎn)生, 它依賴于mRNA的結(jié)構(gòu). 切割反應(yīng)需要SLBP結(jié)合到莖環(huán)結(jié)構(gòu), 以及需要U7 snRNA與相鄰單鏈區(qū)配對.,組蛋白H3 mRNA 3端的產(chǎn)生取決于3端一個保守的發(fā)夾結(jié)構(gòu)和一段能和U7 snRNA配對的序列.,24.21 Production of rRNA requires cleavage events. rRNA的產(chǎn)生需要切割反