Mindmap --- RNA 的转录后加工

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现代分子生物学 思维导图 — RNA 的复制之 RNA 的转录后加工。

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  • RNA 的转录后加工
    • RNA 的类型和功能
      • hnRNA：核内不均一 RNA，成熟 mRNA 前体 pre-mRNA；定位核内
      • snRNA：核小 RNA，参与 hnRNA 的剪接、转运；定位核内
      • scRNA：小胞质 RNA，“蛋白质内质网定位合成” 的信号识别体的组成成分；定位胞内
      • rRNA：核蛋白体组成成分
      • tRNA：转运氨基酸
      • mRNA：蛋白质合成模板
    • RNA 的加工
      • 原核生物
        • mRNA 不需要加工
        • tRNA 前体的加工
          • 加工 tRNA 前体 3‘端的核酸内切酶是 RNase F
          • 负责修 剪的核酸外切酶可能主要是 RNase D
          • 加工 tRNA 前体 5‘端的核酸内切酶是 RNase P
        • rRNA 前体的加工
          • E.coli 共有 7 个不同的 rRNA 操纵子 (rrnA-rrnG) 分散分布在整个基因 组上
          • 每个操纵子的原初转录物为 30S (约 6500bp) 前体分子，5’端为 pppA
          • 转录与加工同时进行
      • 真核生物
        • pre-mRNA 要经过复杂的加工历程，包括加帽、加尾和内含子的剪接等
        • tRNA 前体的加工
          • 真核生物 tRNA 基因的数目比原核生物 tRNA 基因的数目要大得多。
          • 真核生物的 tRNA 也成簇排列，并且被间隔区所分开
          • 真核生物 tRNA 前体的 3‘端不含 CCA 序列，成熟 tRNA 3’端的 CCA 是后加上去 的，由核苷酸转移酶催化此反应。
          • tRNA 的修饰成分由特异的修饰酶所催化。真核生物的 tRNA 除含有修饰碱基 外，还有 2‘-O - 甲基核糖，其含量约为核苷酸的百分之一。
          • 有些 tRNA 还具有居间序列，需要进一步拼接
        • rRNA 前体的加工
          • 哺乳动物转录产生 45S rRNA 前体，果蝇是 38S；酵母是 37S
          • 在核仁内进行
        • RNA 前体的加工
          • RNA 的拼接方式
            • 核 mRNA 的拼接体的拼接
              • mRNA 内含子的结构特点
                • 边界顺序：符合 GU-AG 法则
                • 分枝点顺序：为 Py 80 NPy 80 Py 87 Pu 75 APy 95 其中 A 为百分之百的保守，且具有 2′-OH, 位于内含子 3‘剪接位点 18-40 核苷酸处
              • 连续两次的转酯反应
                • Step 1: 分支位点保守的 A 的 2‘ OH 攻击 5’剪切位点保守 G 的磷酰基，5‘端外显子 得到释放，内含子的 5’末端形成三叉交汇点 (three-way junction structure)
                • Step 2: 5‘端外显子攻击 3’剪切位点的磷酰基。结果 5‘和 3’外显子连接在一起，内含子以套索 (lariat) 形式释放。
              • 剪接过程中 snRNPs 的 3 个功能
                • 识别 5’ 剪接为点和分支为点
                • Bringing those sites together
                • 催化（或帮助催化）RNA cleavage
            • 类型 I 自我拼接
              • 35S RNA 在 GTP 的作用下可以自我剪接
              • 两次转酯反应
                • 第一次：由一个游离的鸟苷 或鸟苷酸介导，鸟苷或鸟苷酸 3′-OH 作为亲核基团攻击内含子 5′的磷酸二 酯键，从上游切开 RNA 链。
                • 第二次：上游外显子 3′-OH 攻击内含子 3′位核苷酸上的磷酸二酯 键，使外显子 1 和外显子 2 联结。
                • 之后释放出内含子
            • 类型 II 自我拼接
              • 结构特点：
                • 边界序列为 5′↓GUGCG……YnAG↓;
                • 有 6 个茎环结构；有分支点顺序 branch-point sequence
              • 无需鸟苷的辅助，但需要镁离子的存在
              • 分枝点 A 的 2′-OH 对 5′端交界 处的磷酸二酯键发动亲核进攻，产生了套索 (lariat) 结构；
              • 切下的外显子 1 其 3′-OH 继续 对内含子 3′端的交界序列进行 亲核进攻，同时释放出套索状 的内含子。
              • 核酶
                • Ribozyme 是指本质为 RNA 或以 RNA 为主含有 蛋白质辅基的一类具有催化功能的物质。
                • 和传统酶的区别
                  • 一般的酶是纯的蛋白质，而核酶是 RNA 或者带有蛋白的 RNA
                  • 核酶既是催化剂又是底物，而酶仅仅催化反应
                • 核酶发现的意义
                  • 生命的最初形式可能是 RNA，其兼有 DNA 和蛋白质的功能
                  • 在进化过程中作为遗传模板的功能让位于 DNA（RNA 不稳定），作为催化剂的功能让位于蛋白质
                  • 利用其机制，设计合成特异性切割病毒 RNA 或其它 RNA 的核酶，以便于治疗 包括爱滋病、癌症在内的疾病。
            • 核 tRNA 的酶促拼接
          • 剪接过程
            • 装配
              • 装配步骤一
                • U1 识别 5’ 剪接位点 (碱基互补配对)
                • U2AF (U2 辅助因子，U2 auxiliary factor) 的一个亚单位 (65KDa) 结合 到嘧啶富集区 ( Py tract ), 另一个亚单位 (35KDa) 结合到 3‘剪接位点。
                • 早期复合体 (Early (E) complex ) 形成
              • 装配步骤二
                • 在 U2AF 的帮助下，U2 取代 BBP 结合到分枝点，A 复合体 (A complex) 形成。
                • U2 和分枝点之间的碱基配对 (A 周围), 使分支点 A 核苷酸残基突出。这个参与 与 5’ 剪接位点的反应。
              • 装配步骤三
                • U4, U5 和 U6 形成三联 snRNP 颗粒 (tri-snRNP).
                • tri-snRNP 进入复合体，A 复合体转变为 B 复合体.
              • 装配步骤四
                • U1 离开复合体，由 U6 代替结合在 5‘剪 接位点。
                • U4 释放，使 U6 与 U2 相互作用，重排 后的复合体称为 C 复合体.
            • 催化
              • 催化步骤一：C 复合物的形成，U2 和 U6 RNA 的配对，产生催化活性位点，活性位点的形成并置 (juxtaposes) 5’ 剪接位点和分之点，使分支的 A 残 基攻击 5’ 剪接位点，完成第一次转酯反应。
              • 催化步骤二：U5 snRNP 帮助两个外显子靠近和第二次转酯反应 (of the 5’ 外 显子的 3’-OH 攻击 3’ 剪接位点.
            • 最后的步骤
              • 释放出 mRNA 产物及 snRNP；起初、snRNP 仍然与内含子形成的套索结合在一起，随着后者的快速降解，snRNA 又进入下一轮循环
            • 顺式剪接
              • 剪接过程发生在一个 RNA 分子的内部，即通过剪接 将一个 RNA 分子的内含子去除，使外显子连接在一起。
            • 反式剪接
              • 以两种不同来源的 RNA 前体分子为底物，经过剪 接在成熟的 mRNA 非翻译部分接上一小段 RNA 片段 (剪接前导序列或小外显子)
RNA 的转录后加工RNA的类型和功能hnRNA：核内不均一RNA，成熟mRNA前体 pre-mRNA；定位核内snRNA：核小RNA，参与hnRNA的剪接、转运；定位核内scRNA：小胞质RNA，“蛋白质内质网定位合成”的信号识别体的组成成分；定位胞内rRNA：核蛋白体组成成分tRNA：转运氨基酸mRNA：蛋白质合成模板RNA的加工原核生物mRNA不需要加工tRNA前体的加工加工tRNA前体3‘端的核酸内切酶是RNase F负责修 剪的核酸外切酶可能主要是RNase D加工tRNA前体5‘端的核酸内切酶是RNase PrRNA前体的加工E.coli共有7个不同的rRNA操纵子( rrnA-rrnG) 分散分布在整个基因 组上每个操纵子的原初转录物为30S(约6500bp)前体分子,5’端为pppA转录与加工同时进行真核生物pre-mRNA要经过复杂的加工历程，包括加帽、加尾和内含子的剪接等tRNA前体的加工真核生物tRNA基因的数目比原核生物tRNA基因的数目要大得多。真核生物的tRNA也成簇排列,并且被间隔区所分开真核生物tRNA前体的3‘端不含CCA序列,成熟tRNA 3’端的CCA是后加上去 的,由核苷酸转移酶催化此反应。tRNA的修饰成分由特异的修饰酶所催化。真核生物的tRNA除含有修饰碱基 外,还有2‘-O-甲基核糖,其含量约为核苷酸的百分之一。有些tRNA还具有居间序列,需要进一步拼接rRNA前体的加工哺乳动物转录产生45S rRNA前体，果蝇是38S；酵母是37S在核仁内进行RNA前体的加工RNA的拼接方式核mRNA的拼接体的拼接mRNA内含子的结构特点边界顺序:符合GU-AG法则分枝点顺序:为Py 80 NPy 80 Py 87 Pu 75 APy 95 其中A为百分之百的保守,且具有2′-OH, 位于内含子3‘剪接位点18-40核苷酸处连续两次的转酯反应Step 1: 分支位点保守的A的2‘ OH攻击5’剪切位点保守G的磷酰基,5‘端外显子 得到释放,内含子的5’末端形成三叉交汇点(three-way junction structure)Step 2: 5‘端外显子攻击3’剪切位点的磷酰基。结果5‘和3’外显子连接在一起, 内含子以套索( lariat)形式释放。剪接过程中snRNPs的3个功能识别 5’ 剪接为点和分支为点Bringing those sites together催化（或帮助催化）RNA cleavage类型I自我拼接35S RNA在GTP的作用下可以自我剪接两次转酯反应第一次：由一个游离的鸟苷 或鸟苷酸介导,鸟苷或鸟苷酸3′-OH 作为亲核基团攻击内含子5′的磷酸二 酯键,从上游切开RNA链。第二次：上游外显子3′-OH 攻击内含子3′位核苷酸上的磷酸二酯 键,使外显子1和外显子2联结。之后释放出内含子类型II自我拼接结构特点：边界序列为 5′↓GUGCG……YnAG↓;有6个茎环结构; 有分支点顺序branch-point sequence无需鸟苷的辅助，但需要镁离子的存在分枝点A的2′-OH对5′端交界 处的磷酸二酯键发动亲核进攻, 产生了套索(lariat)结构;切下的外显子1其3′-OH继续 对内含子3′端的交界序列进行 亲核进攻,同时释放出套索状 的内含子。核酶Ribozyme是指本质为RNA或以RNA为主含有 蛋白质辅基的一类具有催化功能的物质。和传统酶的区别一般的酶是纯的蛋白质，而核酶是RNA或者带有蛋白的RNA核酶既是催化剂又是底物，而酶仅仅催化反应核酶发现的意义生命的最初形式可能是RNA，其兼有DNA和蛋白质的功能在进化过程中作为遗传模板的功能让位于DNA（RNA不稳定），作为催化剂的功能让位于蛋白质利用其机制,设计合成特异性切割病毒RNA或其它RNA的核酶,以便于治疗 包括爱滋病、癌症在内的疾病。核tRNA的酶促拼接剪接过程装配装配步骤一U1 识别 5’ 剪接位点(碱基互补配对)U2AF(U2辅助因子,U2 auxiliary factor)的一个亚单位(65KDa)结合 到嘧啶富集区( Py tract ),另一个亚单位(35KDa)结合到3‘剪接位点。早期复合体(Early (E) complex )形成装配步骤二在U2AF的帮助下,U2 取代BBP结合到分枝点,A复合体( A complex )形成。U2 和分枝点之间的碱基配对(A周围), 使分支点A核苷酸残基突出. 这个参与 与5’ 剪接位点的反应。装配步骤三U4, U5 和U6 形成三联snRNP颗粒(tri-snRNP).tri-snRNP 进入复合体,A复合体转变为 B复合体.装配步骤四U1 离开复合体, 由 U6 代替结合在5‘剪 接位点。U4 释放, 使 U6 与 U2相互作用,重排 后的复合体称为C复合体.催化催化步骤一：C复合物的形成,U2和U6 RNA的配对,产生催化活性位点, 活性位点的形成并置 (juxtaposes ) 5’ 剪接位点和分之点, 使分支的A残 基攻击5’ 剪接位点,完成第一次转酯反应。催化步骤二:U5 snRNP帮助两个外显子靠近和第二次转酯反应(of the 5’ 外 显子的 3’-OH 攻击 3’ 剪接位点.最后的步骤释放出mRNA产物及snRNP；起初、snRNP仍然与内含子形成的套索结合在一起，随着后者的快速降解，snRNA又进入下一轮循环顺式剪接剪接过程发生在一个RNA分子的内部,即通过剪接 将一个RNA分子的内含子去除,使外显子连接在一起。反式剪接以两种不同来源的RNA前体分子为底物,经过剪 接在成熟的mRNA非翻译部分接上一小段RNA片段(剪接前导序列或小外显子)