Mindmap --- RNA 的转录后加工

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)