分子生物学-RNA剪接

这是一篇关于分子生物学-RNA剪接思维导图，包含剪接过程、剪接类型、正确剪接等。

RNA剪接

• 剪接过程
  • 剪接位点：内含子5'端GU，3'端AG，分支点A
  • 剪接体执行剪接功能
    • 剪接体组成：小核内核糖蛋白snRNP形成的巨型复合体，剪接反应不同时期成分不同。snRNP：核内小RNA（剪接体中的RNA，U1-5）与与蛋白质复合物。
    • snRNP在剪接中的功能：①识别5'剪接位点和分支点。②按需要把这两个位点集合到一起。③（协助）催化RNA剪接和连接反应。
    • 剪接体的组装
      • 首先，通过其snRNA与pre-RNA之间的碱基配对，5'剪接位点被U1snRNP识别，形成早期（E）复合体。
      • 随后，在U2AF（U2辅助因子）协助下，U2 snRNP取代BBP（分支点结合蛋白）结合到分支点，这样形成的复合体称为A复合体。
      • A复合体通过重排把三个剪接位点拉到一起，U4,U5,U6（合称三联snRNP\tri-snRNP）分布加入复合体，A转变成B复合体。
      • 随后，U1离开剪接体，其在5'剪接位点的位置由U6取代。
    • 剪接体的重排
      • 重排后的剪接体叫C复合体，具有活性位点（主要由RNA构成，仅在剪接体组装时期形成）。
    • 剪接体的催化反应
      • 剪接两步转酯反应
        • 转酯反应本身不消耗能量，以套索结构去除。正确组装和运输剪接机器需要ATP。
        • 第一步转酯反应是由分支点保守腺苷酸的2'羟基引发的
        • 第二步转酯反应中，5'外显子新游离出来的3'羟基反过来作为亲核基团，攻击3'剪接位点的磷酰基团。
      • 最后释放出mRNA产物以及snRNP，套索结构降解
• 剪接类型
  • 细胞核pre-RNA
    • 常见，适用于大多数真核基因
    • 两步转酯反应，分支点为A
    • 催化机器主要为剪接体
  • 自剪接
    • Ⅰ类自剪接
      • 罕见
      • 两步转酯反应，分支点为G，释放线形内含子非套索
      • 催化机器为内含子编码的酶
    • Ⅱ类自剪接
      • 罕见
      • 与pre-RNA相同
      • 催化机器同Ⅰ
    • 两者区别
      • Ⅰ比Ⅱ小，有一个保守二级结构，可容纳核糖形式的G
      • Ⅰ类自剪接内含子含有一段“内在指导序列”，与5'剪接位点序列配对，确定G亲核攻击位置
• 正确剪接
  • 剪接错误原因
    • 内含子长度远超于外显子
    • 剪接位点保守序列相当宽松，出现频率高
  • 错误类型
    • 遗漏剪接位点
    • 与剪接位点临近的非法位点被错认为剪接位点
  • 增加剪接位点选择准确性的机制
    • 一：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。当在新合成的RNA分子上遇到5'剪接位点时，那些蛋白质就从RNA复制酶Ⅱ的C端转移到RNA分子上。剪接体一旦结合5'位点，会准备好与结合下一个3'位点的成分作用，提前识别出正确的3'剪接位点。
    • 二：确保优先识别临近外显子的剪接位点，以防止错误剪接
      • SR蛋白（富含Ser和Arg）结合到外显子中的外显子剪接增强子（ESE）。结合到这些位点的SR蛋白与剪接机器的组分相互作用，将其引导到附近的剪接位点。
      • 通过与剪接体组装和工作时形成的RNA：RNA杂合体发生相互作用及对后者的稳定来实现。
• 可变剪接
  • 机制：两步转酯反应，通过选择不同剪接位点产生多种mRNA
  • 调控
    • 剪接调控蛋白可结合到外显子\内含子剪接增强子（ESE\ISE），或者外显子\内含子剪接减弱子（ESS\ISS）
    • SR蛋白利用某个结构域结合RNA，如RNA识别基序RRM，其另一富含Arg和Ser的结构域介导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。
    • 多数减弱子被不均一核糖核蛋白hnRNP家族成员识别，可以结合RNA不能募集剪接体，因此能阻断特定的剪接位点。
  • 意义
    • 产生多个蛋白质产物异构体，一个基因编码多种功能。
    • 开启或关闭只编码一种功能的基因：外显子含有终止密码子导致产生无功能蛋白，含有内含子则阻止mRNA转运。
• RNA编辑
  • 机制
    • 位点特异性脱氨基作用
      • 形式一：mRNA中某个特异选择的胞嘧啶经过胞苷脱氨酶脱氨基变成尿嘧啶
      • 形式二：作用于RNA的腺苷脱氨酶ADAR催化腺嘌呤脱氨基作用产生次黄嘌呤
    • 引导RNA（gRNA）指导的尿嘧啶插入或删除
      • gRNA结构
        • 5'端“锚”区，负责引gRNA到达它所要编辑的mRNA目标区域
        • 第二区用于精确定位在被编辑的序列中尿嘧啶将插入的位置
        • 第三区位于3'端，一端多聚尿嘧啶序列
      • 机制
        • gRNA的一段序列与mRNA上被编辑区互补配对，有几个多余腺嘌呤，在gRNA上的位置与将要在mRNA上插入尿嘧啶的位置相反
        • gRNA与mRNA形成RNA-RNA双链，而在将要插入尿嘧啶的相对位置形成突出的单链环结构。
        • 一种核酸内切酶识别并切开与环相对的mRNA，由3'端尿苷酰转移酶TUT催化在缺口处加入尿嘧啶
        • 尿嘧啶加入后，RNA连接酶将缺口连接，gRNA编辑区沿mRNA3‘→5’方向继续发挥作用
  • 生物学意义
    • 校正作用：有些基因在突变过程中丢失的遗传信息可以通过RNA编辑得以修复
    • 调控翻译：通过编辑可以构建或去除起始密码子和终止密码子，是基因表达调控的一种方式
    • 扩充遗传信息：能够使基因产物获得新的结构和功能，有利于生物的进化。