1、真核生物真核生物RNA的轉錄和后的轉錄和后加工加工 轉錄：以轉錄：以DNA為為模板合成模板合成RNA的的過程。過程。參與轉錄的物質參與轉錄的物質原料原料: NTPATP, UTP, GTP, CTP模板模板: DNA酶酶: RNA聚合酶聚合酶RNA polymerase, RNA-pol其他蛋白質因子其他蛋白質因子真核生物真核生物 RNA聚合酶聚合酶 三種三種RNA-pol I 、II、III 一轉錄起始一轉錄起始 真核生物的轉錄起始上游區段比原真核生物的轉錄起始上游區段比原核生物核生物 多樣化，轉錄起始時，多樣化，轉錄起始時，RNA-pol不不直接結直接結 合模板合模板DNA，而是借助眾多轉

2、錄，而是借助眾多轉錄因子，其起始過程比原核生物復雜。因子，其起始過程比原核生物復雜。* 真核生物的轉錄起始是在轉錄因子真核生物的轉錄起始是在轉錄因子(TF)的的協助下，協助下，RNA聚合酶識別結合轉錄起始點聚合酶識別結合轉錄起始點上游的上游的DNA序列序列 (啟動子啟動子)，生成起始前復，生成起始前復合物。合物。1. 轉錄起始前的上游區段轉錄起始前的上游區段順式作用元件順式作用元件(cis-acting element)順式作用元件是指與構造基因串聯的特定順式作用元件是指與構造基因串聯的特定DNA序列序列，是轉錄因子的結合位點，它們經過與轉錄因子，是轉錄因子的結合位點，它們經過與轉錄因子結合而

3、調控基因轉錄的準確起始和轉錄效率。結合而調控基因轉錄的準確起始和轉錄效率。 轉錄起始點轉錄起始點TATA盒盒CAAT盒盒GC盒盒 AATAAA轉錄終止點轉錄終止點 外顯子外顯子 翻譯起始點翻譯起始點內內含含子子 OCT-1 OCT-1：ATTTGCAT八聚體八聚體2. 轉錄因子轉錄因子 能直接或間接識別和結合轉錄上游區段能直接或間接識別和結合轉錄上游區段DNA的蛋白質，統稱為反式作用因子的蛋白質，統稱為反式作用因子(trans-acting factors)。 反式作用因子中，直接或間接結合反式作用因子中，直接或間接結合RNA聚聚合酶的，那么稱為轉錄因子合酶的，那么稱為轉錄因子(trans-c

4、riptional factors, TF)。 參與參與RNA聚合酶聚合酶轉錄的轉錄因子轉錄的轉錄因子TF轉錄因子轉錄因子亞基和亞基和(或或)分子量分子量kDa功能功能TFDTBP，38結合結合TATA盒盒TAF輔助輔助TBP-DNA結合結合TFA12，19，35穩定穩定D-DNA復合物復合物TFB33促進促進RNA-pol結合結合TFF30，74解螺旋酶解螺旋酶TFE57()，34()ATPaseTFH蛋白激酶，使蛋白激酶，使CTD磷磷酸化酸化3. 轉錄起始前復合物轉錄起始前復合物(pre-initiation complex, PIC) 真核生物真核生物RNA-pol不與不與DNA分子直接

5、結合，分子直接結合，而需依托眾多的轉錄因子。而需依托眾多的轉錄因子。TATADNARNA pol IITF II FTBP TAF TATADNATF II ATF II BTF II E轉錄前起始復合物TF II H4. 拼板實際拼板實際(piecing theory) 一個真核生物基因的轉錄需求一個真核生物基因的轉錄需求3至至5個個轉錄因子。轉錄因子之間相互結合，生成轉錄因子。轉錄因子之間相互結合，生成有活性和專注性的復合物，再與有活性和專注性的復合物，再與RNA聚合聚合酶搭配而有針對性地結合、轉錄相應的基酶搭配而有針對性地結合、轉錄相應的基因。因。 二轉錄延伸二轉錄延伸 真核生物轉錄延伸

6、過程與原核生物大致類真核生物轉錄延伸過程與原核生物大致類似，但因有核膜相隔，沒有轉錄與翻譯同似，但因有核膜相隔，沒有轉錄與翻譯同步的景象。步的景象。 RNA-pol前移處處都遇上核小體。前移處處都遇上核小體。 轉錄延伸過程中可以察看到核小體移位和轉錄延伸過程中可以察看到核小體移位和解聚景象。解聚景象。轉錄延伸中的核小體移位轉錄延伸中的核小體移位RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小體核小體轉錄方向轉錄方向三轉錄終止三轉錄終止 終止過程：終止過程： 酶停頓添加底物酶停頓添加底物釋放釋放RNA鏈鏈酶解離酶解離 終止反響終止反響雜合雙鏈的氫鍵斷裂，雜合雙鏈的氫鍵斷裂， 重新構成雙螺旋，酶的解

7、離。重新構成雙螺旋，酶的解離。 終止子終止子terminator：在轉錄的過程中，：在轉錄的過程中，提供轉錄終止信號的提供轉錄終止信號的RNA序列序列 真正起終止作用的是真正起終止作用的是RNA序列，與啟動子序列，與啟動子不同不同真核生物的轉錄后修飾真核生物的轉錄后修飾Post-transcriptional Modification 在細胞內，原初轉錄產物經過一系列變化在細胞內，原初轉錄產物經過一系列變化轉變轉變 為成熟的為成熟的 RNA分子的過程，稱為轉錄后加分子的過程，稱為轉錄后加工工post- transcriptional processing RNA RNA加工反響的分類加工反響的

8、分類加工反響加工反響舉例舉例剪切剪切使使rRNArRNA和和tRNAtRNA從多順反子轉錄本中釋放，終止真核生物從多順反子轉錄本中釋放，終止真核生物mRNAmRNA轉錄轉錄內切降解內切降解加工加工rRNArRNA和和tRNAtRNA產生成熟末端產生成熟末端核酸轉移核酸轉移轉移轉移CCACCA到某些到某些tRNAtRNA的的33末端末端堿基化學修飾堿基化學修飾mRNAmRNA和和rRNArRNA的甲基化，的甲基化，tRNAtRNA和和snRNAsnRNA普遍堿基修飾普遍堿基修飾核酸切除和交換核酸切除和交換tRNAtRNA鳥嘌呤的過度修飾產生二氫尿嘧啶鳥嘌呤的過度修飾產生二氫尿嘧啶(Q)(Q)和假

9、尿嘧啶和假尿嘧啶(W)(W)加帽加帽在真核生物在真核生物mRNA 5mRNA 5末端加上末端加上7-7-甲基鳥嘌呤甲基鳥嘌呤多腺苷酸化多腺苷酸化在大多數真核生物和少數細菌在大多數真核生物和少數細菌mRNA 3mRNA 3末端加上多腺苷酸尾巴末端加上多腺苷酸尾巴剪接剪接( (轉接轉接) )去除大多數內含子去除大多數內含子( (經常是順式，偶爾反式經常是順式，偶爾反式) )剪接剪接( (銜接銜接) )去除去除tRNAtRNA內含子內含子編輯編輯經過堿基修飾改動經過堿基修飾改動mRNAmRNA所攜帶信息，在編碼區中插入或缺失堿基所攜帶信息，在編碼區中插入或缺失堿基引自tabl 27.1，Richar

10、d M .Twyman,BIOS Scintific publishers limited,1998 一、一、mRNA的轉錄后加工的轉錄后加工(一一)首尾的修飾首尾的修飾 1. 5 -端加帽：端加帽：m7GpppG 2. 3 -端加尾：多聚腺苷酸端加尾：多聚腺苷酸 (poly A) 3. 剪接剪接 ：外顯子和內含子、斷裂基因：外顯子和內含子、斷裂基因(interrupted gene) 4.編輯編輯注：帽子構造中注：帽子構造中G未甲基化，翻譯效果差，但穩定性不變未甲基化，翻譯效果差，但穩定性不變mRNA鳥苷酰轉移酶鳥苷酰轉移酶帽子構造帽子構造 二二mRNA的剪接的剪接1. hnRNA 和和 s

11、nRNA hnRNA 成熟成熟 mRNA 前身含非編碼內前身含非編碼內含子含子 snRNP(small nuclear ribonucleoprotein，小核核糖核蛋白體，小核核糖核蛋白體) 由由snRNA和核和核內蛋白質組成，作為內蛋白質組成，作為RNA剪接場所。剪接場所。斷裂基因斷裂基因(splite gene) 真核生物構造基因，由假設干個編碼區和真核生物構造基因，由假設干個編碼區和非編碼區相互間隔開但又延續鑲嵌而成，非編碼區相互間隔開但又延續鑲嵌而成，去除非編碼區再銜接后，可翻譯出由延續去除非編碼區再銜接后，可翻譯出由延續氨基酸組成的完好蛋白質，這些基因稱為氨基酸組成的完好蛋白質，這

12、些基因稱為斷裂基因。斷裂基因。ABCDEFGL1234567非編碼區非編碼區 AG編碼區編碼區172. 外顯子外顯子(exon)和內含子和內含子(intron) 外顯子外顯子 在斷裂基因及其初級轉錄產物上出現，并在斷裂基因及其初級轉錄產物上出現，并表達為成熟表達為成熟RNA的核酸序列。的核酸序列。 內含子內含子 隔斷基因的線性表達而在剪接過程中被除隔斷基因的線性表達而在剪接過程中被除去的核酸序列。去的核酸序列。 雞卵清蛋雞卵清蛋白基因白基因hnRNA首、尾修飾首、尾修飾hnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNA雞卵清蛋白基因及其轉錄、轉錄后修飾雞卵清蛋白基因及其轉錄、轉錄后修飾3. 內含子的分類內

13、含子的分類 I：主要存在于線粒體、葉綠體及某些低等真核生物：主要存在于線粒體、葉綠體及某些低等真核生物的的 rRNA基因；基因；II：也發現于線粒體、葉綠體，轉錄產物是：也發現于線粒體、葉綠體，轉錄產物是mRNA； III：是常見的構成套索構造后剪接，大多數：是常見的構成套索構造后剪接，大多數mRNA基基因有此類內含子；因有此類內含子； IV：是：是tRNA基因及其初級轉錄產物中的內含子，剪基因及其初級轉錄產物中的內含子，剪接過程需酶及接過程需酶及ATP。4. mRNA的剪接的剪接 除去除去hnRNA中的內含子，將外顯子銜接。中的內含子，將外顯子銜接。 snRNP與與hnRNA結合成為并接體。

14、結合成為并接體。 1剪接接口邊境序列剪接接口邊境序列 內含子內含子5-末端末端的的GU和和3-末端末端AG，也即，也即5 GUAG-OH 3 。 2剪接體剪接體splicesome 由由snRNP與與hnRNA結合的復合體。其功能：致內含子構成套結合的復合體。其功能：致內含子構成套索，并使上、下游外顯子接近的。索，并使上、下游外顯子接近的。 RNA編輯作用闡明，基因的編碼序列經過轉錄編輯作用闡明，基因的編碼序列經過轉錄后加工，是可有多用途分化的，因此也稱為分后加工，是可有多用途分化的，因此也稱為分化加工化加工(differential RNA processing)。5. mRNA的編輯的編輯

15、(mRNA editing) 指在轉錄程度上發生改動指在轉錄程度上發生改動 RNA 編碼序列，致一種基因產生編碼序列，致一種基因產生不止一種蛋白質的加工方式。不止一種蛋白質的加工方式。tRNA的加工分成的加工分成3個階段個階段 (1)“斬頭，構成斬頭，構成5末端。末端。RNaseP識別二級構造識別二級構造發發夾所組成的夾所組成的tRNA(外部引導區外部引導區 )。 (2) 去尾，構成去尾，構成3-OH末端。由內切酶和外切酶的共同參與。末端。由內切酶和外切酶的共同參與。前者識別發夾構造，后者識別前者識別發夾構造，后者識別CCA序列。序列。 (3)修飾：在前體修飾：在前體tRNA的一些專注部位的堿

16、基需求經過甲基的一些專注部位的堿基需求經過甲基化酶，硫醇酶，假尿嘧啶核苷化酶等的作用進展修飾成為化酶，硫醇酶，假尿嘧啶核苷化酶等的作用進展修飾成為特殊的堿基，如氨基酸臂上特殊的堿基，如氨基酸臂上5的的4-硫尿苷硫尿苷4tu，D臂上臂上的的2甲基鳥苷甲基鳥苷2mG，TC臂上的假尿苷臂上的假尿苷以及反以及反密碼子環上的密碼子環上的2異戊腺苷異戊腺苷2ipA 二、二、tRNA的轉錄后加工的轉錄后加工tRNA前體前體TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNARNAaseP、內切酶內切酶銜接酶銜接酶tRNA核苷酸核苷酸轉移酶轉移酶堿基修飾堿基修飾2復原反響復原反響 如：如：U DHU 3核苷內的轉位反響核苷內的轉位反響 如：如：U 4脫氨反響脫氨反響 如：如：A I 如：如：A Am1甲基化甲基化1 11 13 32 24 4三、三、rRNA的轉錄后加工的轉錄后加工 1 . 甲基化甲基化 先于切割拼接，主要位置在核糖先于切割拼接，主要位置在核糖- 2-OH 上，約占上，約占2%(真核真核)左右。左右。 真核真核rRNA甲基化程度比原核的高甲基化程度比原核的高 2 .rRNA前體剪切成一定鏈長的前體