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1、真核生物的转录和后加工第1页，本讲稿共39页转录：以转录：以DNA为为模板合成模板合成RNA的的过程。过程。第2页，本讲稿共39页参与转录的物质参与转录的物质原料原料:NTP（ATP,UTP,GTP,CTP）模板模板:DNA酶酶:RNA聚合酶（聚合酶（RNA polymerase,RNA-pol）其他蛋白质因子其他蛋白质因子第3页，本讲稿共39页真核生物真核生物 RNA聚合酶聚合酶 三种三种RNA-pol I、II、III第4页，本讲稿共39页真核生物真核生物真核生物真核生物RNARNA聚合酶的特性聚合酶的特性聚合酶的特性聚合酶的特性类别类别类别类别I IIIIIIIIIII细胞内位置细胞内位
2、置细胞内位置细胞内位置核仁核仁核仁核仁核质核质核质核质核质核质核质核质转录产物转录产物转录产物转录产物除除除除5S-rRNA5S-rRNA外其余外其余外其余外其余rRNArRNAhnRNAhnRNAtRNAtRNAsnRNAsnRNA5S-RNA5S-RNA占占占占RNARNA转录转录转录转录总量总量总量总量50-70%50-70%20-40%20-40%10%10%对对对对-鹅膏蕈鹅膏蕈鹅膏蕈鹅膏蕈（xunxun）碱的敏）碱的敏）碱的敏）碱的敏感性感性感性感性耐受耐受耐受耐受高度敏感高度敏感高度敏感高度敏感中等敏感中等敏感中等敏感中等敏感(物种特异性物种特异性物种特异性物种特异性)注：鹅膏覃
3、碱是真核生物注：鹅膏覃碱是真核生物注：鹅膏覃碱是真核生物注：鹅膏覃碱是真核生物 RNA-pol RNA-pol 的特异性抑制剂的特异性抑制剂的特异性抑制剂的特异性抑制剂 第5页，本讲稿共39页真核生物的转录过程真核生物的转录过程（一）（一）转录起始转录起始真核生物的转录起始上游区段比原核生物真核生物的转录起始上游区段比原核生物多样化，转录起始时，多样化，转录起始时，RNA-pol不直接结不直接结合模板合模板DNA，而是借助众多转录因子，其，而是借助众多转录因子，其起始过程比原核生物复杂。起始过程比原核生物复杂。第6页，本讲稿共39页*真真核核生生物物的的转转录录起起始始是是在在转转录录因因子子
4、(TF)的的协协助助下下，RNA聚聚合合酶酶辨辨认认结结合合转转录录起起始始点点上上游游的的DNA序序列列(启启动动子子)，生生成成起起始始前前复复合合物。物。第7页，本讲稿共39页1.转录起始前的上游区段转录起始前的上游区段顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)顺式作用元件是指与结构基因串联的特定顺式作用元件是指与结构基因串联的特定DNA序列序列，是转录因子的结合位点，它们通过与转录因子，是转录因子的结合位点，它们通过与转录因子结合而调控基因转录的精确起始和转录效率。结合而调控基因转录的精确起始和转录效率。转录起始点转录起始点TATA盒盒CAAT盒盒GC盒盒 AAT
5、AAA转录终止点转录终止点 外显子外显子 翻译起始点翻译起始点内内含含子子 OCT-1 OCT-1：ATTTGCAT八聚体八聚体第8页，本讲稿共39页2.转录因子转录因子 能直接或间接辨认和结合转录上游区段能直接或间接辨认和结合转录上游区段DNA的蛋白质，统称为的蛋白质，统称为反式作用因子反式作用因子(trans-acting factors)。反式作用因子中，直接或间接结合反式作用因子中，直接或间接结合RNA聚合聚合酶的，则称为酶的，则称为转录因子转录因子(trans-criptional factors,TF)。第9页，本讲稿共39页参与参与RNA聚合酶聚合酶转录的转录因子（转录的转录因子
6、（TF）转录因子转录因子亚基和亚基和(或或)分子量分子量（kDa）功能功能TFDTBP，38结合结合TATA盒盒TAF辅助辅助TBP-DNA结合结合TFA12，19，35稳定稳定D-DNA复合物复合物TFB33促进促进RNA-pol结合结合TFF30，74解螺旋酶解螺旋酶TFE57()，34()ATPaseTFH蛋白激酶，使蛋白激酶，使CTD磷酸磷酸化化第10页，本讲稿共39页3.转录起始前复合物转录起始前复合物(pre-initiation complex,PIC)真核生物真核生物RNA-pol不与不与DNA分子直接结合，分子直接结合，而需依靠众多的转录因子。而需依靠众多的转录因子。第11页
7、，本讲稿共39页TBP TAF TF II H第12页，本讲稿共39页4.拼板理论拼板理论(piecing theory)一个真核生物基因的转录需要一个真核生物基因的转录需要3至至5个个转录因子。转录因子之间互相结合，生成转录因子。转录因子之间互相结合，生成有活性和专一性的复合物，再与有活性和专一性的复合物，再与RNA聚合聚合酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基酶搭配而有针对性地结合、转录相应的基因。因。第13页，本讲稿共39页（二）转录延长（二）转录延长真核生物转录延长过程与原核生物大致相真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同似，但因有核膜相隔，没有转录与翻
8、译同步的现象。步的现象。RNA-pol前移处处都遇上核小体。前移处处都遇上核小体。转录延长过程中可以观察到核小体移位和转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象。解聚现象。第14页，本讲稿共39页转转录录延延长长中中的的核核小小体体移移位位RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体核小体转录方向转录方向第15页，本讲稿共39页（三）转录终止（三）转录终止终止过程：终止过程：酶停止添加底物酶停止添加底物释放释放RNA链链酶解离酶解离终止反应终止反应杂合双链的氢键断裂，杂合双链的氢键断裂，重新形成双螺旋，酶的解离。重新形成双螺旋，酶的解离。终止子（终止子（terminator）：在转录的过
9、程中，）：在转录的过程中，提供转录终止信号的提供转录终止信号的RNA序列序列真正起终止作用的是真正起终止作用的是RNA序列，与启动子序列，与启动子不同不同第16页，本讲稿共39页第17页，本讲稿共39页真核生物的转录后修饰真核生物的转录后修饰Post-transcriptional Modification第18页，本讲稿共39页在细胞内，原初转录产物经过一系列变化在细胞内，原初转录产物经过一系列变化转变转变为成熟的为成熟的 RNA分子的过程，称为转录后加分子的过程，称为转录后加工（工（post-transcriptional processing）第19页，本讲稿共39页 RNA RNA加工
10、反应的分类加工反应的分类加工反应加工反应举例举例剪切剪切使使rRNArRNA和和tRNAtRNA从多顺反子转录本中释放，终止真核生物从多顺反子转录本中释放，终止真核生物mRNAmRNA转录转录内切降解内切降解加工加工rRNArRNA和和tRNAtRNA产生成熟末端产生成熟末端核酸转移核酸转移转移转移CCACCA到某些到某些tRNAtRNA的的3 3末端末端碱基化学修饰碱基化学修饰mRNAmRNA和和rRNArRNA的甲基化，的甲基化，tRNAtRNA和和snRNAsnRNA普遍碱基修饰普遍碱基修饰核酸切除和替换核酸切除和替换tRNAtRNA鸟嘌呤的过度修饰产生二氢尿嘧啶鸟嘌呤的过度修饰产生二氢
11、尿嘧啶(Q)(Q)和假尿嘧啶和假尿嘧啶(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-甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤多腺苷酸化多腺苷酸化在大多数真核生物和少数细菌在大多数真核生物和少数细菌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(转接转接)去除大多数内含子去除大多数内含子(经常是顺式，偶尔反式经常是顺式，偶尔反式)剪接剪接(连接连接)去除去除tRNAtRNA内含子内含子编辑编辑通过碱基修饰改变通过碱基修饰改变mRNAmRNA所携带信息，在编码区中插入或缺失碱基所携带信息，在编码区中插入或缺失碱基引自Advanced Molecula
12、r Biologiy:A Concise Referencetabl 27.1，Richard M.Twyman,BIOS Scintific publishers limited,1998 第20页，本讲稿共39页一、一、mRNA的转录后加工的转录后加工(一一)首尾的修饰首尾的修饰 1.5-端加帽端加帽：m7GpppG 2.3-端加尾端加尾：多聚腺苷酸多聚腺苷酸(poly A)3.剪接剪接：外显子和内含子、断裂基因：外显子和内含子、断裂基因(interrupted gene)4.编辑编辑 第21页，本讲稿共39页5pppN5pppN5 p5 pNppippipppG pipppG pi5 G
13、ppp5 GpppN5 m5 m7 7GpppGpppN（S-S-腺苷甲硫氨酸）腺苷甲硫氨酸）腺苷甲硫氨酸）腺苷甲硫氨酸）CHCH3 3磷酸酶磷酸酶磷酸酶磷酸酶甲基化酶甲基化酶甲基化酶甲基化酶mRNAmRNAmRNAmRNAmRNAmRNAmRNAmRNA5-末端帽子的生成末端帽子的生成 先于剪接加工先于剪接加工注：帽子结构中注：帽子结构中G未甲基化，翻译效果差，但稳定性不变未甲基化，翻译效果差，但稳定性不变mRNA鸟苷酰转移酶鸟苷酰转移酶第22页，本讲稿共39页帽子结构帽子结构 第23页，本讲稿共39页3-末端多聚腺苷酸的合成末端多聚腺苷酸的合成先于剪接加工先于剪接加工 poly A pol
14、ymerase 催化，转录后修饰点催化，转录后修饰点序列（序列（AAUAAA）提供信号）提供信号 一般长度为一般长度为100200个腺苷酸个腺苷酸v v 第24页，本讲稿共39页（二）（二）mRNA的剪接的剪接1.hnRNA 和和 snRNA hnRNA 成熟成熟 mRNA 前身（含非编码内前身（含非编码内含子）含子）snRNP(small nuclear ribonucleoproteinsnRNP(small nuclear ribonucleoprotein，小核核糖，小核核糖，小核核糖，小核核糖核蛋白体核蛋白体核蛋白体核蛋白体)由由snRNA和核内蛋白质组成，和核内蛋白质组成，作为作为
15、RNA剪接场所。剪接场所。第25页，本讲稿共39页断裂基因断裂基因(splite gene)真核生物结构基因，由若干个编码区和非真核生物结构基因，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。裂基因。非编码区非编码区 AG编码区编码区17第26页，本讲稿共39页2.外显子外显子(exon)和内含子和内含子(intron)外显子外显子在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达在断裂基因及其初级转录产物上出
16、现，并表达为成熟为成熟RNA的核酸序列。的核酸序列。内含子内含子隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的隔断基因的线性表达而在剪接过程中被除去的核酸序列。核酸序列。第27页，本讲稿共39页鸡卵清蛋鸡卵清蛋白基因白基因hnRNA首、尾修饰首、尾修饰hnRNA剪接剪接成熟的成熟的mRNA鸡鸡卵卵清清蛋蛋白白基基因因及及其其转转录录、转转录录后后修修饰饰第28页，本讲稿共39页3.内含子的分类内含子的分类 I：主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的 rRNA基因；基因；II：也发现于线粒体、叶绿体，转录产物是也发现于线粒体、叶绿体，转录产物是mRNA
17、；III：是常见的形成套索结构后剪接，大多数是常见的形成套索结构后剪接，大多数mRNA基因有此基因有此类内含子；类内含子；IV：是是tRNA基因及其初级转录产物中的内含子，剪接过基因及其初级转录产物中的内含子，剪接过程需酶及程需酶及ATP。第29页，本讲稿共39页4.mRNA的剪接的剪接 除去除去hnRNA中的内含子，将外显子连接。中的内含子，将外显子连接。snRNP与与hnRNA结合成为并接体。结合成为并接体。（1）剪接接口（边界序列）剪接接口（边界序列）内含子内含子5-末端的末端的GU和和3-末端末端AG，也即，也即5 GUAG-OH 3。（2）剪接体（）剪接体（splicesome）由由
18、snRNP与与hnRNA结结合的复合体。其功能：致内含子形成套索，并使上、下游合的复合体。其功能：致内含子形成套索，并使上、下游外显子靠近的。外显子靠近的。第30页，本讲稿共39页 RNA编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后编辑作用说明，基因的编码序列经过转录后加工，是可有多用途分化的，因此也称为分化加加工，是可有多用途分化的，因此也称为分化加工工(differential RNA processing)。5.mRNA的编辑的编辑(mRNA editing)指在转录水平上发生改变指在转录水平上发生改变 RNA 编码序编码序列，致一种基因产生不止一种蛋白质的加工列，致一种基因产生不止一种蛋白质
19、的加工方式。方式。第31页，本讲稿共39页tRNA的加工分成的加工分成3个阶段个阶段 (1)“斩头斩头”，形成形成5末端。末端。RNaseP识别二级结构识别二级结构发夹所发夹所组成的组成的tRNA(外部引导区外部引导区)。(2)去尾去尾，形成，形成3-OH末端。由内切酶和外切酶的共同参与。前末端。由内切酶和外切酶的共同参与。前者识别发夹结构，后者识别者识别发夹结构，后者识别CCA序列。序列。(3)修饰修饰：在前体：在前体tRNA的一些专一部位的碱基需要通过的一些专一部位的碱基需要通过甲基化酶甲基化酶，硫醇酶硫醇酶，假尿嘧啶核苷化酶假尿嘧啶核苷化酶等的作用进行修饰成为特殊的碱基，如等的作用进行修
20、饰成为特殊的碱基，如氨基酸臂上氨基酸臂上5的的4-硫尿苷（硫尿苷（4tu），），D臂上的臂上的2甲基鸟苷甲基鸟苷（2mG），），TC臂上的假尿苷（臂上的假尿苷（）以及以及反密码子环上的反密码子环上的2异戊异戊腺苷（腺苷（2ipA）第32页，本讲稿共39页二、二、tRNA的转录后加工的转录后加工tRNA前体前体TGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA第33页，本讲稿共39页RNAaseP、内切酶内切酶连接酶连接酶第34页，本讲稿共39页tRNA核苷酸核苷酸转移酶转移酶第35页，本讲稿共39页碱基修饰碱基修饰（2）还原反应）还原反应 如：如：U DHU （3）核苷内的转位反应）核苷内的转
21、位反应 如：如：U （4）脱氨反应）脱氨反应 如：如：A I 如：如：A Am（1）甲基化）甲基化（1 1）（1 1）（3 3）（2 2）（4 4）第36页，本讲稿共39页三、三、rRNA的转录后加工的转录后加工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，约占上，约占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前体剪切成一定链长的前体剪切成一定链长的rRNA分子；分子；3.rRNA在修饰酶催化下进行碱基修饰在修饰酶催化下进行碱基修饰(原核生物原核生物)；4.rRNA与蛋白质结合形成核糖体的大、小亚基与蛋白质结合形成核糖体的大、小亚基第37页，本讲稿共39页rRNA的转录后加工的转录后加工转录转录剪接剪接18S-rRNA5.8S和和28S-rRNArDNA内含子内含子内含子内含子28S5.8S18S45S-rRNA第38页，本讲稿共39页初级转录产物，初级转录产物，45S18S 5.8S 28S成熟产物，成熟产物，rRNA32S20SrRNArRNA转录后加工转录后加工 拼接拼接第39页，本讲稿共39页