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11.4 转录后调控
作者:生科院    文章来源:西北农林科技大学    点击数:3870    更新时间:2011/4/15
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11.4.1 mRNA前体的剪切

①mRNA前体剪切机制

加帽、加尾和前体剪切。

 

②mRNA前体剪切的细胞和组织特异性

mRNA前体剪切需要一定的内环境和酶系,外源基因被转到新的宿主细胞中时,其表达的分子环境与原来不同,可影响到mRNA前体的剪切。

如一些单子叶植物基因(chla/b结合蛋白基因、玉米醇溶蛋白基因)转移到双子叶植物中得到了有效表达,为植物转基因带来希望。

 

但有些基因转化后发现有mRNA前体积累。如Rubisco SS、玉米的乙醇脱氢酶(Adh)基因转入烟草,mRNA前体积累(不能剪切含内含子)。人α-珠蛋白基因内含子在烟草中也不能剪切。

mRNA剪切需要一定的内环境和酶系,外源基因被安置在一个新的宿主细胞中时,其表达的环境与原来不同。

 

③mRNA前体的可变剪切

真核mRNA前体在核内的加工包括切去内含子、5’端加帽子、3’端加尾巴和编辑等过程。帽子结构对剪切复合物的装配是重要的,无帽子结构的剪切效率低。

剪切作用是剪切元件(RNA上剪切识别序列)与反式作用因子(蛋白与RNA复合物)相互作用的过程。

 

在分化或发育时期特异的细胞中,由于参与剪切的因子不同,通过剪切位点选择产生不同的剪切产物。这样可产生不同的蛋白,供细胞行使不同的功能。作为基因表达质和量的调控环节。

 

可变剪接(alternative splicing):真核生物有些基因的mRNA前体可按不同方式剪接产生多种mRNA。真核基因内含子的存在是可变剪接的分子基础。

 

若可变剪接产生的mRNA差异仅在5’和3’非翻译区,因此产生的蛋白相同,差异区对翻译起调控作用。

若可变剪接产生的mRNA编码框不同:a.可在同一细胞中产生多种蛋白质。b.在不同细胞中有不同的剪接方式,表现出组织特异性。c.在不同发育时期或不同条件下采取不同剪接方式,表达不同蛋白。

 

可变剪接的意义:一个基因表达出多种蛋白,扩大了DNA的信息量。可变剪接也是表达调控的一种方式。

 

可变剪接的方式:选用不同的加尾位点

 

选用不同的剪接位点,如SV40的T和t抗原。

 

控制可变剪接的调控因子是剪接位点和剪接蛋白因子。如果蝇的tra剪接中,用同一5’剪接位点和不同3’剪接位点联结。结果由于1个终止密码子的保留与否而产生不同结果。决定了果蝇的性别。

 

11.4.2 RNA的编辑

mRNA编辑是在mRNA水平上信息发生改变(碱基取代、插入或缺失)的过程。

在哺乳动物细胞中,mRNA中有时会发生单个碱基的替换,导致它所编码的蛋白质序列发生改变。在锥虫线粒体中,当碱基有条理地增加或缺失时,在一些基因的转录物中会发生更大范围的变化。

mRNA编辑机理:非剪切作用改变mRNA。

 

①碱基取代

如哺乳动物载脂蛋白B mRNA的编辑:载脂蛋白B的mRNA含29个外显子,有4563个code,第2153号code是CAA,在肝中mRNA 编码4563AA的蛋白,小肠中存在的脱氢酶使C脱氢,将CAA→UAA,小肠的mRNA中编辑产生UAA使翻译停止在2153code处。

 

载脂蛋白B mRNA的编辑

 

编辑识别位点为编辑点下游5~15处的核苷酸序列(约26bp)。若缺失此识别序列,或以其他核苷酸代替,则编辑活性丧失。将识别区移到其他mRNA上会产生编辑点,可为脱氢酶识别。

 

多头绒泡菌线粒体存在一个不完全配对的双链区,当脱氨基酶作用于一个腺嘌呤时,会发生RNA的编辑(A—I替换)。腺苷脱氨酶可对一个双链RNA区的任何A残基起氨酶作用,但也需要其他区域或亚基控制专一性。

 

②碱基的插入或缺失和移码

移码:锥虫coxII(cytochromeoxidase,细胞色素氧化酶II)基因的mRNA相对于其DNA序列出现了读码框的偏移,通过插入4个U,才能产生正确的读码框。

 

插入或缺失

锥虫线粒体的细胞色素氧化酶III mRNA序列分析表明,许多U并非在DNA中编码(红色)或在RNA中被除掉(用T表示)。

这些U的专一性插入信息是由向导RNA(guide RNA)提供的,向导RNA含有和正确编辑的RNA互补的一段序列。

 

利什曼原虫Cytb mRNA编辑模式:被编辑RNA和向导RNA在待编辑区两侧配对,向导RNA为尿嘧啶的插入提供模板。插入后的mRNA与向导RNA完全互补。

 

尿嘧啶残基的添加或删除过程:首先RNA切断,添加或去除尿嘧啶,最后进行末端连接。该反应在向导RNA的指导下由一个酶复合体催化完成的。

 

11.4.3 mRNA稳定性的调控

真核生物能否长时间、及时地利用成熟的mRNA分子翻译出蛋白质以供生长发育的需要,与mRNA的稳定性以及屏蔽状态的解除相关的。

 

原核生物mRNA的半衰期平均3min。高等真核生物迅速生长的细胞中mRNA的半衰期平均3h。在高度分化的终端细胞中许多mRNA极其稳定,有的寿命长达数天。

mRNA的3’端尾巴通过影响mRNA寿命来影响翻译效率。

 

mRNA转录后降解的调节:mRNAs的3‘非翻译区(3’-untranslated region,UTR)的富含AU的元件(AU-rich element,ARE),它会介导mRNA的快速衰减(ARE-mediated mRNA decay,AMD)。这是由基因序列决定的。

 

质量控制机制激活mRNA的降解:mRNAs过早出现终止密码子(premature termination codon,PTC)可被无义密码子介导的降解(nonsense-mediated mRNA decay,NMD)途径降解。

 

细胞质中mRNA基本降解机制可通过激活deadenylating酶来消除poly(A)尾巴,随后mRNA可被3’→5’核酸外切酶降解;或在脱帽酶去除帽子后被5’→3’核酸外切酶降解。

动物细胞中当poly(A)尾巴长度达到约26~60个A残基时就开始进行降解,在酵母中缩短到10~12个A残基时开始降解

 

高等真核生物转铁蛋白受体(TfR)和铁蛋白负责铁吸收和铁解毒。它们的mRNA上都存在有铁应答元件(iron responsive element,IRE),IRE与IRE结合蛋白(IREBP)相互作用控制这两种mRNA的翻译。

 

缺铁时,IREBP与IRE结合阻止铁蛋白mRNA翻译。

 

同时TfR mRNA上3’非翻译区中的IRE也与IREBP结合,阻止TfR mRNA降解,促进TfR蛋白合成。

 

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