RNA拼接 - 定义，过程，机制，类型，错误，用途

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RNA剪接的定义

RNA剪接是一种RNA处理的形式，其中将新制造的前体信使RNA（mRNA）转化为成熟核糖核酸通过去除非编码序列称为内含子。

  • RNA剪接过程包括去除非编码序列或内含子，并连接编码序列或外显子。
  • 在核编码基因中，RNA剪接在转录过程中或转录后立即发生。
  • 在真核细胞中，RNA剪接是至关重要的，因为它确保了一个不成熟的RNA分子转化为成熟的分子，然后可以翻译成蛋白质。原核细胞不需要转录后修饰。
  • RNA剪接是由各种核糖核蛋白调节的受控过程。

内含子是什么?

内含子是存在于基因内的非编码DNA序列，其通过RNA转录物的成熟期间通过RNA剪接过程除去。

  • “内含子”一词用来表示基因内的DNA序列和相应的RNA转录本序列。
  • 内含子在大多数颌类无脊椎动物、真核生物以及细菌等单细胞生物的蛋白质编码核基因中很常见。
  • 类似地，Jawed脊椎动物的线粒体基因组几乎完全没有内含子，而其他真核生物中的那些具有许多内含子。
  • 在RNA剪接过程中，外显子之间的内含子被移除，以连接两个不同的外显子，然后编码信使RNA。
  • 内含子是至关重要的，因为所形成的蛋白质生物产物的变异通过选择性剪接大大增强，而内含子在其中发挥了重要作用。
  • 内含子具有剪接所需的供体位点(5 '端)、分支位点(靠近3 '端)和受体位点(3 '端)。

内含子和外显子

外显子是什么?

外显子是蛋白质编码DNA序列，其含有必要的密码子或遗传信息对于蛋白质合成。

  • “外显子”这个词代表了基因组中存在的表达区域。
  • 外泌体是用来表示生物体基因组中存在的全部外显子的术语。
  • 在编码蛋白质的基因中，外显子包括蛋白质编码序列和5'和3'未翻译区域。
  • 在所有生物体中发现外显子，从下颚脊椎动物到酵母，细菌，甚至病毒。
  • 在人类基因组中，外显子仅占总基因组的1％，而其余的是由基因 - DNA和内含子占据
  • 外显子是蛋白质合成中的基本单位，因为它们带有由各种蛋白质代码的密码子组成的区域。
  • 替代剪接使得外显子能够以不同的组合排列，其中不同的配置导致不同的蛋白质。
  • 与选择性剪接类似的一个过程是外显子改组，即在重组过程中交换外显子或姐妹染色体。

剪接体是什么?

剪接体

剪接体是由RNA和蛋白质组成的大型复杂分子，调控RNA剪接过程。

  • 缩写剂由五个小核RNA（SNRNA）和约80个蛋白质分子组成。
  • rna与这些蛋白质的结合导致rna -蛋白质复合物的形成，称为小核核糖核蛋白(snRNPs)。
  • 这些主要限制在核内，其中它们保持与未成熟的前RNA转录物相关。
  • 这些剪接体除了参与RNA-RNA相互作用外，还参与rna -蛋白质相互作用。
  • 剪接体的功能就像一个编辑器，它可以选择性地剪切掉不必要和不正确的材料(内含子)，从而产生一个功能性的最终剪切。
  • 所有剪接体都参与了内含子的去除和剩余外显子的连接。
  • 在真核细胞中发现了另一组称为“次要抗伤素体”的抗乳糖体，其具有较少丰富的RNA，并且参与稀有类预体内内含子的剪接。

RNA剪接过程/机制

  • RNA剪接的方法从核糖核蛋白或抗肌腱的结合开始于剪接部位上存在的内含子。
  • 剪接体的结合导致了RNA核苷酸之间称为酯交换的生化过程。
  • 在该反应期间，在剪接在抗磷酸体组件期间定义的内含子的特定核苷酸的3'OH基团导致在5'剪接部位的内含子的第一核苷酸上的亲核攻击。
  • 这导致5'和3'结束的折叠，导致环。同时，相邻的外显子也被置于一起。
  • 最后，环状内含子被剪接体从序列中分离出来。
  • 现在，第二个酯交换反应发生在连接相邻的外显子片段。
  • 在这种情况下，释放的5 '外显子的3 ' oh基团然后对位于3 '剪接位点上最后一个核苷酸后面的第一个核苷酸进行亲电攻击。
  • 这导致两个外显子区段的结合随着内含子区段的去除。
  • 早些时候，剪接过程中释放的内含子被认为是垃圾单元。然而，最近的研究发现，这些内含子在被移除后还参与了与蛋白质相关的其他过程。
  • 除了剪接体，另一组蛋白质/酶被称为“核酶”，也参与了剪接过程的控制和调节。

RNA剪接的类型

1.Self-splicing

  • 自拼接是一种RNA剪接，其发生在一些罕见的内含子中，其能够在没有其他蛋白质或抗蛋白酶的帮助下促进磷酸二酯键切割和形成。
  • 这些内含子是独特的，因为它们可以从前体RNA介导它们的切除和在简单的盐缓冲液中随后连接侧翼外显子。
  • 通过内含子的三级结构促进了这种自拼接反应，其提供了识别前体RNA的接头位点并以非常精确的方式进行切割和连接反应的能力。
  • 这些内含子中的序列就像调控整个过程的核酶。
  • 有三种类型的自剪接内含子，分为组I，组II和组III。
  • 组I和组II内含子执行剪接过程的机制与剪接体类似。这表明这些内含子可能在进化上与剪接体有关。
  • 在自剪接过程中，5 '剪接位点被内含子中称为内部引导序列的短序列元件识别。
  • 此外，内含子的P、Q、R、S等高度保守序列也对切割和连接反应起到“催化”作用。
  • 自剪接遵循类似的机制，涉及两个酯交换反应，导致内含子的去除和外显子的连接。

2.可变剪接

替代RNA拼接
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  • 替代剪接是一种剪接过程，导致同一RNA中的不同的外显子组成并产生一系列独特的蛋白质。
  • 前mRNA的替代剪接是提高基因表达的复杂性的基本机制，并且在细胞分化和生物发育中也发挥着至关重要的作用。
  • 可变剪接使外显子能够以不同的组合进行排列，不同的配置会产生不同的蛋白质
  • 选择性剪接的过程可能通过跳过或延长某些外显子或保留特定的内含子来进行，从而形成不同种类的mRNA。
  • 可变剪接调控是一个复杂的过程，其中包括顺式作用元件和反式作用元件。
  • 转录和剪接之间的功能耦合进一步指导了这一过程。
  • 其他的分子特征，如染色质结构、RNA结构和转录起始或终止的选择，与这些基本成分合作，产生了蛋白质的多样性，这是由于选择性剪接。
  • 选择性剪接对于其他功能也很重要，比如识别新的诊断和预后生物标志物，以及癌症患者治疗的新策略。
  • 因此，替代剪接在蛋白质功能的几乎各方面具有作用，包括蛋白质和配体之间的结合，核酸或膜，局部化和酶学性质。

3.tRNA拼接

  • 和mRNA一样，tRNA中的基因也会被内含子打断，但这里的剪接机制完全不同。
  • tRNA的剪接由三种酶催化，这三种酶对ATP水解有内在要求。
  • TRNA剪接的过程发生在所有三种主要的下降，细菌，古痤疮和真核生物中，但该机制可能不同于细菌和更高的生物体。
  • 在细菌中，TRNA中的内含子是自拼接。
  • 然而，在archaea和Eukararya中，TRNA剪接反应发生在三个步骤中，其中每个步骤通过不同的酶催化，每个步骤可以在所有基板上可互换地起作用。
  • 在第一步中，pre-tRNA在两个剪接位点被内切酶剪切，得到两个tRNA半分子和一个5 ' -OH和3 ' -环PO4端线性内含子。
  • 然后在TRNA连接酶存在下进行裂解后的裂解，然后在存在TRNA连接酶的情况下连接两个RNA半分子。
  • 最后，在肉氨基酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）依赖性磷酸转移酶催化的过程中，从剪接产生的PO 4转移到NAD。

RNA剪接和剪接体视频动画

RNA拼接错误

  • 核前mrna的剪接是大多数后生动物基因表达所必需的基本过程。然而，剪接错误可能会由于突变导致各种剪接相关疾病而发生。
  • 大多数在选择性剪接中，错误的剪接会导致生物制品没有功能。
  • 拼接期间可能由于接头位点的突变而发生误差，这导致外显子或包含内含子的内含子序列。
  • 同样，剪接位点的位移也可能导致长或短的外显子的形成，从而产生错误的产物。
  • 在像植物这样的生物体中，与各种代谢途径相关的应激诱导的替代剪接可能会带来植物正常功能的变化。
  • 错误剪接的可能性在真核细胞中更大，这些细胞具有高水平的可变剪接，这些可变剪接包含剪接位点，这些剪接位点进化为剪接体的组成部分提供了弱的结合潜力
  • 拼接部位配对的准确性也受转录的准确性，因为转录机械在每10个中一次犯一次错误3.-105核苷酸插入步骤。

RNA拼接应用程序

与早熟RNA剪接相关的各种生物、医学应用包括:

  1. Pre-mRNA剪接是细胞代谢过程中的一个基本过程，在产生蛋白质多样性方面起着重要作用。这种多样性是由RNA序列中存在的外显子和内含子的数量和序列的变化引起的。
  2. RNA剪接还有助于调节细胞中基因和蛋白质含量。
  3. RNA序列的剪接有助于新的和改进的蛋白质的进化过程。
  4. 各种异常剪接异构体作为癌症的标记物和癌症治疗的靶点。
  5. Pre-mRNA剪接是癌症病理的关键，它调节癌症的三个功能方面:增殖，转移，和细胞凋亡．

参考


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