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原标题:转录生成的m安德拉NA可翻译生成二种酶,它就是

浏览次数:69 时间:2020-04-27

核心提示:RNA酶,是一种将RNA水解成小分子核苷酸的核酸酶。可简单分为外切核糖核酸酶和内切核糖核酸酶。其中外切酶包括PNPase,RNase PH,RNA酶,是一种将RNA水解成小分子核苷酸的核酸酶。可简单分为外切核糖核酸酶和内切核糖核酸酶。其中外切酶包括PNPase,RNase PH,RNase Ⅱ,RNase R,RNase D,RNase T,Oligoribonuclease,Exoribonuclease I,Exoribonuclease Ⅱ 等;内切酶包括RNase A,RNase H,RNase I,RNaseⅢ,RNase L,RNase P,RNase PhyM,RNase T1,RNase T2,RNase U2,RNase V1,RNase V 等。

不论原核或真核生物的rRNAs都是以更为复杂的初级转录本形式被合成的,然后再加工成为成熟的RNA分子。然而绝大多数原核生物转录和翻译是同时进行的,随着mRNA开始的DNA上合成,核蛋白体即附着在mRNA上并以其为模板进行蛋白质的合成,因此原核细胞的mRNA并无特殊的转录后加工过程,相反,真核生物转录和翻译在时间和空间上是分天的,刚转录出来的mRNA是分子很大的前体,即核内不均一RNA。hnRNA分子中大约只有10%的部分转变成成熟的mRNA,其余部分将在转录后的加工过程中被降解掉。

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mRNA的加工修饰

环状RNA是一类在真核生物中广泛存在的具有特殊环状结构的非编码RNA分子。已有文献表明,在生物体内,环状RNA有着miRNA海绵,RBP海绵以及翻译短肽等多项功能,在许多生物学过程中发挥着重要的作用。

在成员众多的RNase家族,就有这么一个“外貌协会”成员,它就是只针对线性RNA的RNase R。在介绍RNase R之前,先允许小达君给大家科普下环状RNA~~

原核生物中转录生成的mRNA为多顺反子,即几个结构基因,利用共同的启动子和共同终止信号经转录生成一条mRNA,所以此mRNA分子编码几种不同的蛋白质。例如乳糖操纵子上的Z、Y及A基因,转录生成的mRNA可翻译生成三种酶,即半乳糖苷酶,透过酶和乙酰基转移酶。原核生物中没有核模,所以转录与翻译是连续进行的,往往转录还未完成,翻译已经开始了,因此原核生物中转录生成的mRNA没有特殊的转录后加工修饰过程。

目前研究表明,大部分环状RNA来源于蛋白编码基因的外显子区域。在pre-mRNA剪接的过程中,除典型的内含子剪接事件外,还可能会发生5’端到3’端的反向剪接事件,从而形成环状RNA。因此,剪接产物中环状RNA所占比例是环状RNA分析的重要指标之一,具有高成环比例的环状RNA分子,可能具有更加重要的生物学功能。同时,同一基因内部也可能产生多种不同的环状RNA,基因内对环状RNA产生位点的使用偏好,也在一定程度上反应了转录过程对环状RNA产生的调控。因此,环状RNA转录本水平的准确定量,是目前环状RNA分析的重要基础。

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真核生物转录生成的mRNA为单顺反子,即一个mRNA分子只为一种蛋白质分子编码。

2020年1月3日,中国科学院北京生命科学研究院赵方庆团队在 Nature Communications 杂志上发表题为:

加拿大pc28,图1. 线性RNA与环状RNA

真核生物mRNA的加工修饰,主要包括对5’端和3’端的修饰以及对中间部分进行剪接。

Accurate quantification of circular RNAs identifies extensive circular isoform switching events的研究论文。

环状RNA(Circular RNA,circRNA)是区别于线性RNA的一类新型环状非编码RNA,半衰期长,具有物种保守性和组织特异性。其独特的环状结构使其不容易被RNA酶降解,因此在细胞内稳定性很强,在新型生物标记、生物学机制研究等方向具有巨大的潜力和研究价值。

1.在5’端加帽

图1. CIRIquant算法流程

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成熟的真核生物mRNA,其结构的5’端都有一个m7G-PPNmN结构,该结构被称为甲基鸟苷的帽子。如图17-9所示。鸟苷通过5’-5’焦磷酸键与初级转录物的5’端相连。当鸟苷上第7位碳原子被甲基化形成m7G-PPNmN时,此时形成的帽子被称为“帽0”,如果附m7G-PPNmN外,这个核糖的第“2”号碳上也甲基化,形成m7G-PPNm,称为“帽1”,如果5’末端N1和N2中的两个核糖均甲基化,成为m7G-PPNmPNm2,称为“帽2”。从真核生物帽子结构形成的复杂可以看出,生物进化程度越高,其帽子结构越复杂。

接着,研究团队还通过统计模型,对环状RNA建库过程中常用的RNase R处理效率进行了拟合和校正,从而在RNase R处理后的样本中,消除了RNase R处理步骤引入的偏差,取得了更准确的定量结果。在此基础上,该团队还对环状RNA的差异表达计算方法进行了改进,提出了新的评估表达水平和剪接倾向变化程度的打分方法。

图2. 环状RNA的稳定性

图17-9 Post-transcriptional modification of mRNa showing the7-methylguanosine cap and poly-A tail.

利用上述方法,研究人员在三个剪接因子敲低的HeLa细胞和20对肝癌-癌旁样本中,发现了两类线性-环形比例和成环位点使用偏好发生变化的环状RNA。这两类环状RNA在成环比例以及基因内成环位点使用水平上具有非常显著的改变,反映了环状RNA转录过程以及转录后水平调控情况的变化。此外,在阿尔兹海默症以及肾细胞癌的样本中,研究人员也发现了这两类事件的广泛存在,说明这两类环状RNA可能拥有更加重要的生物学功能。

“cicrRNA”这一概念最早出现在1971年,在RNA病毒中被发现,但长期以来,由于其表达丰度很低,所以一直被认为是转录的“噪音”,没有实际作用。

真核生物mRNA 5’端帽子结构的重要性在于它是mRNa 做为翻译起始的必要的结构,对核糖体对mRNA的识别提供了信号,这种帽子结构还可能增加mRNA的稳定性,保护mRNa 免遭5’外切核酸酶的攻击。

图2. 肝癌中线性和环形转录本差异及竞争性调控

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2.在3’端加尾

图3. 环状RNA的miRNA海绵作用

大多数的真核mRNA 都有3’端的多聚尾巴的拼接

直到2012年,Salzman的一篇环状RNA文章为其正名,于是大量的研究者涌入这个领域,不断产出环状RNA的研究成果。目前研究最多的就是位于细胞质中的外显子形成的环状RNA,其含有大量miRNA结合位点,可起到miRNA海绵作用,结合并封闭miRNA的调控作用,从而使其靶基因表达增强。

原核生物的结构基因是连续编码序列,而真核生物基因往往是断裂基因,即编码一个蛋白质分子的核苷酸序列被多个插入片断所隔开,一个真核生物结构基因中内含子的数量,往往与这个基因的大小有关,例如胰岛素是一个很小的蛋白质,它结构基因只有两个内含子,而有些很大的蛋白质,它的结构基因中可以有几十个内含子。经过复杂的过程后,切去内元,将有编码意义的核苷酸片段连接起来。

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图17-10 Primary polymerase 11transcript of a eukaryote gene showing(a)introns after capping and addition of polyA tail.(b)Excision of introns toform the mature mRNA is called splicing.

图4. RNase R分离套索RNA

真核生物的结构的基因中具有可表达活性的外显子,也含有无表达活性的内含子,但内含子序列下是无意义的,越来越多的实验证明有许多基因中的内含子参与基因表达调控,在转录时,外显子及内含子均转录到hnRNA中。在细胞核中hnRNA进行剪接作用,首先在核酸内切酶作用下剪切掉内含子;然后在连接酶作用下,将外显子各部分连接起来,而变为成熟的mRNA,这就是剪接作用,也有少数基因的hnRNA不需进行剪接作用,例如α-干扰素基因,图17-11以卵清蛋白基因为例,介绍一个典型的转录及加工过程。

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