Question

RNA剪接与RNA编辑有何生物学意义

Answer 1

RNA中的内含子
由DNA转录生成的原始转录产物——核不均一RNA（heterogeneous nuclear RNA,hnRNA）,即mRNA前体,经过5’加“帽”和3‘酶切加多聚腺苷酸,再经过RNA剪接,编码蛋白质的外显子部分就连接成为一个可译框架（opening reading frame,ORF）
比较不同基因的核苷酸序列发现,mRNA前体中内含子的两端边界存在共同的序列,这些序列可能是产生mRNA前体剪接的信号.多数细胞核mRNA前体中内含子的5’边界序列为GU,3‘边界为AG.因此,GU表示供体衔接点的5’端,AG代表接纳体衔接点的3‘端.这种保守序列模式称为GU-AU法则,又称为Chambon法则.
另外：除了边界序列外,外显子与内含子交界的序列,内含子内部的部分序列也可能参与内含子的剪接（在此不细具例子,详见《现代分子生物学》第三版 朱玉贤编著P95）,对于有效核准确的剪接非常重要.
mRNA的剪接
许多相对分子质量较小的核内RNA以及与这些RNA相结合的核蛋白（small nuclear ribonucleoprotein particle,snRNPs）参与RNA的剪接.mRNA链上每个内含子的5’和3‘端分别与不同的snRNP结合,形成RNA和RNP的复合物.
一般情况下,由U1snoRNA以碱基互补的方式识别mRNA前体5’剪接点,由结合在3‘剪接点上游富嘧啶区的U2AF（U2 auxiliary factor）识别3’剪接点并引导U2snRNP与分支点相结合,形成剪接前体,并进一步与U4、U5、U6snRNP三聚体相结合,形成60S的剪接体,进行RNA的剪接.
在个体发育或细胞分化时可以有选择性地越过某些外显子或某个剪接点进行变位剪接,产生出组织或发育阶段性特异性mRNA,称为内含子的变位剪接.脊椎动物中大约有5%的基因能以这种方式进行剪接,保证各同源蛋白质之间既具有大致相同的结构或功能域,又具有特定的性质差异,这无疑大大拓展了基因所携带的遗传信息.
生物体内的各种内含子：
GU-AG 类（主要内含子）： 细胞核,pre-mRNA（真核）
AU-AG类 （次要内含子）： 细胞核,pre-mRNA（真核）
1类内含子： 细胞核,pre-mRNA（真核）,细胞器RNA,少数细菌RNA
2类内含子： 细胞器RNA,部分细菌RNA（主要存在于真核生物的线粒体和叶绿体rRNA基因中）
（以上第3,4种内含子不同于第1,2种内含子：因为其内含子本身具有催化活性,能进行内含子的自我剪接,而无需借助于形成剪接体.）
3类内含子：细胞器RNA
双内含子：细胞器RNA
pre-tRNA中的内含子：细胞核,pre-tRNA（真核）
其中,1类内含子的剪接主要是转酯反应,剪接反应实际上是发生了两次磷酸二酯键的转移.第一个转酯反应由一个游离的鸟苷或鸟苷酸（GTP、GMP或GDP）介导,其3‘-OH作为亲核集团攻击内含子5’端的磷酸二酯键,从上游切开RNA链,在第二个转酯反应中,上游外显子的自由3‘-OH作为亲核基团攻击内含子3’位核苷酸上的磷酸二酯键,使内含子完全被切开,上下游两个外显子通过新的磷酸二酯键重新连接.
2类内含子切除体系中,转酯反应无需游离鸟苷酸或鸟苷,而是由内含子本身的靠近3‘端的腺苷酸2’-OH作为亲核基团攻击内含子的5‘端的磷酸二酯键,从上游切开RNA后形成套索装结构.再由上游外显子的自由3’-OH作为亲核基团攻击内含子3‘位核苷酸上的磷酸二酯键,使内含子被完全切开,上下游两个外显子通过新的磷酸二酯键重新连接.
RNA的编辑、再编码及化学修饰
1 RNA的编辑
RNA的剪接是某些RNA,特别是mRNA前体的一种加工方式,如插入、删除或取代一些核苷酸残基.介导RNA编辑的机制有两种：
一 特异性脱氨基作用
比如：哺乳动物的载脂蛋白mRNA的编辑 其蛋白编码区的DNA序列在所有组织中都一样；在肝脏中该基因转录为完整的蛋白质,而在肠中合成的Pr长度只有其一半（只是全长载脂蛋白的N端）,是由于2153位上的密码子从CAA突变为UAA（使编码谷氨酰胺的密码子变为终止密码子）.还有一个例子 大鼠脑中的谷氨酸受体蛋白mRNA经编辑后,分子中有多个编码谷氨酸的密码子变成了在控制通过神经递质的离子流过程中又主要作用的精氨酸,表明RNA的编辑可能是充分发挥生理功能必需的.
以上两种情况分别由胞嘧啶和腺嘌呤脱氨酶所催化；通常情况下该酶促反应的特异性不强,腺嘌呤脱氨酶可作用于双链RNA区的任何腺苷酸残基；但是,RNA的编辑发生在带有具催化作用的脱氨酶亚基的复合体中,有附加的RNA结合区能帮助识别所编辑的特异性靶位点.
二 引导RNA指导的尿嘧啶插入或删除
指导RNA：特异性插入这些残基的信息来自因为它含有与编辑后mRNA互补的核苷酸序列,指导RNA与被编辑区及周围部分核酸序列虽然有相当程度的互补性,但该RNA上存在一些未能配对的腺嘌lin,形成缺口为插入尿嘧啶提供了模板.
RNA编辑具有重要的生物学意义：
校正作用；调控翻译；扩充遗传信息
2 RNA的再编码：mRNA在某些情况下不是以固定的方式翻译,而可以改变原来的编码信息,以不同的方式进行编码
包括：+1/-1移位；核糖体跳跃
3 RNA的化学修饰
六大类化学修饰：甲基化；去氨基化,硫代（S代替碱基的O分子）,碱基的同分异构化（尿嘧啶变构生成假尿嘧啶）；二价键的饱和化；核苷酸的替代（用不常见的核苷酸替换常见的核苷酸）
核酶
核酶（ribozyme）是指一类具有催化功能的RNA分子,通过催化靶位点RNA链中磷酸二酯键的断裂,特异性地剪切底物RNA分子,从而阻断基因的表达.
核酶的催化功能与其空间结构有密切关系,目前已知有多种特殊结构的核酶：
RNaseP的RNA碱基（M1 RNA）、锤头型、发夹型丁型肝炎病毒RNA、1类内含子和2类内含子,大多有hammerhead structure.
不同的核酶可分为两类：
1 剪切型核酶：只剪不接,如M1 RNA
2 剪接型核酶：该酶具有序列特异的内切核酸酶、RNA连接酶等多种酶活性,如1类和2类内含子.