RNA加工修飾

RNA加工修飾，主要加工方式是切斷和鹼基修飾，真核生物tRNA前體一般無生物學特性，需要進行加工修飾。

基本介紹

• 中文名：RNA加工修飾
• 所屬領域：生物學
• 加工方式：切斷和鹼基修飾
• 相關名詞：轉錄後加工

mRNA轉錄加工

加帽

即在mRNA的5'-端加上m7GTP的結構。此過程發生在細胞核內，即對HnRNA進行加帽。加工過程首先是在磷酸酶的作用下，將5'-端的磷酸基水解，然後再加上鳥苷三磷酸，形成GpppN的結構，再對G進行甲基化。

加尾

這一過程也是細胞核內完成，首先由核酸外切酶切去3'-端一些過剩的核苷酸，然後再加入polyA。

剪接

真核生物中的結構基因基本上都是斷裂基因。結構基因中能夠指導多肽鏈合成的編碼順序被稱為外顯子，而不能指導多肽鏈合成的非編碼順序就被稱為內含子。真核生物HnRNA的剪接一般需snRNA參與構成的核蛋白體參加，通過形成套索狀結構而將內含子切除掉。

內部甲基化

由甲基化酶催化，對某些鹼基進行甲基化處理。

tRNA轉錄加工

主要加工方式是切斷和鹼基修飾。真核生物tRNA前體一般無生物學特性，需要進行加工修飾。加工過程包括：

RNA加工修飾4

（1）剪下和拼接

tRNA前體在tRNA剪下酶作用下，切成一定大小的分子。大腸桿菌RnaseP特異切割tRNA前體5′旁側序列，3′－核酸內切酶如RnaseF可將tRNA前體3′端一段序列切下來。RnaseD可水解3′端多餘核甘酸。剪下後的tRNA分子在拼接酶作用下，將成熟tRNA分子所需片斷拼接起來。

（2）稀有鹼基的生成

1）甲基化：例如在tRNA甲基轉移酶的催化下，某些嘌呤生成甲基嘌呤。

2）還原反應：某些尿嘧啶還原為雙氫尿嘧啶（DHU）。

3）核苷內的轉位反應：如尿嘧啶核苷轉位為假尿嘧啶核苷。

4）脫氨反應：某些腺苷酸脫氨成為次黃嘌呤（Ⅰ），次黃嘌呤是頗常見於tRNA中的稀有鹼基之一。

（3）加上CCA-OH3′-末端：在核苷酸轉移酶的作用下，在3′-末端刪去個別鹼基後，換上tRNA統一的CCA-3′-末端，完成柄環結構。

rRNA轉錄加工

主要加工方式是切斷。

真核細胞的rRNA基因（rDNA）屬於一種被稱為豐富基因（redundant gene）族的DNA的序列，即染色體上一些相似或完全一樣的縱列串聯基因（tandem gene）單位的重複。由不能轉錄的間隔區（spacer）把這些單位分隔開。在這裡，間隔區與內含子是不同的概念。在分類上，rDNA這種類型的序列被稱為高度重複序列（highly repeat sequence）DNA。在不同的種屬生物中，rDNA的大小不一，重複單位由數百個至數千個以上。每個重複單位的可轉錄段從7kb至13kb不等，間隔區為數千bp。雖然有間隔區與重複單位的大小不同，但是真核生物最後轉錄出來的rRNA大小相同。真核生物核蛋白體中有18S、5.8S、28S及5SrRNA。5SrRNA獨立於其他三種rRNA的基因轉錄，在成熟過程中加工甚少。45SrRNA前體中包含18S、5.8S、28srRNA。45S rRNA經剪接後，先分離出屬於核蛋白小體的18S-rRNA。餘下部分在拼接成5.8S和28S的rRNA。rRNA成熟後，在核仁上裝配，與核蛋白體蛋白一起形成核蛋白體，輸出胞漿。靜止狀態的細胞，rRNA的壽命較短，而生長中的細胞，rRNA比較穩定。

RNA加工修飾1

1982年，T.R.Ceck在研究一種叫四膜蟲（Tetrahymena）的簡單真核生物rRNA剪接中發現rRNA前體剪接是一種自我剪接（self-splicing）方式，即RNA本身也有催化作用。一般而言，剪接的化學反應過程包括磷酸二酯鍵的斷裂和再連線。大多數的mRNA剪接需要並接體參與，這種核蛋白起酶的作用。但在四膜蟲rRNA的剪接過程中，去除所有蛋白質，剪接仍可迅速完成。通過研究rRNA的結構，發現了一定的規律，就是根據四膜蟲的rRNA一級結構繪出的二級結構。圖中用粗線表示5’-端和3’-端要被剪下刪除的部分,並列出l了5’-端的部分鹼基序列。，在圖上可見到形成眾多的局部雙鏈區，這是由於線性的RNA分子有很多的反向互補序，此為能進行自我剪接的結構基礎。

rRNA的剪接不需要任何蛋白質參與即可發生，這就說明了RNA本身即具有酶的催化作用。因而把具有酶促活性的RNA命名為核酶(ribozyme)。

目前已知的一個最簡單的能進行自我剪接的RNA的結構，如圖所示。因為二級結構與錘頭相似，因此將其命名為錘頭結構（hammer－head structure）,這是核酶能起作用的結構基礎。這屬於分子內催化，同一分子上包括有催化部分和底物部分，催化部分即為錘頭結構，至少3個莖（stem），1至3個環（loop）。鹼基部分至少13個是一致性（consensus）序列，用A，C，G，U標出，其餘書寫為N的是指任何鹼基均可。底物部分即為箭頭所示附近的核苷酸，含有GU序列。1983年S.Altman等又發現RnaseP中RNA組分可以催化tRNA前體的加工。通過以上研究工作，認為RNA具有酶活力，此發現具有重大生物學意義。首先，打破了酶是蛋白質的傳統觀念，對傳統酶學提出挑戰，對於如何給酶下一個更準確的定義，還有待進一步探討；其次，對於在生命起源中，為先有核酸，還是先有蛋白質這一有爭議的問題，提供了線索。

RNA加工修飾2

具有實際意義的是：人們根據核酶的特殊結構，構想用人工合成的小片段RNA，配合在欲破壞其結構的RNA或DNA分子上，使其成為錘頭結構，此即為人工設計的核酶。人工核酶用於研究上，把核酸分子切成特異性片段，已經獲得了成功。進一步構想，用人工設計的核酶來破壞一些有害基因轉錄出的mRNA或其前體，從而抗癌及抗病毒。因此，核酶的發現有廣闊的套用前景。