RNA_编辑_入门_课件.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,RNA editing,RNA,的编辑,主要内容,RNA,编辑,RNA,编辑机制,RNA,编辑的类型,RNA,编辑的生物学意义,1986,年,Benne,等在研究锥虫线粒体,DNA,时发现，锥虫的细胞色素氧化酶,II,（,CO II,）的,mRNA,序列与,co II,基因序列不配，,mRNA,序列中含有,4,个在基因中缺失的核苷酸，这些缺失的核苷酸可引起移码突变，进而导致基因失活。但锥虫以某种方式为,mRNA,提供了,4,个核苷酸，由此避免了移码。,1988,年大量锥虫动基体基因和相应的,mRNA,被测序才认识到在这些生物中这种现象是很常见的。在随后的研究中发现现象广泛存在于原生动物、哺乳动物、植物、昆虫、真菌、黏菌、病毒、非细胞的黏霉菌等生物,涉及线粒体、叶绿体以及细胞核中的,3,种,RNA,编码基因,(mRNA,、,tRNA,、,rRNA,),。并把这种现象称为,mRNA,的编辑,DNA,序列,GA G A,A,mRNA,序列,GA,U,U,G,U,A,U,A,氨基酸序列,Asp,Cys,Ile,RNA,的编辑,4,细胞色素氧化酶,II,蛋白的序列与其基因相比，发生了移码（,frameshift,）。移码是通过在移码位点附近插入,4,个,U,形成。,5,T.,brucei,的,coxIII,gene,在转录后大规模的,RNA,编辑,:,插入大量碱基,U,，也删除了部分碱基,U,。,哺乳动物中,RNA,编辑实例,女性癫痫病发作的时候要怎么办?,黑龙江癫痫病治疗技术,黑龙江癫痫病治疗价格,癫痫发作对女性患者的影响有什么?,北京低血糖和癫痫导致的抽搐有什么不一样,西藏导致形成癫痫的病因包括异常声音刺激吗,河北癫痫病好的医院？,西藏癫痫病发作是由哪些因素引起的,RNA,的编辑（,RNA editing,）,是指在,mRNA,水平上,改变遗传信息的过程。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（包括,U,C,，,A,U,；,U,的插入或缺失、多个,G,或,C,的插入等），因为经过编辑的,mRNA,序列发生了,不同于,模板,DNA,的变化，导致,DNA,所编码的遗传信息的改变。,RNA,编辑不同于,RNA,剪接，,RNA,剪接是从,DNA,模板链转录出的最初转录产物中除去内含子，并将外显子连接起来形成一个连续的,RNA,分子的过程。,RNA,剪接并没有使,DNA,的遗传信息发生改变。,众所周知,真核细胞基因表达的调控主要发生在三个彼此相对独立的水平上,包括,转录水平的调控,转录后加工水平的调控和翻译水平的调控,。近年来发现的,RNA,编辑使人们对基因表达多级调控的复杂性有了新的认识。所谓,RNA,编辑,(editing),是在,RNA,水平上改变遗传信息的加工过程,导致成熟的,RNA,编码序列和它的转录模板,DNA,序列之间的不相匹配,。,RNA,编辑机制,在,mRNA,编辑过程中需要精确的插入位点和准确的核苷数目，这需要由引导,RNA(,gRNA,),介导完成的。这些小的,gRNA,分子是与被编辑的,mRNA,互补的一小段反义序列,一般可与被编辑的,mRNA,一级转录本的下游编辑位点处结合形成短的,(10,15bp),锚定双螺旋。,在每一个,gRNA,分子,5,端的,5,12,个核甘酸可以和,mRNA,中紧邻被编辑部位,3,端的区域互补被称为,“,anchor,”,序列，,“,anchor,”,序列的下游是一段,2535,核苷酸的,“,guiding,”,序列，它可以确定核甘酸位点间即编辑位点,(E8),处尿嘧啶,U,的插入和缺失；,gRNA,结构的第三部分是位于其,3,端长度为,5,24,核苷酸的寡聚尿嘧啶核苷酸尾。,（,1,）,gRNA-I,的,5,端与前体,mRNA,的未经编辑的,mRNA,的一小段锚定序列互补；（,2,）其余大部分的,gRNA-I,序列指导部分前体,mRNA,编辑，由于插入了,UMP,mRNA,的长度增加；（,3,）新的,gRNA,（,gRNA-II,）与前体,mRNA,的刚编辑的区域的,5,端杂交，取代,gRNA-I,；（,4,）,gRNA-II,指导新一段前体,mRNA,编辑；（,5,）以下一个,gRNA,重复前面的步骤，直到,mRNA,编辑完成。,编辑过的序列用黑色表示,gRNA,介导,RNA,编辑机制,RNA,的编辑是由,3,5,方向进行的，,gRNA,分子,5,端,“,anchor,”,序列（可与,mRNA,中紧邻被编辑部位,3,端的区域互补的,5,12,个核甘酸序列）与待编辑的,mRNA,一小段锚定序列互补配对形成短的（,10,15bp,）锚定双螺旋。,gRNA,和转录本,mRNA,之间形成,10,15,个核苷的匹配环。由编辑复合体蛋白中的一个编辑位点特异性的内切酶识别出,mRNA/,gRNA,形成的锚定双螺旋序列,在,mRNA3,端第一个未配对的核苷酸处切开。接着末端尿嘧啶转移酶,(TU21Tase),将尿嘧啶残基加到切开的前体,mRNA,插入位点上,或者,3,尿嘧啶特异外切酶从切开的删除位点除去尿嘧啶残基。最后,RNA,连接酶将两段切开的,mRNA,连接起来。,gRNA,与,mRNA,碱基互补配对时的一个显著特点是：存在,G-U,碱基配对和标准的,Watson-Crick,碱基配对（,A-U,）。,11,U-OH,U,U,U,U,P,U,U,U,U,U,OH,U-OH,U,U,U,U,寡,聚,U,的,添,加,gRNA,在,mRNA,编,辑,中,的,作,用,机,制,（,1,）,gRNA-I,序列指导部分前提,mRNA,编辑遇到第一个不能配对的核苷酸；（,2,）,gRNA,末端,U,的,3-OH,攻击该核苷酸,5-P,并发生转酯反应；,mRNA,游离出来的,3-OH,攻击,gRNA,寡聚,U,第一个不配核苷酸的,5-P,，发生第二个转酯反应；（,4,）一旦,RNA,编辑完成，,gRNA,即离去。,mRNA,中,U,的插入与剔除,mRNA,中,U,的插入,mRNA,中,U,的剔除,1,、,gRNA,介导的内切核酸酶在需要插入,UMP,的位点切割,mRAN,；,2,、在,gRNA,介导下，末端尿嘧啶转移酶（,TUTase,）从游离的,UTP(,非来于,gRNA,的那个,),转 移到,UMPs,至待插入部位；,3,、,RNA,连接酶将两条,RNA,重新连接。,1,、切割前体,mRNA;,2,、通过外切核苷酸酶剔除,U,；,3,、,RNA,连接酶将两条,RNA,重新连接在一起。,编辑中的,U,来自,UTP,，在,gRNA,末端的,U,通过酯交换反应而转移到前体,mRNA,上，即,U,可从,gRNA,末端脱去，直接转移到前体,gRNA,上。,UMP,的转移需要,3,种酶的参与：,1,、内切核酸酶，沿着,gRNA,的作用方向（,3,5,）在,UMP,需要被转移的地方切开,Mran;2,、,3,外切酶，特异性切下末端尿嘧啶；,3,、,RNA,连接酶。（当,gRNA,序列缺乏,A,和,G,时不能与,mRNA,的,U,配对，,mRNA,中的,U,将被剔除。）,指导,RNA,和,RNA,的编辑机制,gRNA,通过,Watson-Crick,碱基配对与前体,mRNA,的一编辑序列结合，,之后,gRNA,的,3,端作为,U,插入的模板（,gRNA,提供,A,和,G,作为,U,渗入的,模板），新插入的,U,与,gRNA,之间的碱基配对大部分为,Watson-Crick,的,U-A,配对，只有,2,个摇摆的,G-U,配对，用星号表示。,RNA,编辑的机制,RNA,编辑的类型,迄今为止,在真核生物的,tRNA,、,rRNA,和,mRNA,中都发现了,RNA,编辑的现象。,RNA,编辑有,核苷的插入或删除编辑,和,碱基替换编辑,两种类型。这种改变影响了基因的表达,生成不同的氨基酸和新的开放读码框。,核苷酸替换的编辑,1,、胞嘧啶至尿嘧啶的脱氨转变反应；,2,、腺嘌呤至次黄嘌呤的脱氨转变反应。,RNA,编辑在高等生物中发挥着重要作用。在哺乳动物中没有发现像锥虫那样进行,U,的插入和删除的编辑，但是存在着另一种编辑方式，即腺苷酸脱氨基后转化为次黄嘌呤核苷酸（,I,），腺苷酸氨基基团被氧取代。因为,I,与,G,以相同的方式与,C,碱基互补配对，,A,脱氨基化后改变了一个密码子的编码意义。这类,RNA,的编辑是由,RNA,依赖性腺嘌呤脱氨酶介导。,例,:ACG,（,Thr,密码子）变成了,ICG,，,ICG,被核糖体作为,GCG,（,Ala,密码子）读码了。,20,载脂蛋白,B,（,apo,-lipoprotein B,apoB,）基因在动物肝脏和小肠中的表达。,C U,转变通过脱氨反应进行，由脱氨酶催化。,治疗羊角风价钱低的药,治疗羊角风最好的医院,羊角风的治疗药物,羊角风犯了怎么办,RNA,编辑中碱基替换机制,:,C U:,碱基的替换是由胞嘧啶脱氨酶所催化，载脂蛋白,B,中具有催化活性的是载脂蛋白,BmRNA,编辑蛋白催化亚基,-1,（,APOEC-1,），它是胞嘧啶脱氨酶家族中的成员。一般情况下，胞嘧啶脱氨酶可以作用于所有的,C,，,RNA,编辑时它与其它物质形成编辑复合物。,APOEC-1,的编辑体即,APOEC-1,和其激活蛋白,ASP,、互补作用因子,ACP,。,Cytidine,Uridine,deamination,载脂蛋白,BmRNA,的编辑还与,C,附近的,21,个核苷酸的保守序列顺式作用元件有关，,停泊序列与蛋白识别和结合位置有关，它是负责有效编辑的主要序列，,空间序列（,2-8bp),的长度与编辑正确发生的位置有关，,4bp,时编辑效率最高，,调节序列位于编辑位点上游，通过二级结构预期辅助因子结合调节编辑效率。,A I:,在腺嘌呤脱氨酶的作用下，,A,转变为,I,，,I,在翻译中被识别为,G,，导致谷氨酸受体亚基,m,中变为，精氨酸取代谷氨酸，减少受体对二价阳离子的的渗透性，改变生理机能。,次黄嘌呤核苷,核苷的插入或删除编辑,某些基因的转录产物通过,U,的插入或删除，改变了阅读框架才能有效地起始翻译或形成正确的,ORF,。,这可以说明,RNA,编辑不仅能够调节基因的表达，而且还是一种基因的补偿机制。,例：流感副黏病毒,SV5,的,P,基因表达产生,P,蛋白和,V,蛋白，编码,V,蛋白的,ORF,有,222,个密码子，但测序发现其基因中没有任何符合,P,蛋白长度的,ORF,。后来证实,P,蛋白的形成是由于在,V,蛋白阅读框架第,164,位密码子中插入了,GC,，产生了新的完整,ORF,，合成出有,392aa,的,P,蛋白,RNA,编辑的效率与调节,RNA,编辑在多种水平上被调节,包括代谢水平、激素水平、生长阶段及某些内分泌因素的的调控。,如,锥体虫,mRNA,的编辑只在特定的生长周期中发生,受发育水平的调节；碱基替换编辑的组织特异性使,A2I,的编辑基本只在神经组织中发生,而载脂蛋白,B,的编辑只在小肠中发生。编辑酶的表达水平也是重要的调节因素。其中,载脂蛋白,B,的编辑调节是研究最深入的。在一些例子中编辑水平的调节很大程度上依赖于,APOBEC21,的表达水平。研究发现,APOBEC21,所介导的,RNA,编辑受,3,个因素的影响,它们是,pH,值,离子浓度和温度。,编辑的功能,由于编辑发生在,RNA,的一级结构序列,使其直接影响基因的表达。碱基替代的编辑在氨基酸水平发生变化,编辑可以影响,RNA,的二级结构,产生新的起始或终止密码子。,例如,载脂蛋白,B,产生终止密码子生成截短的蛋白产物。,tRNA,的编辑改变其反义密码子,使其二级结构发生改变。当然编辑效应并不都是可见的,有些在内含子区或非编码区的,mRNA,的改变不影响其基因产物。插入或删除编辑使,mRNA,的读码框移动,形成新的开放读码框,(ORF),。,生物学意义,改变和补充遗传信息；,RNA,的编辑能增加基因产物的多样性；,RNA,编辑与生物细胞发育和分化有关，是基因表达调控的一种重要方式；,RNA,编辑还可能是基因产物获得新的结构和功能，有利于复杂的生物进化；,RNA,的编辑很可能与学习和记忆有关。,RNA,编辑是一种基因转录产物所包含的信息在转录中或转录后被改变的过程，从某种意义上是对中心法则的一种扩展。,RNA,编辑反应的发现引起了中心法则内涵的扩展，并且也使人们逐渐认识到基因表达控制的一个新的未知水平，以及此反应过程在正常生理过程中的作用。,RNA,编辑同基因的选择剪接或可变剪接,(alternativesplicing),一样，使得一个基因序列有可能产生几种不同的蛋白质，这可能是生物在长期进化过程中形成的、更经济有效地扩展原有遗传信息的机制。,RNA,编辑的结果不仅扩大了遗传信息，而且使生物更好地适应生存环境。,研究进展,1,、,RNA,编辑还普遍存在于高等植物（包括单子叶和双子叶）线粒体中，是线粒体产生功能蛋白所必不可少的步骤。,2,、水稻雄性不育系与其线粒体基因的,RNA,编辑关联。,3,、研究表明，,RNA,编辑大多数作用于密码子的第,1,和第,2,位点上，这常常导致编码的氨基酸种类发生变化。,4,、某些癌症表现可能与,RNA,编辑缺陷有联系。比如在人大脑癌细胞中,A-I,编辑中谷氨酸受体通道存在缺陷。但目前通过对,RNA,编辑缺陷型模式生物的研究，还没有明显证据证明,RNA,编辑减弱与癌变恶化之间的因果关系。,5,、通过,RNA,编辑进一步了解,HIV,（人类免疫缺陷病毒）、,HBV,（乙型肝炎病毒）等病毒感染机制。,