RNA剪接

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剪接（英語：Splicing，又稱拼接），是一種基因重組技術(shù)，在分子生物學(xué)中是指基因資訊在轉(zhuǎn)錄后的一種修飾，即將內(nèi)含子移除及合并外顯子。是真核生物的信使RNA/信使RNA前體（precursor messenger RNA）變成成熟mRNA的過程之一。這也是真核生物與原核生物的區(qū)別之一（請(qǐng)參看順反子）。這些成熟的mRNA會(huì)接著進(jìn)行蛋白質(zhì)生物合成中的翻譯，以產(chǎn)生蛋白質(zhì)，稱轉(zhuǎn)譯作用。 剪接是核糖核酸（RNA）核苷酸之間的一連串生化反應(yīng)，并由小核核糖蛋白(snRNP)中的snRNA負(fù)責(zé)催化并作用。也有一些類型不需外在催化物質(zhì)，而是在特定二價(jià)金屬離子存在的情況下，以自我催化方式進(jìn)行剪接，如第I型或第II型內(nèi)含子 (type-I or type-II intron)。

目錄 1 剪接途徑 1.1 剪接體 1.2 自剪接 1.3 轉(zhuǎn)運(yùn)RNA剪接 2 演化 3 生物化學(xué)過程 4 選擇性剪接 5 剪接的實(shí)驗(yàn)處理 6 剪接誤差 7 內(nèi)部連結(jié) 8 參考 9 參考來源

剪接途徑

RNA剪接可以有多種的方式。剪接的型式以內(nèi)含子的結(jié)構(gòu)及剪接所需的剪接因子而定。此外，RNA剪接還分為分子內(nèi) (intramolecular) 剪接 (cis splicing) 以及分子間 (intermolecular) 剪接 (trans splicing)。但不論哪一種途徑，移除的內(nèi)含子都會(huì)被拋棄。

剪接體

內(nèi)含子經(jīng)常存在于真核生物的蛋白質(zhì)編碼基因(coding gene)中。在內(nèi)含子里，需要有 5' 剪接位點(diǎn)(5' splice site)、3' 剪接位點(diǎn)(3' splice site)及剪接分枝位點(diǎn)(branch point)來進(jìn)行剪接。剪接是由剪接體（Spliceosome）來催化，它是以五個(gè)不同的小核核糖核酸 (snRNs) 以及不下于一百個(gè)蛋白質(zhì)所組成的大型核糖核酸蛋白質(zhì)復(fù)合物，稱為小核核糖蛋白(snRNP)。snRNP 的 RNA 會(huì)與內(nèi)含子行雜交反應(yīng)(hybridization)，并且參與剪接的催化反應(yīng)。

自剪接

自剪接^*出現(xiàn)在稀少的內(nèi)含子組成核酸酶，核酸酶在只有RNA的情況下代替了剪接體的功能。自剪接的內(nèi)含子有兩種，稱為第Ｉ型及第Ⅱ型。第Ｉ型及第Ⅱ型內(nèi)含子以與剪接體類似的方式進(jìn)行剪接，但不需要任何蛋白質(zhì)。這種相似性使人相信這些內(nèi)含子與剪接體在演化過程上有著關(guān)連。自剪接亦可能是非常古老，且可能出現(xiàn)在一個(gè)還未有蛋白質(zhì)的核糖核酸世界。雖然以下兩種剪接可以在沒有蛋白質(zhì)的情況下進(jìn)行，但依然會(huì)額外的使用5個(gè)RNA分子及超過50多個(gè)蛋白質(zhì)，并水解多個(gè)三磷酸腺苷（ATP）分子。使用 ATP 是要提高剪接mRNA的準(zhǔn)確性，避免出現(xiàn)錯(cuò)誤。

以下兩次轉(zhuǎn)酯化是第Ｉ型內(nèi)含子自剪接的特征：

1. 游離鳥嘌呤核苷酸（被包在內(nèi)含子中）的3'羥基，或是核苷酸輔助因子（即鳥苷單磷酸（GMP）、鳥苷二磷酸（GDP）、鳥苷三磷酸（GTP））攻擊內(nèi)含子的5'剪接位點(diǎn)。內(nèi)含子并不形成套索結(jié)構(gòu)，而該鳥糞苷則會(huì)從內(nèi)含子中轉(zhuǎn)移位置到內(nèi)含子的5'位，從而成為第I型內(nèi)含子的第一個(gè)核苷酸。
2. 內(nèi)含子5'剪接位點(diǎn)上游外顯子最后一個(gè)核苷酸的3'羥基變成親核基，而第二次交酯化/轉(zhuǎn)酯化會(huì)將兩個(gè)外顯子接合。

以下是第Ⅱ型內(nèi)含子自剪接的特征（與第Ｉ型相同是兩次交酯化）：

1. 內(nèi)含子內(nèi)特定腺苷的2'羥基攻擊5'剪接位點(diǎn)，從而形成一個(gè)套索。
2. 5'外顯子的3'羥基新親核基于3'剪接位點(diǎn)引發(fā)第二次的交酯化/轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)，從而將兩個(gè)外顯子接合。

轉(zhuǎn)運(yùn)RNA剪接

轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）剪接是另一種較罕見的剪接方法，但是卻經(jīng)常在 tRNA 出現(xiàn)。它的剪接反應(yīng)涉及與剪接體或自剪接不同的生物化學(xué)過程。核糖核酸酶切開RNA，而連接酶 (RNA ligase) 則將外顯子接合。這種剪接方式同樣不需要任何RNA分子來催化，而是一種全由蛋白質(zhì)催化和作用的反應(yīng)。整個(gè)過程中并未有交酯化/轉(zhuǎn)酯化作用。

演化

在所有生物界或生物域中都有出現(xiàn)剪接，剪接的幅度及類型在主要的生物門中都可以非常不同。真核生物中RNA剪接好發(fā)于mRNA及一些非編碼RNA。原核生物則很少剪接，但多是非編碼RNA。兩種生物最大的差異是原核生物沒有剪接體剪接途徑。

由于剪接體內(nèi)含子并非在所有 生物種中得到保存，有人便因此質(zhì)疑剪接體演化的起始點(diǎn)。現(xiàn)時(shí)有兩種建議的模式：內(nèi)含子先天存在理論及內(nèi)含子后天衍生理論。

生物化學(xué)過程

剪接體剪接及自剪接涉及兩個(gè)步驟的生物化學(xué)過程。兩個(gè)步驟均需要在RNA間進(jìn)行轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)。但是tRNA剪接則沒有交醋化/轉(zhuǎn)酯化過程。

剪接體及自剪接交酯化反應(yīng)的發(fā)生有特定的次序。首先，一個(gè)在內(nèi)含子的特定“剪接分枝位點(diǎn)”核苷酸會(huì)與這個(gè)內(nèi)含子的第一個(gè)核苷酸產(chǎn)生轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)，形成兩個(gè)RNA分子，一個(gè)是“內(nèi)含子套索”另一個(gè)則是內(nèi)含子前的外顯子。第二，第一個(gè)外顯子最后的核苷酸會(huì)與第二個(gè)外顯子的首個(gè)核苷酸產(chǎn)生轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)，連接外顯子并釋放內(nèi)含子套索。

選擇性剪接

主條目：選擇性剪接

在很多時(shí)候，剪接過程可以透過對(duì)同一個(gè)基因轉(zhuǎn)錄的相同pre-mRNA使用不同的剪接選擇，產(chǎn)生不同的mRNA異構(gòu)物(isoform)，最后產(chǎn)生多種相似卻又獨(dú)特的蛋白質(zhì)，或是產(chǎn)生出穩(wěn)定性低的mRNA產(chǎn)物以達(dá)到調(diào)節(jié)基因表現(xiàn)的目的。而由于選擇性剪接的存在而使基因組可以產(chǎn)生比基因子量還多許多倍的基因產(chǎn)物。

Pre-mRNA的剪接也并不是完美的。據(jù)估計(jì)，人體細(xì)胞中有約70%的基因會(huì)進(jìn)行選擇性剪接。而其中又有三分之二以上的剪接產(chǎn)物 (spliced transcripts) 因?yàn)榧艚舆^程的不夠精確、或是形成未成熟的終止密碼子 (premature termination codon, PTC) 而造成該 RNA 的降解 (RAN degradation)^[1]。另有研究顯示，剪接過程中的交酯化/轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)在特定條件下是可逆的^[2]。這對(duì)于剪接反應(yīng)如何維持或調(diào)結(jié)其精確性提供了新的思路，并對(duì)如何治療因剪接錯(cuò)誤而起的人類疾病提供了新方向。

剪接的實(shí)驗(yàn)處理

干擾 mRNA 剪接的實(shí)驗(yàn)可以透過將以嗎啉基或肽核酸修飾之反義寡核苷酸結(jié)合在 snRNP 于 mRNA 上的結(jié)合位點(diǎn)、型成套索結(jié)的核苷酸分支點(diǎn)或剪接調(diào)控因子的結(jié)合位點(diǎn)上^[3]來作出修改。^[4][5]

另外，籍由影響剪接調(diào)控因子在細(xì)胞的正常表現(xiàn)，或是在試管反應(yīng)中控制調(diào)控因子的相對(duì)濃度，甚至是剪接體的相對(duì)濃度都能達(dá)成對(duì) mRNA 剪接干擾的目的。

剪接誤差

內(nèi)含子或外顯子的突變可以阻礙剪接及從而影響蛋白質(zhì)合成。一般的誤差包括：

• 拼接位點(diǎn)的突變?cè)斐晌稽c(diǎn)失去功能。這是因過早與終止密碼子的接觸、失去外顯子、或包含內(nèi)含子。
• 拼接位點(diǎn)附近的突變減少獨(dú)特性。這可以是因拼接位置的差異，引發(fā)插入或移除胺基酸，或通常是失去閱讀框架。
• 拼接位點(diǎn)的移位。這是因包含或排除比預(yù)期更多的DNA，造成較長(zhǎng)或較短的混合外顯子。
• 選擇性剪接作用蛋白的影響。這些非剪接體的核糖核酸結(jié)合蛋白會(huì)影響剪接體對(duì)于剪接位點(diǎn)的選擇。通常的作用是各式閱讀框架的改變。

內(nèi)部連結(jié)

• cDNA
• 外顯子
• 內(nèi)含子
• 剪接體

參考

1. ↑ Sorek R, Shamir R, Ast G. How prevalent is functional alternative splicing in the human genome?. Trends Genet. 2004, 20 (2): 68-71. PMID 14746986. 
2. ↑ Tseng CK, Cheng SC. Both Catalytic Steps of Nuclear Pre-mRNA Splicing Are Reversible. Science. 2008, 320 (5884): 2409-20. PMID 18583613. 
3. ↑ Bruno IG, Jin W, Cote GJ. Correction of aberrant FGFR1 alternative RNA splicing through targeting of intronic regulatory elements. Hum Mol Genet. 2004, 13 (20): 2409-20. PMID 15333583. 
4. ↑ Draper BW, Morcos PA, Kimmel CB. Inhibition of zebrafish fgf8 pre-mRNA splicing with morpholino oligos: A quantifiable method for gene knockdown. Genesis. 2001, 30 (3): 154-6. PMID 11477696. 
5. ↑ Sazani P, Kang SH, Maier MA, Wei C, Dillman J, Summerton J, Manoharan M, Kole R. Nuclear antisense effects of neutral, anionic and cationic oligonucleotide analogs. Nucleic Acids Res. 2001, 29 (19): 3965-74. PMID 11574678. 

轉(zhuǎn)錄后修飾 細(xì)胞核 前信使RNA · 5'端加帽 · 多腺苷酸化 · 多聚腺苷酸結(jié)合蛋白（CPSF、CstF、PAP、 PAB2、CFI及CFII） RNA剪接： 內(nèi)含子 / 外顯子 · snRNA · snRNP · 剪接體（次要剪切體、U1 剪接體RNA） · 選擇性剪接 · 前體mRNA加工因子 （PLRG1、PRPF3、PRPF4、PRPF4B、PRPF6、PRPF8、PRPF18、PRPF19、PRPF31、PRPF38A、PRPF38B、PRPF39、PRPF40A及PRPF40B） RNA編輯 · 多聚尿苷酸化 細(xì)胞質(zhì) 5'端帽甲基化 mRNA去帽：DCP1A · DCP1B · DCP2 · DCPS · EDC3 · EDC4

參考來源

• 維基百科-RNA剪接

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