(生物学)基因转录

(生物学)基因转录

RNA的合成及加工(TranscriptionandProcessing)\n主要内容转录体系转录的起始转录的延伸转录终止转录产物的加工修饰原核细胞真核细胞\nThesynthesisofRNAmoleculesusingDNAstrandsasthetemplatessothatthegeneticinformationcanbetransferredfromDNAtoRNA.Transcription\n转录泡转录单位转录后加工内含子外显子专业英语名词TranscriptionunitTranscriptionbubblePost-transcriptionalmodificationIntronExon\n核酶RNA剪接逆转录断裂基因套索RNA专业英语名词RNAsplicingReversetranscriptionRibozymeSplitegeneLariatRNA\n主要内容转录体系转录的起始转录的延伸转录终止转录产物的加工修饰原核细胞真核细胞\n负责核苷酸链延长的分子?链延伸的方向?模板阅读原则?RNA合成局部的结构特征?模板的结构需求?转录的延伸\n转录泡(transcriptionbubble)RNA-pol核心酶····DNA···RNA\n转录延长特征核心酶负责反应催化原核σ亚基解离真核CTD磷酸化新的NTP加在3'-OH上RNA链从5'端向3'端延伸与模板碱基配对，U对A模板被从3'端向5'端阅读模板局部开链小于20bp局部有12bpRNA-DNA杂化双链模板前方需拓扑异构酶真核生物需要有核小体移位原核生物RNA同时合成蛋白\n转录延长—原核生物1.亚基脱落，RNA–pol聚合酶核心酶变构，与模板结合松弛，沿着DNA模板前移2.在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长(NMP)n+NTP(NMP)n+1+PPi\n\n原核生物转录过程中的羽毛状现象转录延长—原核生物53DNA核糖体RNARNA聚合酶转录与翻译同时进行\nSimultaneoustranscriptionsandtranslation\n1.真核生物转录延长过程与原核生物大致相似，但因有核膜相隔，没有转录与翻译同步的现象2.RNA-pol前移处处都遇上核小体。转录延长过程中可以观察到核小体移位和解聚现象转录延长—真核生物\n转录延长—真核生物\n转录延长中的核小体移位RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小体转录方向\n主要内容转录体系转录的起始转录的延伸转录终止转录产物的加工修饰原核细胞真核细胞\n依赖Rho(ρ)因子的转录终止非依赖Rho因子的转录终止转录终止—原核生物RNA聚合酶在DNA模板上停顿，转录产物RNA链从转录复合物上脱落分类\n依赖Rho因子的转录终止DNA模板上靠近终止处，特殊的碱基序列转录出RNA后，RNA产物与Rho因子结合，终止转录ATP\n非依赖Rho因子的转录终止使RNA聚合酶变构，转录停顿使转录复合物趋于解离，RNA产物释放。DNA模板上靠近终止处，有些特殊的碱基序列，转录出RNA后，RNA产物形成特殊的茎环结构来终止转录\n转录终止\n转录终止—真核生物\n5------AAUAAA-5------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG转录终止的修饰点55333加尾AAAAAAA······3mRNA——与转录后修饰密切相关真核生物的转录终止(RNApolII)Poly（A）位点\n转录单位一个转录单位就是从启动子到终止子的一段序列，是一段以一条单链RNA分子为表达产物的DNA片段transcriptionunit\n主要内容转录体系转录的起始转录的延伸转录终止转录产物的加工修饰原核细胞真核细胞\n●原核细胞RNA聚合酶（全酶）与启动子相互作用●真核细胞RNA聚合酶、反式作用因子与顺式元件相互作用1.起始\n2.延伸核心酶催化RNA聚合酶催化，需核小体解聚●原核细胞●真核细胞\n3.终止●原核细胞●真核细胞转录终止部位剪切并加尾(hnRNA)依赖ρ因子不依赖ρ因子RNA3‘端形成茎环结构\n主要内容转录体系转录的起始转录的延伸转录终止转录产物的加工修饰原核细胞真核细胞\n原核细胞真核细胞tRNA和rRNA需加工，mRNA不需加工tRNA、rRNA和mRNA均需加工转录产物的加工修饰\nAUGGG……………………………………………UAA…开放阅读框…AAAAAAA….An5′非翻译区3′非翻译区5′帽结构m7Gpppp3′多聚(A)尾真核生物mRNA的一般结构\n基因结构mRNA结构真核生物的结构基因\n断裂基因（splitegene)外显子(exon)内含子(intron)真核生物的结构基因由若干个编码区和非编码区相互间隔但又连续镶嵌而成，为一个蛋白质编码，因此称为断裂基因外显子内含子在断裂基因的初级转录产物上出现，并表达为成熟mRNA的序列在断裂基因的初级转录产物上出现，而在剪接过程中被去除的序列\nThestructuralgenesarecomposedofcodingandnon-codingregionsthatarealternativelyseparated.SplitgeneEABCDFG\n1993年诺贝尔生理学或医学奖PhillipSharpRichardRoberts周芷\nPrimarytranscriptsofmRNAarecalledasheteronuclearRNA(hnRNA).hnRNAarelargerthanmaturedmRNAbymanyfolds.ModificationincludesCappingatthe5-endTailingatthe3-endmRNAsplicingRNAeditionModificationofhnRNA\n5'端加帽转录终止前已经完成，加入m7G5‘ppp，可稳定mRNA并帮助翻译起始7甲基鸟嘌呤核苷三磷酸（m7GTP）加帽酶\n3'加尾长度100~200个核苷酸加尾信号处切离,并加poly(A)，与稳定mRNA及翻译效率有关核酸酶CFI、CFIIpoly(A)聚合酶PAP3’-OH引入100-200个A真核基因3’端AATAA及下游序列转录生成RNA切除3’尾10~25碱基\nsnRNA,smallnuclearRNAmRNA的剪接hnRNA,hetero-nuclearRNAmRNAsplicing剪接对象剪接场所剪接体，spliceosome小分子核糖核蛋白snRNP,smallnuclearribonucleoprotein6种snRNA，50种以上蛋白，hnRNAU1、U2、U4、U5、U6剪接序列5‘-端GU……A…..AG-OH-3‘,其间有分支点A剪接反应二次转酯反应剪接方式内含子区形成套索RNA\nThematuredmRNAsaremuchshorterthantheDNAtemplates.DNAmRNALariatRNA\nmRNA的剪接Twicetransesterification\n42剪接体组装\n由U1snRNA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（U2auxiliaryfactor）识别3’剪接点并引导U2snRNP与分支点相结合，形成剪接前体（pre-spliceosome）。剪接前体进一步与U4、U5、U6snRNP三聚体相结合，形成剪接体。真核生物mRNA前体中内含子剪接过程示意图\n“拇指姑娘”之谜microcephalicosteodysplasticprimordialdwarfismtypeI(MOPDI)\nDeepsequencingGeneencodingU4atacsnRNAismutatedinindividualswithMOPDI\n通过不同剪接方式选择性使用外显子，合成功能不同而结构只有微小差异的蛋白质选择性剪接Alternativesplicing\n\nCell147,132–146,September30,2011\nModelASSwitchinControllingESCPluripotencyandDifferentiation\nTakingplaceatthetranscriptionlevelOnegeneresponsibleformorethanoneproteinsSignificance:genesequences,afterpost-transcriptionalmodification,canbemultiplepurposedifferentiation.mRNA编辑\nDifferentpathwayofapoBHumanapoBgenehnRNA(14500base)liverapoB100（500kD）intestineapoB48（240kD）CAAtoUAAAt6666\n成熟mRNA＋蛋白质→细胞核→细胞质真核生物成熟mRNA的运输信使核糖核蛋白颗粒(mRNP)\ntRNA转录后修饰切除5’端16个核苷酸切除3’端核苷酸加CCA碱基修饰为稀有碱基剪接去除反密码环处的内含子RNasePRNaseD核苷酸转移酶\nrRNA转录后修饰\n核酶的发现1981年CechT在研究四膜虫(Tetrahymenathermophila)rRNA前体拼接过程中发现，此类的拼接无需蛋白质的酶参与作用，它可自我催化完成。Cech称具有催化功能的RNA为核酶（ribozyme）。1989年cechT和AltmanS共同获诺贝尔化学奖，AltmanS的贡献是发现RnaseP中的M1RNA单独也具有催化功能。核酶的发现改变了酶的化学本质是蛋白质的传统观念。\nTheM1RNAinribonucleasePiscatalyticTheintroninthepre-rRNAofTetrahemenaisself-spliced因发现核酶而获诺贝尔奖的两位科学家：\n锤头核酶的结构Hammer-head\n设计锤头核酶定向切割靶RNA\nBeasupplementtothecentraldogmaRedefinetheenzymologyProvideanewinsightsfortheoriginoflifeBeusefulindesigningtheartificialribozymesasthetherapeuticalagentsSignificanceofribozyme\n生命起源的探索-DNAworldorRNAworld？逆转录核酶\n哪一种先出现，蛋白质还是DNA？RNA，RNA，RNARNA，RNA，RNA，RNARNA，RNA，RNARNA，RNA，RNARNA世界DNA蛋白质\n\n主要内容转录体系转录的起始转录的延伸转录终止转录产物的加工修饰原核细胞真核细胞\n转录差别–真核对原核生物染色质和核小体结构对转录有深刻的影响真核细胞RNA聚合酶高度分工转录还需要许多被称为转录因子的蛋白质的参与启动子以外的序列参与调节基因的转录转录与翻译不存在偶联关系转录的产物多为单顺反子，而原核基因的转录产物多为多顺反子\n逆转录\n逆转录病毒细胞内的逆转录现象:RNA模板逆转录酶DNA-RNA杂化双链RNA酶单链DNA逆转录酶双链DNA\n艾滋病毒完整的生活史\nProf.DavidHo治疗艾滋病的“鸡尾酒”疗法\n小结转录的过程包括几个主要步骤hnRNA的转录后修饰有哪些\nreplicationtranscriptiontemplatedoublestrandssinglestrandsubstratedNTPNTPprimeryesnoenzymeDNApolymeraseRNApolymeraseproductdsDNAssRNApatternA-TSemidiscontinu-A-UContinu-basepairprocessingnoyesDifferencesbetweenreplicationandtranscription\n谢谢\n\n模板链编码链5’3’3’5’RNA合成中的DNA模板有意义链、Waston链、负链反意义链，Crick链、正链\nE.coliRNA聚合酶的结构核心酶coreenzymeσ亚基\nRNA-polI核仁45S-rRNARNA-polII核质hnRNA、miRNARNA-polIII核质5S-rRNA、tRNA、snRNA真核生物的RNA聚合酶种类细胞内定位转录产物MtRNA-pol线粒体线粒体RNAs\n转录因子通用转录因子序列特异转录因子辅助转录因子直接或间接结合于基因启动子又称为转录起始因子直接结合于基因调节区又称为转录调节因子间接结合于基因调节区又称为辅因子\nTATA盒Hognest盒CAAT盒GC盒增强子顺式作用元件结构基因-GCGC---CAAT---TATA转录起始点真核生物Ⅱ类启动子保守序列25bpupstreamInitiator40and100bpupstream\nPOL-ⅡTFⅡFⅡHⅡEⅡAⅡBTBPTAFTFⅡD-ⅡF-ⅡB-DNA复合物TATAPOL-ⅡTFⅡFⅡAⅡBTBPTAFTATAⅡHⅡECTD-P真核生物转录起始前复合物(pre-initiationcomplex,PIC)PIC组装完成，TFⅡH使CTD磷酸化起始过程\nDNAmRNAproteintranscriptiontranslation原核细胞真核细胞遗传信息的流动\n80\n\n82hnRNA转录后加工修饰5'端加帽3‘端加尾去除内含子\nSplicingmechanism\nlariat\n\nRNA合成不同mRNA剪接方式导致一个基因多种产物降钙素甲状腺脑降钙素基因相关肽