内含子的特异性识别与选择性剪切

剪切反应是基因选择性表达中的重要环节之一,其过程主要包括2步:去除内含子及连接外显子。依据碱基序列和潜在折叠方式的差异,内含子可分为3种类型:Ⅰ类内含子、Ⅱ类内含子、Ⅲ类内含子。其中前2类内含子能进行自我剪切,而Ⅲ类内含子的剪切反应则需由核RNA和蛋白质组成的剪接复合体介导。综述不同类别的内含子的识别与剪接机制,并对内含子在生物信息学中的应用做简要介绍。     

细菌第二类内含子与真核基因内含子的起源

细菌第二类内含子与真核基因内含子的起源吴大庆,吴大鹏（山东大学微生物所,济南２５０１００）（中国科学院微生物所,北京１０００８０）关键词第二类内含子,剪接体内含子,起源关于真核生物基因组内含子的起源有两种假说。Ｇｉｌｂｅｒｔ认为,ＲＮＡ剪接系统在生命...     

内含子对真核基因表达调控的影响

大多数真核基因都含有非编码的间隔序列--内含子,根据剪接机制的不同,可将内含子分为3类:真核mRNA内舍子、自我剪接内含子和真核tRNA内含子.在多数情况下,真核mRNA内含子的存在可以提高基因的表达水平.因为其剪接过程会影响mRNA新陈代谢的多个阶段,包括转录、RNA编辑、pre-mRNA的加工、mRNA的出核运输、翻译和无义衰变等.真核mRNA内含子在真核生物基因表达调控中起着重要的作用,是转基因研究中提高外源基因表达的重要元件之一.就真核mRNA内含子的特性、剪接机制及其对真核基因表达调控的影响作一概述.     

基于卡那霉素抗性建立的研究I类内含子结构与功能关系的系统

Ⅰ类内含子（group I intron）是研究RNAs结构与功能关系的理想元件, 在 解释RNA折叠理论、催化机制等方面起着重要作用;对其结构与功能关系的研究也 因此成为一个非常重要的课题. 本研究建立了一个基于卡那霉素抗性进行Ⅰ类内含子结构与功能关系研究系统,将源于海洋蓝细菌Nostoc punctiforme（Npu）核糖核酸还原酶基因（ribonucleotide reductase,Rir）中的1个Ⅰ类内含子插入到pDrive质粒的卡那霉素抗性基因（kanamycin resistance gene,KanR）内构建得pKR12质粒并转化大肠杆菌（E.coli）. 只有内含子剪接的阳性克隆才能生成 KanR蛋白并在Kan抗性平板上生长. 结果显示,pKR12转入E.coli后不能在Kan抗性 平板上生长, RT-PCR检测仅可见前体带, 表明插入到KanR中的Npu Rir内含子没有发生剪接. 随后通过易错PCR建立内含子的随机突变库并用Kan抗性筛选进行定向演化, 产生有剪接活性的内含子突变体, RT-PCR检测显示剪接发生. 由于内含子剪接活性的改变可通过Kan抗性变化在LB平板上得以反映, 因此该系统有望成为简单快速地研究Ⅰ类内含子结构与功能关系的有利工具.     

Ⅲ类内含子及其对基因表达的影响

内含子是指断裂基因中的非编码区序列。根据内含子的核苷酸序列和RNA潜在折叠方式不同,可分成四种类型：Ⅰ类内含子、Ⅱ类内含子、Ⅲ类内含子和Ⅳ类内含子。Ⅲ类内含子为真核细胞前mRNA中的内含子。它可以启动某些基因的表达,影响基因的表达量;增加mRNA分子的稳定性;并通过选择性剪接调控基因的表达。Ⅲ类内含子可以提高转基因动物基因的表达效率。因此,基因工程中,为了提高表达效率,是选用基因组基因还是cDNA基因,应视具体基因而定。     

内含子Ⅱ的作用机制和演化

内含子是广泛存在于原核生物的叶绿体、线粒体以及真核生物基因组中的非编码DNA序列,但其含有的调控元件却常常影响基因的表达效率。内含子的自我剪接在mRNA的成熟过程中起着重要作用,内含子也可利用逆转录剪接作用插入到同源或异源DNA中,同时也常常通过“外显子改组”来促进基因进化。文章重点介绍了近年来在内含子Ⅱ作用机制及演化方面研究的最新进展。     

蛋白内含子与蛋白剪接

蛋白内含子和蛋白剪接是蛋白质研究的前沿领域。重点介绍了蛋白内含子的结构和蛋白剪接机理的最新研究成果 ;蛋白内含子如同RNA剪接中的内含子 ,也是一类可移动的遗传元件 ;蛋白内含子目前研究的热点是蛋白内含子的功能研究及其在蛋白质工程和其它生物工程领域的用。     

高剪接活性断裂蛋白质内含子的体内切割

蛋白质内含子介导的断裂(切割)反应被用于蛋白质纯化、连接和环化等,但目前仍存在断裂效率低、断裂反应的不可控、产物复杂等问题。蛋白质内含子的定点突变可导致其N端或C端断裂。其末位氨基酸突变则剪接反应第3步天冬酰胺环化无法进行,发生N端断裂;其首位氨基酸发生突变则剪接反应第一步酰基重排及其后续步骤均无法进行,而天冬酰胺环化仍可进行,发生C端断裂。利用已获得的高剪接活性的S1和S11型断裂蛋白质内含子Ssp GyrB,分别将其参与剪接反应的首位半胱氨酸或末位天冬酰胺突变为丙氨酸,构建能够发生一端断裂的断裂蛋白质内含子。研究结果表明,突变后断裂蛋白质内含子的剪接反应几乎不发生,其断裂活性有不同程度的提高,获得了在大肠杆菌体内具有较高效断裂活性的断裂蛋白质内含子。这将为进一步研究其体外可控性剪接、构建高效的蛋白纯化系统和深入研究蛋白质内含子的剪接机制提供基础。     

内含子编码蛋白与内含子的转移

具有自我剪接能力的Ⅰ型和Ⅱ型内含有编码蛋白质的功能,Ⅰ型内含子编码成熟酶和核酸内切酶,后者参与Ⅰ型与含子的归巢。Ⅱ型内含子编码的蛋白质呈现成熟酶核酸内切酶和逆转录酶活性,三种活性都在Ⅱ型内含子归巢中和用。     

异源生物中筛选高剪接活性Intein系统的建立

原始物种体内蛋白质内含子（intein）介导的自催化蛋白剪接反应以100%效率进行.当这些蛋白质内含子被克隆入异源物种时,其剪接效率往往大大降低,绝大多数甚至完全失去剪接能力.本研究根据蛋白质内含子剪接活性与蛋白质外显子（extein）C端第1个保守氨基酸直接相关的特点,设计含有所有这些保守氨基酸的多个短的蛋白质外显子序列,通过PCR引入到卡那霉素抗性蛋白（KanR）的不同位点中,在此外显子中克隆入相应的蛋白质内含子,构建在大肠杆菌中依赖卡那霉素抗性来筛选高剪接活性蛋白质内含子的系统.结果显示,卡那霉素平板上菌落生长的结果与Western印迹检测的结果基本一致.说明建立的筛选高剪接活性蛋白质内含子系统成功.这种含有可选择蛋白质外显子的筛选系统,将蛋白质剪接与卡那霉素抗性相结合,直接从平板上观测剪接结果,成为快速、稳定筛选在异源物种中具有剪接活性蛋白内含子的新手段.     

Ⅱ型内含子及其生物技术应用研究进展北大核心CSCD

型内含子(groupⅡintrons)是一类具有自我剪接功能的核酶,能够通过“归巢”(retrohoming)机制高频插入到DNA靶位点。Ⅱ型内含子对DNA靶位点的识别和剪接具有高度专一性和高效性,这种特性使其在基因工程中具有重要的应用价值。文中首先综述了Ⅱ型内含子基因打靶原理及其在微生物遗传改造中的应用;然后,根据Ⅱ型内含子“归巢”特点及其依赖高浓度Mg2+的特性,分析了Ⅱ型内含子在多功能基因编辑及真核生物应用中的局限性;最后,以笔者课题组研究工作为基础,结合Ⅱ型内含子自身结构特点,分析了Ⅱ型内含子在新型基因编辑工具开发方面的潜能,为Ⅱ型内含子生物技术应用提供借鉴。     

不依赖天然外显子的蛋白质内含子定向进化筛选系统

蛋白质剪接技术为在蛋白质水平上直接对蛋白质进行修饰和加工提供了一种全新的解决方案,因而在蛋白质工程及相关领域具有非常广阔的应用前景。现阶段,大部分天然的蛋白质内含子在异源蛋白质中剪接活性非常低,极大限制了蛋白质内含子的开发和应用。为了开发一个可以同时对蛋白质内含子通用性和剪接活性进行筛选的系统,利用Bsa I限制性内切酶识别位点和切割不重合的特性,将Ter ThyX内含子(不含外显子序列)插入到卡那霉素抗性蛋白基因的多个位点。并且摒弃了以往需要结合天然外显子以实现剪接的方法,可以同时对蛋白质内含子的剪接活性和通用性进行筛选。Western blot结果和卡那霉素平板生长结果表明,通过卡那霉素筛选系统可以精确的将蛋白质内含子剪接反应与卡那霉素抗性结合起来,仅从卡那霉素平板上的菌落生长情况即可完成蛋白质内含子剪接活性阳性突变的筛选,是一个快速,稳定的定向进化筛选系统。     

蛋白质剪接与一类新的可移动遗传因子

最近在几种生物体中连续发现了蛋白质剪接现象,由于它与通常所说的RNA剪接的区别,人们称这些在蛋白质水平被剪切掉的部分为“蛋白质内含子”.有些蛋白质内含子具有核酸内切酶功能,编码蛋白质内含子的DNA片段是一类新的可移动遗传因子.文中介绍了目前发现的几例蛋白质剪接现象,讨论了蛋白质剪接的可能机理,分析了蛋白质内含子的进化及其生物学意义.     

内含子编码蛋白与内含子的转移

具有自我剪接能力的Ⅰ型和Ⅱ型内含子有编码蛋白质的功能。Ⅰ型内含子编码成熟酶和核酸内切酶,后者参与Ⅰ型内含子的归巢。Ⅱ型内含子编码的蛋白质呈现成熟酶核酸内切酶和逆转录酶活性,三种活性都在Ⅱ型内含子归巢中起作用。除归巢外,Ⅰ型和Ⅱ型内含子的转移还表现为转位和丢失。内含子作为可转移遗传因子,可能在进化中有一定的意义。     

mRNA选择性剪接的分子机制

真核细胞mRNA前体经过剪接成为成熟的mRNA,而mRNA前体的选择性剪接极大地增加了蛋白质的多样性和基因表达的复杂程度,剪接位点的识别可以以跨越内含子的机制(内含子限定)或跨越外显子的机制(外显子限定)进行。选择性剪接有多种剪接形式：选择不同的剪接位点,选择不同的剪接末端,外显子的不同组合及内含子的剪接与否等。选择性剪接过程受到许多顺式元件和反式因子的调控,并与基本剪接过程紧密联系,剪接体中的一些剪接因子也参与了对选择性剪接的调控。选择性剪接也是1个伴随转录发生的过程,不同的启动子可调控产生不同的剪接产物。mRNA的选择性剪接机制多种多样,已发现RNA编辑和反式剪接也可参与选择性剪接过程。     

AT—AC内含子及其剪接机理的研究进展

ＡＴ┐ＡＣ内含子及其剪接机理的研究进展滕胜明镇寰（杭州大学生命科学学院,杭州３１００１２）关键词ＡＴ－ＡＣ内含子剪接机理最近发现了一种新类型的内含子,它在ｍＲＮＡ前体中存在的比例不到０．１％,其剪接位点高度保守的双核苷酸为ＡＴ和ＡＣ（ＡＴ－ＡＣ内含子...     

鱼类基因内含子研究进展

内含子是指断裂基因中的非编码区序列,在编码蛋白质前被去除。在高等生物中,内含子的长度远大于外显子,大部分随机突变会发生在内含子中。因此,内含子的存在使高等生物对突变的耐受能力大大增强了。研究表明,内含子可以提高基因表达效率;影响RNA的转录、剪接加工、出核孔以及翻译等过程;启动某些基因的表达;并通过选择性剪接调控基因的表达。内含子功能的研究成果给当前鱼类免疫基因研究开拓了全新的视野。对内含子的分类、剪接、功能以及鱼类内含子研究的新进展进行了综述,并展望了内含子在鱼类免疫基因研究中的应用。     

一类新内含子的研究状况

在真核细胞基因组中发现一类新内含子——AT-AC内含子, 除结构特征与普遍存在的核mRNA前体内含子有明显不同外,剪接机制上也存在一定差异.文章介绍了该内含子的分布,结构特征及剪接机理,并与主内含子作了相应比较.     

定向进化提高微小蛋白质内含子Ter DnaE-3 剪接活性的研究

目前,蛋白质内含子在蛋白质工程领域中得到越来越广泛的应用。为提高微小蛋白质内含子Ter DnaE-3(Trichodesmium erythraeum)在异源宿主中的剪接活性,采用易错PCR技术,通过改变反应体系中dNTP、Mg2+、Mn2+的浓度等手段,借助依赖卡那霉素的蛋白质内含子筛选系统进行筛选。Western印迹结果表明:通过定向进化,其中5号突变体的剪接活性从原始的约20%提高至约85%;9号突变体能够避免发生剪接副反应,即N端断裂反应。氨基酸突变位点与剪接活性变化的相关性分析表明:参与α-helix形成的氨基酸的突变极有可能影响蛋白质内含子的断裂反应,参与β-sheet形成的氨基酸的突变则有可能影响蛋白质内含子结构的紧凑性。通过定向进化提高微小蛋白质内含子Ter DnaE-3在异源宿主中的剪接活性,进一步验证依赖卡那霉素抗性的筛选系统的可行性,为扩大蛋白质内含子的应用范围奠定基础。     

RNA在RNA剪接中的功能：从催化到调控

对非编码RNA功能的认识是后基因组时代的一个研究焦点,本文主要介绍非编码RNA在RNA剪接中的催化和调控功能。在RNA加工过程中,三大类内含子的剪接都是由RNA成员主导。其中Ⅰ型和Ⅱ型内含子能催化自身的切除和外显子连接反应;而核mRNA内含子的剪接则由剪接体里的小核RNA主导。Ⅰ型和Ⅱ型内含子存在于细菌、低等真核细胞和植物的细胞器内;而真核细胞的核编码蛋白质基因内全部是核mRNA内含子,并且其数目随生物体的复杂性而显著升高。一个多内含子前体mRNA通过选择性剪接产生多种,甚至上万种不同的mRNA和蛋白质,对蛋白质组的复杂度和时空表达调控至关重要。选择性剪接调控由剪接调控蛋白特异识别和结合前体mRNA里所富含的顺式RNA调控元件完成的;系统认识这两者之间的对应关系是揭示基因组表达调控网络的一把钥匙。