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。     

SR蛋白家族在RNA剪接中的调控作用

SR蛋白家族成员都具有一个富含丝氨酸/精氨酸(S/R)重复序列的RS结构域,在RNA剪接体的组装和选择性剪接的调控过程中具有重要的作用。绝大多数SR蛋白是生存的必需因子,通过其RS结构域和特有的其他结构域,实现与前体mRNA的特异性序列或其他剪接因子的相互作用,协同完成剪接位点的正确选择或促进剪接体的形成。深入研究SR蛋白家族在RNA选择性剪接中的调控机制,可以促进以疾病治疗或害虫防治为目的的应用研究。该文总结了SR蛋白家族在基础研究和应用方面的进展。     

禾谷镰刀菌剪接体蛋白FgSnu114上的自发突变部分恢复Fgprp4的生长缺陷

由剪接体催化的前体mRNA剪接是一个重要的生物过程。Prp4作为剪接体组分中唯一的蛋白激酶,在剪接体的组装及激活过程中发挥关键作用。禾谷镰刀菌的Fgprp4突变体生长缺陷严重,易角变。本研究以251株Fgprp4突变体的角变子为着入点,鉴定了U5蛋白FgSnu114上的4个角突变位点。通过对角变子和模拟角变子(FgSNU114引入角突变并敲除FgPRP4的突变体)的表型比较验证了角突变D222N和ΔK695,明确FgPrp4和FgSnu114间的遗传互作。RNA-Seq分析发现角变子S172中约有23%的内含子具有剪接缺陷,解释了其有性生殖和侵染小麦的缺陷。进一步的磷酸化位点鉴定和模拟磷酸化实验证明FgSnu114的S451位点可能不是FgPrp4的磷酸化位点或关键磷酸化位点。本研究首次探讨了Prp4与Snu114之间的关系,有助于今后进一步揭示禾谷镰刀菌前体mRNA剪接的调控机制。     

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。     

Brr2解旋U4/U6 SnRNAs的调控机制

前体mRNA(precursor messager RNA,pre-mRNA)剪接是去除内含子和将外显子彼此连接形成成熟mRNA的过程。剪接过程在一个呈动态变化的大核糖核蛋白(ribonucleoprotein, RNP)复合体,即剪接体催化作用下完成。DExD/H-box RNA解旋酶在剪接体组装、激活及解聚过程中都发挥着重要作用。Brr2(bad response to refrigeration 2)这种DExD/H-box RNA解旋酶是构成U5稳定的亚单位。Brr2含有两个串联解旋酶盒结构,在剪接体激活中负责U4/U6的解旋,还参与剪接体催化及解聚过程,因此Brr2在剪接过程中必需具备严格的调控机制。在剪接过程中,Prp8的C端包含两个连续的RNase H域和Jab1/MPN域,能够正负调控Brr2活性。Snu114在调节Brr2活性中具有非常重要的作用。此外,Brr2通过C端解旋酶盒(C-terminal cassette, CC)与N末端域(N-terminal region)进行分子内的自我活性调节。本文综述了近年来在Brr2的分子间和分子内活性调节机制的研究进展,这些不同的调节机制协同作用才确保真核生物pre-mRNA可变剪接的保真性。     

剪接体是否属一种以RNA为基本组成的酶？

在ｍＲＮＡ的剪接 (ｓｐｌｉｃｉｎｇ)过程中 ,前体ＲＮＡ分子的内含子被切除 ,继以外显子相连成具有翻译功能的ｍＲＮＡ。剪接反应系由剪接体 (ｓｐｌｉｃｅｏｓｏｍｅ)完成 ,它是一个含有 5种细胞核内小分子ＲＮＡ(ｓｎＲＮＡ)与逾 50种蛋白质的大复合物。最近Ｎｉｌｓｅｎ报道 ,有新的实验证据表明 ,前体ＲＮＡ的剪接由剪接体的一种ＲＮＡ组分所催化 ,该组分可同一关键性金属离子结合。及后 ,Ｙｅａｎ等也指出 ,剪接体含有的Ｕ6ｓｎＲＮＡ能特异地同二价金属离子结合 ,参与剪接第一步的催化 ,提示剪接体属于金属依赖性酶类。剪接包括两个…     

小细胞核核糖核蛋白体(snRNP)

大约十年前,人们在真核生物基因表达过程中,在细胞核中发现一种小细胞核RNA(snRNA),它与特殊的蛋白质结合成为小细胞核核糖核蛋白体(small nuclear ribonucle0pr0tein particle,简称snRNP),参与前体mRNA(pre-mRNA)的剪接。我们知道,真核生物的基因表达比较复杂,它的DNA碱基序列中包含编码序列称外显子,也插入非编码序列称内含子。DNA在核中转录出的mRNA同时含有外显子和内含子,不能做为模板翻译出蛋白质,而必须在细     

RRM RNA结合蛋白的结构与功能

RRM RNA结合蛋白是一类含一个或数个RRM结构域及附属结构域的RNA结合蛋白,参与RNA前体的剪接、RNA的细胞定位、RNA的稳定性等多种转录后调控过程.在RRM基序中含有许多保守的氨基酸以保证对RNA的结合活性,但是这一家族的不同蛋白质却能特异地结合各种不同的RNA分子.RRM RNA结合蛋白与某些人类遗传性疾病及肿瘤相关.     

染色质结构与mRNA可变剪接

mRNA的可变剪接(alternative splicing)是一种由一个mRNA前体(pre-mRNA)通过不同的剪接方式产生多个mRNA变异体(variants)的RNA加工过程。在过去很长一段时间里,人们认为mRNA剪接过程是独立于转录过程的一个转录后RNA加工过程。然而,越来越多的实验证明mRNA剪接在很大程度上是与转录偶联发生的。因此,剪接调控会受到与转录相关因素的调控。本文将对染色质与mRNA剪接调控的相关性和染色质结构调控可变剪接的分子机制进行阐述。     

PRP8蛋白质反式剪接系统的建立

真菌病原体Cryptococcus neoformansAD血清型剪接体蛋白PRP8蛋白质内含子是目前 发现的第2个存在于真核生物体核基因组中的蛋白质内含子.它的宿主基因prp8编码的PRP 8蛋白作为剪接体的1个组分,是1个高度保守的mRNA剪接蛋白.将组氨酸标签插入克隆自真菌病原体Cryptococcus neoformans AD血清型的PRP8蛋白质内含子中,并将该蛋白质内含子进行人工断裂,获得断裂蛋白质内含子,在大肠杆菌中鉴定其剪接活性.研究结果表明：所获得的改造型蛋白质内含子均表现出高效的剪接活性.利用此Cryptococcus neoformansAD血清型PRP8 断裂蛋白质内含子,成功构建了蛋白质反式剪接系统.这一反式剪接系统可用于其他蛋白质的连接与合成,有望成为蛋白质工程中的一种有用工具.     

前体mRNA剪接及剪接调节因子SR蛋白和Tra2蛋白

在高等真核生物中,前体mRNA的剪接及其调节是一个复杂的、由多因子参与的过程,它对基因的正常功能的发挥起着重要的作用,任何一种剪接调节因子的异常变化均有可能导致疾病的发生。因此,研究参与前体mRNA剪接调控的相关因子的功能及作用机制,对前体mRNA剪接机制的阐明,无疑是相当必要的。本文着重介绍了两类重要的mRNA剪接调节蛋白——SR蛋白和Tra2蛋白的研究近况,以期对前体mRNA剪接机制的研究的重要性和复杂性有更多的了解。     

可变剪接调控因子SRSF2的研究进展

RNA剪接是指从mRNA前体中去除内含子、连接外显子形成成熟mRNA的过程。由于选择不同的剪接位点,可变剪接控制着从单一前体mRNA生成多种成熟mRNA的过程,因此是真核生物中转录后调控基因表达和决定蛋白质多样性的重要层次。SR蛋白家族是参与调控可变剪接的一类重要的剪接因子。SRSF2是SR蛋白家族的一员,具有经典的SR蛋白结构域。SRSF2不仅能够调控可变剪接,还能调控基因的转录过程,在维持胸腺、骨髓等造血系统的正常发育以及维持肝脏代谢稳态中是非常关键的调控因子。大量的研究表明:SRSF2的突变与骨髓增生异常综合征等造血系统疾病密切相关。本文总结了SRSF2最近的研究进展,以期对SRSF2在体内的功能有更全面和深入的理解,并为相关疾病的研究和治疗提供一定的思路。     

核内不均一核糖核蛋白在前体mRNA加工中的功能

核内不均一核糖核蛋白(hnRNP)是一类存在于真核生物体内具有类似结构特征的高丰度RNA结合蛋白,一般均匀分布在核内。多种hnRNP具有多样的功能,参与从转录调节,前体mRNA剪接,mRNA输出到mRNA降解等多种生物过程,从而进行基因表达调控。现着重介绍hnRNP在前体mRNA加工过程(加帽,剪接,加尾,输出,选择性降解)中的功能及研究进展。     

RNA结合蛋白Sam68及其功能

细胞通过基因表达调控来应对外界刺激,其中影响mRNA稳定性及翻译效率的转录后调控发挥重要作用。RNA结合蛋白(RNA binding proteins, RBPs)是介导转录后调控的重要分子,Sam68（SRC associated in mitosis of 68 kD）是集信号转导特性与RNA激活功能于一身的RNA结合蛋白,参与转录、可变剪接及核输出等mRNA 的代谢过程,且Sam68可通过信号通路参与细胞应答、细胞周期调控和疾病发生等。最新研究表明,Sam68可通过非编码RNAs(noncoding RNA, ncRNAs)参与表观遗传、转录与转录后调控。本文在介绍Sam68结构和转录后修饰的基础上,着重讨论Sam68在信号转导、可变剪接、ncRNAs代谢、疾病发生等方面的最新研究进展。     

SRp38基因研究进展

SR蛋白在前体mRNA可变剪接调控中发挥重要作用。可变剪接调节因子SRp38作为一种新近发现的具有神经及生殖组织特异性的SR蛋白,有典型的SR蛋白结构特征并能够调控GluR-B、TRK-C以及NCAML1等基因的可变剪接,但与其他SR蛋白不一致的是,SRp38可以在一定条件下(有丝分裂M期,热休克)抑制前体mRNA剪接,从而防止错误剪接的出现。SRp38的RRM结构域可以识别特殊的RNA序列并跟U1snRNP结合,而其RS结构域则参与调控前体mRNA剪接。SRp38的磷酸化状态可以影响其调控功能的发挥,在有丝分裂M期及热休克时,该蛋白质均呈去磷酸化状态。SRp38在爪蟾胚胎神经发育过程中发挥作用并且可以同TLS(translocation liposarcoma)蛋白相互作用,提示其可能通过调节前体mRNA可变剪接在神经系统的发育分化以及在肿瘤的发生中扮演角色。     

哺乳动物细胞mRNA剪接调控的分子机制

mRNA的可变剪接是指一个单一的mRNA前体(pre-mRNA)经过不同的剪接加工方式生成多种mRNA变异体(variants)的过程,这些变异体最终可以编码合成具有不同结构和功能的蛋白质。在过去的10多年中,大量数据表明,可变剪接是增加转录组和蛋白质组多样性的重要资源,也是调控哺乳动物细胞基因表达的重要步骤。可变剪接具有高度的组织与发育阶段特异性,并受到外界信号的控制。剪接调控的紊乱与疾病的发生发展密切相关。该文将对哺乳动物细胞mRNA剪接调控的分子机制进行阐述。     

选择性剪接调控蛋白PTB及同源蛋白的研究进展

选择性剪接(alternative splicing)是指一个前体m RNA通过选择不同的剪接位点组合产生多个可编码功能相似或相反的m RNA剪接异构体过程。多聚嘧啶结合蛋白(polypyrimidine tract-binding protein,PTB)作为一种剪接调控因子,它主要结合新生m RNA而抑制剪接发生。剪接调控的紊乱可导致肿瘤以及多种疾病的发生。本文详细阐述选择性剪接调控蛋白PTB及其同源蛋白的结构特征及选择性剪接与临床疾病的相关性的研究进展,从基因转录调控水平对疾病发生、发展以及预后有更深入的了解和认识,在许多疾病的研究中具有重要的应用前景。     

剪接因子PTBP1生物学功能研究进展

多聚嘧啶区结合蛋白1 (polypyrimidine tract-binding protein 1,PTBP1)是一种常见的RNA结合蛋白,在多种疾病的发生和发展中发挥重要作用.PTBP1的一个主要功能是作为剪接因子(splicing factor, SF).它通过结合靶基因前体mRNA的特定序列,选择性地剪接外显子...     

开启干细胞多能性的新“按钮”

近日,科学家们发现了一个调控干细胞多能性的新"开关",也就是它能够控制干细胞分化为任何细胞类型的能力,而这个开关涉及了细胞内的mRNA剪接过程.RNA剪接过程能使一个基因产生多条mRNA转录本和与之相应的蛋白.研究人员发现这个"开关"就存在于FOXP1的mRNA剪接过程中,它在胚胎干细胞     

ZNF638/NP220同源蛋白及其生物学作用的研究进展

一些具有锌指结构域的蛋白质可以识别特定的靶RNA分子并与之结合,在细胞中参与或介导重要的生物学作用,这一发现拓展了人们对锌指蛋白专职转录调控并且高度依赖于特异结合靶DNA序列的认知。ZNF638/NP220及其同源蛋白Matrin3和RBM20是一类在生物进化中相当保守的特殊锌指蛋白,定位于细胞核基质的核斑中,含有特殊的蛋白结构域,可以特定靶向RNA分子,在细胞的转录调控和RNA加工的不同阶段发挥作用,特别是RNA转录和剪接事件的偶联以及改变RNA分子的成熟和稳定性等方面。本文将对近年来有关ZNF638同源蛋白成员的发现、结构、分子机制及其在细胞分化、胚胎发育、病毒的感染等生命过程中调控作用的研究进展进行总结讨论。