II类内含子的研究进展

自1977年以来,发现绝大多数真核生物的基因都是不连续的,即在编码序列中间有一个或数个间插序列(intervening sequence,IVS),前者被称为外显子(exon),后者被称为内含子(intron)。在DNA转录时,外显子和内含子的全部序列都被转录,形成前体mRNA。然后经过转录后加工,引入5′端帽子结构,3′端加上一段多聚腺苷酸。再经过剪接,去除不翻译的间插序列,把翻译部分连成一条链,形成成熟的mRNA。而原核生物的基因转录成mRNA,随即翻译成蛋白质,基因是连续的,在转录和翻译的过程中不需要剪接。     

蛋白质剪接与一类新的可移动遗传因子

遗传信息的流向是从DNA到RNA再到蛋白质。由于绝大多数真核生物和部分原核生物基因中都有间插序列(IVS),故遗传信息在mRNA水平有一个剪接过程,即去掉内含子,将外显子连接起来,并加帽加尾(有些mRNA还得经过编辑过程),最后成为一个有功能的mRNA分子。 最近陆续发现了一类剪接现象——蛋白质剪接。     

RNA 的拼接

RNA的拼接（(splicing）作用是指一种新 的RNA加工过程。自从1977年以来,几个实 验室同时报道了一些病毒和真核细胞基因的编 码序列是被非编码序列间隔开的。就是说,在 真核细胞中存在着割裂基因（(splite gene).这 样一个真核细胞基因割裂现象曾经引起了极大 的震动。编码序列叫做外显子（exon),作为其 间隔的非编码区叫做内含子（intron)。整个 DNA,包括外显子和内含子全部被转录为RNA 序列片段。这段RNA经过剪接,除去内含子 区, 将几段外显子区拼接为一个完整的RNA 的过程叫做RNA的拼接过程。如血红蛋白, 它的夕链基因就是一个由两段内含子插人外显 子之间构成的‘ii0 内含子又被称作基因的插人 序列(intervening sequence)。也就是说,成熟 的RNA序列是从相应于分割开的DNA序列 的片段装配起来的。所以,RNA拼接过程就 是割裂基因表达时RNA序列的重组过程。 在真核细胞中这种基因割裂现象是非常普 遍的。无论是细胞核、线粒体或是叶绿体的基 因中都存在割裂基因。这些基因中既有编码结 构蛋白质的,也有编码调节蛋白的。插人序列 的数目也不等。从一个基因完全没有插人序列 到一个基因被割裂50次以上。内含子的大小 范围也很不一样,可以从10个碱基对（例如在 t RNA基因中）到几万个碱基对（例如果蝇中的 homeotic基因）fai0真核细胞百分之九十以上的 非编码区中插人序列的部位千变万化。许多迹 象表明这些部位对基因表达的调节有着重要的 作用。所以研究真核细胞RNA的拼接对于了 解真核细胞基因表达的调控规律是很重要的。 RNA的拼接与生物的分化过程和发育过程都 有着极为密切的关系,它是当前分子生物学中 研究得最为活跃的课题之一。 下面我们将分两部分来介绍RNA的拼接 作用。     

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。     

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。     

真核生物的基因组织和结构

真核生物的基因组DNA被包装在染色体中。染色体的化学物质是染色质,它是由DNA和核蛋白组成。染色体DNA含有几乎所有真核生物的基因、重复序列和基因间序列。基因是由一段DNA序列组成,有编码序列和非编码序列。真核基因的编码序列是不连续的,它被插入序列分隔,而各真核基因之间则由基因间序列相隔。基因的结构和表达与核内蛋白质有着密切的关系。     

线粒体遗传

脱氧核糖核酸(DNA）是遗传物质,它以核普 酸的排列顺序形式携带遗传信息。DNA 能够 自我复制,并能将信息转录给信使核糖核酸 (inRNA),在核糖体和氨基酸转移RNA (tRNA) 的作用下,mRNA的密码被转译成蛋白质。这 样的遗传系统在真核生物细胞中存在有两种, 一种是细胞核DNA的遗传系统,这是人们熟知 的。除此之外,在线粒体等细胞器中也含有 DNA。这些细胞器DNA的信息也能独立进行 复制、转录和转译。因此,我们称这种细胞器 DNA为核外的遗传系统。线粒体里的DNA就 是一种核外的遗传系统。     

基因外显子连接序列与相应内含子序列的相互作用

剪接后的内含子与相应mRNA序列的相互作用在基因表达调控过程中起着非常重要的作用。基于27个物种的核糖核蛋白基因序列,采用Smith—Waterman局域比对方法得到外显子连接序列与相应内含子序列的最佳匹配片段,分析了外显子连接序列上的匹配频率分布和匹配片段的序列特征。发现一些低等真核生物EJC结合区域的匹配频率明显低于其它区域,所有物种EJC结合区域的序列构成呈现出相对低的结构序。最佳匹配片段的平均长度和配对率分布与siRNA和miRNA的结合特征相同。推测EJC和内含子在与外显子序列结合的过程中存在相互竞争和相互协作的关系,内含子中部序列在基因表达调控过程中起着重要的作用。     

植物mRNA和多聚核糖体的分离

分离植物mRNA是植物分子生物学研究的重要手段之一。它直接关系到基因表达与调控的研究。还可以从mRNA获得互补DNA(cDNA),进而制备基因。真核生物的mRNA通常在其3-端含有poly(A)(多聚腺苷酸),可     

内含子的功能

多种多样的内含子是真核生物基因组的重要组成部分,许多研究表明,内含子能作为一种调控元件调控基因表达。近年,研究还发现一些基因内含子在成熟的mRNA中保留,保留内含子的mRNA不仅在细胞的正常发育中调控基因表达,还在胁迫应答中起着重要的作用。此外,此类mRNA异常表达还是导致多种罕见疾病和肿瘤发生的根源。     

线虫核糖核蛋白基因内含子与相应编码序列的相互作用

对线虫核糖核蛋白基因内含子序列与相应编码序列采用Smith-Waterman方法做局域比对分析,探讨两者之间的相互作用机制．发现内含子中部序列确实存在与相应编码序列的相互作用区域．第一内含子的最佳匹配分布在内含子15%～55%的区域内,第二内含子的最佳匹配分布在内含子30%～80%的区域内．对于长内含子,在与外显子序列比对时,最佳匹配分布在内含子5%～20% 区域内,在与整个编码序列比对时,出现了两个峰区,一个位于内含子15%～30%区域内,另一个位于内含子54%～78%区域内．推测第一个峰区与外显子内部序列有关,第二个峰区与外显子-外显子结合区域的序列有关．还发现编码序列上存在多个与内含子序列的相互作用域和一些禁配区域分布．推测这些禁配区域与蛋白质结合区域有关．结论印证了内含子序列与相应编码序列协同进化的观点．     

Prp8蛋白在前体mRNA剪接中的作用

前体mRNA的剪接是基因表达的关键一步,发生在蛋白质的转录之后与合成之前.在前体mRNA剪接加工过程中需要将转录本中的内含子切除,因为它会干扰基因的转录.前体mRNA的剪接发生在细胞核中,是在一个大的RNA与蛋白质的复合物即剪接体的催化下完成的.Prp8 （precursor mRNA processing）是参与前体mRNA剪接的最大的蛋白,其序列从酵母到人类是高度保守的.Prp8同时也是细胞核内一个最重要的剪接因子.在剪接过程中,Prp8组成剪接体的催化中心.有人推断Prp8是剪接体的支架蛋白,很可能在催化中心起到锚定RNA的作用,同时也调节着激活剪接体所必需的构象变化.Prp8还与色素性视网膜炎的发生密切相关.     

PTC下游翻译重启导致NMD途径的逃逸

无义突变介导的mRNA降解(nonsense-mediated mRNA decay,NMD)途径是真核生物体内一种重要的mRNA监督质控机制,它降解含有由无义突变、错误剪接、移码突变等产生的提前终止翻译密码子(premature translation termination codon,PTC)的mRNA,从而防止这种mRNA翻译产生的截短型蛋白质对机体造成的伤害.研究发现,一些含有PTC的mRNA发生了NMD途径逃逸,但具体机制仍不清楚.本研究将成视网膜细胞瘤基因1(retinoblastoma gene 1,RB1)作为NMD途径的靶基因,构建mini-RB1基因,包括外显子1~14(c DNA)、内含子14-外显子15-内含子15和外显子16~27(c DNA)的三部分序列,将其构建到真核表达载体pc DNA 3.1(-)中.根据人类基因组突变数据库选择3个突变位点W99X、G310X和R467X,构建相应无义突变体.分别将mini-RB1基因野生型和无义突变体转入He La细胞进行表达.用qRT-PCR检测发现,W99X无义突变体与野生型相比mRNA的水平无显著差异.为了进一步证实mini-RB1(W99X)发生了NMD逃逸,利用NMD途径抑制剂放线菌酮和转录抑制剂放线菌素D,分别处理转入野生型的mini-RB1基因及其无义突变体mini-RB1(W99X)的哺乳动物细胞,发现mini-RB1基因无义突变体的mRNA水平与野生型无明显差异,说明含有W99X无义突变的mini-RB1基因的mRNA发生了NMD逃逸.Western印迹检测mini-RB1基因的蛋白质表达发现,在无义突变位点W99X下游重新起始了蛋白质的翻译,因此,PTC下游蛋白质翻译的重新起始可能是导致无义mRNA逃逸NMD途径监控的主要原因.     

哺乳动物EJC的研究进展

真核生物mRNA出核转运和mRNA前体剪、mRNA降解等基因表达步骤相偶联,研究介导mRNA出核转运相关蛋白时发现蛋白复合物同时在基因转录、mRNA前体剪接,出转运及其下游步骤中出现,mRNA剪接时遗留下来的外显子－外显子连接点可作为顺式作用元件通过蛋白复合物在NMD中发挥功能,降解含有提前出现终止密码子的mRNA,本文以分离剪接后mRNA复合物（主要是EJC）各组成成分及功能进行综述。     

断裂蛋白质内含子的剪接机制、起源和进化

蛋白质内含子(intein)是具有自我催化活性的蛋白质. 翻译后,通过蛋白质剪接从蛋白质前体中去掉,并以肽键连接两侧蛋白质外显子(extein)形成成熟蛋白质. 断裂蛋白质内含子(split intein)在蛋白质内含子中部区域特定位点发生断裂,形成N端片段和C端片段,分别由基因组上相距较远的两个基因编码. 现在已知,它仅分布于蓝细菌和古细菌中. 断裂蛋白质内含子的N端片段和C端片段通过非共价键(如静电作用)相互识别,重建催化活性中心,介导蛋白质反式剪接. 断裂蛋白质内含子的发现进一步深化了人们对基因表达和蛋白质翻译后成熟过程复杂性的认识,而且它在蛋白质工程、蛋白质药物开发和蛋白质结构与功能研究等方面有非常广泛的应用. 本文试图综述断裂蛋白质内含子的分布、结构特征和剪接机制,并分析其可能的起源和进化途径.     

真核生物基因组中的非编码序列

真核生物基因组绝大部分是非编码序列;绝大部分非编码序列以高度重复序列的形式存在,如卫星、小卫星、微卫星、长散布元件、短散布元件等;内含子、３’不译区作为结构基因的一部分被一同转录;ＲＮＡ基因转录具有明确功能的ＲＮＡ分子;顺式作用元件是目前已知的具有重要调控功能的非编码序列;非编码序列的存在与真核生物基因表达调控密切相关;目前非编码序列的研究已引起广泛的科学关注,利用数理方法研究其遗传信息的储存方式     

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.     

编码序列和非编码序列的3-tuple分布特征

非编码序列,特别是内含子的起源,是一个重要的悬而未决的问题。首先通过计算模式生物的编码序列和非编码序列的不同阅读框中3-tupie的频率分布,发现编码区中不同阅读框具有十分不同的3-tuple分布,而在非编码区中,不同阅读框的3-tuple分布几乎相等,并且这一性质不具有物种依赖性。为了描述分布差异的程度,引进夏量一对称相对熵,并通过比较原核生物和真核生物,发现无论是编码区还是非编码区,原核生物都具有比真核生物更高的SRE值。进一步研究表明,某一生物的SRE值与该生物全基因组中编码区所占的百分比存在一定的相关性（相关系数为0．86）。计算机模拟进化实验发现,2％的突变就足以使典型的嗯核生物编码区高SRE值变为真核生物内含子区特有的低SRE值。比对数据库中已经注释的内含子和编码区序列,证明确实有一部分与编码区具有很高同源性的内含子序列。实验表明,至少部分真核生物的内含子可能起源于编码序列,同时也说明SRE可能被用于研究物种基因组序列的进化。     

异域作用因子

基因表达时基因携带的遗传信息从世代相传的遗传物质DNA上通过转录传递到RNA，然后由RNA指导合成蛋白质，从而表现出基因的生物活性。基因的表达受环境因素的影响，并受生物体的控制。真核生物的基因表达在不同水平上受到调控。在细胞核中有转录时的调控，它决定基因是否能被转     

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。