mRNA的加工修飾

原核生物中轉(zhuǎn)錄生成的mRNA為多順?lè)醋樱磶讉€(gè)結(jié)構(gòu)基因，利用共同的啟動(dòng)子和共同終止信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)錄生成一條mRNA，所以此mRNA分子編碼幾種不同的蛋白質(zhì)。例如乳糖操縱子上的Z、Y及A基因，轉(zhuǎn)錄生成的mRNA可翻譯生成三種酶，即半乳糖苷酶，透過(guò)酶和乙酰基轉(zhuǎn)移酶。

原核生物中沒(méi)有核模，所以轉(zhuǎn)錄與翻譯是連續(xù)進(jìn)行的，往往轉(zhuǎn)錄還未完成，翻譯已經(jīng)開(kāi)始了，因此原核生物中轉(zhuǎn)錄生成的mRNA沒(méi)有特殊的轉(zhuǎn)錄后加工修飾過(guò)程。

真核生物轉(zhuǎn)錄生成的mRNA為單順?lè)醋樱匆粋€(gè)mRNA分子只為一種蛋白質(zhì)分子編碼。

真核生物mRNA的加工修飾，主要包括對(duì)5’端和3’端的修飾以及對(duì)中間部分進(jìn)行剪接。

1．在5端加帽

成熟的真核生物mRNA，其結(jié)構(gòu)的5’端都有一個(gè)m7G-PPNmN結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)被稱為甲基鳥(niǎo)苷的帽子。如圖17-9所示。鳥(niǎo)苷通過(guò)5’-5’焦磷酸鍵與初級(jí)轉(zhuǎn)錄物的5’端相連。

當(dāng)鳥(niǎo)苷上第7位碳原子被甲基化形成m7G-PPNmN時(shí)，此時(shí)形成的帽子被稱為“帽0”，如果附m7G-PPNmN外，這個(gè)核糖的第“2”號(hào)碳上也甲基化，形成m7G-PPNm，稱為“帽1”，如果5’末端N1和N2中的兩個(gè)核糖均甲基化，成為m7G-PPNmPNm2，稱為“帽2”。從真核生物帽子結(jié)構(gòu)形成的復(fù)雜可以看出，生物進(jìn)化程度越高，其帽子結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。

真核生物mRNA 5端帽子結(jié)構(gòu)的重要性在于它是mRNA做為翻譯起始的必要的結(jié)構(gòu)，對(duì)核糖體對(duì)mRNA的識(shí)別提供了信號(hào)，這種帽子結(jié)構(gòu)還可能增加mRNA的穩(wěn)定性，保護(hù)mRNA免遭5外切核酸酶的攻擊。

2．在3’端加尾

大多數(shù)的真核mRNA 都有3’端的多聚尾巴（A)，多聚（A)尾巴大約為200bp。

多聚（A)屠巴不是由DNA編碼的，而是轉(zhuǎn)錄后在核內(nèi)加上去的。受polyA聚合酶催化，該酶能識(shí)別，mRNA 的游離3’-OH端，并加上約200個(gè)A殘基。

近年來(lái)已知，在大多數(shù)真核基因的3’一端有一個(gè)AATAA序列，這個(gè)序列是mRNA 3’-端加polyA尾的信號(hào)。靠核酸酶在此信號(hào)下游10-15堿基外切斷磷酸二酯鍵，在polyA聚合酶催化下，在3’-OH上逐一引入100-200個(gè)A堿基。

關(guān)于polyA尾巴的功能問(wèn)題盡管經(jīng)過(guò)極其廣泛的探索，但還不完全清楚。有人推測(cè)polyA可能與mRNA從細(xì)胞核轉(zhuǎn)送到細(xì)胞質(zhì)有關(guān)，但是相當(dāng)數(shù)量，的沒(méi)有polyA屠巴的mRNA如組蛋白mRNA，也照樣通過(guò)核膜進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。還有人認(rèn)為這種結(jié)構(gòu)對(duì)真核mRNA的翻譯效率具有某種作用，并能穩(wěn)定mRNA結(jié)構(gòu)，保持一定的生物半衰期。

3.mRNA前體（hnRNA）的拼接

原核生物的結(jié)構(gòu)基因是連續(xù)編碼序列，而真核生物基因往往是斷裂基因，即編碼一個(gè)蛋白質(zhì)分子的核苷酸序列被多個(gè)插入片斷所隔開(kāi)，一個(gè)真核生物結(jié)構(gòu)基因中內(nèi)含子的數(shù)量，往往與這個(gè)基因的大小有關(guān)，例如胰島素是一個(gè)很小的蛋白質(zhì)，它結(jié)構(gòu)基因只有兩個(gè)內(nèi)含子。

而有些很大的蛋白質(zhì)，它的結(jié)構(gòu)基因中可以有幾十個(gè)內(nèi)含子。經(jīng)過(guò)復(fù)雜的過(guò)程后，切去內(nèi)元，將有編碼意義的核苷酸片段（Extron外元也叫外顯子）連接起來(lái)。

真核生物的結(jié)構(gòu)的基因中具有可表達(dá)活性的外顯子，也含有無(wú)表達(dá)活性的內(nèi)含子，但內(nèi)含子序列下是無(wú)意義的，越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)證明有許多基因中的內(nèi)含子參與基因表達(dá)調(diào)控，在轉(zhuǎn)錄時(shí)，外顯子及內(nèi)含子均轉(zhuǎn)錄到hnRNA中。

在細(xì)胞核中hnRNA進(jìn)行剪接作用，首先在核酸內(nèi)切酶作用下剪切掉內(nèi)含子；然后在連接酶作用下，將外顯子各部分連接起來(lái)，而變?yōu)槌墒斓膍RNA，這就是剪接作用，也有少數(shù)基因的hnRNA不需進(jìn)行剪接作用，例如α-干擾素基因。

mRNA的拼接，需要在拼接部位有供拼接識(shí)別的保守性強(qiáng)的一致順序，通過(guò)對(duì)100多種真核細(xì)胞基因的分析，發(fā)現(xiàn)外元和內(nèi)元拼接部位部分堿基順序有一定的規(guī)律（見(jiàn)表17-4）。

表17－4　含有內(nèi)元的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物其拼接處的堿基順序

表中劃線的堿基對(duì)拼接識(shí)別有重要作用，如將兔的β-珠蛋白的拼接部位的GT改為AT后，拼接反應(yīng)即受到影響。

mRNA拼接反應(yīng)需要有核內(nèi)小分子RNA參與它們與蛋白質(zhì)形成的復(fù)合物稱為小核糖核蛋白顆粒，SnRNA分別被命名為U1,U2,U3,U4,U5,和U6RNA。

SnRNA中的U2RNA由與內(nèi)元右端拼接部位附近的UACUAA順序高度互補(bǔ)，形成一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，由特定的酶來(lái)識(shí)別切除該環(huán)狀結(jié)構(gòu)，完成拼接過(guò)程。

真核生物 mRNA前體在剪接過(guò)程中，還可以形成套索樣的結(jié)構(gòu)，在內(nèi)含子序列中常有一個(gè)分支部位的腺苷酸殘基，它的2’-OH可以自動(dòng)攻擊內(nèi)含子5’端與外顯子1連接的磷酸二酯鍵，切開(kāi)了外噗子1，而腺苷酸原來(lái)已有3’，5’--磷酸二酯鍵相連的兩個(gè)相鄰的核苷酸殘基。

加上此3’，5’-磷酸二酯鍵連接后，在腺苷酸處出現(xiàn)了一個(gè)套索，已被切下的外顯子1的3’-OH攻擊內(nèi)含子3’末端與外顯子2之間的3’，5’-磷酸二酯鍵，鍵斷裂后，內(nèi)含子以套索的形式被節(jié)下來(lái)，此時(shí)外顯子1和外顯子2可以連接起來(lái)。

不論拼接過(guò)程如何，拼接必須極為精確，否則會(huì)導(dǎo)致遺傳信息傳遞障礙，合成的蛋白質(zhì)可能喪失其正常的功能。我國(guó)南方廣大地區(qū)是β-地中海 貧血 的高發(fā)區(qū)，這是由于β-珠蛋白鏈的合成受到部分或完全抑制所引起的一種血紅蛋白病。

實(shí)驗(yàn)表明β-珠蛋白基因元1中核苷酸的點(diǎn)突變改變了正常拼接部位的堿基順序，結(jié)果造成錯(cuò)誤部位的拼接。加工成熟的mRNA雖能翻譯，但產(chǎn)物不是正常的β-珠蛋白，結(jié)果引起血紅蛋白級(jí)結(jié)構(gòu)和功能的改變。

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