[科普中國(guó)]-RNA剪接

RNA剪接1（RNA splicing）是指從DNA模板鏈轉(zhuǎn)錄出的最初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中除去內(nèi)含子，并將外顯子連接起來(lái)形成一個(gè)連續(xù)的RNA分子的過(guò)程。RNA剪接機(jī)制的研究2，是80年代生物化學(xué)和分子生物學(xué)領(lǐng)域中最有生機(jī)的研究課題之一，它不僅解決不連續(xù)基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的剪接問(wèn)題，而且對(duì)于了解不連續(xù)基因的起源乃至整個(gè)生命起源與進(jìn)化問(wèn)題都是有力的推動(dòng)，另外，核酸分子的催化功能的發(fā)現(xiàn)拓寬了人們對(duì)于酶的認(rèn)識(shí)。

簡(jiǎn)介大多數(shù)脊椎動(dòng)物基因的編碼序列，無(wú)論是編碼多肽的基因還是編碼除mRNA以外的RNA分子的基因，都是由非編碼的間隔序列(內(nèi)含子)分隔為各個(gè)外顯子部分。這些基因的外顯子和內(nèi)含子都轉(zhuǎn)錄在一條初級(jí)RNA轉(zhuǎn)錄分子中，接下來(lái)，此初級(jí)RNA轉(zhuǎn)錄分子要經(jīng)過(guò)RNA剪接，此過(guò)程包括一系列的加工反應(yīng)：RNA的內(nèi)含子部分被切開(kāi)并去除，外顯子RNA部分端對(duì)端重新拼接，形成一條短一些的RNA產(chǎn)物。因此RNA剪接是將初級(jí)轉(zhuǎn)錄物中的內(nèi)含子序列切掉并將外顯子序列拼接起來(lái)3。

定義RNA剪接是真核細(xì)胞基因表達(dá)中非常重要的一個(gè)生物過(guò)程，通過(guò)RNA剪接，可以產(chǎn)生許多具有功能的，帶有編碼信息的mRNA，它對(duì)生物的發(fā)育及進(jìn)化至關(guān)重要。所以RNA剪接識(shí)別是正確理解基因表達(dá)過(guò)程的重要一步，而剪接的識(shí)別的關(guān)鍵是依賴(lài)于剪接位點(diǎn)的判定。真核細(xì)胞pre-mRNA的剪接位點(diǎn)處存在一定的序列保守性，對(duì)于它所對(duì)應(yīng)的cDNA序列而言，內(nèi)含子5’端（供體位點(diǎn)）和3’端（受體位點(diǎn)）的堿基幾乎都是GU和AG，因此稱(chēng)為GU-AG規(guī)則。

類(lèi)型RNA剪接及其機(jī)制的研究，不僅解決了不連續(xù)基因“連續(xù)”轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的問(wèn)題，而且對(duì)于了解不連續(xù)基因的起源乃至整個(gè)生命起源與進(jìn)化等問(wèn)題，均產(chǎn)生極大的推動(dòng)作用，另外，由此發(fā)現(xiàn)了核酸分子的催化功能，進(jìn)一步拓寬了對(duì)于酶的認(rèn)識(shí)。不連續(xù)基因中的介入序列稱(chēng)為內(nèi)含子；被內(nèi)含子隔開(kāi)的基因序列稱(chēng)為外顯子(exon)。一個(gè)基因的外顯子和內(nèi)含子都轉(zhuǎn)錄在一條原初轉(zhuǎn)錄物RNA分子中，然后把內(nèi)含子切除而把外顯子連接起來(lái)，才能產(chǎn)生成熟的RNA分子，這個(gè)過(guò)程叫做RNA剪接(RNA splicing)。內(nèi)含子上游方向的一個(gè)剪接點(diǎn)稱(chēng)為5’剪接點(diǎn)或左剪接點(diǎn)，內(nèi)含子下游方向的一個(gè)剪接稱(chēng)為3’剪接點(diǎn)或右剪接點(diǎn)。Davies等人于1982年設(shè)定了“中部核心結(jié)構(gòu)”(central structure)在內(nèi)含子剪接中的作用，組成這種中部核心結(jié)構(gòu)的是4個(gè)10~12堿基的保守序列，并構(gòu)成相應(yīng)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。但并非所有的內(nèi)含子都含有這樣的二級(jí)結(jié)構(gòu)和保守序列4。

（一）第1類(lèi)內(nèi)含子自我剪接-rRNA的自我剪接

第1類(lèi)內(nèi)含子，其5’剪接點(diǎn)和3’剪接點(diǎn)的序列絕大部分為…外顯子…U↓…內(nèi)含子…G↓…外顯子…，除了剪接點(diǎn)序列特征之外，第1類(lèi)內(nèi)含子還具有比較保守的4種10一12核苷酸的序列，分別以5’-P-Q-R-S-3’表示，P、Q、R、S的一致序列。序列能與Q序列互補(bǔ)，R序列能與S序列互補(bǔ)，形成一個(gè)所謂中部核心結(jié)構(gòu)。位于內(nèi)含子序列中靠近5’剪接點(diǎn)的一段序列與兩個(gè)剪接點(diǎn)的邊界序列配對(duì)，將兩個(gè)剪接點(diǎn)拉在一起便于磷酸二酯鍵的切斷和再連接。內(nèi)含子中能與兩個(gè)剪接點(diǎn)邊界序列配對(duì)的一段序列稱(chēng)為內(nèi)部引導(dǎo)序列(intemal guide sequenc,e，IGS)。如內(nèi)部引導(dǎo)序列GGACGG，與其5’剪接點(diǎn)上游的外顯子3’末端區(qū)的序列配對(duì)而形成雙鏈結(jié)構(gòu)。此外，內(nèi)含子形成了包括內(nèi)部引導(dǎo)序列在內(nèi)的9個(gè)雙鏈結(jié)構(gòu)區(qū)4。

（二）第Ⅱ類(lèi)內(nèi)含子的自我剪接

第Ⅱ類(lèi)內(nèi)含子，其5’剪接點(diǎn)和3’剪接點(diǎn)的序列多為…外顯子…↓GUGCG…內(nèi)含子…嘧啶堿AU↓…外顯子…，除了剪接點(diǎn)序列特征之外，在離3’剪接點(diǎn)上游6—12bp有一段比較保守的序列，一致序列為CUCAC，在這一保守序列A的兩側(cè)各有一段3~5核苷酸的短序列能與上游方向的核苷酸互補(bǔ)，而A總是不包含在這些互補(bǔ)的序列之中，也就是說(shuō)，在形成部分雙鏈結(jié)構(gòu)中，A總是處于向外突出的“芽狀物”之中，而且該A啟動(dòng)第一次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)。此外，內(nèi)含子含有6個(gè)雙鏈結(jié)構(gòu)區(qū)，內(nèi)含子5’端形成的雙鏈結(jié)構(gòu)區(qū)I含有兩個(gè)外顯子結(jié)合位點(diǎn)，可以與5’剪接點(diǎn)上游的外顯子3’末端區(qū)的序列配對(duì)而形成雙鏈結(jié)構(gòu)4。

（三）第Ⅲ類(lèi)內(nèi)含子的剪接-hnRNA的剪接

核基因hnRNA內(nèi)含子的剪接點(diǎn)序列為…外顯子…↓GU…內(nèi)含子…AG↓…外顯子…，這就是普遍適用的所謂Breathnach-Chambon規(guī)則（GU-AG規(guī)則）(GU-AG rule)，此規(guī)律不適合于線(xiàn)粒體和葉綠體的內(nèi)含子，也不適合于tRNA和某些編碼rRNA的核結(jié)構(gòu)基因，酵母的分支位點(diǎn)序列是高度保守的，其共有序列為UAC-UAAC。剪接點(diǎn)序列和分支位點(diǎn)保守序列在hnRNA剪接中非常重要，如果這兩個(gè)保守序列突變就不能正確的剪接hnRNA。然而，單靠這樣簡(jiǎn)單的保守序列是不可能做到hnRNA正確剪接，snRNA參與了這種作用4。

（四）第Ⅳ類(lèi)內(nèi)含子的剪接-tRNA的剪接

酵母基因組共有約400個(gè)tRNA基因，含有內(nèi)含子的基因僅占十分之一。內(nèi)含子的長(zhǎng)度從14到46個(gè)堿基對(duì)不等，它們之間并無(wú)保守序列，切除內(nèi)含子的酶識(shí)別僅是共同的二級(jí)結(jié)構(gòu)，而不是共同的序列。通常內(nèi)含子插入到靠近反密碼子處，與反密碼子堿基配對(duì)，未成熟tRNA的反密碼子環(huán)不存在，而是以插入的內(nèi)含子所構(gòu)成的環(huán)4。

（五）順式和反式剪接

內(nèi)含子剪接一般都是發(fā)生在同一個(gè)基因內(nèi)，切除內(nèi)含子，相鄰的外顯子彼此連接，這種剪接稱(chēng)為順式剪接( cis-splicing)，但也有另一種情況，即不同基因的外顯子剪接，這種剪接稱(chēng)為反式剪接(trans-splicing)4。

可變剪接可變剪接(alternative splicing)是指在同一個(gè)mRNA前體內(nèi)部數(shù)個(gè)外顯子之間產(chǎn)生的差異性連接。這種剪接可以使同一個(gè)基因在不同的發(fā)育階段、不同分化狀態(tài)甚至不同生理狀態(tài)下，得到多個(gè)相似但有差異的mRNA，進(jìn)而被翻譯為氨基酸序列相近似、性質(zhì)和功能有差異的蛋白質(zhì)。高度通用性的剪接位點(diǎn)GU—AG被同樣高度通用性的剪接體成對(duì)識(shí)別是剪接過(guò)程發(fā)生的先決條件5。

可變剪接暗示了內(nèi)含子的一種功能，即：由于內(nèi)含子的存在，使可變剪接成為可能，其意義在于可使一個(gè)基因表達(dá)出多種蛋白質(zhì)，擴(kuò)大了DNA中遺傳信息的含量5。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

江松敏 - 副教授 - 復(fù)旦大學(xué)