RNA剪接
剪接,是一种基因重组技术,在分子生物学中是指基因资讯在转录后的一种修饰,即将内含子移除及合并外显子。是真核生物的信使RNA/信使RNA前体(precursor messenger RNA)变成成熟mRNA的过程之一。这也是真核生物与原核生物的区别之一(请参看顺反子)。这些成熟的mRNA会接着进行蛋白质生物合成中的翻译,以产生蛋白质,称转译作用。 剪接是核糖核酸(RNA)核苷酸之间的一连串生化反应,并由小核核糖蛋白(snRNP)中的snRNA负责催化并作用。也有一些类型不需外在催化物质,而是在特定二价金属离子存在的情况下,以自我催化方式进行剪接,如第I型或第II型内含子 (type-I or type-II intron)。
剪接途径
RNA剪接可以有多种的方式。剪接的型式以内含子的结构及剪接所需的剪接因子而定。此外,RNA剪接还分为分子内 (intramolecular) 剪接 (cis splicing) 以及分子间 (intermolecular) 剪接 (trans splicing)。但不论哪一种途径,移除的内含子都会被抛弃。
剪接体
内含子经常存在于真核生物的蛋白质编码基因(coding gene)中。在内含子里,需要有 5' 剪接位点(5' splice site)、3' 剪接位点(3' splice site)及剪接分枝位点(branch point)来进行剪接。剪接是由剪接体(Spliceosome)来催化,它是以五个不同的小核核糖核酸 (snRNs) 以及不下于一百个蛋白质所组成的大型核糖核酸蛋白质复合物,称为小核核糖蛋白(snRNP)。snRNP 的 RNA 会与内含子行杂交反应(hybridization),并且参与剪接的催化反应。
自剪接
出现在稀少的内含子组成核酸酶,核酸酶在只有RNA的情况下代替了剪接体的功能。自剪接的内含子有两种,称为第I型及第Ⅱ型。第I型及第Ⅱ型内含子以与剪接体类似的方式进行剪接,但不需要任何蛋白质。这种相似性使人相信这些内含子与剪接体在演化过程上有着关连。自剪接亦可能是非常古老,且可能出现在一个还未有蛋白质的核糖核酸世界。虽然以下两种剪接可以在没有蛋白质的情况下进行,但依然会额外的使用5个RNA分子及超过50多个蛋白质,并水解多个三磷酸腺苷(ATP)分子。使用 ATP 是要提高剪接mRNA的准确性,避免出现错误。
以下两次转酯化是第I型内含子自剪接的特征:
- 游离鸟嘌呤核苷酸(被包在内含子中)的3'羟基,或是核苷酸辅助因子(即鸟苷单磷酸(GMP)、鸟苷二磷酸(GDP)、鸟苷三磷酸(GTP))攻击内含子的5'剪接位点。内含子并不形成套索结构,而该鸟粪苷则会从内含子中转移位置到内含子的5'位,从而成为第I型内含子的第一个核苷酸。
- 内含子5'剪接位点上游外显子最后一个核苷酸的3'羟基变成亲核基,而第二次交酯化/转酯化会将两个外显子接合。
以下是第Ⅱ型内含子自剪接的特征(与第I型相同是两次交酯化):
转运RNA剪接
转运RNA(tRNA)剪接是另一种较罕见的剪接方法,但是却经常在 tRNA 出现。它的剪接反应涉及与剪接体或自剪接不同的生物化学过程。核糖核酸酶切开RNA,而连接酶 (RNA ligase) 则将外显子接合。这种剪接方式同样不需要任何RNA分子来催化,而是一种全由蛋白质催化和作用的反应。整个过程中并未有交酯化/转酯化作用。
演化
在所有生物界或生物域中都有出现剪接,剪接的幅度及类型在主要的生物门中都可以非常不同。真核生物中RNA剪接好发于mRNA及一些非编码RNA。原核生物则很少剪接,但多是非编码RNA。两种生物最大的差异是原核生物没有剪接体剪接途径。