mRNA

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mRNA在真核細胞中的交互作用。Pre-mRNA經由轉錄被創造出來;在經過增加5'端帽、剪接和加上多聚腺苷酸尾鏈之後成為mRNA,被運送到細胞質,然後由核糖體進行轉譯產生蛋白質。

信使RNA英语messenger RNA縮寫mRNA),是由DNA經由轉錄而來,帶著相應的遺傳訊息,為下一步轉譯蛋白質提供所需的訊息。在细胞中,mRNA從合成到被降解,經過了數個步驟。在轉錄的過程中,第二型RNA聚合酶(RNA polymerase II)從DNA中複製出一段遺傳訊息到mRNA前體pre-mRNA(尚未經過修飾或是部份經過修飾的mRNA,稱作pre-messenger RNA,pre-mRNA,或是heterogeneous nuclear RNA,hnRNA)上。在原核生物中,除了5'加帽之外mRNA並未被進一步處理(但有些罕有的特例),而經常是邊轉錄邊轉譯。在真核生物中,轉錄跟轉譯發生在細胞的不同位置,轉錄發生在儲存DNA的細胞核中,而轉譯是發生在細胞質中。不過,曾有研究學者認為真核生物亦有邊轉錄邊轉譯的現象[1],只是這個觀點並未被廣泛接受。

在真核生物中,mRNA在準備好轉譯前需要經過多個處理步驟:

  1. 首先pre-mRNA需要加上一個5'端帽(capping)--經過甲基化(methylation)修飾的鳥嘌呤被加到mRNA的3'端。這個5'端帽對於mRNA運輸到細胞質並與之後接到適當的核糖體,以及mRNA本身的穩定是相當重要的。mRNA如果缺乏5'端帽,則很容易就被降解掉。而mRNA由5'到3'的降解亦是由移除5'端帽開始。
  2. mRNA剪接(mRNA splicing)--mRNA前體去除掉內含子而保留外顯子的修飾過程。通常mRNA前體能經由數種不同的剪接方式,產生不同組態/型式的mRNA,使一段基因在不同的組織或發育過程中能經過轉錄-剪接-轉譯後產生不同型式的蛋白質,進而擁有不同的作用,或是產生出穩定性差的mRNA達到調控基因表達的目的。這種剪接型態叫做選擇性剪接。絕大部分mRNA的剪接都是由剪接體所執行,只有少數例外,例如histone mRNA沒有內含子,但是其pre-mRNA卻需要經由另外的剪接方式才能產生成熟mRNA[來源請求]以上所述為分子內剪接(cis-splicing),而mRNA剪接作用亦可發生在不同mRNA分子之間(trans-splicing),後者常見於原生生物的mRNA剪接[來源請求]。除了mRNA之外,有些RNA分子也有能力催化自身的修剪,例如核酸酶會做自我切除,而第I或第II型外顯子在特殊環境下可以不藉由蛋白質酵素的作用而進行剪接,稱為自剪接作用。
  3. 多聚腺苷酸化(polyadenylation)--藉由酵素多聚腺苷酸聚合酶(poly(A) + polymerase),在mRNA前體的3'端上加上了一段數個腺嘌呤序列(通常是數百個),(這項修飾並不會出現在原核生物中)。這段多聚腺苷酸尾鏈在轉錄的時候,會因為mRNA上一段特殊的訊息,AAUAAA,而在mRNA後方特定位置上加上多聚腺苷酸尾鏈。多聚腺苷酸尾鏈會被多聚腺苷酸結合蛋白(poly(A) + tail-binding protein, PABP)辨識並保護住。這段AAUAAA訊號的重要性可以從以下這個例子看出:當要轉錄時,DNA分子上的AATAAA片段如果產生突變,將會導致某些血紅素缺陷[2]
  4. 單一核苷酸修飾(RNA editing)--有些mRNA的形成過程中會在特殊的核苷酸上進行修飾,如加上甲基或醇基。而這種修飾會改變tRNA對mRNA上密碼子的識別,更可能改變了蛋白質上胺基酸的組成。

多聚腺苷酸化(polyadenylation)能增加轉錄的半生期,使得mRNA在細胞中的存在時間能延長得久一些,因此能再轉譯出更多的蛋白質。

pre-mRNA在被修飾過之後(形成成熟的mRNA),從而可準備進行轉譯。成熟mRNA從細胞核被送出到細胞質中,置換5'端帽結合蛋白,並形成5'-3'頭尾相連的環狀結構,然後核糖體結合在其上,開始轉譯出蛋白質[來源請求]在經過一段時間之後,mRNA就會被運輸到細胞質的特殊斑塊區(P-bodies)並被一系列的核糖核酸酶en:RNasesen:Ribonuclease降解核苷酸[來源請求]

成熟真核细胞的mRNA的結構。一個完整的mRNA包括有5'端帽5'非轉譯區編碼區3'非轉譯區和poly(A)尾鏈。

非編碼區/未翻譯區[编辑]

在RNA啟始密碼子(start codon)之前,與終止密碼子(stop codon)之後,各有一段非編碼區,各被稱作5'UTR與3'UTR,(5'與3'非編碼區,因為DNA與RNA分子都是由5'端到3'端,也就是說這些區域是在RNA分子的兩端)是屬於不轉譯出蛋白質的序列。然而,這些區域的重要性在於它們的序列有可能藉由這些區域與不同的RNA結合蛋白(RNA-binding protein)結合,進而改變在細胞中的位置、決定mRNA的穩定性/半生期,以及對細胞受到刺激時的反應而生的轉譯調控。這些都是與細胞調控本身的活性有關。

在UTRs上的某些蛋白質複合物不僅能影響RNA的穩定度,也能促進轉譯效率或是抑制轉譯,這多是依據位在UTRs上的序列而定[來源請求]

一些包含在UTRs的功能性序列,常能形成一些有特性的二級結構,這些造成二級結構也牽扯到調節mRNA本身。某些序列,像是SECIS,是蛋白質結合區[來源請求]其中一類的mRNA元素,riboswitches,能直接結合上小分子,改變了mRNA自身的摺疊結構,也影響了轉錄或是轉譯作用[來源請求]。另外,有些mRNA的3'UTR含有AU-rich elemnet(ARE),能影響到mRNA的半生期[來源請求]。換句話說,mRNA分子可以進行自我調控。

mRNA密码子与氨基酸的对应[编辑]

  • 说明:横向为第二位核苷酸,纵向为第三位核苷酸[3]
第一位核苷酸为U
A C G U
G 终止密码子 丝氨酸 色氨酸 亮氨酸
A 终止密码子
C 酪氨酸 半胱氨酸 苯丙氨酸
U
第一位核苷酸为C
A C G U
G 谷氨酰胺 脯氨酸 精氨酸 亮氨酸
A
C 组氨酸
U
第一位核苷酸为A
A C G U
G 赖氨酸 苏氨酸 精氨酸 起始密码子
甲硫氨酸
A 异亮氨酸
C 天冬酰胺 丝氨酸
U
第一位核苷酸为G
A C G U
G 谷氨酸 丙氨酸 甘氨酸 起始密码子
缬氨酸
A 缬氨酸
C 天冬氨酸
U

反義RNA(anti-sense RNA)[编辑]

在許多真核生物中,當反義RNA上的鹼基與基因的某段mRNA互補時,反義RNA可以抑制轉譯。 反義RNA存在於細胞中之時,其互補的基因就不會合成蛋白質。這也許是一種對抗en:retrotransposons病毒複制的一種機制(retrotransposons是以雙股RNA作中介狀態的转座子),因為這兩者都能使用雙链RNA當中介物。在生物化學的研究中,藉由使用一段反義mRNA使得標靶mRNA無法作用(RNA干擾),這種方法已經被广泛用于研究基因的功能;例如利用RNA干擾技术,秀麗隱桿線蟲中所有基因的作用幾乎已經被研究完了。

参考文献[编辑]

  1. ^ Iborra FJ, Jacson DA, Cook PR. Coupled transcription and translation within nuclei of mammalian cells. Science. 2001, 293 (5532): 1139–42. PMID 11423616. 
  2. ^ Higgs DR, Goodbourn SE, Lamb J, Clegg JB, Weatherall DJ, Proudfoot NJ. Alpha-thalassaemia caused by a polyadenylation signal mutation. Nature. 1983, 306 (5941): 398–400. PMID 6646217. 
  3. ^ 上海市中小学(幼儿园)课程改革委员会. 6.2.3遗传信息的翻译//生命科学高中第二册 试用本. 上海科学技术出版社. : p.51. ISBN 9787532388394 (简体中文). 

參見[编辑]