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剪接体--组成、作用过程、注释

剪接体的剪接周期。

剪接体(英语:Spliceosome)是主要在真核细胞的细胞核内发现的大型的和复杂的分子机器。剪接体由小核核糖核酸(snRNA)和大约80种蛋白质组装而成。剪接体从转录的前mRNA(一种初级转录英语Primary transcript)中去除内含子。 此过程通常称为RNA剪接。一个比喻是电影剪辑师,他有选择地从初始电影中切出不相关或不正确的材料(相当于内含子),然后将清理后的版本发送给导演进行最终剪辑。

组成

剪接体由五个核内小分子核糖核蛋白英语snRNP以及其他非snRNP蛋白质所组成。这五个小型细胞核核糖核蛋白分别为U1、U2、U4、U5和U6 snRNP,各自含有一条snRNA,分别为U1、U2、U4、U5和U6 snRNA。而这五类snRNPs上的蛋白质,除了共同拥有的七种Sm核心蛋白质外,还各自拥有其他蛋白质。

作用过程

在剪接时,U1 snRNP会先辨识到内含子的5'端剪接位(5' splice site),而U2 snRNP则能识别3'端剪接位(3' splice site)上游的分支位点(branch site),这个步骤定位mRNA上要被剪切除去的内含子。然后,U4·U5·U6 tri-snRNP(snRNP三联体)中的U6 snRNP会取代U1 snRNP,同时U5 snRNP和U2 snRNP,分别位于在5'端剪接位和分支位点,以形成激活剪接体的剪接中心。在形成剪接中心之前,U4 snRNP会离开剪接体。剪接中心的U2 snRNA会将分支位点中的腺嘌呤分支点(branch point)凸出以产生两步骤剪接作用中的第一个反应因子。在剪接反应结束后,mRNA上的U5 snRNP和U6 snRNP便会离开,并和游离的U4 snRNP再度形成snRNP三联体,以便进行下一轮的剪接反应。

而真核细胞中,还有其他的snRNA也可以形成另一类剪接体,它由U11 snRNP、U12 snRNP、U4atac snRNP、U5 snRNP和U6atac snRNP所组成,其中U11、U12、U4atac和U6atac snRNPs的功能各自对应于U1、U2、U4和U6 snRNPs。由于这一类剪接体在细胞中的数量比较少,所以又称为“次要剪接体”。相对地,由U1、U2、U4、U5和U6 snRNP所组成的剪接体就被称为“主要剪接体”。这两类剪接体所辨识和作用的内含子不一样,而且只能负责各自所辨识内含子的剪接。由主要剪接体识别并作用的内含子称为“U2型内含子”,而由次要剪接体识别并作用的内含子则称为“U12型内含子”。人类基因组中,U12型内含子的数量极为稀少(只有约700个),在人类内含子中所占比例不到0.5%。

剪接体上的snRNA,除了U6 snRNA是由RNA聚合酶Ⅲ(RNA polymerase III)转录而成,其他snRNA都和一般mRNA一样都是由RNA聚合酶Ⅱ(RNA polymerase II)转录生成。U6 snRNA会在细胞核内与其他蛋白质组合成U6 snRNP,而其他snRNA则会先被运输到细胞质中,在细胞质中与其他蛋白质组成snRNPs,之后这些在细胞质中组成的snRNP会以次单位的型态进入细胞核内。而剪接作用便是在细胞核内完成。

早期snRNA的发现是在自体免疫病患者血液中的自体免疫抗体所识别的物质中找出的。而实验上依著这个特性,研究人员可以以自体免疫抗体将剪接体复合物从细胞萃取液中分离出来。

注释

  1. Will CL, Lührmann R. Spliceosome structure and function. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. July 2011, 3 (7): a003707. PMC 3119917. PMID 21441581. doi:10.1101/cshperspect.a003707.