RNA合成与加工

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RNA的生物合成和加工·

由GPT-5.6-Sol-Ultra生成

  • DNA中的遗传信息通过转录和翻译得到表达
  • 转录：RNA聚合酶以DNA一条链为模板，按碱基配对原则合成互补RNA
  • 原初RNA通常需经过加工和修饰，才能成为成熟RNA
  • RNA还可作为模板指导
    • RNA合成：RNA复制
    • DNA合成：逆转录

DNA指导下RNA的合成·

基本概念与反应特点·

  • 转录单位

    从DNA特定起点开始、在下游终点终止的转录区域；可以只含一个基因，也可含多个基因。

  • 启动子（promoter）：RNA聚合酶识别、结合并开始转录的DNA序列

  • 终止子（terminator）：提供转录停止信号的DNA序列

  • 基因转录具有选择性，会随细胞类型、生长发育阶段及内外环境改变

  • DNA两条链在不同区域均可能承担转录模板，但同一转录区域只以其中一条为模板

    • 模板链/负链（-链）：与RNA互补，直接指导RNA合成
    • 编码链/正链（+链）：与RNA序列相同，只是DNA中的T在RNA中由U取代

  • DNA指导的RNA聚合反应

    • 底物：4种NTP
    • 模板：DNA
    • 促进离子：$Mg^{2+}$ 或 $Mn^{2+}$
    • 合成方向：$5’\rightarrow3’$
    • 不需要引物，RNA聚合酶可直接起始RNA链
    • 第一个核苷酸保留三磷酸；以后每加入一个核苷酸，释放PPi并形成磷酸二酯键
    • 焦磷酸分解可推动反应趋向聚合

  • 转录时DNA仅局部解链；RNA离开模板后DNA重新形成双螺旋，原DNA以教材所称的全保留方式保持结构

大肠杆菌RNA聚合酶进行转录


原核生物RNA聚合酶·

亚基组成与功能·

  • 大肠杆菌RNA聚合酶
    • 核心酶：$\alpha_2\beta\beta’\omega$

      能延长已开始的RNA链，但不能正确识别启动子并起始转录。

    • 全酶：核心酶加 $\sigma$ 亚基

      能识别启动子并完成转录起始。

亚基 主要功能
$\alpha$（2个） 参与酶的装配；其C端结构域与DNA及启动子上游元件的活化因子结合
$\beta$、$\beta’$ 构成催化中心；结合DNA和核苷酸底物，催化磷酸二酯键形成
$\sigma$ 识别启动子并促进转录起始，称为起始亚基
$\omega$ 参与酶的组建和调节

  • 活性中心的通道

    • $\beta$ 与 $\beta’$ 间裂缝：DNA入口
    • 模板链与非模板链：经不同通道通过活性中心，随后重新配对
    • NTP：经底物通道到达RNA生长点
    • 新生RNA：经RNA出口离开酶

  • 催化实质

    在 $Mg^{2+}$ 帮助下，RNA链 $3’$-OH的氧亲核攻击NTP的 $\alpha$-磷原子，形成磷酸二酯键并释放PPi。

  • $\sigma^{70}$ 的结构分工

    • 2区：结合启动子-10序列并帮助双链解开
    • 4区：结合-35序列
    • 游离 $\sigma^{70}$ 的N端遮蔽DNA结合部位；与核心酶结合后，活性部位才暴露

转录的起始、延伸与终止·

起始·

  1. $\sigma$ 亚基识别启动子的-10、-35区，$\alpha$ 亚基识别上游序列
  2. RNA聚合酶全酶与双链DNA形成闭合复合物
  3. DNA局部解链形成转录泡，复合物变为开放复合物
  4. 酶按模板选择配对NTP并形成最初的磷酸二酯键
  5. 起始初期常反复释放不超过10 nt的短RNA，称为流产起始
  6. RNA超过约10 nt后，$\sigma$ 亚基脱离，核心酶离开启动子并进入延伸阶段

延伸·

  • 核心酶沿DNA前移，转录泡随之移动
  • 转录泡内RNA与模板链形成短暂杂交体；其后DNA恢复双螺旋，新生RNA被置换出来
  • 原核进入延伸后，$\sigma$ 脱离并由Nus亚基取代
  • 熄火（stall）

    DNA损伤或核苷酸类似物等障碍使RNA聚合酶停止移动。

    • 聚合酶后退若干核苷酸
    • 大肠杆菌GreA/GreB或真核TFIIS帮助切除一段RNA
    • 聚合酶从新形成的 $3’$-OH继续延伸

有限的校对作用·

  • RNA聚合酶校对能力较弱，但可通过两种方式纠错
    1. 焦磷酸解：聚合反应逆转，切除错掺核苷酸
    2. 后退切除：错配导致熄火后，聚合酶后退并切掉含错配碱基的一段RNA，再继续转录

原核启动子与 $\sigma$ 因子·

启动子定位·

  • 转录因子（transcription factor）

    RNA聚合酶在特异启动子上起始转录所需的作用因子。

  • 序列位置的表示
    • 转录起点为 $+1$
    • 起点左侧为上游，以负数表示
    • 起点右侧为下游，即转录区
  • 足迹法

    蛋白质与DNA结合后保护相应区域免受DNA酶水解；比较电泳条带中缺失的片段即可确定蛋白质结合部位。

大肠杆菌启动子的共有序列·

  • -10序列/Pribnow框：TATAAT
    • 富含A-T，双链较易解开
    • -10序列突变不明显影响酶结合，但会降低局部解链速度
  • -35序列：TTGACA
    • 提供RNA聚合酶识别信号
    • -35序列突变降低酶与启动子结合速度，但不明显影响起点附近解链
  • -35与-10序列位于DNA双螺旋同一侧，其间距改变会影响 $\sigma$ 因子作用和转录起始效率
  • 启动子结构不对称，因此决定转录方向

原核启动子共有序列的功能

不同 $\sigma$ 因子·

  • $\sigma$ 因子的核心作用
    • 降低全酶对普通DNA序列的亲和力和停留时间
    • 提高全酶对特异启动子的亲和力和停留时间
    • 使RNA聚合酶能够快速搜索并稳定结合启动子
  • 不同 $\sigma$ 因子识别不同启动子，从而协同表达不同功能的基因
$\sigma$ 因子 主要识别的基因
$\sigma^{70}$ 一般基因
$\sigma^{S}$ 应激反应基因
$\sigma^{32}$ 热休克蛋白基因
$\sigma^{54}$ 不同氮源利用基因
$\sigma^{E}$ 不利或极端环境反应基因
$\sigma^{F}$ 鞭毛合成和趋化相关基因
  • 某些噬菌体编码自己的 $\sigma$ 因子，以利用宿主核心酶
  • T3、T7等噬菌体则编码自身单链多肽型RNA聚合酶，对自身启动子高度专一

真核生物RNA聚合酶·

  • 真核生物主要有三类核RNA聚合酶，通常含10～15个亚基
  • 没有细菌 $\sigma$ 因子的对应物，必须依赖多种转录因子选择并结合启动子
  • 真核转录通常分为装配、起始、延伸和终止四阶段
聚合酶 主要转录产物 对 $\alpha$-鹅膏蕈碱的敏感性
RNA聚合酶I 45S rRNA前体，经加工产生5.8S、18S、28S rRNA 不敏感
RNA聚合酶II 所有mRNA前体和大多数snRNA 低浓度即可抑制
RNA聚合酶III tRNA、5S rRNA、U6 snRNA、scRNA等 需较高浓度才抑制
  • 线粒体和叶绿体RNA聚合酶结构较简单，类似细菌RNA聚合酶，可合成多类RNA并受利福平等抑制

真核启动子与转录因子·

  • 真核启动子主要由转录因子识别；多种转录因子和RNA聚合酶先在起点形成前起始复合物
  • 按RNA聚合酶分为类别I、II、III启动子

类别I启动子：RNA聚合酶I·

  • 控制rRNA基因转录，通常含两部分
    • 核心启动子：约 $-45\sim+20$
    • 上游控制元件UCE：约 $-180\sim-107$
  • 装配顺序
    1. UBF1结合UCE的富GC区
    2. SL1转移并结合核心启动子
    3. SL1定位RNA聚合酶I并启动转录
  • SL1由TBP和3个特异TAFI组成，定位作用类似细菌 $\sigma$ 因子

类别II启动子：RNA聚合酶II·

  • 由基本启动子、起始子、上游元件、下游元件及应答元件的不同组合构成

  • TATA框

    • 位于约 $-25\sim-30$，富含A-T
    • 参与聚合酶定位、DNA解链和转录起点确定
    • 缺失后转录可从多个位置开始

  • 起始子（Inr）：位于 $+1$ 附近

  • 核心启动子可有多种组成

    • TATA框 + Inr
    • 无TATA时：Inr + 下游元件
    • TATA与Inr均无时：依靠上游激活因子介导装配

  • RNA聚合酶II前起始复合物的装配顺序

    1. TFIID先结合TATA框
      • TFIID由TBP和多种TAF组成
      • TBP结合DNA小沟，使DNA弯曲约 $80^\circ$
    2. TFIIA稳定TFIID与启动子的结合并活化TBP
    3. TFIIB连接TBP，并引入TFIIF/RNA聚合酶II复合物
    4. TFIIE结合并引入、调节TFIIH
    5. TFIIH水解ATP并解开启动子DNA
    6. TFIIH的激酶活性使RNA聚合酶II的CTD磷酸化，促使聚合酶离开启动子进入转录

  • TFIIH兼有ATP酶、解旋酶和激酶活性，还参与DNA损伤修复

RNA聚合酶II和转录因子的装配

  • 常见上游元件与识别因子
    • CAAT框：CTF家族、CP1、CP2、NF-1
    • GC框：Sp1
    • 八聚体框ATGCAAAT：Oct-1普遍存在，Oct-2主要见于B淋巴细胞
  • 激活因子需通过中介复合物作用于RNA聚合酶II，帮助形成并稳定起始复合物
  • 真核基因的长期表达变化常依靠转录因子重新合成；对刺激的快速反应常通过转录因子磷酸化/脱磷酸化实现

类别III启动子：RNA聚合酶III·

  • 启动子位置
    • 5S rRNA、tRNA及胞质小RNA基因：常位于基因内部，即转录起点下游
    • 某些snRNA基因：位于转录起点上游
  • 5S rRNA基因内启动子
    • 含框A、中间元件和框C
    • 装配：TFIIIA → TFIIIC → TFIIIB → RNA聚合酶III
  • tRNA基因内启动子
    • 含框A和框B
    • TFIIIC识别后，引入TFIIIB和RNA聚合酶III
  • TFIIIA、TFIIIC为装配因子；TFIIIB才是真正的起始和定位因子
  • snRNA上游启动子可含TATA、PSE和OCT元件；教材认为TATA序列可能决定由聚合酶II还是III转录

延伸因子与CTD·

  • 真核转录延伸需多种延伸因子，主要作用是防止暂停或终止
    • ELL、elongin：减少转录暂停
    • pTEFb：磷酸化RNA聚合酶II的CTD
    • TFIIS：帮助受阻聚合酶切除RNA并恢复延伸
  • RNA聚合酶II最大亚基的CTD含许多YSPTSPS七肽重复
    • 起始时CTD被磷酸化 → 聚合酶离开启动子并结合延伸因子
    • 转录结束后延伸因子解离、CTD去磷酸化

终止子与终止因子·

  • 终止因子：帮助RNA聚合酶识别终止信号的蛋白质
  • 通读（readthrough）：终止子的作用被特异因子阻止，聚合酶越过终止位点继续转录
  • 抗终止因子：引起通读的蛋白质
  • 原核终止子在终点前均可转录形成回文/发夹结构，使RNA聚合酶减速或暂停

不依赖 $\rho$ 的终止·

  • 又称内在终止或简单终止
  • 终止子含富GC回文区，RNA形成稳定发夹
  • 发夹后接约6个U
  • 聚合酶暂停时，较弱的rU-dA杂交区解开，RNA和聚合酶释放

不依赖rho的终止子

依赖 $\rho$ 的终止·

  • 终止区胞苷酸较多，可含短回文结构，但无富GC区及寡聚U
  • $\rho$ 为六聚体蛋白，兼有RNA依赖ATP酶和RNA-DNA解旋酶活性
  • 过程
    1. $\rho$ 结合新生RNA并水解ATP沿RNA移动
    2. RNA聚合酶在终止区暂停，$\rho$ 追上聚合酶
    3. $\rho$ 解开RNA-DNA杂交体，使RNA和聚合酶从DNA释放

Nus因子与抗终止·

  • NusA：促进RNA聚合酶在终止位点暂停，提高终止效率
  • NusB与S10：组成二聚体，促进聚合酶识别终止子
  • NusG：参与Nus因子-RNA聚合酶复合物装配
  • $\lambda$ 噬菌体N、Q蛋白为抗终止因子，可使聚合酶通读并按时序表达后续基因
    • N蛋白阻止内在终止只需NusA
    • 阻止 $\rho$ 依赖终止则需4种Nus因子
  • 转录循环中，起始时核心酶结合 $\sigma$；进入延伸后 $\sigma$ 被NusA取代；终止后NusA再被 $\sigma$ 取代
  • 真核生物转录终止
    • 教材指出其终止信号和具体过程尚不十分清楚
    • RNA聚合酶II产物在 $3’$ 端切断并加poly(A)，但切断和腺苷酸化本身不等于转录终止
    • RNA聚合酶I、III产物末端虽常有连续U，但连续U本身不足以构成终止信号，附近序列结构也可能参与作用

转录的调节控制·

  • 时序调节：基因表达随生长、发育和分化程序改变

  • 适应调节：基因表达随细胞内外环境改变

  • 转录调控是基因表达调节的关键，原核生物因转录与翻译近乎同步，尤其依赖转录水平调节

  • 操纵子（operon）

    细菌基因表达和调控的单位，包括结构基因、调节基因及由调节基因产物识别的控制序列。

    • 功能相关的结构基因通常串联排列，共用启动子并受操纵基因控制
    • 阻遏蛋白结合操纵基因后，可阻止邻近启动子起始转录，属于负调控
    • 调节基因产物也可作为正调节因子激活转录

  • 原核与真核转录调节比较

特征 原核生物 真核生物
转录单位 功能相关基因可组成操纵子 每个基因有独立基本启动子；相关基因可组成共享调控元件和因子的基因群
调控元件 种类较少，多与启动子重叠或邻近 组成型、诱导型元件及增强子、沉默子等分散存在
主要调节倾向 以负调节为主，因子活性常受变构调节 以正调节为主，因子常受共价修饰，尤其磷酸化
染色质层次 无染色质重塑 转录前常需染色质重塑，使因子可接近DNA
  • 两类生物均可从两个层面调节反式因子
    1. 调节因子的合成量
    2. 调节因子的变构或共价修饰状态
  • 真核染色质重塑使转录成为可能，但实际起始仍需顺式元件、反式因子与RNA聚合酶协同

RNA生物合成的抑制剂·

嘌呤和嘧啶类似物·

  • 需先转为相应核苷酸后发挥作用
  • 两种主要机制
    1. 作为抗代谢物，抑制核苷酸合成酶
    2. 掺入核酸形成异常DNA或RNA，影响功能并导致突变
  • 代表
    • 6-巯基嘌呤：阻断IMP向AMP、GMP转变，并反馈抑制早期嘌呤合成
    • 8-氮鸟嘌呤：抑制嘌呤合成，也可掺入RNA
    • 氮尿嘧啶：其核苷酸抑制乳清苷酸脱羧酶；三磷酸形式抑制RNA聚合酶
    • 5-氟尿嘧啶：可掺入RNA；转为F-dUMP后抑制胸腺嘧啶核苷酸合成酶
    • 溴尿嘧啶等可取代T掺入DNA，并因互变异构造成错配

DNA模板功能抑制物·

  • 烷化剂
    • 主要烷化鸟嘌呤N7，也可作用其他碱基和磷酸基
    • 可造成碱基脱落、DNA链间交联或DNA链断裂
  • 放线菌素D
    • 插入相邻G-C碱基对之间并结合DNA浅沟
    • 低浓度优先抑制DNA指导的RNA合成
  • 嵌入染料
    • 扁平芳香环插入相邻碱基对间
    • 可导致核苷酸增添或缺失，引发移码突变，并抑制转录起始

RNA聚合酶抑制物·

  • 利福霉素/利福平：特异抑制细菌RNA聚合酶
  • $\alpha$-鹅膏蕈碱：抑制真核RNA聚合酶，对细菌聚合酶作用很弱

RNA的转录后加工·

概述·

  • RNA成熟/转录后加工（post-transcriptional processing）

    原初转录物经链裂解、端部切除和修剪、末端特殊结构形成、核苷修饰、糖苷键改变、剪接及编辑等过程，转变为成熟RNA。

  • 原核生物
    • mRNA通常边转录边翻译，除少数例外，一般不需加工
    • rRNA、tRNA等稳定RNA必须经过加工才能具有活性
  • 真核生物
    • 核结构使转录与翻译在时间和空间上分离
    • 大多数基因被内含子分隔，mRNA前体需复杂加工和剪接
    • 不同加工方式可从同一基因表达不同信息

原核生物RNA的加工·

rRNA前体的加工·

  • 大肠杆菌有7个rRNA转录单位，每个通常包括
    • 16S rRNA基因
    • 23S rRNA基因
    • 5S rRNA基因
    • 一个或数个tRNA基因
  • 原初转录物为约6500 nt的30S前体，$5’$ 端为pppA
  • 加工过程
    1. 16S、23S前体两侧互补序列形成茎环
    2. RNase III识别双螺旋茎区，切出P16和P23前体
    3. RNase E识别5S前体两端的茎环，产生P5
    4. 其他内、外切核酸酶继续切除两端附加序列
    5. rRNA前体可能先甲基化，再被切割成熟
  • 修饰
    • 16S rRNA约含10个甲基，23S约含20个
    • 常见修饰为 $2’$-O-甲基核糖
    • 5S rRNA一般无修饰成分，不发生甲基化

大肠杆菌rRNA前体的加工

tRNA前体的加工·

  • 主要步骤

    1. 内切核酸酶从tRNA两端切断
    2. 外切核酸酶逐个切除多余序列进行修剪
    3. 核苷酸修饰和异构化
    4. $3’$ 端形成CCA-OH

  • RNA内切核酸酶通常识别加工部位的空间结构，而非单一特异序列

  • 主要酶

    • RNase P：切出成熟tRNA的 $5’$ 端
      • 由蛋白质和M1 RNA组成
      • 在提高 $Mg^{2+}$ 浓度或加入多胺时，M1 RNA单独也可催化切割，属于核酶
    • RNase F：在靠近 $3’$ 端处内切前体
    • RNase D：从 $3’$ 端继续修剪，识别整个tRNA结构，是 $3’$ 端成熟酶

  • CCA-OH的形成

    • 一类tRNA前体自身编码CCA，切除附加序列后即可显露
    • 另一类不编码CCA，由tRNA核苷酰转移酶依次加入C、C、A

    $$ \mathrm{tRNA\xrightarrow{CTP}tRNA-C\xrightarrow{CTP}tRNA-CC\xrightarrow{ATP}tRNA-CCA} $$

    CCA-OH是tRNA接受氨酰基所必需的末端结构。

  • 核苷修饰

    • 甲基转移酶以SAM为甲基供体，且对碱基和tRNA结构具有高度特异性
    • 假尿嘧啶核苷合酶使尿苷糖苷键由N1移至C5，形成假尿嘧啶核苷

tRNA前体的加工

mRNA前体的加工·

  • 细菌mRNA多数不需加工，转录后即可翻译
  • 少数多顺反子mRNA需由内切核酸酶切为较小单位，再分别调节翻译
  • 例：核糖体蛋白L10、L7/L12与RNA聚合酶 $\beta$、$\beta’$ 亚基基因构成混合操纵子
    • RNase III将两类mRNA切开
    • 有利于按不同需求分别调节核糖体蛋白和RNA聚合酶的合成

真核生物RNA的一般加工·

rRNA前体的加工·

  • 真核大亚基含26S～28S、5.8S和5S rRNA，小亚基含16S～18S rRNA

  • 18S、5.8S和28S基因成簇构成转录单位，由RNA聚合酶I转录为长前体

    • 哺乳动物：45S前体
    • 果蝇：38S前体
    • 酵母：37S前体

  • 5S rRNA基因另成簇排列，由RNA聚合酶III转录

  • 核仁是rRNA合成、加工并与蛋白质装配为核糖体亚基的场所

  • rRNA前体先发生修饰，再被切割

    • C/D框snoRNA：借互补序列识别 $2’$-O-甲基化和切割位点
    • H/ACA框snoRNA：识别假尿苷酸化位点

  • snoRNA使众多修饰和切割位点得到精确定位

  • 线粒体和叶绿体rRNA基因排列及加工一般类似原核生物

snoRNA指导rRNA前体修饰

tRNA前体的加工·

  • 真核tRNA基因由RNA聚合酶III转录
  • 前体约100 nt，成熟tRNA约70～80 nt
  • 加工内容
    • RNase P切除 $5’$ 端附加序列

      与原核不同，真核RNase P中的RNA单独无切割活性。

    • 多种内、外切核酸酶切除 $3’$ 端附加序列
    • 真核tRNA前体不含CCA，均由核苷酰转移酶后加
    • 形成修饰碱基和 $2’$-O-甲基核糖
    • 含内含子的tRNA前体还需剪接

mRNA前体的一般加工·

  • 真核编码蛋白质的基因通常各自构成一个转录单位，产生单顺反子mRNA
  • 核内不均一RNA（hnRNA）

    mRNA原初转录物及其在细胞核内加工形成的大小不一中间体。

  • hnRNA特点
    • 平均长约8000～10000 nt，明显长于细胞质mRNA的约1800～2000 nt
    • 在核内迅速合成和降解，半寿期短
    • 哺乳动物中只有少部分hnRNA最终转变为mRNA
  • mRNA前体的四项主要加工
    1. $5’$ 端加帽
    2. $3’$ 端切断并加poly(A)尾
    3. 剪接去除内含子
    4. 内部核苷甲基化

mRNA的 $5’$ 端加帽·

  • 真核mRNA和hnRNA的 $5’$ 端具有帽子结构

  • 帽子形成于转录早期，RNA约合成30 nt时聚合酶暂停并等待加帽

  • 加帽步骤

    1. RNA三磷酸酯酶从原初RNA的 $5’$ 三磷酸端脱去一个磷酸
    2. mRNA鸟苷酰转移酶以GTP为供体，形成特殊的 $5’\text{-}5’$ 三磷酸键
    3. 鸟嘌呤-7-甲基转移酶以SAM为供体，使帽鸟嘌呤形成 $m^7G$
    4. 核苷-$2’$-甲基转移酶可继续甲基化相邻核苷的核糖

    $$ \mathrm{pppN-RNA\rightarrow ppN-RNA\rightarrow G5’ppp5’N-RNA\rightarrow m^7G5’ppp5’N-RNA} $$

  • 帽子类型

    • Cap 0：只有 $m^7Gppp$
    • Cap I：N1核苷的核糖 $2’$-OH也被甲基化
    • Cap II：N1、N2核苷的核糖均被甲基化

  • 加帽酶结合RNA聚合酶II的CTD；加帽后，帽结合复合物CBC继续将帽结构与CTD相连

  • 未加帽的新生RNA会被 $5’$ 外切核酸酶降解，RNA聚合酶II和转录因子随之脱落

  • 帽子的功能

    1. 保护RNA免受降解
    2. 提供 $5’$ 端识别标记
    3. 帮助剪接、核质运输和翻译复合物识别mRNA

mRNA的 $3’$ 端形成和多聚腺苷酸化·

  • 多数真核mRNA的 $3’$ 端具有20～200个A组成的poly(A)尾
    • hnRNA的poly(A)平均约150～200 nt
    • 组蛋白、呼肠孤病毒及不少植物病毒mRNA没有poly(A)
  • RNA聚合酶II转录物先被切断，再进行多聚腺苷酸化
  • 高等真核mRNA中常见信号AAUAAA，位于加尾位点上游约11～30 nt
  • poly(A)聚合酶
    • 以带 $3’$-OH的RNA为受体
    • ATP提供腺苷酸
    • 需 $Mg^{2+}$ 或 $Mn^{2+}$ 及多种辅助蛋白
  • 冬虫夏草素（$3’$-脱氧腺苷）可特异阻断poly(A)形成
  • poly(A)尾并非翻译绝对必需，但可
    • 缓冲外切核酸酶对信息区的降解
    • 提高mRNA稳定性
    • 提高翻译效率
  • mRNA内部主要修饰为 $N6$-甲基腺嘌呤（$m6A$）；教材推测其可能参与前体加工识别，但并非翻译必需

RNA剪接概述·

  • 断裂基因：编码区被居间序列分隔的基因

  • 内含子（intron）

    被转录到前体RNA中、但在成熟RNA形成时被剪除的序列。

  • 外显子（exon）

    出现在成熟RNA产物中的序列。

  • RNA剪接（splicing）：精确切除内含子并连接外显子的过程

  • 外显子一般为100～200 nt，多数小于1000 nt；内含子长度差异很大，可从数十到十万个以上核苷酸

  • 剪接必须精确到单个核苷酸，关键是识别内含子 $5’$、$3’$ 剪接位点

  • SR蛋白在剪接体装配与反应中起核心作用

    • N端含RNA识别基序
    • C端富含Ser和Arg，促进蛋白质间相互作用

  • 剪接体与RNA聚合酶II的CTD相连，反映转录与RNA加工的协同

  • RNA剪接的四种基本方式

    1. I型内含子自我剪接
    2. II型内含子自我剪接
    3. 核mRNA剪接体剪接
    4. 核tRNA前体酶促剪接

RNA的四种剪接方式


I型内含子自我剪接·

  • 核酶（ribozyme）：具有催化功能的RNA
  • I型内含子剪接无需蛋白质性质的酶参与，也不需外加能量，但需
    • 一价、二价阳离子
    • 鸟苷或鸟苷酸
  • 两次转酯反应
    1. 游离鸟苷的 $3’$-OH攻击内含子 $5’$ 端磷酸，切开外显子1与内含子的连接
    2. 外显子1新生 $3’$-OH攻击外显子2的 $5’$ 端磷酸，两个外显子连接
  • 反应中没有水解，磷酸酯键能量被保留，因此无需外加能量
  • 切下的线性内含子可进一步环化；四膜虫内含子加工形成的L-19仍可催化RNA底物的水解和转酯反应
  • 活性依赖内含子RNA的特定折叠和内含子指导序列与外显子的配对
  • 分布于部分细胞器基因、低等真核生物核rRNA基因及少数细菌、噬菌体基因

I型内含子的自我剪接


II型内含子自我剪接·

  • 不需游离鸟苷发动反应
  • 内含子靠近 $3’$ 端的保守A以其 $2’$-OH攻击内含子 $5’$ 端磷酸
  • 第一次转酯形成带 $2’\text{-}5’$ 键的**套索（lariat）**内含子
  • 第二次转酯由外显子1的 $3’$-OH攻击外显子2的 $5’$ 端，使两外显子连接
  • II型内含子有6个螺旋区，EBS与外显子的IBS配对；自我剪接活性依赖其二级结构和进一步折叠
  • 教材所列分布：某些真菌线粒体和植物叶绿体基因

II型内含子的自我剪接


核mRNA前体的剪接体剪接·

剪接信号与组成·

  • 绝大多数核mRNA内含子遵循
    • DNA：GT-AG规则
    • RNA：GU-AG规则
  • 主要识别信号
    • $5’$ 剪接位点
    • 分支点A
    • 分支点下游多嘧啶区
    • $3’$ 剪接位点
  • U1、U2、U4、U5、U6 snRNA与蛋白质组成snRNP，进一步和多种剪接、调节蛋白组装为剪接体

    U3 snRNP不参与mRNA剪接，主要参与rRNA前体加工。

剪接体装配与催化·

  1. U1 snRNP以互补序列结合 $5’$ 剪接位点
  2. U2AF结合分支点下游的多嘧啶区，SR蛋白连接U1与U2AF，形成E复合物
  3. U2 snRNP在辅助因子帮助下结合分支点，形成A复合物
  4. U4/U6/U5三聚体加入，形成B1复合物，剪接体组装完成
  5. U1释放，U6结合 $5’$ 剪接位点，U5重新定位，形成B2复合物
  6. ATP供能使U4与U6解离；U6解除封闭并与U2配对、回折，形成类似II型内含子的催化中心，即C1复合物
  7. U5识别并结合两个外显子的剪接点，形成C2复合物
  8. U6/U2催化两次转酯反应，内含子形成套索并被切除，两个外显子连接

hnRNA的剪接过程

  • 少数内含子在DNA序列上以AT开头、AC结尾，称为AT-AC次要内含子
    • U11、U12分别取代U1、U2
    • U4atac、U6atac取代U4、U6
    • U5仍被保留

核tRNA前体的酶促剪接·

  • tRNA内含子常位于反密码子附近，无统一保守序列；酶主要识别共同二级结构

  • 两步基本反应

    1. 特殊内切核酸酶切去内含子，不需要ATP
      • 产生两个tRNA半分子和一个线性内含子
      • 断端为 $5’$-OH和 $2’,3’$-环磷酸
    2. RNA连接酶共价连接两个tRNA半分子，需要ATP

  • 酵母和植物的连接前处理

    • 激酶以ATP将 $5’$-OH转为 $5’$-P
    • 环磷酸二酯酶将 $2’,3’$-环磷酸打开为 $2’$-P和 $3’$-OH
    • RNA连接酶先被AMP活化，再把AMP转给tRNA的 $5’$-P
    • 另一半分子的 $3’$-OH攻击并形成磷酸二酯键
    • 最后去除多余的 $2’$-P

  • 哺乳动物连接酶可直接连接 $2’,3’$-环磷酸与 $5’$-OH，无需先改变末端基团


反式剪接与选择性剪接·

反式剪接·

  • 前述四类均为同一RNA分子内的顺式剪接
  • 反式剪接：一个RNA的 $5’$ 剪接位点与另一RNA的 $3’$ 剪接位点相接
  • 被切除的序列形成类似套索的Y形结构，分支点随后水解
  • 例：锥虫多种mRNA共有35 nt的 $5’$ 前导序列，该序列来自独立的SL RNA

选择性剪接·

  • 选择性剪接（alternative splicing）

    同一基因转录物在不同发育阶段、细胞类型或生理状态下以不同方式剪接，产生不同mRNA和蛋白质同源体。

  • 四种基本方式
    1. 跳过一个或多个外显子
    2. 保留一个或多个内含子作为编码序列
    3. 使用外显子内部的替代剪接位点，使外显子部分缺失
    4. 使用内含子内部的替代剪接位点，使部分内含子成为编码序列
  • 不同转录起点和不同poly(A)位点还可进一步增加成熟mRNA种类

选择性剪接的主要方式

  • 降钙素基因的组织特异性加工
    • 基因有6个外显子和两个poly(A)位点
    • 甲状腺：形成含外显子1～4的降钙素mRNA
    • 脑：排除降钙素外显子4，形成CGRP mRNA
    • 剪接激活和抑制蛋白使同一基因在两种组织产生不同激素

RNA剪接的意义·

  1. 外显子常与蛋白质结构域或模块对应，外显子改组可形成新基因并加快进化
  2. 剪接尤其选择性剪接是基因表达、生长发育和分化的重要调节环节
  3. 某些I型内含子编码内切核酸酶，II型内含子可编码内切核酸酶或逆转录酶，因而能进行横向转移
  4. 内含子使同源重组的断裂和连接可发生于内含子中，降低错位造成基因失活的风险
  5. 新旧剪接位点可暂时并存，为突变产物接受选择保留空间
  6. 内含子并非都无功能
    • 可编码内切核酸酶、逆转录酶或帮助折叠的成熟酶
    • 可产生snoRNA等功能RNA
    • 可携带基因表达调控信息

RNA编辑·

  • RNA编辑（RNA editing）

    在转录中或转录后改变RNA编码序列的过程。

  • 主要形式
    • U插入或删除
    • C、A、U插入；多头绒孢菌线粒体中此类编辑是否由gRNA指导尚不清楚
    • G插入；副黏病毒P基因可由RNA聚合酶重复转录产生
    • C变为U或U变为C
    • A经脱氨变为I
  • 编辑可改变阅读框或密码子，使同一前体产生不同蛋白质

gRNA指导的U插入和删除·

  • 指导RNA（gRNA）：约60 nt、与待编辑mRNA互补并作为编辑模板的RNA
  • 编辑通常沿mRNA的 $3’\rightarrow5’$ 方向进行
  • 20S编辑复合物含内切核酸酶、末端尿苷酰转移酶TUTase和RNA连接酶
  • 过程
    1. gRNA与mRNA配对，在错配位置确定编辑点
    2. 内切核酸酶切开待编辑RNA
    3. TUTase以UTP为底物，在断口 $3’$ 端加入U；或外切核酸酶删除多余U
    4. RNA连接酶重新封闭断口

gRNA指导的RNA编辑

脱氨编辑实例·

  • ApoB mRNA的C→U编辑

    • ApoB100在肝合成，ApoB48在小肠合成，二者来自同一基因
    • 小肠中一个C脱氨变为U，使CAA变为终止密码子UAA
    • 翻译提前终止，产生较短的ApoB48

  • 脑受体离子通道mRNA的A→I编辑

    • 腺苷脱氨酶识别编辑位点的双链茎环，使A变为I
    • I的配对行为类似G，因而改变密码含义及蛋白质性质

  • RNA编辑的生物学意义

    1. 减轻或消除基因突变的危害
    2. 增加同一基因产物的多样性
    3. 参与发育、分化和基因表达调控
    4. 可能产生新的结构和功能，促进进化

RNA再编码·

  • RNA再编码（recoding）

    改变RNA原有编码含义或读码方式的过程。

  • 校正tRNA
    • 反密码子环或决定tRNA特异性的碱基发生改变
    • 可在错义、无义突变位点加入原氨基酸或性质相近的氨基酸
    • 可读取二联体或四联体密码子，消除 $-1$ 或 $+1$ 移码影响
  • 某些rRNA突变也可减轻移码突变的效应
  • 程序性阅读框架移位/翻译移码
    • 核糖体在特定位点发生跳跃，改变三联体阅读框
    • 可能受mRNA高级结构影响
    • 可使一条mRNA产生两种或更多相关蛋白质，也可调节蛋白质合成量

RNA生物功能的多样性·

  1. 参与遗传信息翻译
    • rRNA：核糖体装配与催化
    • tRNA：信息转换
    • mRNA：传递编码信息
    • 肽键形成活性由大亚基rRNA承担，核糖体蛋白主要起辅助作用
  2. 催化与持家功能
    • RNA可催化自我切割、环化和其他反应
    • RNase P、核糖体、剪接体、编辑体等可视为核酶或核酶复合物
    • RNA还可作为染色体结构成分和噬菌体装配RNA
  3. 指导转录后加工
    • snRNA、snoRNA及其蛋白复合物选择加工位点或参与反应
    • 许多snoRNA由切除的内含子加工而来
  4. 调节基因表达和细胞功能
    • 反义RNA通过互补结合阻止或改变靶RNA功能
    • siRNA使入侵或异常表达基因沉默，miRNA调节生长发育
    • OxyS RNA参与大肠杆菌氧应激反应
    • 果蝇roX1 RNA参与雄性X染色体活化；哺乳动物Xist RNA介导一条X染色体失活
  5. 参与进化
    • RNA兼有信息分子和功能分子性质，是“RNA世界”假说的依据
    • 剪接和编辑可降低突变危害、增加遗传多样性并促进进化

RNA降解·

  • RNA降解是基因表达调节的重要环节
    • rRNA、tRNA稳定，更新率低
    • mRNA不稳定，更新率高，不同mRNA可具有不同降解速度
  • 教材所列平均半寿期
    • 脊椎动物细胞mRNA：约3 h
    • 细菌mRNA：约1.5 min，以适应快速生长和环境应答
  • 各细胞均含多种RNase；$5’\rightarrow3’$ 外切降解较常见，也存在 $3’\rightarrow5’$ 降解
  • 细菌mRNA末端发夹可提高稳定性，也可使多顺反子mRNA不同区段具有不同稳定性
  • 真核mRNA主要先发生poly(A)尾缩短
    • 随后脱帽并由 $5’\rightarrow3’$ 方向降解
    • 或直接由 $3’\rightarrow5’$ 方向降解

RNA指导下RNA和DNA的合成·

RNA复制概述·

  • 某些病毒以RNA为遗传信息载体，可复制出与自身相同的RNA
  • 复制酶（replicase）

    RNA指导的RNA聚合酶，以病毒RNA为模板合成互补RNA链。

  • 反应需要
    • 病毒RNA模板
    • 4种NTP
    • $Mg^{2+}$
  • 复制产生的病毒RNA具有感染性，说明病毒外壳蛋白和有关酶的信息均储存在该RNA中

噬菌体 $Q\beta$ RNA的复制·

基因组与复制酶·

  • $Q\beta$ 基因组

    • 单链RNA，约4500 nt
    • 本身具有mRNA功能，故为正链RNA；互补链为负链
    • 基因次序

    $$ 5’\text{-成熟蛋白-外壳蛋白（或A}_1\text{蛋白）-复制酶}\beta\text{亚基-}3’ $$

  • 外壳蛋白与A1蛋白

    • 在第一个终止位点停止：只产生外壳蛋白
    • 通读至第二个终止位点：产生N端与外壳蛋白相同的A1蛋白

  • $Q\beta$ 复制酶具有高度模板特异性，只识别自身RNA，不以宿主或其他噬菌体RNA为模板

  • 复制酶的4个亚基

亚基 来源 功能
$\alpha$ 宿主核糖体蛋白S1 结合 $Q\beta$ RNA
$\beta$ 由噬菌体RNA编码 催化形成磷酸二酯键
$\gamma$ 宿主EF-Tu 结合底物、识别模板并选择底物
$\delta$ 宿主EF-Ts 稳定 $\alpha$、$\gamma$ 亚基结构

病毒只编码复制酶 $\beta$ 亚基，其余3个亚基取自宿主细胞。

复制过程·

  1. 正链RNA进入细胞后先直接作为mRNA合成病毒蛋白
  2. 复制酶装配后结合正链 $3’$ 端
  3. 以正链为模板，按 $5’\rightarrow3’$ 方向合成负链并释放
  4. 同一复制酶再结合负链 $3’$ 端
  5. 以负链为模板，按 $5’\rightarrow3’$ 方向合成大量正链
  • 以正链合成负链时还需要宿主HFI和HFII；以负链合成正链时不需要
  • 感染后期宿主因子成为限速因素，因此正链合成远多于负链

噬菌体Qβ RNA的复制

噬菌体Qβ RNA复制产物

翻译与复制的自我调节·

  • $Q\beta$ RNA的高级结构控制各基因表达次序
    • 天然高级结构使成熟蛋白基因起始区被隐藏；只有刚复制完成的RNA可启动其翻译
    • 复制酶 $\beta$ 亚基起始区与外壳蛋白基因部分序列配对，需由翻译外壳蛋白的核糖体打开后才能暴露
  • 病毒成分可兼有多种功能
    • 复制酶既催化RNA复制，也可阻止核糖体结合，感染早期兼作翻译阻遏物
    • 外壳蛋白既组成病毒颗粒，又可抑制复制酶合成；感染后期外壳蛋白增多时，复制酶合成下降

Qβ RNA翻译和复制的自我调节


病毒RNA复制的主要方式·

  1. 正链RNA病毒
    • 正链进入宿主后可直接翻译
    • 先合成复制酶和相关蛋白，再复制RNA并装配病毒
    • 代表：$Q\beta$、脊髓灰质炎病毒
    • 脊髓灰质炎病毒RNA先翻译为一条长多肽，再由宿主蛋白酶切为6种蛋白，包括1种复制酶、4种外壳蛋白和1种功能未明蛋白；复制酶形成后才开始RNA复制
  2. 负链RNA + 复制酶病毒
    • 负链本身不能直接作为mRNA，病毒必须自带复制酶
    • 先合成正链RNA，再由正链指导蛋白质和病毒RNA合成
    • 代表：狂犬病病毒、马水疱性口炎病毒
  3. 双链RNA + 复制酶病毒
    • 复制酶以双链RNA为模板进行不对称转录，产生正链RNA
    • 正链用于翻译，随后再合成负链并形成双链RNA
    • 代表：呼肠孤病毒
  4. 逆转录病毒
    • RNA先逆转录为线型双链cDNA；cDNA整合入宿主染色体后才成为前病毒，并由前病毒表达和复制
    • 代表：白血病病毒、肉瘤病毒等

病毒mRNA用于合成病毒蛋白，继而完成基因组复制和病毒装配，因此mRNA的产生处于病毒复制核心。


RNA逆转录·

  • 逆转录（reverse transcription）

    以RNA为模板，按其核苷酸序列合成DNA的过程。

  • 信息流方向

    $$ \mathrm{RNA\rightarrow DNA} $$

  • 前病毒学说

    • 致癌RNA病毒复制需经过DNA中间体，即前病毒
    • 前病毒整合入细胞DNA后可随宿主增殖传给子代
    • 放线菌素D可抑制致癌RNA病毒复制，提示其复制过程存在DNA阶段
    • 逆转录酶随病毒颗粒进入细胞，并非感染后才由宿主新合成

逆转录酶·

  • 逆转录病毒的逆转录酶由pol基因编码，含二价金属离子

  • 与DNA聚合酶相似的反应要求

    • 4种dNTP
    • RNA或DNA模板
    • 与模板互补且带游离 $3’$-OH的引物，至少4 nt
    • $Mg^{2+}$ 或 $Mn^{2+}$
    • 保护酶巯基的还原剂
    • DNA链按 $5’\rightarrow3’$ 方向延长

  • 对自身病毒RNA活性最高，但带合适引物的其他RNA也可作为模板

  • 实验中可用于以mRNA为模板合成cDNA

  • 逆转录酶的三种酶活性

    1. RNA指导的DNA聚合酶活性

      以RNA为模板合成第一条DNA，形成RNA-DNA杂合体。

    2. RNase H活性

      专一水解RNA-DNA杂合体中的RNA链。

    3. DNA指导的DNA聚合酶活性

      以第一条DNA为模板合成互补链，形成双链DNA。


逆转录病毒的基因组·

  • 通常含两条相同的正链RNA，两链在靠近 $5’$ 端处以氢键相连，构成独特的二倍体基因组
  • 每条RNA
    • 两端有相同序列，形成正向重复
    • $5’$ 端有帽子
    • $3’$ 端有poly(A)
    • 靠近 $5’$ 端结合一分子宿主tRNA，作为逆转录引物
  • 典型基因组约7000～10000 nt，含3个基本基因
基因 编码产物
gag 基质蛋白MA、衣壳蛋白CA、核衣壳蛋白NC等核心蛋白
pol 病毒蛋白酶、整合酶和逆转录酶
env 被膜蛋白前体，经切割形成表面蛋白SU和跨膜蛋白TM
  • gag和pol常先翻译为长多肽，再由病毒蛋白酶切割
  • env RNA需剪接后翻译，再由蛋白酶加工
  • 某些病毒还携带癌基因
    • 劳氏肉瘤病毒src只参与宿主细胞转化，并非病毒复制必需
    • 其产物为酪氨酸蛋白激酶，高表达可造成细胞分裂失控

逆转录病毒的基因组


逆转录病毒的生活周期·

  1. SU和TM介导病毒与宿主细胞融合
  2. 病毒RNA、tRNA引物、逆转录酶和整合酶进入细胞
  3. 病毒RNA在细胞质中逆转录为双链cDNA
  4. cDNA进入细胞核，由整合酶整合入宿主染色体，形成前病毒
  5. 前病毒随宿主DNA复制，并由宿主转录系统产生病毒RNA
  6. 病毒mRNA在胞质翻译；基因组RNA与病毒蛋白转移到质膜
  7. 病毒装配并以出芽方式形成新颗粒

刚进入细胞的逆转录病毒RNA无翻译活性；只有整合的前病毒DNA产生的mRNA才能翻译，所以逆转录酶、整合酶和tRNA引物必须由病毒颗粒携带。


逆转录的十步反应·

  • 关键特征：逆转录酶发生两次模板转换/跳跃
  1. 靠近RNA $5’$ 端PBS位点的宿主tRNA作为引物，合成U5和R区的互补DNA
  2. RNase H水解模板RNA的U5和R区
  3. 新生负链DNA的 $3’$ 端R区与模板RNA $3’$ 端R区配对，发生第一次模板转换
  4. 负链DNA继续延长
  5. RNase H继续水解模板RNA的U3、R、poly(A)及其他区域，只保留多聚嘌呤片段PPT
  6. PPT作为引物，开始合成正链DNA
  7. tRNA引物被降解
  8. 正、负链DNA在PBS位点配对，发生第二次模板转换
  9. 两条DNA继续延伸，形成完整双链DNA
  10. 两端序列被重复合成，形成长末端重复序列LTR

成熟LTR的完整序列组成为 U3-R-U5。

逆转录病毒DNA的合成

  • 双链cDNA整合时
    • 两端LTR各失去2 bp
    • 靶DNA两侧形成4～6 bp正向重复
  • 整合的前病毒再经转录、翻译和出芽完成病毒增殖

逆转录的生物学意义·

  • 逆转录扩充了中心法则，证明遗传信息可由RNA传给DNA
  • 信息流并非任意进行
    • 只有部分DNA信息被转录为RNA
    • RNA到DNA的信息传递受到更严格限制
  • 逆转录并非病毒专有
    • 大量逆转座子说明细胞中可发生逆转录
    • 端粒酶也是一种逆转录酶
  • 逆转录病毒可转导宿主DNA
    • 前病毒与宿主染色体重组时，可携带宿主基因并丢失部分病毒基因，形成复制缺陷病毒
    • 二倍体基因组可由另一正常RNA补偿缺失功能
    • 若携带调节细胞生长的原癌基因并使其异常高表达，或使其经突变失去调节机制，可形成癌基因

HIV与逆转录抑制剂·

  • HIV为逆转录病毒，主要感染并杀死T淋巴细胞，造成免疫系统损伤
  • 主要治疗靶点包括病毒特异的逆转录酶和蛋白酶
  • AZT进入T细胞后转为AZT三磷酸
    • HIV逆转录酶对其亲和力高，可与dTTP竞争
    • AZT掺入DNA链 $3’$ 端后使病毒DNA延伸终止
    • 宿主DNA聚合酶对其亲和力较低，但药物仍可损伤骨髓细胞并引起贫血
  • DDI具有类似作用机制

嗜肝DNA病毒与逆转录病毒·

  • 乙型肝炎病毒为嗜肝DNA病毒，基因组是带缺口的环状DNA，复制中也经历逆转录

  • 病毒颗粒自带DNA聚合酶（逆转录酶）和蛋白质引物

  • 基本过程

    $$ \mathrm{缺口DNA\rightarrow 闭环DNA\rightarrow (+)RNA\rightarrow 核壳内逆转录\rightarrow DNA} $$

    $(+)$RNA先装入核壳，在核壳内逆转录形成DNA，最后加上外壳成为成熟病毒颗粒。

特征 嗜肝DNA病毒 逆转录病毒
基因组与信息流 DNA；DNA→RNA→DNA RNA；RNA→DNA→RNA
负链DNA引物 蛋白质 tRNA
LTR 不形成 前病毒形成LTR
整合 低频、随机 可有效整合
相关结构/酶 缺少LTR和整合酶 具有LTR和整合酶

逆转座子·

  • 逆转座子（retroposon）

    以RNA为中间体，经逆转录形成DNA，再插入基因组的移动因子。

  • 逆转录转座子（retrotransposon）

    自身编码逆转录酶和/或整合酶的非传染性转座因子。

  • 两个概念在教材中范围不同，不宜完全等同

自身编码逆转座酶的类型·

  1. LTR型逆转录转座子
    • 具有类似逆转录病毒的LTR
    • 含gag、pol，但无env，不能形成细胞外病毒颗粒
    • 例：酵母Ty、果蝇copia和gypsy、玉米Bs1等
  2. 非LTR型逆转录转座子
    • 无LTR，具有 $3’$ poly(A)
    • 中央编码区含gag、pol样序列，$5’$ 端常被截短
    • 例：果蝇I因子、哺乳动物LINE L1

自身不编码逆转录酶的类型·

  • 逆转录酶和其他因子可由其他基因以反式作用提供，故多类细胞RNA均可能产生逆转座序列
  • RNA聚合酶II转录物形成
    • mRNA、snRNA来源的逆基因和逆假基因
  • RNA聚合酶III转录物形成
    • tRNA、7SL RNA、Alu等来源的SINE
  • 共同结构特点
    • 无内含子
    • 无重复末端
    • 通常有 $3’$ poly(A)
    • $5’$ 或 $3’$ 端可能被截短

逆转录转座子的结构


逆转座作用与位点选择·

  • 插入位点并非完全随机，某些序列具有较高整合频率
  • 自身编码整合酶的逆转录转座子
    • 整合酶交错切开靶DNA
    • 整合后通过复制使靶序列倍增，形成固定长度的两侧正向重复
  • 逆基因和逆假基因
    • 两侧正向重复长度不固定，可为0～41 bp
    • 教材推测其可能随机插入染色体DNA断裂处，再由连接酶连接
    • 富AT区较易断裂，常成为插入热点
  • $3’$ poly(A)可能参与整合；活性基因 $5’$ 端上游的DNase I超敏感区DNA较暴露，也较易整合

Alu序列的扩增·

  • Alu家族与7SL RNA两端高度同源，中部和 $3’$ 端富含连续A
  • 7SL RNA发夹中部切除后再连接，可形成Alu序列
  • Alu内部有RNA聚合酶III启动子
  • 转录产生的末端 $U_n$ 可回折并与 $A_n$ 配对，引发cDNA合成
  • Alu RNA二级结构是其逆转座所必需的
  • 教材记载人单倍体基因组中Alu拷贝超过50万，是拷贝数最多的逆转座子

逆转座子的生物学意义·

  1. 影响基因表达
    • LTR由U3、R和U5组成；U3区含增强子和转录起始信号，U5区含poly(A)加工信号
    • 左LTR可启动自身基因，右LTR可启动邻近宿主基因
    • 插入编码区或启动子可使基因失活
    • 插入非翻译区或内含子可影响转录、加工、翻译及组织/发育阶段特异性
  2. 介导基因组重排
    • 可造成DNA删除、扩增、倒位、移位和断裂
    • L1插入凝血因子VIII基因可引起血友病A
    • 是基因组不稳定和某些遗传突变的重要来源
  3. 促进生物进化
    • 增加基因组流动性和遗传多样性
    • 可通过突变形成新基因、结构域或调控元件
    • 某些逆基因仍可表达，称为半加工逆基因
    • 可把RNA阶段产生的信息重新带回DNA，促进基因及结构域的新组合

本章名词·

外显子｜exon　⭐真题

是真核生物基因的一部分, 它在剪接(Splicing)后仍会被保存下来, 并可在蛋白质生物合成过程中被表达为蛋白质。

U5｜U5 snRNA　⭐真题

U5（unique to the 5’ end）是逆转录病毒基因组RNA及逆转录转座子长末端重复序列（LTR）中位于5’端的一段独特序列。在逆转录过程中，U5区作为模板被逆转录酶合成互补DNA，随后被RNase H水解。在LTR结构中，U5与U3、R共同构成调控元件，其中U5区含有poly(A)加工信号，参与基因表达调控。

内含子｜intron

是一个基因中非编码 DNA 片段, 它分开

选择性剪接｜alternative splicing

选择性剪接（alternative splicing）是指真核生物同一基因的mRNA前体通过不同的剪接方式，选择性地切除内含子或保留外显子，从而产生多种成熟mRNA的过程。这一过程受剪接激活蛋白和抑制蛋白等反式作用因子的组织特异性调控，如降钙素基因在甲状腺中剪接产生降钙素mRNA，而在脑中切除外显子4后生成降钙素基因相关肽mRNA，最终翻译成不同的激素。选择性剪接是RNA加工中遗传信息加工的重要方式，极大地丰富了基因的表达产物。

再编码｜recoding

再编码（recoding）是指在蛋白质翻译过程中，mRNA上的遗传信息以不同于标准遗传密码规则的方式进行解码，从而改变原有编码含义的现象。主要机制包括：某些变异的校正tRNA通过改变反密码子或个性碱基，在错义或无义突变位点引入氨基酸以恢复蛋白质活性，或通过阅读二联体、四联体密码子消除移码效应；核糖体在特定mRNA位点发生“打嗝”或“跳跃”，改变阅读框架，实现重新解码。

σ因子｜sigma factor

σ因子是原核生物RNA聚合酶全酶的一个亚基，负责识别DNA上的启动子序列。它引导全酶与启动子特异性牢固结合，从而启动转录。不同的σ因子识别不同类型的启动子，可调控特定基因的转录，例如大肠杆菌中σ70负责一般基因的转录，而其他σ因子响应应激、热休克等环境信号。

核内不均一RNA｜heterogeneous nuclear RNA

核内不均一RNA（heterogeneous nuclear RNA, hnRNA）是真核生物mRNA的原初转录物在核内加工过程中形成的分子大小不等的中间产物。它在核内迅速合成和降解，半寿期很短，比细胞质mRNA更不稳定，代谢转换率极高。hnRNA分子大小分布极不均一，沉降系数一般在30S40S，最大可达100S以上；哺乳动物hnRNA平均链长约800010000个核苷酸，而细胞质mRNA平均链长约1800~2000个核苷酸。hnRNA需经过剪接等加工过程才能转变为成熟的mRNA。

终止子｜terminator

终止子是提供转录停止信号的DNA序列。在转录过程中，RNA聚合酶识别终止子序列并停止RNA合成，随后在终止因子的辅助下完成转录终止。

长末端重复序列｜LTR

是反转录病毒基因组两端的长末端重复(long terminal repeats), 不编码蛋白质, 但含有启动子、增强子等调控成分, 病毒基因组的 LTR 整合到细胞癌基因邻近处, 使这些细胞癌基因在 LTR 强启动子和增强子的作用下被激活, 将正常细胞转化为肉瘤细胞。

编辑｜editing

RNA编辑是指在转录后或转录过程中，通过碱基的插入、删除或替换等方式改变RNA分子编码序列的加工过程，可导致成熟RNA与基因模板序列不完全一致。典型实例包括锥虫线粒体mRNA中尿苷酸的插入以纠正移码突变，以及C→U、A→I等碱基置换。该过程能够消除突变危害、增加遗传信息多样性，并调节基因表达。

复制酶｜replicase

复制酶是由RNA病毒编码或携带的一种RNA依赖的RNA聚合酶，能以病毒RNA为模板催化合成子代RNA。该酶具有极高的模板特异性，只识别病毒自身的RNA，对宿主RNA无作用。在正链RNA病毒（如噬菌体Qβ）中，复制酶在感染后由病毒RNA翻译产生，随后启动复制；其核心催化亚基（如Qβ的β亚基）负责磷酸二酯键的形成，部分辅助亚基则来自宿主细胞。

基本转录因子｜basal transcription factor

基本转录因子是结合在RNA聚合酶Ⅱ启动子的TATA框及转录起点附近的通用转录因子，与RNA聚合酶一起组装形成转录起始复合物，确保转录的基础水平起始。

抗终止因子｜anti-termination factor

能够在特定位点减弱或阻止转录终止的一类蛋白质。它们能与 RNA 聚合酶结合, 帮助 RNA 聚合酶越过具有茎环结构的终止子继续转录目标 RNA。

起始子｜initiator

起始子（initiator）是真核生物RNA聚合酶II启动子中的一类顺式作用控制元件，与基本启动子、上游元件、下游元件和应答元件共同组成类别II启动子的调控序列。它可被相应的转录因子识别并结合，参与转录起始位点的选择和转录活性的调节。

RNA聚合酶｜RNA polymerase

RNA聚合酶是以DNA为模板合成RNA的酶，在转录过程中负责催化核苷酸聚合形成与模板互补的RNA链。原核生物RNA聚合酶由核心酶和σ因子组成全酶，全酶通过扩散与DNA疏松结合并搜索启动子，σ因子特异识别启动子序列并促使全酶牢固结合，从而起始转录；不同σ因子识别不同类型启动子以调节基因表达。真核生物RNA聚合酶有多种形式，其中RNA聚合酶II的最大亚基具有C端结构域（CTD），其磷酸化与去磷酸化循环参与转录起始向延伸的转换及终止调控。

上游因子｜upstream factor

上游因子是结合在启动子和增强子上游控制位点的转录调节蛋白质，与基本转录因子和可诱导因子同属真核生物三类转录调节蛋白。它通过识别上游控制元件来参与基因转录调控，有别于结合TATA框和转录起点的基本转录因子以及响应应答元件的可诱导因子。

人类免疫缺陷病毒｜human immunodeficiency virus

人类免疫缺陷病毒（HIV）是一种含有逆转录酶的RNA病毒，属于逆转录病毒。其基因组为单链RNA，感染后经逆转录形成DNA前病毒并整合入宿主细胞染色体，可随细胞增殖而传递。HIV主要攻击免疫系统，导致获得性免疫缺陷综合征（艾滋病）。

延伸因子｜elongation factor

延伸因子是参与翻译延伸阶段、协助多肽链合成的一类蛋白质因子。在原核生物和真核生物中，延伸过程均需三种延伸因子，原核生物的延伸因子为EF-Tu、EF-Ts和EF-G，真核生物则为eEF1A、eEF1B和eEF2。它们主要参与氨酰-tRNA进入核糖体A位点、肽键形成和核糖体移位等关键步骤，如EF-Tu负责将氨酰-tRNA运送至A位点。

乙型肝炎病毒｜Hepatitis B virus

乙型肝炎病毒（Hepatitis B virus）是一种嗜肝DNA病毒，其基因组为不完全双链环状DNA。病毒感染细胞后，基因组DNA缺口被填补形成闭环分子，并转录产生正链RNA中间体。该RNA在核壳内经逆转录合成DNA，最终装配为成熟病毒粒子。

3'剪接位点｜3' splice site

3’剪接位点（3’ splice site）是真核生物核mRNA前体（hnRNA）内含子3’末端的保守序列，通常是AG二核苷酸（对应于DNA上的AG）。它是RNA剪接过程中被剪接体识别和切割的关键位点之一，与5’剪接位点的GU共同构成GU-AG规则，保证内含子的精确切除和外显子的连接。

α-鹅膏蕈碱｜α-amanitin

α-鹅膏蕈碱是从毒蕈(鬼笔鹅膏)中分离的一种八肽化合物，能特异性地抑制真核生物的RNA聚合酶，从而阻断转录过程；它对细菌RNA聚合酶的抑制作用极为微弱，常作为研究真核转录的工具。

ACA框｜ACA box

ACA框(ACA box)是真核生物RNA聚合酶III启动子中的保守序列元件，常见于tRNA和5S rRNA基因的内部控制区，与转录起始复合物的装配和定位相关。

A复合物｜A complex

剪接体组装过程中的早期复合物，由U1 snRNP结合于5’剪接位点、U2 snRNP结合于分支点形成，为后续剪接反应提供结构基础。

B2复合物｜B2 complex

维生素B2（核黄素）在体内与蛋白质结合形成的功能性复合物，主要为黄素辅酶（如FMN、FAD），作为多种氧化还原酶的辅基，参与细胞呼吸和代谢中的电子传递与氧化还原反应。

白血病病毒｜leukemia virus

白血病病毒是一类能引起白血病等肿瘤的逆转录病毒，属于致癌RNA病毒。其病毒颗粒含有逆转录酶，侵染细胞后通过逆转录过程将RNA基因组逆转录为cDNA，并整合到宿主染色体DNA中形成前病毒，从而在宿主细胞中复制并导致细胞恶性转化。

长非编码RNA｜long non-coding RNA

长非编码RNA是一类长度大于200个核苷酸的非编码RNA分子，在遗传信息表达中作为顺式或反式调节因子发挥作用，参与转录水平及转录后水平的调控，是RNA主导表型形成的重要组分。

长分散因子｜long interspersed nuclear element

长分散因子（long interspersed element, LINE）是一类逆转录转座子，属于不具有长末端重复序列（LTR）的类型，其特征是含有3’多聚腺苷酸尾，中心编码区含有与gag和pol类似的序列，5’端常被截短，哺乳动物中的典型代表为L1。

病毒颗粒｜virion

病毒颗粒（virion）是病毒在宿主细胞外完整的、具有感染性的成熟病毒粒子。它由病毒的核酸（DNA或RNA）与蛋白质外壳装配而成，某些病毒颗粒还携带复制所需的酶（如逆转录酶）。作为病毒的传播形式，病毒颗粒可通过表面蛋白与宿主细胞相互作用，介导遗传物质进入细胞并启动感染周期。

苯丁酸氮芥｜chlorambucil

苯丁酸氮芥是一种氮芥类烷化剂，带有活性烷基，可与DNA结合使其烷化，主要发生在鸟嘌呤N7位，导致DNA双链交联或断裂，抑制其模板功能，从而阻断DNA复制和转录，临床用于杀伤肿瘤细胞。

闭合型复合物｜closed complex

闭合型复合物（closed complex）是转录起始阶段，RNA聚合酶在σ因子引导下识别并结合于启动子后形成的初始复合物。此时DNA双链尚未解开，复合物处于非转录活性状态，随后可转变为开放型复合物以启动RNA合成。

编辑酶｜editing enzyme

编辑酶(editing enzyme)是参与RNA编辑的一类酶，能够识别并结合编辑位点附近的一段序列，催化特定核苷酸的化学修饰，如脱去一定位置上胞嘧啶©的氨基，从而实现RNA编码序列的改变。

初级转录物｜primary transcript

初级转录物是指由RNA聚合酶以DNA为模板直接转录生成的RNA分子，其序列与模板DNA链互补，基本保留了基因的编码信息。它需经过一系列转录后加工过程（如切割、修剪、附加、修饰等）才能转变为成熟的、有功能的RNA。

C框｜C box

C框(C box)是box C/D小核仁RNA(snoRNA)中一段保守的序列元件,通常含有RUGAUGA(R为嘌呤)特征基序。它与D框等元件共同形成特征性茎环结构,为纤维蛋白(fibrillarin)等蛋白质提供结合位点,组装成功能性小核仁核糖核蛋白(snoRNP)。该复合体通过碱基互补配对引导靶RNA特定位点的2’-O-核糖甲基化,参与真核生物rRNA及剪接体snRNA的加工与修饰。

多聚嘌呤片段｜polypurine tract

多聚嘌呤片段是逆转录病毒 RNA 基因组 3’ 端附近的一段富含嘌呤碱基的序列，在逆转录过程中作为合成正链 DNA 的引物。

多聚嘌呤序列｜polypurine sequence

多聚嘌呤序列是一段富含嘌呤碱基（腺嘌呤和鸟嘌呤）的核苷酸序列。在逆转录病毒中，其RNA基因组3’端附近存在一段保守的多聚嘌呤片段（poly purine tract，PPT），可抵抗RNase H水解，并在逆转录过程中作为合成正链DNA的引物。

多聚腺苷酸化｜polyadenylation

多聚腺苷酸化是指真核生物mRNA前体加工过程中，在RNA聚合酶Ⅱ转录产物的3′端切断后，添加20～200个腺苷酸残基形成多聚腺苷酸尾部结构的过程。这一尾部结构对mRNA的稳定性和翻译功能至关重要，其缩短是mRNA降解的主要起始步骤，去腺苷酸化可诱发5′端脱帽并启动5′→3′方向的降解。

多聚腺苷酸聚合酶｜poly(A) polymerase

多聚腺苷酸聚合酶是参与真核生物mRNA前体加工的酶，负责在mRNA的3’端催化多聚腺苷酸化反应，添加由20～200个腺苷酸残基组成的多聚腺苷酸尾。该过程发生在RNA聚合酶Ⅱ转录产物的3’端被切断之后，从而形成成熟的mRNA3’端尾部结构。

翻译抑制物｜translation inhibitor

翻译抑制物是一类能够干扰或阻断蛋白质合成过程的物质。它们主要通过与原核或真核核糖体亚基结合发挥作用，例如氨基环醇类抗生素（如链霉素）与30S亚基结合，阻止起始复合物形成并引起密码子错误；四环素族封闭30S亚基A位点，阻断肽链延伸。部分抑制物如春日霉素专一抑制30S起始复合物而不引起错误。真核核糖体虽对某些抑制物敏感，但受限于细胞膜通透性。

反式剪接｜trans-splicing

反式剪接是指将两个不同RNA分子上的外显子连接在一起形成成熟RNA的过程，常见于某些低等真核生物如锥虫，通过将前导序列（spliced leader）添加到mRNA前体上产生成熟mRNA。该过程涉及剪接体或类似机制，不同于常规的顺式剪接，实现了不同转录本间的遗传信息组合，增加了基因表达的多样性。

附加｜addition

附加是指在RNA加工中向RNA分子添加核苷酸的过程，属于切割、修剪、附加、修饰和异构化等一般性加工方式之一，该过程不改变RNA的编码序列。

复合因子｜composite factor

复合因子是由多个不同的蛋白质亚基组装而成的转录调节因子，其活性依赖于亚基间的协同作用，可整合多种信号对基因表达进行精细调控，如由Jun和Fos形成的异二聚体AP1。

GT-AG规则｜GT-AG rule

GT-AG规则是指真核生物编码蛋白质的核基因中，内含子的5’端剪接位点均为GT，3’端剪接位点均为AG（对应于RNA为GU-AG）。该规则适用于绝大多数核基因的内含子，但不适用于线粒体、叶绿体基因的内含子以及tRNA、rRNA核基因的内含子。

H框｜H box

H框即同源异形框(homeobox)，是一段长约180 bp的DNA序列，编码同源域。同源域是真核生物转录调节因子中常见的DNA结合结构域，可视为一种螺旋-转角-螺旋(HTH)基序，参与调控躯体形态发育。含有同源框的基因称为同源异形基因，在发育过程中依次表达，控制个体发育。

核心启动子｜core promoter

是指保证 RNA 聚合酶 II 转录正常起始所必需的、最少的 DNA 序列, 包括转录起始位点及转录起始位点上游 -25 ~ -30 bp 处的 TATA 盒。

呼肠孤病毒｜Reovirus

呼肠孤病毒（Reovirus）是一类含有双链RNA基因组并携带自身复制酶的RNA病毒。其在复制过程中，依靠病毒自身携带的复制酶以双链RNA为模板进行基因组复制，属于病毒RNA复制方式中的双链RNA病毒类型。

获得性免疫缺损综合征｜acquired immunodeficiency syndrome

获得性免疫缺损综合征（acquired immunodeficiency syndrome, AIDS）是由逆转录病毒（如人免疫缺陷病毒HIV）感染引起的严重免疫缺陷性疾病，其病原体属于逆转录病毒科，病毒基因组为RNA，携带tRNA^Lys作为逆转录引物。

降钙素｜calcitonin

降钙素是一种多肽激素，由降钙素基因经选择性剪接在甲状腺中表达产生。该基因有6个外显子，其原初转录物在甲状腺中通过剪接保留外显子1至4形成降钙素mRNA，而在脑中剪接去除外显子4则产生降钙素基因相关肽。同一基因在不同组织中因剪接调控差异而生成两种不同激素。

降钙素基因相关肽｜calcitonin gene-related peptide

降钙素基因相关肽是由降钙素基因经组织特异性选择性剪接产生的一种肽类激素。在脑中，降钙素基因原初转录物通过剪接去除降钙素外显子（外显子4），生成降钙素基因相关肽的mRNA，从而翻译出该激素。该过程受剪接激活蛋白和抑制蛋白调控，同一基因在甲状腺中则加工为降钙素。降钙素基因相关肽是体内微量存在的调节肽，属于由氨基酸来源的生物活性物质。

开放型｜open type

开放型又称开放复合物，是指在转录起始阶段，RNA聚合酶与启动子结合后，DNA双链局部解开而形成的转录活性复合物。此时闭合型复合物转变为开放型，暴露模板链以便RNA聚合酶催化中心选择与模板碱基配对的核苷酸，起始RNA合成。

开放阅读框架｜open reading frame

开放阅读框架是从起始密码子开始到终止密码子结束的一段连续三联体核苷酸序列，按一定阅读框架不重叠、无标点地读码，可编码完整的多肽链。在重叠基因中，各自的开放阅读框架仍按三联方式连续翻译，是基因编码蛋白质的潜在区域。

狂犬病病毒｜rabies virus

狂犬病病毒是一种含有负链RNA的病毒，其病毒颗粒内携带有复制酶。感染宿主细胞后，病毒借助自身带入的复制酶，以负链RNA为模板合成正链RNA，再以正链RNA为模板合成病毒蛋白质并复制病毒RNA。

框架A｜frame A

框架A是RNA聚合酶Ⅲ启动子中的一种内部控制元件，存在于5S rRNA和tRNA等基因的转录起始区。在5S rRNA基因中，它作为TFⅢA的特异识别位点，启动转录因子级联结合；在tRNA基因中，框架A与框架B共同构成TFⅢC的结合区域，参与募集TFⅢB和RNA聚合酶Ⅲ，从而启动转录。

框架C｜frame C

框架C(frame C)是指信使RNA(mRNA)上以三联体密码子为单位、从第三个核苷酸起始解读的一种阅读框架。由于遗传密码为三联体，每条mRNA序列存在三种可能的阅读框架，框架C是其中之一，在正常翻译中通常不含有用遗传信息。

类别I启动子｜class I promoter

类别I启动子是由RNA聚合酶Ⅰ识别的启动子，负责真核生物中rRNA前体基因（如18S、5.8S和28S rRNA）的转录，其结构通常包含核心启动子和上游调控元件，以确保高效的转录起始。

类别Ⅲ启动子｜class III promoter

类别Ⅲ启动子是真核生物中由RNA聚合酶Ⅲ负责转录的基因的启动子，其典型代表如5S rRNA基因和tRNA基因的启动子。该类启动子的激活依赖于多种转录因子的有序组装：对于5S rRNA基因，先由TFⅢA结合内部框架A，随后招募TFⅢC，进而促使TFⅢB结合至转录起点附近，最终引导RNA聚合酶Ⅲ定位并起始转录；对于tRNA基因，则直接由TFⅢC识别框架B（覆盖框架A和B），再依次招募TFⅢB和RNA聚合酶Ⅲ，从而启动转录。

类似物｜analog

类似物（analog）是指与生物体内正常代谢物或生物大分子结构相似的化合物。它们能够通过竞争性参与代谢途径（如作为抗代谢物抑制关键酶）或掺入生物大分子（如DNA或RNA）中，干扰正常功能，甚至引起突变。

类型I自我剪接｜group I self-splicing

类型I自我剪接是一类由内含子RNA自身催化完成的RNA剪接方式，属于核酶催化反应。其机制通常依赖鸟苷酸等辅因子引发两步转酯反应，切除内含子并连接两侧外显子。此过程无需蛋白质参与，是某些rRNA、tRNA及线粒体基因内含子特有的加工形式。

类型II自我剪接｜group II self-splicing

类型II自我剪接（group II self-splicing）是一种由内含子RNA自身催化完成的剪接过程，不依赖剪接体，主要通过形成套索状中间体切除内含子并连接外显子，常见于线粒体和叶绿体基因。

利福霉素｜rifamycin

利福霉素是1957年分离得到的一族抗生素，主要特异性地抑制细菌RNA聚合酶活性，从而阻断RNA合成，而不作用于DNA。它对革兰氏阳性菌和结核杆菌有强烈抑制作用，对革兰氏阴性菌作用较弱。其半合成衍生物利福平具有广谱抗菌活性，尤其对结核杆菌高效，并可口服。

利福平｜rifampicin

利福平是1962年获得的半合成利福霉素B衍生物，可供口服，具有广谱抗菌作用，对结核杆菌有高效并能杀死麻风杆菌，体外还有抗病毒作用。其作用机制与一般抗生素不同，不作用于DNA，而是特异性地抑制细菌RNA聚合酶的活性，从而阻断RNA合成。

mRNA的互补RNA｜complementary RNA

mRNA的互补RNA（complementary RNA）亦称反义RNA，是指具有与特定mRNA互补序列的RNA分子。它可通过碱基配对与mRNA的核糖体结合位点（如SD序列）或起始密码子AUG等区域结合，阻碍翻译起始或延伸，从而抑制蛋白质合成。这种干扰mRNA翻译的互补RNA又称micRNA，是原核生物基因表达翻译水平调节的重要机制之一。

mRNA鸟苷酰转移酶｜mRNA guanylyltransferase

mRNA鸟苷酰转移酶是真核生物mRNA加帽过程的关键酶，催化将GMP从GTP转移到mRNA的5’端三磷酸基团上，通过5’-5’三磷酸桥形成帽子结构核心。该反应释放焦磷酸，生成的Cap 0帽子对mRNA稳定性、转运和翻译起始至关重要。

马水疱性口炎病毒｜vesicular stomatitis virus

马水疱性口炎病毒是一种含有负链RNA和自身复制酶的RNA病毒。该病毒侵入宿主细胞后，借助病毒携带的复制酶以负链RNA为模板合成正链RNA，再以正链RNA为模板翻译出病毒蛋白质并复制出子代病毒RNA。

帽结合复合物｜cap-binding complex

帽结合复合物是真核生物mRNA 5’端帽结构上参与翻译起始的蛋白质复合物，主要由帽结合蛋白eIF4E和支架蛋白eIF4G等组成，负责识别并结合m7G帽，招募核糖体以启动翻译。

模板｜template

模板（template）是指在核酸生物合成中，指导新链合成的核酸链，通过碱基互补配对原则决定新链的核苷酸序列。在转录过程中，DNA的一条链作为模板，指导RNA的合成。在DNA复制时，亲代DNA链作为模板合成子代链；逆转录过程中，RNA可作为模板指导DNA合成。

Nus因子｜Nus factor

Nus因子是原核生物转录延伸阶段取代σ亚基与RNA聚合酶核心酶结合的一组蛋白质，参与转录延伸和终止调控。其中NusA能识别终止子序列，帮助转录终止。

N端法则｜N-end rule

N端法则（N-end rule）是细胞内蛋白质降解的一种规律，指蛋白质的半衰期与其N端氨基酸残基的性质密切相关，特定N端残基（如碱性或大疏水残基）作为降解信号，促进蛋白质通过泛素-蛋白酶体途径快速降解，从而调控蛋白质的代谢稳定性。

内含子剪接增强子｜intronic splicing enhancer

内含子剪接增强子是指位于前体mRNA内含子中的顺式作用元件，能通过与特定剪接因子结合增强附近剪接位点的识别与剪接效率，使含有该元件的内含子优先被切除，从而调控选择性剪接。

内含子结合位点｜intron binding site

内含子结合位点指前体mRNA内含子上被剪接因子识别并结合的保守序列，是RNA剪接的关键顺式作用元件。这些位点主要包括内含子5’端的GU和3’端的AG（对应于DNA的GT-AG规则），以及内部的分支点序列（如酵母中UACUAAC）。剪接因子通过识别这些位点形成剪接复合体，介导内含子的精确切除和外显子的连接。

内含子指导序列｜intron guide sequence

内含子指导序列是指存在于真核生物mRNA前体内含子中、指导RNA剪接的保守序列，主要包括5’剪接位点的GU和3’剪接位点的AG等，它们作为剪接信号被剪接体识别，确保内含子准确切除和外显子连接。

逆转录｜reverse transcription

逆转录是以RNA为模板合成DNA的过程，由逆转录酶催化。该过程是逆转录病毒生活周期中的关键步骤，涉及逆转录酶两次模板转换，以tRNA为引物合成互补DNA链，并水解模板RNA。逆转录产生的cDNA可整合到宿主染色体DNA中成为前病毒，随宿主DNA一起复制和转录。逆转录现象的发现扩充了中心法则，表明遗传信息也可从RNA流向DNA。

逆转录病毒｜retrovirus

逆转录病毒是一类含有逆转录酶的RNA病毒。其基因组为RNA，进入宿主细胞后在自身携带的逆转录酶作用下，将RNA逆转录成cDNA，再整合到宿主染色体DNA中成为前病毒。前病毒可随宿主DNA复制和转录，从而完成病毒复制和基因表达。逆转录病毒的发现扩充了中心法则，表明遗传信息可从RNA流向DNA。

逆转录酶｜reverse transcriptase

逆转录酶是一种以RNA为模板合成互补DNA的酶，最初发现于致癌RNA病毒。它是一种多功能酶，兼具RNA指导的DNA聚合酶活性和RNase H活性，能够水解RNA-DNA杂合分子中的RNA链。该酶是逆转录病毒生活周期的关键因子，负责将病毒基因组RNA逆转录为双链DNA，进而整合为前病毒。此外，端粒酶也属于逆转录酶。

逆转录转座子｜retrotransposon

逆转录转座子是一类自身编码逆转录酶和/或整合酶的非传染性转座因子。按其结构特征可分为LTR型和非LTR型：LTR型具有长末端重复序列，含gag和pol基因但不编码被膜蛋白；非LTR型无LTR，具3’ poly(A)尾，中心编码区含gag和pol相似序列。它们以RNA为中间体在基因组内转座，广泛分布于真核生物基因组，可影响基因表达并介导基因重排。

逆转座子｜retrotransposon

逆转座子是一类自身编码逆转录酶和/或整合酶的非传染性转座因子，通过RNA中间体进行转座。按其结构特点可分为两类：一类具有长末端重复序列（LTR），含有gag和pol基因，但不编码被膜蛋白；另一类无LTR，但有3’ poly(A)尾，编码区包含gag和pol类似序列。逆转座子广泛分布于真核生物基因组，能够影响基因表达、介导基因重排，并在生物进化中通过促进基因组流动性增加遗传多样性。

Q蛋白｜Q protein

Q蛋白是λ噬菌体编码的一种抗终止因子，在基因表达调控中发挥作用。它能够与RNA聚合酶结合，使转录复合物忽略终止信号，从而确保噬菌体晚期基因的连续表达。

起点识别复合物｜origin recognition complex

起点识别复合物（origin recognition complex，ORC）是真核生物中识别并结合于DNA复制起点、启动复制起始的多亚基蛋白复合物。它特异性地与复制起点结合，作为装配前复制复合体（pre-RC）的支架，招募Cdc6、Cdt1及MCM解旋酶等因子，协同完成复制许可与起始。

前病毒｜provirus

前病毒指逆转录病毒的RNA基因组经逆转录形成的双链cDNA中间体，在整合酶作用下插入宿主细胞染色体DNA后的整合态病毒DNA。它能随宿主染色体一起复制并传递给子代细胞，只有整合的前病毒DNA转录产生的mRNA才能翻译出病毒蛋白质。前病毒是逆转录病毒生活周期中的关键阶段，也与病毒致癌作用相关。

前病毒学说｜provirus hypothesis

前病毒学说是Temin于1964年提出的假说，认为致癌RNA病毒的复制需先以病毒RNA为模板合成DNA中间体（前病毒），该DNA可整合到宿主细胞基因组中，并随细胞分裂传至子代，从而导致细胞恶性转化。逆转录酶的发现证实了从前病毒DNA中间体的存在，为该学说提供了关键证据。

禽成髓细胞性白血病病毒｜avian myeloblastosis virus (AMV)

禽成髓细胞性白血病病毒(AMV)是一种能引起禽类白血病的致癌RNA病毒，属于逆转录病毒。它是最早被用于发现逆转录酶的病毒之一，其逆转录酶在重组DNA技术中常用于催化cDNA的合成。AMV逆转录酶是一种多功能酶，具有RNA依赖的DNA聚合酶活性和较强的RNase H活性，由两条多肽链组成，反应最适温度为42℃、最适pH8.3。

rho因子｜rho factor

rho因子是原核生物转录终止的一种蛋白质因子，具有ATP依赖的解旋酶活性。它能够识别新生RNA链上的终止信号，并与RNA聚合酶相互作用，迫使转录复合物解离，释放合成的RNA分子。此过程称为依赖rho的转录终止，是原核生物基因表达调控的重要环节。

RNA聚合酶全酶｜RNA polymerase holoenzyme

RNA聚合酶全酶是原核生物中由核心酶和σ因子组成的RNA聚合酶完整形式。全酶可通过扩散与DNA疏松可逆结合，并通过DNA置换快速扫描序列，直至识别启动子后转变为牢固结合，并使DNA局部解链。不同σ因子识别不同类型的启动子，从而调控基因的转录起始。

RNA三磷酸酯酶｜RNA triphosphatase

RNA三磷酸酯酶（RNA triphosphatase）是一种催化RNA 5’端三磷酸基团水解的磷酸酶，特异性地从新生RNA的5’端切除γ-磷酸，生成5’二磷酸RNA和焦磷酸。该酶在真核生物mRNA前体的5’加帽加工中起关键作用，为后续的鸟苷酸转移酶提供底物，是保证mRNA成熟的重要步骤。

嗜肝DNA病毒｜hepadnavirus

嗜肝DNA病毒是一类基因组为有缺口的环状双链DNA，复制需经过逆转录过程的病毒。其复制时先由DNA聚合酶填补缺口形成闭环DNA，转录产生正链RNA，随后RNA在核壳内逆转录合成DNA，最后装配成成熟病毒粒子。乙型肝炎病毒是该科典型代表。

热休克因子｜heat shock factor

热休克因子(heat shock factor, HSF)是一类在应激条件下调控基因表达的转录激活蛋白。以HSF1为例，在非应激细胞中以单体形式与分子伴侣Hsp90结合而处于失活状态；在热激等应激刺激下，HSF1从Hsp90释放并形成三聚体，结合至DNA热休克应答元件，激活热休克蛋白等基因的转录。其激活过程需lncRNA HSR1与翻译延伸因子eEF1A形成复合物的协助，部分HSF也可经磷酸化激活。

热休克因子HSF｜heat shock factor

热休克因子(HSF)是一类激活蛋白，在非应激细胞中以单体形式与分子伴侣Hsp90结合。受到热或其他应激刺激时，HSF从Hsp90释放，形成三聚体并磷酸化激活，结合DNA启动热休克蛋白等基因的转录。其活化过程需要lncRNA（如HSR1）与翻译延伸因子eEF1A形成复合物协助三聚体组装及DNA结合。

人嗜T淋巴细胞病毒｜human T-lymphotropic virus

人嗜T淋巴细胞病毒（human T-lymphotropic virus, HTLV）是一种逆转录病毒，属于致癌RNA病毒。其基因组为二倍体，由两条相同的正链RNA组成，含有逆转录酶，以宿主tRNAPro作为逆转录引物。病毒进入细胞后通过逆转录过程将RNA基因组转变为cDNA，并整合到宿主染色体上形成前病毒，从而引起细胞转化，与人类T细胞恶性肿瘤的发病相关。

肉瘤病毒｜sarcoma virus

肉瘤病毒是一类能引起动物肉瘤的致癌RNA病毒，属于逆转录病毒，其基因组为RNA，含有逆转录酶，通过逆转录过程进行复制。

TBP相联因子｜TBP-associated factors

TBP相联因子是一类与TATA框结合蛋白（TBP）相互作用的蛋白质，它们与TBP共同组成基本转录因子TFIID，参与RNA聚合酶Ⅱ的转录起始过程，协助识别启动子并介导上游调节因子的信号。

通用(转录)因子｜general transcription factor

通用转录因子，又称基本转录因子，是一类与RNA聚合酶Ⅱ启动子核心元件（如TATA框和转录起点）结合的蛋白质；它们与RNA聚合酶一起组装成转录起始复合物，是启动转录所必需的基础因子。

U3｜U3 snoRNA

U3 snoRNA是一种box C/D类小核仁RNA，主要定位于核仁，通过与多种蛋白质组装成U3 snoRNP，参与前体rRNA的加工。它作为小亚基加工体的核心组分，在18S rRNA的成熟过程中发挥关键作用。

外显子改组｜exon shuffling

外显子改组是指不同基因的外显子通过重组或剪接等方式重新组合，形成新基因或新蛋白质的进化机制。它利用断裂基因中外显子编码独立结构域的特点，通过外显子复制、易位或重排产生镶嵌蛋白，增加蛋白质多样性。该机制在真核生物进化中起重要作用，有利于快速产生新功能。

外显子剪接增强子｜exonic splicing enhancer

外显子剪接增强子是位于前体mRNA外显子中的顺式作用序列，可被剪接激活蛋白识别并结合，从而促进剪接体对邻近剪接位点的识别与剪接反应，在调控选择性剪接中发挥重要作用。

外显子结合位点｜exon binding site

外显子结合位点是指前体mRNA外显子上被剪接调控蛋白（如剪接激活蛋白）识别结合的特定序列，通过招募剪接体或拮抗剪接抑制因子的作用，促进该外显子在成熟mRNA中的保留，是选择性剪接调控的关键顺式作用元件之一。

修剪｜pruning

修剪是指在RNA前体加工过程中，通过外切核酸酶从RNA分子的末端逐个切除多余核苷酸序列，使前体转变为成熟的RNA分子。它是RNA转录后加工的重要步骤之一，常见于tRNA前体的加工，以确保其具有正确的结构和功能。

移动因子｜mobile element

移动因子是指基因组中能够改变自身位置的一段 DNA 序列，也称转座因子或跳跃基因。它通过转座作用在基因组内移动，包括 DNA 转座子和逆转座子等类型，其中 DNA 转座子直接以 DNA 形式转座，逆转座子则通过 RNA 中间体进行移动。移动因子的转座可导致基因重排、突变及对基因表达的调控，是基因组不稳定的重要因素。

小RNA病毒｜picornavirus

小RNA病毒是一类含有正链单链RNA的病毒，代表种为脊髓灰质炎病毒。其进入宿主细胞后，病毒RNA直接作为mRNA与核糖体结合，翻译出一条约6个蛋白质的多肽，包括复制酶和外壳蛋白等。复制酶随后以正链RNA为模板复制病毒基因组，最终由病毒RNA和蛋白质装配成成熟病毒颗粒。

胭脂碱｜nopaline

胭脂碱(nopaline)是根瘤土壤杆菌(Agrobacterium tumefaciens)感染植物后诱导冠瘿瘤合成与分泌的一种冠瘿碱(opine)，可为细菌提供碳源和氮源营养。其合成与分解代谢的基因位于Ti质粒上，受冠瘿碱代谢相关区段控制。

原初转录物｜primary transcript

原初转录物（primary transcript）是由RNA聚合酶以DNA为模板直接合成的初始RNA产物，其序列与模板DNA基本一致。在真核生物中，mRNA的原初转录物需在核内经过一系列加工（如剪接、末端修饰等）才能成为成熟的、有功能的mRNA，加工中间物称为核内不均一RNA（hnRNA）。原核生物如大肠杆菌的rRNA原初转录物为30S前体，也需经切割加工形成成熟的rRNA。

阅读框架｜reading frame

阅读框架（reading frame）指核糖体以连续的三联体密码子为单位解读mRNA核苷酸序列的方式。一条mRNA通常存在三种可能的阅读框架，但往往只有一种能够编码有功能的蛋白质。移码突变（如插入或缺失非三整数倍碱基）会导致阅读框架改变，从而产生异常的氨基酸序列。

整合酶｜integrase

整合酶是一种由逆转录转座子或逆转录病毒编码的酶，在逆转座或病毒复制过程中起关键作用。它催化逆转录产生的双链cDNA整合到宿主细胞染色体DNA中，从而形成前病毒或实现转座。

整合膜蛋白｜integral membrane protein

整合膜蛋白是镶嵌或跨越生物膜脂双层的蛋白质，其疏水区域与膜脂相互作用，需较强的去垢剂才能从膜上解离。这类蛋白包括跨膜蛋白和脂锚定蛋白，参与运输、信号转导和细胞连接等膜特有的功能。

指导者｜guide

指导者（guide）通常指蛋白质中的导向序列或导肽，即一段负责引导该蛋白质靶向运输至特定细胞器或亚细胞位置的氨基酸序列，如引导线粒体或叶绿体蛋白质定位的肽段。它通过被相应受体识别，确保蛋白质正确定位以发挥功能。

终止因子｜termination factor

终止因子是协助RNA聚合酶识别终止信号、实现转录终止的蛋白质辅助因子。它在转录终止阶段与RNA聚合酶相互作用，帮助识别DNA上的终止子序列，促使RNA聚合酶停止合成并释放转录产物。

转录辅助因子｜transcriptional cofactor

转录辅助因子是指在转录过程中协助RNA聚合酶完成转录延伸、终止等步骤的辅助蛋白质因子，例如延伸因子（如ELL、pTEFb、SII、延伸蛋白）和终止因子。它们通过与RNA聚合酶相互作用，调节转录的进程和终止。

装配RNA｜assembly RNA

装配RNA是一类在核糖核蛋白复合体或病毒颗粒装配过程中起支架或指导作用的RNA分子，通过特定结构或序列促进蛋白质与RNA的正确组装。

转录后加工｜post-transcriptional processing

转录后加工是指RNA聚合酶合成的初级转录物经过一系列变化转变为成熟、有功能RNA的过程，包括链的裂解、末端切除、特殊结构形成、核苷修饰及糖苷键改变等。真核生物mRNA前体的加工主要包括5’端加帽、3’端多聚腺苷酸化和内部甲基化；原核生物rRNA前体需经RNase III等内切核酸酶切割产生成熟的rRNA；少数原核多顺反子mRNA也需切割后才翻译。有时加工还涉及序列的重新编辑，从而改变RNA的编码信息。

转录泡｜transcription bubble

转录泡是指在转录过程中，DNA双链局部解旋形成的一个短暂存在的开放区域，暴露出模板链，供RNA聚合酶合成RNA。该区域通常包含约17 bp的DNA-RNA杂交双链，随着RNA聚合酶的移动而不断推移，是转录延伸阶段的核心结构。

转录因子TFIID｜TFIID

TFIID是RNA聚合酶Ⅱ转录起始所必需的一种通用转录因子，它能够识别并结合启动子中的TATA框，与RNA聚合酶Ⅱ及其他转录因子共同装配形成转录起始复合物，从而启动基因转录。

自我剪接｜self-splicing

自我剪接是指某些RNA分子不依赖蛋白质催化剂，仅凭借自身的特定二级结构催化自身内含子切除并连接外显子的过程。这一机制见于I型和Ⅱ型内含子，RNA通过转酯反应完成剪接，如I型内含子剪接中间产物环状内含子可进一步发生自我切割。自我剪接代表了RNA具有催化功能的典型例证。