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金勇丰 李磊
RNA“剪接”和“剪切”一样吗?是“可变剪接”还是“可变剪切”呢?乍一看这两个似乎没什么分别,也因此误导了很多人甚至专业人员。一些研究者在论文写作和基金申请中就经常把这两个概念弄混。其实无论是从概念还是从用途上来说两者都有很大差别,这篇文章就来简单介绍一下“剪接”和“剪切”。
剪接(splicing),顾名思义,包含“剪”和“接”两个过程。《生物化学》中的解释是:剪接,又称拼接,粘接,缝接。在切除内含子(introns)后,把保留的外显子连接起来。“剪接”主要用在mRNA转录后加工过程中。原核生物的结构基因是连续的编码序列,而真核生物的基因往往是“断裂基因”,也就是说在一段基因中,有可以编码蛋白质的区域(外显子),也有不能编码蛋白质的区域(内含子)。真核生物基因的编码区就是由外显子和内含子串连排列而成的,所以在转录形成mRNA前体后,大多需要把内含子剪切掉,把外显子拼接在一起,形成成熟的mRNA,这个过程叫做剪接。剪接分为酶促剪接、自我剪接和剪接体剪接。一般来说,内含子剪去,外显子拼在一起这个过程是发生在同一个基因内的,但是也有一些例外,比如线虫的肌动蛋白基因、衣藻叶绿体DNA中含有的psa基因等,相互连接的外显子来自不同的基因,这叫做反式剪接。而可变剪接是真核生物一种普遍的剪接方式,一些基因在hnRNA加工成mRNA的过程中,通过可变外显子跳跃、内含子保留、可变5’或3’剪接位点或者互斥剪接等方式,可以由一个hnRNA产生多种成熟的mRNA,从而翻译成不同的蛋白质,极大地扩展了蛋白质组的多样性。一个典例是黑腹果蝇唐氏综合征细胞粘附分子 (Dscam) 基因,它可以通过互斥可变剪接编码38016种不同的亚型,产生的轴突导向受体在细胞间通讯、神经元的自我识别和先天免疫等过程中发挥重要作用。
剪切(cleavage),只有“剪”,没有“接”。一个细胞内存在着很多“分子剪刀”,可以剪开DNA或RNA 分子间的磷酸二酯键。而所有这样的“剪刀”工作的过程一般都叫剪切。比如限制性核酸内切酶这把“剪刀”可以识别双链DNA上特异的核苷酸顺序并在特定位点将其切开,对RNA来说有各种RNase可以切开RNA以对其进行加工和修饰。一个典型的例子是tRNA的转录后加工过程。以真核生物酵母的tRNA加工为例,第一步就是RNaseP对5’前导区的“剪切”,然后是对“三叶草”结构内部一段14nt内含子的“剪接”,最后经过3’CCA序列的添加和一些碱基修饰,才能形成成熟的tRNA。值得一提的是,真核tRNA加工过程中的剪接与mRNA不同,并不需要剪接体的参与,而是依赖于RNase和连接酶来完成。除此之外,rRNA和tRNA从多顺反子转录本中释放,各种小分子RNA例如siRNA、miRNA的形成也需要一系列核酸酶的“剪切”。 另一个典型的例子mRNA的3’加工也需要剪切和加尾的过程来完成。
RNA“剪接”和“剪切”,你分清了吗?