1 / 48

RNA synthesis and processing

RNA synthesis and processing. รัชนีกร กัลล์ ประ วิทธ์. 2557. Gene : ส่วนของ DNA ที่ transcribe ไปเป็น RNA หรือ protein. Central Dogma. DNA RNA protein. RNA synthesis (transcription) เป็นขั้นตอนแรกในการแสดงออกของยีน

tasya
Download Presentation

RNA synthesis and processing

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. RNA synthesis and processing รัชนีกร กัลล์ประวิทธ์ 2557

  2. Gene :ส่วนของ DNA ที่ transcribe ไปเป็น RNA หรือ protein Central Dogma DNA RNA protein RNA synthesis (transcription) เป็นขั้นตอนแรกในการแสดงออกของยีน โดยการแปลรหัสจากเบสบนสาย DNA มาเป็นลำดับเบสของ RNA

  3. Transcription : ถูกควบคุมในทุกเซลล์ ใน prokaryotes  3% ของยีนจะมี transcription ในขณะที่ยีนของ differentiated eukaryotic cells  0.01% เท่านั้น ที่จะถูก transcribed ณ เวลาใดเวลาหนึ่ง

  4. RNA synthesis(transcription) Size RNA < DNA Largest RNA mol = 50,000 nucleotides Smallest DNA mol = 45,000,000 bp. RNAsingle strand (mRNA, tRNA, rRNA) snRNA scRNA snoRNA miRNA

  5. RNA synthesisต้องการ • DNA template • ribonucleosidetriphosphate • (ATP, GTP, CTP, UTP) • DNA dependent RNA polymerase • Mg2+, Mn2+ไม่ต้องการ primer

  6. Transcription is initiated at promoter sites on the DNA template กระบวนการ transcription เริ่มโดย RNA polymerase มาจับบนสายของ DNA ที่บริเวณ promoterซึ่งเป็นตำแหน่งที่มีลำดับ nucleotide ค่อนข้างจำเพาะแน่นอน เรียกว่า consensus หรือ conserved sequence

  7. ที่ promoter อาจเป็น palindrome sequence คือ ntสายหนึ่ง จะเหมือนกับ ntอีกสายหนึ่ง แต่อยู่ในทิศทางตรงกันข้าม G G A T C C C C T A G G

  8. Prokaryotic promoter site 5' -35 -10 +1 template PRIBNOW BOX START OF RNA Eukaryotic promoter site 5' -75 -25 +1 template TATABOX (HOGNESS BOX) CAAT BOX

  9. RNA polymerase ใน eukaryote ไม่สามารถจับบริเวณ promoter และเริ่มการสังเคราะห์ RNA ได้ด้วยตัวเอง ต้องอาศัยโปรตีนที่เรียกว่า transcription factorมาจับที่ promoter ก่อน

  10. Transcription factors ของ RNA polymerase II ที่สังเคราะห์ mRNA ในคน แบ่งเป็น 2 ประเภท • TF ของ gene ที่ทำหน้าที่เหมือนกันในแต่ละ cell และทำหน้าที่ประจำในแต่ละ cell (housekeeping gene) gene เหล่านี้จะถูก transcribed ตลอดเวลา เรียกว่า • constitutive genes e.g. enzyme ใน glycolysis, Krebs cycle, ETS etc. • TF ของ gene ที่ทำหน้าที่จำเพาะต่อ cells, tissues gene เหล่านี้จะถูก transcribed ใน cells และ tissues บางชนิดเฉพาะเวลาที่จำเป็น และในบางเวลาของการพัฒนาการเท่านั้น

  11. Transcription factors interact with • eukaryotic promoters : TF I , II ตัวอย่าง Sp 1 • 95 Kd or 105 Kd protein from mammalian cells • required for transcription of genes whose • promoters contain GC boxes

  12. CTF • CCAAT binding transcription factor • 60 Kd • bind to the CAAT Box B-protein - bind to TATA box Heat-shock transcription factor gal 4 protein : - bind กับ upstream sequence ของ promoter ของ gene ที่ encode enzyme ในการ metabolize galactose

  13. นอกจาก promoter แล้ว DNA ของ eukaryotes ชั้นสูง มีส่วนที่ทำหน้าที่ควบคุม transcription ที่เรียกว่า transcription elements e.g. enhancer, silencer และ response element enhancer : - DNA sequence ที่เพิ่ม rate ของ initiation ของ transcription โดย RNA pol II - อาจอยู่ที่ upstream, downstream หรือ กลาง gene ที่ถูกtranscribed

  14. silencer: DNA sequence ที่ลด หรือยับยั้ง transcription response elements : DNA sequence สำหรับ จับกับ transcription factor ที่ถูกคุมโดย signaling molecule เช่น cyclic AMP response elements

  15. Hormonal action of glucocorticoids enhancer promoter Inactive gene hormone-receptor complex mRNA synthesis promoter activated enhancer + active gene

  16. + NH3-Met-Ser-Ala-Arg-Pro-CO2 RNA polymerase upstream sense strand (+) downstream 5-ATG-TCC-GCA-CGG-CCT-3 3-TAC-AGG-CGT-GCC-GGA-5 DNA antisense (template) strand (-) transcription 5 -AUG-UCC-GCA-CGG-CCU-3 RNA translation - Protein amino terminus carboxyl terminus

  17. RNA polymerase Prokaryotic cell มี 1 ชนิด Eukaryotic cell มี 3ชนิด RNA polymerase LocationProduct I, A nucleolus rRNA II, B nucleoplasm mRNA III, C nucleoplasm tRNA (5S rRNA) sn RNA, sc RNA mitochondria RNAs in mito. REMOTE

  18. DNA dependent RNA polymerase • form phosphodiester bond • ทิศทาง 53 • มี 6 subunits α2 ββσω • α2 ββ= core enzyme • σ sigma factor

  19. σ เป็นตัวกำหนดจุดเริ่มต้นสังเคราะห์บนDNA templateและจะเข้ามารวมกับcore enzyme เมื่อเริ่มต้นการสังเคราะห์ RNA เมื่อ สังเคราะห์ได้RNA strand ยาว 10 nucleotides ก็จะแยกจากcore enzyme • α - binds regulatory sequences • β - forms phosphodiester bond • β' - binds DNA template • - recognizes promoter and initiates synthesis ω - unknown

  20. DNA 2 first nucleotides ATP, GTP 5' 2 (core enzyme) RNA synthesis • initiation • elongation • termination rho factor[] • release

  21. Stem-loop structure Termination of transcription

  22. RNA polymerase ppp5 Rho protein ADP + H2O ATP + H2O Termination of transcription

  23. Sequences in DNA 1. unique - nonrepetitive code สำหรับ protein  2% ของ genome 2. moderately repetitive <106 copies/haploid กระจายอยู่ ใน unique sequence 3. highly repetitive 5-500 bp,  1-107 copies/haploid

  24. Coding region Intervening sequence 3 DNA strand 5 RNA transcript Poly A Cap mRNA Spliced mRNA translation Polypeptide chain H2N COOH

  25. mRNA ที่สังเคราะห์จาก DNA เป็น primary transcriptเรียกว่า heterogeneous nuclear RNA (hnRNA) ต่อมาจึงมี posttranscriptional processing ก่อนผ่านออกจาก nucleus

  26. Posttranscriptional processing of mRNA (G) poly A 200 M6 M M7 A 3 5 guanosine P P P • nucleotide ตัวแรกมี base เป็น A หรือ G • มี poly A (200 AMP) มาต่อทาง 3–OH • ทาง 5–P จะมีguanosineมาcapped • มีmethylationที่ M7G และ M6A และ methylate • ribose-2ของ A (or G) (& อาจที่ nucleotide ตัวถัดไปด้วย) • 5. ตัดส่วนที่เป็นintronออก และเชื่อมexonเข้าด้วยกัน (splicing)

  27. Posttranscriptional processing

  28. Splicing ต้องอาศัยโมเลกุลของ RNA ขนาดเล็กที่อยู่ใน nucleus และcytosol • - small nuclear RNA(snRNA) และ • - small cytoplasmic RNA (scRNA) • ซึ่ง RNA เหล่านี้มักจะอยู่รวมกับโปรตีนเป็น • small nuclear ribonucleoprotein particles (snRNPs, snurps)และ • small cytoplasmicribonucleoprotein particles (scRNPs, scurps)

  29. snRNP(size)Role U1 (165nt) binds the 5 splice site and then the 3 splice site U2 (185nt) binds the branch site and forms part of the catalytic center U5 (116nt) binds the 3 splice site U4 (145nt) masks the catalytic activity of U6 U6 (106nt) catalyzes splicing complex U1, U2 + mRNA precursor + U4-U5-U6 complex spliceosome (60S complexes)

  30. AG GU AG exon1 intron exon2 OH 2′ 3 * * * ApG 5 pGpUp pGpUpRpApYp ApG Pre-mRNA 1 U1 U2 U5 3′splice site pGpUp U4/6 5′splice site Intron exon2 exon1 (2,5) + OH 3′ 5 ApG * * * ApG 3 pGpUpRpApYp 2 spliced junction pGpUp exon1 exon2 (2,5) 3 5 + * * * ApG OH 3′ pGpUpRpApYp ApG + spliced exons excised intron in lariat form Complex U1 ,U2 + mRNA precursor +U4 –U6-U5 complex Spliceosome (60s complex)

  31. Splice sites in mRNA precursor are specified by sequences at the end of introns. Branch site 5AGGUAAGUACAGG3 intron Splicing : snRNPs ATP spliceosome SLE : systemic lupus erythematosus results from autoimmune response in which patients produces Ab against snRNPs

  32. hn RNA 1 2 3 4 5 Constitutive Splicing All splice sites used AAAAAAA 1 2 3 4 5 AAAAAA Segment 3 deleted by Alternative Splicing

  33. a b hn RNA 1 2 3 4 5 Poly A addition signals Site a used AAAAAA Site b used AAAAAA Alternative tailing

  34. Aberrant splicing Thalassemia บางชนิด mutation G A (19nt away from normal 3 splice site of first intron) new 3 acceptor site (splice site) Aberrant protein

  35. Normal Normal 3 end of intron 5 CCTATTGGTCTATTTTCCACCGTTAGGCTGCTG 3 -thal 5 CCTATTAGTCTATTTTCCACCGTTAGGCTGCTG 3

  36. Posttranscriptional RNA editing e.g. apolipoprotein B mRNA editing protein human plasma : apo B 2 isoproteins apo B 100, apo B 48 synthesized from a single gene by mRNA editing mechanism

  37. apo B100 in liver is translated from a full-length 14.1 kb mRNA apo B 48 in intestine is synthesized from an apo B mRNA containing premature inframe translational stop codon CAA UAA

  38. Posttranscriptional RNA editing Lipoprotein assembly LDL receptor binding 4536 512kd 1 Apo B 100 Translation 3 5 CAA Unedited mRNA RNA editing by deamination NH4 5 3 UAA Edited mRNA Translation 2152 240 kd 1 Apo B 48

  39. rRNA in eukaryotic cell 5S ได้จาก5S rRNA precursor 5.8S, 18S, 28S ได้จาก45S rRNA precursor 5S rRNA precursor 3 5 121 nucleotides 45S rRNA precursor 28S 18S 5.8S

  40. Prokaryotic ribosome 23 S RNA 5S RNA ~34 proteins 50S 16 S RNA 70S ~21 proteins 30S Eukaryotic ribosome 28S RNA 5.8S RNA 5S RNA ~50 proteins 60S 18S RNA 80S ~30 proteins 40S

  41. Self-splicing RNA : The discovery of catalytic RNA Thomas Cech 26S rRNA precursor from Tetrahymena 5 spliced exon self splicing 5 5' G exon G 3 OH OH intron G + exon G 3 3 OH 5 5 catalytically active L19 RNA 3 3 L-19 IVS– nuclease and polymerase

  42. t RNA RNA ที่มีอณูเล็กที่สุด 4S (73-93 nucleotides)มี50+ชนิด (for 20 aâ) tRNAที่ทำหน้าที่จับกับ amino acid ชนิดเดียวกันเรียกว่า isoacceptingtRNA มีmodified base เช่น methylation, deamination 3 5 ribonuclease P exonuclease 5 3 G C-C-A 3 5 A G C C CTP, CTP, ATP anticodon จับกับ codon บน mRNA

  43. สารที่ยับยั้ง RNA synthesis • รวมกับ DNA template • ยับยั้ง RNA polymerase 1.รวมกับ DNA template 1.1 Intercalation Actinomycin D (between 2G-C base pairs) inhibit transcription > replication : daunomycin, doxorubicin, mithramycin, ethidiumbromide 1.2 Cross-link Alkylating agents – nitrogen mustard, mechoethamineetc. form cross link ระหว่าง 2 guanines (N7) ที่อยู่คนละสาย

  44. 2. ยับยั้ง RNA polymerase 2.1 Rifamycin, rifampicin inhibit RNA polymerase (initiation) ของ prokaryote, inhibit only mitochondrial RNA polymerase ของ eukaryote 2.2 -Amanitin Amanita phalloides inhibit mammalian nuclear RNA polymerase II 2.3 Streptolydigin inhibit RNA elongation

More Related