RNA剪接

大多數脊椎動物基因的編碼序列，無論是編碼多肽的基因還是編碼除mRNA以外的RNA分子的基因，都是由非編碼的間隔序列(內含子)分隔為各個外顯子部分。這些基因的外顯子和內含子都轉錄在一條初級RNA轉錄分子中，接下來，此初級RNA轉錄分子要經過RNA剪接，此過程包括一系列的加工反應：RNA的內含子部分被切開並去除，外顯子RNA部分端對端重新拼接，形成一條短一些的RNA產物。因此RNA剪接是將初級轉錄物中的內含子序列切掉並將外顯子序列拼接起來 ^[3]  。

RNA剪接是真核細胞基因表達中非常重要的一個生物過程，通過RNA剪接，可以產生許多具有功能的，帶有編碼信息的mRNA，它對生物的發育及進化至關重要。所以RNA剪接識別是正確理解基因表達過程的重要一步，而剪接的識別的關鍵是依賴於剪接位點的判定。真核細胞pre-mRNA的剪接位點處存在一定的序列保守性，對於它所對應的cDNA序列而言，內含子5’端（供體位點）和3’端（受體位點）的鹼基幾乎都是GU和AG，因此稱為GU-AG規則。

RNA剪接及其機制的研究，不僅解決了不連續基因“連續”轉錄產物的問題，而且對於瞭解不連續基因的起源乃至整個生命起源與進化等問題，均產生極大的推動作用，另外，由此發現了核酸分子的催化功能，進一步拓寬了對於酶的認識。不連續基因中的介入序列稱為內含子；被內含子隔開的基因序列稱為外顯子(exon)。一個基因的外顯子和內含子都轉錄在一條原初轉錄物RNA分子中，然後把內含子切除而把外顯子連接起來，才能產生成熟的RNA分子，這個過程叫做RNA剪接(RNA splicing)。內含子上游方向的一個剪接點稱為5’剪接點或左剪接點，內含子下游方向的一個剪接稱為3’剪接點或右剪接點。Davies等人於1982年設定了“中部核心結構”(central structure)在內含子剪接中的作用，組成這種中部核心結構的是4個10~12鹼基的保守序列，並構成相應的二級結構。但並非所有的內含子都含有這樣的二級結構和保守序列 ^[4]  。

第1類內含子，其5’剪接點和3’剪接點的序列絕大部分為…外顯子…U↓…內含子…G↓…外顯子…，除了剪接點序列特徵之外，第1類內含子還具有比較保守的4種10一12核苷酸的序列，分別以5’-P-Q-R-S-3’表示，P、Q、R、S的一致序列。序列能與Q序列互補，R序列能與S序列互補，形成一個所謂中部核心結構。位於內含子序列中靠近5’剪接點的一段序列與兩個剪接點的邊界序列配對，將兩個剪接點拉在一起便於磷酸二酯鍵的切斷和再連接。內含子中能與兩個剪接點邊界序列配對的一段序列稱為內部引導序列(intemal guide sequence，IGS)。如內部引導序列GGACGG，與其5’剪接點上游的外顯子3’末端區的序列配對而形成雙鏈結構。此外，內含子形成了包括內部引導序列在內的9個雙鏈結構區 ^[4]  。

第Ⅱ類內含子，其5’剪接點和3’剪接點的序列多為…外顯子…↓GUGCG…內含子…嘧啶鹼AU↓…外顯子…，除了剪接點序列特徵之外，在離3’剪接點上游6-12bp有一段比較保守的序列，一致序列為CUCAC，在這一保守序列A的兩側各有一段3~5核苷酸的短序列能與上游方向的核苷酸互補，而A總是不包含在這些互補的序列之中，也就是説，在形成部分雙鏈結構中，A總是處於向外突出的“芽狀物”之中，而且該A啓動第一次轉酯反應。此外，內含子含有6個雙鏈結構區，內含子5’端形成的雙鏈結構區I含有兩個外顯子結合位點，可以與5’剪接點上游的外顯子3’末端區的序列配對而形成雙鏈結構 ^[4]  。

核基因hnRNA內含子的剪接點序列為…外顯子…↓GU…內含子…AG↓…外顯子…，這就是普遍適用的所謂Breathnach-Chambon規則（GU-AG規則）(GU-AG rule)，此規律不適合於線粒體和葉綠體的內含子，也不適合於tRNA和某些編碼rRNA的核結構基因，酵母的分支位點序列是高度保守的，其共有序列為UAC-UAAC。剪接點序列和分支位點保守序列在hnRNA剪接中非常重要，如果這兩個保守序列突變就不能正確的剪接hnRNA。然而，單靠這樣簡單的保守序列是不可能做到hnRNA正確剪接，snRNA參與了這種作用 ^[4]  。

酵母基因組共有約400個tRNA基因，含有內含子的基因僅佔十分之一。內含子的長度從14到46個鹼基對不等，它們之間並無保守序列，切除內含子的酶識別僅是共同的二級結構，而不是共同的序列。通常內含子插入到靠近反密碼子處，與反密碼子鹼基配對，未成熟tRNA的反密碼子環不存在，而是以插入的內含子所構成的環 ^[4]  。

內含子剪接一般都是發生在同一個基因內，切除內含子，相鄰的外顯子彼此連接，這種剪接稱為順式剪接( cis-splicing)，但也有另一種情況，即不同基因的外顯子剪接，這種剪接稱為反式剪接(trans-splicing) ^[4]  。

可變剪接(alternative splicing)是指在同一個mRNA前體內部數個外顯子之間產生的差異性連接。這種剪接可以使同一個基因在不同的發育階段、不同分化狀態甚至不同生理狀態下，得到多個相似但有差異的mRNA，進而被翻譯為氨基酸序列相近似、性質和功能有差異的蛋白質。高度通用性的剪接位點GU-AG被同樣高度通用性的剪接體成對識別是剪接過程發生的先決條件 ^[5]  。

可變剪接暗示了內含子的一種功能，即：由於內含子的存在，使可變剪接成為可能，其意義在於可使一個基因表達出多種蛋白質，擴大了DNA中遺傳信息的含量 ^[5]  。