简述真核mrna的转录后加工（真核生物mRNA的加工修饰与转录调控）

简述真核mrna的转录后加工（真核生物mRNA的加工修饰与转录调控）PAS不一定唯一，大约有近70%的人类基因具有多个poly A位点。所以终止信号的选择也是一种基因表达调控方式，称为可变聚腺苷酸化（Alternative polyadenylation，APA）。白血病细胞中一些抑癌基因会由于选择上游的poly A位点而表达截短的蛋白，丧失抑癌功能。CPSF-73有内切酶活性，可切割AAUAAA序列下游的mRNA。也有研究认为PAP同时具有核酸内切酶活性和聚腺苷酸聚合酶活性。总之先在PAS下游约10–30个碱基处切割mRNA，然后再逐步添加20–250个腺苷残基的尾部。CPSF可以特异性识别PAS（AAUAAA基序），指导前mRNA的切割。CPSF至少包括4种蛋白，根据其分子量（KD）命名，其中CPSF-160直接与PAS结合。哺乳动物mRNA 3'-末端加工复合物及相应顺式元件。Cell Mol Life Sci. 2008 Apr; 65(7

真核生物mRNA的加尾也是共转录进行的，涉及20多种蛋白质。这一过程需要识别聚腺苷酸化位点（PAS），切割前mRNA（pre-mRNA），添加poly（A）尾巴。此过程还具有触发转录终止的作用。

哺乳动物前mRNA中与加尾相关的顺式元件包括三个主要元件和两个辅助元件。前者包括聚腺苷酸化信号（PAS）、切割位点和富含G / U的下游元件（DSE），后者包括富含U的上游辅助元件和富含G的下游辅助元件。

mRNA 3'-末端加工的顺式元件。Curr Opin Struct Biol. 2019 Dec;59:143-150.

相应的反式因子则包括多个复合物：切割和聚腺苷酸特异性因子（CPSF）、切割刺激因子（CSTF）、切割因子Im（CF Im，其中m代表mRNA）和IIm（CF IIm）以及poly（A）聚合酶（PAP）等。

CPSF可以特异性识别PAS（AAUAAA基序），指导前mRNA的切割。CPSF至少包括4种蛋白，根据其分子量（KD）命名，其中CPSF-160直接与PAS结合。

哺乳动物mRNA 3'-末端加工复合物及相应顺式元件。Cell Mol Life Sci. 2008 Apr; 65(7-8): 1099–1122.

CF Im和CSTF复合物分别识别上游辅助元件（USE）和下游元件（DSE），有助于选择切割位点，并确保有效的前mRNA识别和切割。CF IIm可与RNAP II的CTD结合，是前mRNA切割所必需的。

CPSF-73有内切酶活性，可切割AAUAAA序列下游的mRNA。也有研究认为PAP同时具有核酸内切酶活性和聚腺苷酸聚合酶活性。总之先在PAS下游约10–30个碱基处切割mRNA，然后再逐步添加20–250个腺苷残基的尾部。

PAS不一定唯一，大约有近70%的人类基因具有多个poly A位点。所以终止信号的选择也是一种基因表达调控方式，称为可变聚腺苷酸化（Alternative polyadenylation，APA）。白血病细胞中一些抑癌基因会由于选择上游的poly A位点而表达截短的蛋白，丧失抑癌功能。

一种调控方式是通过抗终止作用阻止上游PAS的使用，从而转录出全长mRNA。真核生物的SCAF4（SR CTD-associated factor 4）和SCAF8具有抗终止作用，可以结合在RNAPII的CTD，阻止上游poly A位点的使用。所以SCAF4/8双敲除导致转录提前终止，生成截短的mRNA，具有细胞致死性。

SCAF4和SCAF8的抗终止作用。Cell. 2019 Jun 13; 177(7): 1797–1813.e18.

Poly A与成熟mRNA的稳定性、翻译起始以及出核运输有关。酵母中Mex67：Mtr2复合物可以与核孔蛋白相互作用，使RNA通过核孔扩散。Sub2（一种DEAD盒解旋酶）和TREX复合体介导成熟mRNA与Mex67：Mtr2复合物结合，形成出核mRNP（export competent mRNP）。通过核孔后，二者解离，防止mRNA返回。

酵母mRNA的加工与运输。J Biol Chem. 2019 Mar 1; 294(9): 2977–2987.

在原核生物中也有聚腺苷酸化反应。例如，大肠杆菌PAPI可以催化一些RNA的聚腺苷酸化反应，但其功能与真核生物不同，是加速这些RNA的降解。

大肠杆菌中PAP I依赖性RNA降解。Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2018 Dec 19; 373(1762): 20180166.

mRNA中还存在很多化学修饰，有碱基的修饰，也有核糖的修饰。这些修饰可以参与mRNA的剪接、核输出、转录本稳定性和翻译起始等事件，进而调控多种生理及病理过程。

真核生物mRNA的化学修饰成分。Mol Cancer. 2020 Apr 17;19(1):78.

mRNA中常见的修饰包括N6-甲基腺苷（m6A），N1-甲基腺苷（m1A），5-甲基胞嘧啶（m5C），5-羟甲基胞嘧啶（hm5C），假尿苷（Ψ），肌苷（I）和核糖甲基化（2'-O-Me）等。其中m6A最为普遍，研究也较多。

化学修饰在mRNA中的位置。Mol Cancer. 2020 Apr 17;19(1):78.

m6A修饰占哺乳动物RNA总腺苷的0.2-0.6％，在细胞过程中起着重要作用。m6A是可逆的mRNA修饰，具有自己的书写器、擦除器和阅读器。

这些称呼来自表观遗传学，指各种修饰在形成、去除以及发挥功能的过程中所需的反式因子。例如，甲基化修饰的书写器（writer）一般是各种甲基转移酶，擦除器（eraser）就是相应的去甲基酶，也包括一些相关的辅助蛋白。

m6A的常用书写器有METTL3、METTL14、WTAP和RBM15等，各有不同的底物或细胞定位等。例如，METTL3是mRNA中主要的m6A形成酶，但不催化rRNA或snRNA的甲基化。

m6A发挥作用的主要机制是募集m6A结合蛋白，即其reader，主要是一些含有YTH结构域的蛋白，以及真核起始因子3（eIF3）等。

m6A的writer、reader和eraser。Annu Rev Cell Dev Biol. 2017 Oct 6;33:319-342.

YTH（YT521B同源性）结构域能够选择性地结合RNA中的m6A。例如YTHDF家族成员（DF1​​，DF2和DF3）均以其YTH域识别m6A，以另一个结构域发挥不同功能。DF1可以促进翻译，而DF2促进mRNA降解。

另一种reader，YTHDC1，可以调节某些转录本的剪接，还参与XIST（一种非编码RNA）介导的女性X染色体失活。

eIF3可以结合5´UTR中的m6A，从而形成一种不依赖eIF4的翻译起始过程，而正常的翻译起始是eIF4依赖的。据研究，在一些压力和疾病状态下eIF4E的活性会受到损害，所以m6A可以介导一种选择性的、疾病特异性的翻译。

m6A修饰调节细胞的生理过程。Mol Cancer. 2020 Apr 17;19(1):78.

RNA的修饰不仅限于mRNA。人体rRNA中有超过200种修饰。而在各种常见的RNA中，tRNA修饰的数量最多，化学种类最广，从碱基异构、甲基化到复杂的环结构修饰。真核tRNA平均每个分子含有13个修饰。tRNA的修饰有助于翻译的效率和保真度，以及折叠、稳定性和细胞定位等。

总之，RNA的修饰可以使RNA更稳定、高效，甚至具有额外的细胞功能。RNA修饰的异常也会导致细胞功能的异常，与多种疾病相关。

RNA修饰与人体疾病。Mol Cancer. 2020 Apr 17;19(1):78.