轉錄後修飾 (Post-transcriptional Modification)

比較項目	RNA Processing	RNA Editing	Base Modification
生化本質	修剪與格式化不改變編碼訊息	改變/竄改核苷酸序列	在鹼基或核糖上添加標籤或微調結構
包含範例	- 5' Capping - Splicing - 3' Poly-A Tailing	- A-to-I / C-to-U - U-insertion / deletion	- $m^{6} A$ / $m^{7} G$ - $ψ$ (異構) / D (還原)
關鍵酵素	- Guanylyltransferase - Spliceosome - Poly-A Pol (PAP)	- ADAR / APOBEC - Editosome	snoRNA 引導酵素
序列來源	產物序列完全來自 DNA 模板	產物序列與 DNA 模板不一致	序列本身不變但化學性質改變
訊息解讀	密碼子不變轉譯產物一致	codon 改變 Anticodon 改變	密碼子讀法不變改變穩定性/效率。
蛋白質產物	產生預期的功能蛋白	可產生 Truncated (短) 或新功能蛋白	蛋白質序列不變但產量受調控
組織特異性	通常在所有細胞中發生	高度組織特異性 (如：ApoB)	具特異性隨環境或發育動態調整

比較項目	RNA Processing	RNA Editing
生化本質	修剪與修飾轉錄本，不改變編碼訊息	改變轉錄本的核苷酸序列
包含範例	- 5' Capping - Splicing - 3' Poly-A Tailing	- Site-specific Deamination - U-insertion / deletion
關鍵酵素	- Guanylyltransferase - Spliceosome - Poly-A Polymerase (PAP)	- ADAR (A-to-I) - APOBEC (C-to-U) - Editosome (gRNA)
序列來源	產物序列完全來自 DNA 模板 (Exons)	產物序列與 DNA 模板不一致
能量 / 輔助	需 ATP/GTP 加帽 Splicing 涉及轉酯反應	常需 guide RNA (gRNA) 作為編輯模板
蛋白質產物	產生功能正常的蛋白質	可產生 Truncated protein (短蛋白) 或新功能蛋白
組織特異性	通常在所有細胞中發生相似流程	高度組織特異性 (如：Apo B 在肝與小腸結果不同)

RNA Processing：
- mRNA Processing：pre-tRNA (hnRNA) → mature-tRNA
  - 5' cap addition：加上 7-methylguanylate (7-mG)
    - 處理 RNA pol II 剛轉錄出的 pre-mRNA (末端為 pppN)
      - RNA triphosphatase：
        
        移除 5' 端最外側的一個磷酸基
        
        末端形成 ppN
      - Guanylyltransferase：
        
        接上 GTP，形成特殊 5'-5' triphosphate bridge
        
        末端形成 GpppN
      - Guanine-7-methyltransferase：
        
        利用 SAM 作為甲基來源，在 Guanine 的 N7 位置加上甲基
        
        末端形成 m7GpppN
  - Polyadenylation：先切再加，加上 3' Poly-A tail
    - CPSF：識別切割 PAS
      - Polyadenylation signal (PAS)：
        
        5'-AAUAAA-3'，轉錄終止訊號
        
        前方有 (5'-CA-3')
    - Poly(A) Pol (PAP)：
      - 又稱 Polynucleotide adenylyltransferase
      - 切割後，加上 3' Poly-A tail
  - Alternative splicing (mRNA only)：
    - Intron splicing
    - Exon joining
  - Histone mRNA processing：
    - 不具 3' Poly-A tail，以 stem loop 代替
    - 不具 intron
- tRNA Processing：pre-tRNA → mature-tRNA
  - 切除 5′ leader sequence (5' end)
  - 切除 3′ end，並以 CCA 取代 3′ UU (3' CCA 為 tRNA 攜帶 amino acid 處)
- rRNA Processing：

RNA Editing：
- Insertion / Deletion：gRNA 引導的 U 插入
- A to I editing：Wobble base pairing
  - A → I (Inosine)：
    - Deamination (脫胺)
    - 用於 tRNA Wobble base pairing
  - Double-stranded RNA-specific adenosine deaminase (ADAR)：A to I
- C to U editing：Apo B gene
  - Cytidine deaminase：C to U
  - 例：APOBEC (Apolipoprotein B mRNA Editing Catalytic polypeptide)
  - Apo B gene：
    - Apo B-100：肝臟
      - 在肝臟, unedited
      - LDL, VLDL
    - Apo B-48：小腸
      - 在==小腸==, edited：CAA (Gln) → UAA (STOP)
      - 失去 LDL receptor binding domain
      - Chylomichron

比較屬性	Apo B-100	Apo B-48
合成部位	肝臟 (Liver)	小腸 (Small Intestine)
序列變化	無編輯，保持 CAA	CAA → UAA (STOP)
相關脂蛋白	VLDL, LDL	Chylomicron
受體結合域	保有 LDL receptor binding domain	失去 LDL receptor binding domain
蛋白質長度	100%	48% (僅含 N 端)
功能	將肝臟合成的脂質運送到全身組織並作為 LDL receptor 的 ligand	將小腸吸收的 TG 運輸進入循環系統

Base modification：
- RNA Methylation：
  - mRNA 甲基化：
    - 發生於==真核生物，A 的 N6-methylation== (m⁶A)
    - 調節 mRNA 的 half-life 與轉譯效率
    - Epitranscriptomics：包含 Writer, Eraser, Reader
  - rRNA 甲基化：
    - 原核：A 的 N6-methylation (m⁶A)
      - 位於 23S rRNA (50S subunit)
      - Erm 使細菌具==抗藥性== (Erythromycin Resistance Methyltransferases)
    - 真核：2'-O-methylation
      - 位於 28S RNA (60S subunit) 的 Ribose 上
      - 由 snoRNA (C/D box)主導
      - 保護 RNA 不被鹼水解
  - tRNA 甲基化：
    - 廣泛出現在所有生物，使 tRNA 正確摺疊、防止被降解
- Structure change：
  - U → ψ (Pseudouridine)：
    - Isomerization (異構化)
    - tRNA 與 rRNA ：穩定 RNA 的結構
    - snRNA ：促進 spliceosome 對 pre-mRNA 的切割
  - U → D (Dihydrouridine)：
    - Reduction (還原)
    - 出現在 tRNA 的 D arm 上
    - 增加了 tRNA 低溫適應性 → Psychrophiles (嗜冷生物) 具較高比例的 D

甲基化位點	原核生物	真核生物
DNA	m⁶A (oriC)	5ᵐC (CpG island)
mRNA	無	m⁶A
rRNA	m⁶A	Ribose 2'-O-methylation (snoRNA 主導)
tRNA	普遍	普遍

特殊鹼基	鹼基變化	機制	臨床 / 環境意義
I (Inosine)	A → I	脫氨	Wobble pairing 增加轉譯的靈活度，減少所需的 tRNA 種類
ψ (Pseudouridine)	U → ψ	異構化	增加 RNA 穩定性 snRNA ：促進 spliceosome 對 pre-mRNA 的切割
D (Dihydrouridine)	U → D	還原	增加 tRNA 低溫適應性 Psychrophiles (嗜冷生物) 常見

DNA 甲基化修飾：原 A 真 C

原核：修飾 A，使用 Dam methylase
真核：修飾 C，使用 DNMT

DNA 甲基化	原核生物	真核生物
主要位點	m⁶A	5ᵐC
目標序列	5'-GATC-3' (OriC)	CpG island (House keeping gene promoter)
意義	Dam 系統 (在 MMR 後，可區分新舊股)	Gene Silencing (壓抑基因轉錄)

特殊鹼基

簡略記法：
- A → I：脫氨，Wobble 配對
- U → ψ：異構化，穩定結構
- U → D：還原，適應低溫
在 tRNA 中最常見：
- I (Inosine)：I = Hypoxanthine (H) + ribose
  - A 經 Deamination (脫氨) 形成 H，H 加上五碳糖形成 Inosine (I)
  - 用於 Wobble base pairing
- ψ (Pseudouridine)：
  - Uridine 經 Isomerization 形成 ψ (Pseudouridine)
  - tRNA 與 rRNA ：穩定 RNA 的結構
  - snRNA ：促進 spliceosome 對 pre-mRNA 的切割
- D (Dihydrouridine)
  - Uridine 經 Reduction 形成 D (Dihydrouridine)
  - 出現在 tRNA 的 D arm 上
  - 增加了 tRNA 在低溫的適應性 → Psychrophiles (嗜冷生物) 具較高比例的 D

In eukaryotic cells, mRNA modification includes __________.

(A) splicing out exons and join introns → 錯，反了
(B) add a cap at 3’ end to protect the 3’ end → 錯，是 5' end
(C) add a phosphate group at 5’ end to increase stability → 錯，5' 是加上 7-methylguanylate
(D) remove nucleotides at 3’ end before addition of a poly A tail
(E) remove 3’UU and attach CCA → 錯，屬於 tRNA processing

RNA Processing：

mRNA Processing：pre-tRNA (hnRNA) → mature-tRNA

5' cap addition：加上 7-methylguanylate (7-mG)

Polyadenylation：先切再加，加上 3' Poly-A tail

Alternative splicing (mRNA only)：

Histone mRNA processing：

tRNA Processing：pre-tRNA → mature-tRNA

rRNA Processing：

RNA Editing：

Insertion / Deletion：gRNA 引導的 U 插入

A to I editing：Wobble base pairing

A → I (Inosine)：

C to U editing：Apo B gene

Base modification：

RNA Methylation：

mRNA 甲基化：

rRNA 甲基化：

tRNA 甲基化：

Structure change：

U → ψ (Pseudouridine)：

U → D (Dihydrouridine)：

I (Inosine)：I = Hypoxanthine (H) + ribose

ψ (Pseudouridine)：

D (Dihydrouridine)