轉錄調控網絡張年輝卿人韋吳俊2002年10月21日.ppt

轉錄調控網絡 張年輝 卿人韋 吳俊 2002年10月 21日,一轉錄與轉錄因子 （一）轉錄所需的結構組件 順式 反式 （二）轉錄因子： 1概念：又稱為反式作用因子，是能夠與真核基因啟動子區(qū)域中順式作用元件發(fā)生特異性相互作用的DNA結合蛋白，通過它們之間以及與其他相關蛋白之間的相互作用，激活或抑制轉錄。 2結構：一般由DNA結合區(qū)、轉錄調控區(qū)、寡聚化位點以及核定位信號四個功能區(qū)域組成。 DNA結合區(qū)：指轉錄因子識別DNA順式作用元件并與之結合的一段氨基酸序列。,常見的DNA結合區(qū)及其結構特征：,轉錄調控區(qū) 轉錄激活區(qū)： 轉錄抑制區(qū): 核定位信號區(qū)：轉錄因子中富含精氨酸和賴氨酸殘基 的核定位區(qū)域，轉錄因子進入細胞核的過程受該區(qū)段 控制； 寡聚化位點：不同轉錄因子借以發(fā)生相互作用的功能 域。 （三）轉錄因子的表達、活性及調控作用： 1編碼轉錄因子的表達受細胞發(fā)育、外界環(huán)境等因素 的調節(jié)； 2轉錄因子的活性受轉譯后修飾、在細胞中的位置、 以及與其他蛋白之間的相互作用等因素的影響；,3在生長發(fā)育過程中，植物對各種環(huán)境、組織和發(fā)育 信號作出反應，這就要求對各種功能基因的表達進 行精確的調控。而轉錄因子在基因的表達調控中起 關鍵作用。 二釀酒酵母中的轉錄調控網絡 （一）研究方法： 全基因組位點分析，又稱為全基因組結合分析（genome-wide location analysis or genome-wide binding analysis）。 1步驟：甲醛固定細胞，收集，超聲裂解細胞用特 異的抗體進行免疫沉淀以富集與某一蛋白交 聯(lián)的DNA片段去除交聯(lián)，用連接介導的多 聚酶鏈式反應,（ligation-mediated-polymerase chain reaction，LM-PCR）擴增富集的DNA并用熒光染料（Cy5，紅色）標記，未被免疫沉淀富集的DNA在另一熒光染料（Cy3，綠色）存在的情況下進行LM-PCR與含所有酵母基因間序列的單個DNA微陣列雜交。（For details, please find at the following two web sites: /cgi/content/full/290/5500/2309/DC1; /young/location.） 圖1：酵母全基因組位點分析方法,2結果處理：single-array error model. 對雜交結果進行光密度掃描得到相對結合比率，用single-array error model去除噪聲，計算其置信值三次獨立試驗結果經加權平均處理得到該蛋白與微陣列上的每一序列的結合能力。 圖2：全基因組位點分布鑒別方法,3確定P值的閾值范圍： 圖3：P值對調控因子-啟動子相互作用頻率的影響 特點：可以鑒別由一個細胞的基因組編碼的每一個轉錄因子在體內結合的一系列的目標基因。但需要獲得一個物種的全基因序列，特別是調控序列。,（二）結果 1轉錄調節(jié)因子與啟動子的相互作用方式 圖4：轉錄調節(jié)因子在整個基因組的分布,2網絡組件,特點： 1.真核生物中僅占較少的比例（酵母中約為10%，且在較低的P值下其比例也不會發(fā)生明顯的改變。而在原核生物中，這種形式的調節(jié)方式占到多數(shù)（如大腸桿菌中可占到52%74%）。 2該種調節(jié)方式具有如下一些優(yōu)勢，包括可以減少對環(huán)境刺激發(fā)生響應的時間，減少生物合成過程中在調節(jié)上的“花費”，增加基因表達的穩(wěn)定性。,特點： 1.真核生物中所占比例較小，而在原核生物中尚未發(fā)現(xiàn)。 2使得反饋控制成為可能，而且能夠產生生物穩(wěn)定系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在兩種相互變化的狀態(tài)間進行轉換。,特點： 1該種調節(jié)方式在酵母轉錄調控網絡的進化中是非常有用的。 2作為一種對持續(xù)輸入而非暫時輸入敏感性的開關。它可以作為一種時間機制對某一過程進行控制。它可能還提供了一種多步驟的超敏感性的形式。,特點： 對于協(xié)調某一生物功能中各個分離單元的協(xié)同表達是非常有用的。,特點： 可以協(xié)調在許多生長條件下的基因表達。,特點： 酵母的調節(jié)因子大多是以這種方式發(fā)生作用的，多見于細胞周期調控因子。它可以使得順序的轉錄事件在時間上前后繼起。,3網絡組件組裝成為轉錄網絡 （1）方法：將全基因組位點分析數(shù)據與基因表達 結果結合起來。 （2）實例：細胞周期的調控網絡。 目的：Our goal was to determine whether the computational approach would construct the regulatory logic of the cell cycle from the location and expression data whithout previous knowledge of the regulators involved.,圖5：細胞周期的轉錄調控網絡,4細胞復雜生理及代謝過程的協(xié)調 圖6：轉錄因子與編碼其它轉錄因子基因結合所形成的復雜網絡,結論： 1本研究鑒別了在酵母中具有不同調控能力的調控網絡單元，表明酵母在進化過程中選擇性地形成了不同的調控機制與策略； 2在對調節(jié)因子功能還缺乏必要先期了解的情況下，通過全基因組位點分析及表達