Chapter 7 transcription (B)

1、第三節(jié)第三節(jié) 真核生物基因的轉(zhuǎn)錄真核生物基因的轉(zhuǎn)錄一、真核生物基因轉(zhuǎn)錄概述一、真核生物基因轉(zhuǎn)錄概述（一）真核生物的轉(zhuǎn)錄和原核生物轉(zhuǎn)錄的不同點：（一）真核生物的轉(zhuǎn)錄和原核生物轉(zhuǎn)錄的不同點： 1 1、原核細胞只有一種、原核細胞只有一種RNARNA聚合酶，而真核細胞聚合酶，而真核細胞 有三種聚合酶；有三種聚合酶； 2 2、啟動子的結(jié)構(gòu)特點不同，真核基因有三種不、啟動子的結(jié)構(gòu)特點不同，真核基因有三種不 同的啟動子和有關(guān)的元件；同的啟動子和有關(guān)的元件； 3 3、真核基因的轉(zhuǎn)錄有很多蛋白質(zhì)因子的介入。、真核基因的轉(zhuǎn)錄有很多蛋白質(zhì)因子的介入。（二）真核生物（二）真核生物RNA聚合酶（三種）聚合酶（三種）類型

2、類型轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物rRNA: 18s, 5.8s, 28stRNA, 5srRNA, snRNAhnRNA, 多數(shù)snRNA對鵝膏蕈堿的反應(yīng)對鵝膏蕈堿的反應(yīng)不敏感不敏感高度敏感高度敏感不同物種敏感性不同不同物種敏感性不同（三）真核生物（三）真核生物RNA 聚合酶聚合酶（RNA Pol II）與模板結(jié)合；與轉(zhuǎn)錄起始、延伸有關(guān)與模板結(jié)合；與轉(zhuǎn)錄起始、延伸有關(guān)與與DNA、底物和新生的、底物和新生的RNA結(jié)合結(jié)合負責酶的裝配負責酶的裝配250KDa130KDa40KDa40KDa 由由814個亞基組成，分子質(zhì)量為個亞基組成，分子質(zhì)量為500KDa附：真核基因在轉(zhuǎn)錄時附：真核基因在轉(zhuǎn)錄時RNARNA聚

3、合酶聚合酶需要多種需要多種 轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子的協(xié)助的協(xié)助Pol ITBPTAFIs（四）轉(zhuǎn)錄因子（四）轉(zhuǎn)錄因子1 1、通用、通用因子因子(General factor)（1 1）是所有啟動子起始）是所有啟動子起始RNA合合成成所所必須必須（2 2）與）與RNA 聚合酶在起始位點聚合酶在起始位點周圍形成復(fù)周圍形成復(fù)合合體體， 并并決定決定起始的位起始的位置置。Pol ITBPTAFIsPol III(B, TBP, BRF)TF III BTBP（TATA binding protein）-定位因子定位因子 a、在、在TATA框處與框處與DNA結(jié)合結(jié)合 b、是所有三種、是所有三種RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄

4、起始所需的因子聚合酶轉(zhuǎn)錄起始所需的因子 TBP與與DNA作用的機制：作用的機制： a 、兩個結(jié)構(gòu)域形成一個完全二元對稱的馬鞍型、兩個結(jié)構(gòu)域形成一個完全二元對稱的馬鞍型 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)b、TBP 與與DNA 的小溝的小溝結(jié)結(jié)合，使合，使DNA 彎曲彎曲了了約約 80，TATA 盒向盒向大大溝彎曲溝彎曲，拓寬拓寬了小了小溝溝。2 2、上游因子、上游因子(Upstream factor)（1 1）識別并與啟動子上游元件結(jié)合）識別并與啟動子上游元件結(jié)合（2 2）與上游元件結(jié)合可）與上游元件結(jié)合可增加轉(zhuǎn)錄增加轉(zhuǎn)錄起始的起始的效率效率UBF1上游元件上游元件Startpoint（五）啟動子（五）啟動子 RNA

5、聚合酶聚合酶的啟動子：位于轉(zhuǎn)錄起點上游的啟動子：位于轉(zhuǎn)錄起點上游 RNA 聚合酶聚合酶的啟動子：位于轉(zhuǎn)錄起點上游的啟動子：位于轉(zhuǎn)錄起點上游RNA 聚合酶聚合酶III的啟動子：位于轉(zhuǎn)錄起點下游的啟動子：位于轉(zhuǎn)錄起點下游基因內(nèi)啟動子基因內(nèi)啟動子二、二、RNA 聚合酶聚合酶 I 基因的轉(zhuǎn)錄基因的轉(zhuǎn)錄（一）（一）rRNA基因（基因（Ribosomal RNA Genes ） 多拷貝基因多拷貝基因1 1、核心啟動子、核心啟動子（core promoter）或或核心元件核心元件： 位于位于-45 -45 +20+20，負責轉(zhuǎn)錄的起始。，負責轉(zhuǎn)錄的起始。2 2、上游控制元件、上游控制元件（upstream

6、control element ）： 位于位于-180 -180 -107-107，可增加轉(zhuǎn)錄起始的效率。，可增加轉(zhuǎn)錄起始的效率。（二）（二）RNA聚合酶聚合酶基因的啟動子基因的啟動子人類人類RNA Pol I的啟動子的啟動子上游控制元件（上游控制元件（UCE）startpointCTCCGAGTCGNNNNNNTGGGCCGCCGG核心啟動子（核心啟動子（core element）+20-40-110-170（三）（三）RNA Pol I的輔助因子的輔助因子(UBF1 & SL1)1、上游結(jié)合因子（、上游結(jié)合因子（UBF1）（1）可以與）可以與UCE結(jié)合結(jié)合（2）可與核心元件的一段序列結(jié)合）

7、可與核心元件的一段序列結(jié)合（3）兩個）兩個UBF1通過蛋白蛋白相互作用而相互結(jié)通過蛋白蛋白相互作用而相互結(jié)合，導(dǎo)致在兩個結(jié)合位點間的合，導(dǎo)致在兩個結(jié)合位點間的DNA形成一個環(huán)形成一個環(huán)狀結(jié)構(gòu)。狀結(jié)構(gòu)。UBF1UBF1Protein-protein interaction2、選擇因子、選擇因子1（SL1）（1）組成：）組成：4個亞基個亞基 a、TBP (TATA-binding protein): 是保證是保證RNA pol 準確結(jié)合到起始位點的一個準確結(jié)合到起始位點的一個關(guān)鍵因子關(guān)鍵因子 b、其他的三個亞基、其他的三個亞基TAF：（：（TBP 相關(guān)因子相關(guān)因子） 為為RNApol I轉(zhuǎn)錄所需的

8、亞基稱為轉(zhuǎn)錄所需的亞基稱為TAFI（2 2）功能：）功能：是是使使RNA 聚合酶聚合酶正正確確的的定定位在起始位位在起始位點。點。UBF1UBF1上游控制元件（上游控制元件（UCE）startpointCTCCGAGTCGNNNNNNTGGGCCGCCGG核心啟動子（核心啟動子（core element）+20-40-110-170+1SL1TBPTAFIsPol ITBPTAFIsRNA 聚合酶聚合酶 I 基因轉(zhuǎn)錄起始基因轉(zhuǎn)錄起始三、三、RNA 聚合酶聚合酶III 基因的轉(zhuǎn)錄基因的轉(zhuǎn)錄（一）（一）tRNA基因的轉(zhuǎn)錄基因的轉(zhuǎn)錄 1、啟動子、啟動子-基因內(nèi)啟動子基因內(nèi)啟動子（1）啟動子的兩個保守

9、序列：）啟動子的兩個保守序列： A框（框（5-TGGCNNAGTGG-3)； B框框 (5-GGTTCGANNCC-3) （2）A框和框和B框編碼的序列：框編碼的序列： A框框-D-loop； B框框- TC-loop2、tRNA基因轉(zhuǎn)錄因子基因轉(zhuǎn)錄因子（1）TFC：識別識別boxB（2）TFB：與：與A框上游框上游50bp上游序列結(jié)合上游序列結(jié)合 a、組成、組成: TBP、BRF、B” b、功能：是、功能：是RNA聚合酶聚合酶真正的起始因子真正的起始因子Pol IIITF III CboxBboxATF III B3、tRNA基因轉(zhuǎn)錄的起始基因轉(zhuǎn)錄的起始（二）（二）5S rRNA 基因的轉(zhuǎn)錄

10、基因的轉(zhuǎn)錄1、5S rRNA 基因：基因： 特點：串連排列，形成基因簇特點：串連排列，形成基因簇 （是唯一單獨被轉(zhuǎn)錄的（是唯一單獨被轉(zhuǎn)錄的rRNA亞基）亞基）2、啟動子：、啟動子： C框框 ；A框框3、轉(zhuǎn)錄因子：、轉(zhuǎn)錄因子：(1) TFIIIA ：結(jié)合位點為：結(jié)合位點為C box 。(2) TFIIIC(3) TFIIIB： TBP + BRF + B/4、5s rRNA 基因轉(zhuǎn)錄的起始基因轉(zhuǎn)錄的起始boxAboxCTF III ATF III CTF III BPol III(B, TBP, BRF)四、四、RNA 聚合酶聚合酶 II 基因的轉(zhuǎn)錄基因的轉(zhuǎn)錄（一）（一）RNA聚合酶聚合酶 II

11、 的啟動子的啟動子 1、組成：、組成： 核心啟動子核心啟動子（core promoter）：）： TATA盒盒（Hogness box）：）： - 25 -35bp 上游啟動子上游啟動子（upstream promoter element，UPE） CAAT盒盒 ：-70 -80區(qū)區(qū) GC盒盒：-80 -110區(qū)區(qū)-20-40-60-80-100GCCACACCCGGCCAATCATATAAGCCAATTATA2、核心啟動子（、核心啟動子（core promoter）：）：（1）TATA盒盒（Hogness box）：）： a、位置：、位置： - 25 -35bp b、序列特征：富含、序列特征

12、：富含AT， 5-TATA(A/T)A(A/T)-3. c、功能：決定、功能：決定RNApol II的定位與轉(zhuǎn)錄精確起始的定位與轉(zhuǎn)錄精確起始（2 2）起始子）起始子(initiator，Inr) 與轉(zhuǎn)錄起始位點重疊的短的較保守序列與轉(zhuǎn)錄起始位點重疊的短的較保守序列附：附：缺缺少少TATA 盒盒啟動子啟動子（1）無）無TATA盒，只有一個起始子盒，只有一個起始子（2）既無）既無TATA框，也無起始子，這種基因通?？?，也無起始子，這種基因通常轉(zhuǎn)錄速率很低，起始點不固定。轉(zhuǎn)錄速率很低，起始點不固定。3 3、上游啟動子、上游啟動子（upstream promoter element，UPE） （1 1

13、）位置：）位置： CAAT盒盒 ：-70 -80區(qū)區(qū)（ -70區(qū)）區(qū)） GC盒盒：-80 -110區(qū)區(qū)（-90區(qū)）區(qū)） （2）功能：）功能： 控制轉(zhuǎn)錄起始的頻率控制轉(zhuǎn)錄起始的頻率 （基本不參與起始位點的精確定位）（基本不參與起始位點的精確定位） （3）功能特點：正反方向排列均能發(fā)揮作用）功能特點：正反方向排列均能發(fā)揮作用 （4）上游元件的多樣性）上游元件的多樣性O(shè)ctamerCAATGCTATAStartpointSV40 early胸苷激酶胸苷激酶ThymidinekinaseHistone H2B-140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 上游元件的多樣性上游元件的多樣性

14、真核真核RNA 聚合酶聚合酶II 啟動子包含啟動子包含著著TATA 盒盒、CAAT 盒盒、GC 盒盒以以及及其其他他序列序列元件元件之之間間的不同組合。的不同組合。沒有哪一種上游元件是所有啟動子所共同沒有哪一種上游元件是所有啟動子所共同必需的必需的 哺乳類哺乳類 RNA聚合酶聚合酶 II 啟動子的常見組件啟動子的常見組件Module Consensus DNA bound Factor DistributionTATA box TATAAAA 10bp TBP GeneralCAAT box # GGCCAATC 22bp CTF/NF1 GeneralGC box GGGCGG 20bp S

15、P1 GeneralOctamer # ATTTGCAT 20bp Oct-1 General 23bp Oct-2 Lymphoid B GGGACTTTCC 10bp NF B Lymphoid 10bp H2-TF1 GeneralATF GTGACGT 20bp ATF General# 同一組件可被不同因子識別/結(jié)合 CAATCP1(-globin), CP2(-fibrinogen), CP3 OctamerOct-1, Oct-2(immunoglobulin in Lymphoid)（二）（二）RNA聚合酶聚合酶 羧基末端結(jié)構(gòu)域羧基末端結(jié)構(gòu)域(CTD)(CTD)： 1 1、位置

16、：、位置：RNA聚合酶聚合酶最大亞基最大亞基羧基末端羧基末端 2、結(jié)構(gòu)特點：、結(jié)構(gòu)特點： （1）具有具有7個氨基酸個氨基酸(Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser -Pro-Ser) 的重復(fù)序列（酵母：重復(fù)的重復(fù)序列（酵母：重復(fù)2626次；哺乳類：次；哺乳類：5252次）次） （2 2）多個磷酸化位點：）多個磷酸化位點：Ser、Thr 3、作用：、作用： CTD磷酸化對調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄有重要作用磷酸化對調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄有重要作用： （1）CTD去磷酸化形式參與轉(zhuǎn)錄的起始；去磷酸化形式參與轉(zhuǎn)錄的起始； （2）CTD磷酸化，磷酸化，允許轉(zhuǎn)錄進入延伸允許轉(zhuǎn)錄進入延伸RNA聚合酶聚合酶II自身不能起始轉(zhuǎn)錄，需

17、要依靠轉(zhuǎn)自身不能起始轉(zhuǎn)錄，需要依靠轉(zhuǎn)錄因子的協(xié)助。錄因子的協(xié)助。（1） TFIID: TBP（TATA盒結(jié)合蛋白）盒結(jié)合蛋白） + TAFs（TBP協(xié)同協(xié)同因子因子 ） TBPTAFsTATA-20-10+10-30-40+20（三）（三）RNA Pol基因轉(zhuǎn)錄的過程基因轉(zhuǎn)錄的過程1、轉(zhuǎn)錄起始、轉(zhuǎn)錄起始（2） TFIIA含有至少含有至少3個亞基個亞基與TFIID結(jié)合，穩(wěn)定結(jié)合，穩(wěn)定TFIID-DNA復(fù)合體；可能通復(fù)合體；可能通過解除過解除TAFs的抑制而激活的抑制而激活TBPTF II A（3） TFIIB 覆蓋靠近起始點的啟動位置，覆蓋靠近起始點的啟動位置，C端與端與TFIID和和DNA的復(fù)

18、的復(fù)合物結(jié)合，合物結(jié)合，N-端與端與TFF協(xié)同作用募集協(xié)同作用募集RNA聚合酶聚合酶IITFIIB與與TFIID結(jié)合，并為結(jié)合，并為RNA聚合酶結(jié)合起一個橋梁聚合酶結(jié)合起一個橋梁作用。作用。TF II B（4）與）與RNA聚合酶與聚合酶與TFIIF相連的復(fù)合體結(jié)合相連的復(fù)合體結(jié)合TF II F：結(jié)合：結(jié)合Pol II并帶向啟動子；并帶向啟動子；TF II FPol II（5）TF II E 擴大擴大DNA覆蓋區(qū)至覆蓋區(qū)至+30TF II E（6）TF II H 和和TF II J加入復(fù)合物加入復(fù)合物（7）TF II H有多種酶活性，包括有多種酶活性，包括ATP酶、解旋酶和可使酶、解旋酶和可使Pol II 的的CTD 磷酸化的激酶活性。磷酸化的激酶活性。 Pol II 的的CTD 磷酸