分子生物學(xué) 第五章

1、.第五章第五章 真核生物轉(zhuǎn)錄起始真核生物轉(zhuǎn)錄起始. 第一節(jié)第一節(jié) 真核細(xì)胞核真核細(xì)胞核.真核細(xì)胞核真核細(xì)胞核.染色質(zhì)染色質(zhì)(chromatin)(chromatin)n真核生物細(xì)胞中細(xì)胞核真核生物細(xì)胞中細(xì)胞核內(nèi)內(nèi)DNA和蛋白質(zhì)高度包和蛋白質(zhì)高度包裝的緊密復(fù)合體結(jié)構(gòu)。裝的緊密復(fù)合體結(jié)構(gòu)。n染色質(zhì)的低水平包裝：染色質(zhì)的低水平包裝：核小體和核小體和30nm螺旋管纖螺旋管纖維是分裂間期細(xì)胞核染維是分裂間期細(xì)胞核染色質(zhì)形式。（松散）色質(zhì)形式。（松散）n中期染色體是最高水平中期染色體是最高水平的壓縮。的壓縮。.常染色質(zhì)常染色質(zhì)(euchromatin)(euchromatin)與異與異染色質(zhì)染色質(zhì)(het

2、erchromatin)(heterchromatin)n常染色質(zhì)，是指間期核內(nèi)染色質(zhì)纖維折疊壓縮程常染色質(zhì)，是指間期核內(nèi)染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度地處于伸展?fàn)顟B(tài)，用堿性染料染色時(shí)著色淺的度地處于伸展?fàn)顟B(tài)，用堿性染料染色時(shí)著色淺的那些染色質(zhì)。是基因轉(zhuǎn)錄的必要條件，也就是說(shuō)那些染色質(zhì)。是基因轉(zhuǎn)錄的必要條件，也就是說(shuō)不是常染色質(zhì)的所有基因都轉(zhuǎn)錄。不是常染色質(zhì)的所有基因都轉(zhuǎn)錄。n異染色質(zhì)，是指在間期細(xì)胞核中，仍然高度折疊異染色質(zhì)，是指在間期細(xì)胞核中，仍然高度折疊的、用堿性染料染色著色深的一部分染色質(zhì)。它的、用堿性染料染色著色深的一部分染色質(zhì)。它們不轉(zhuǎn)錄而且復(fù)制較晚。們不轉(zhuǎn)錄而且復(fù)制較晚。.組成性異染色質(zhì)

3、和兼性異組成性異染色質(zhì)和兼性異染色質(zhì)染色質(zhì)n組成性異染色質(zhì)（組成性異染色質(zhì)（constitutive heterchromatatin),constitutive heterchromatatin),是是指所有細(xì)胞中永久存在的異染色質(zhì)。其指所有細(xì)胞中永久存在的異染色質(zhì)。其DNADNA不含基因，包不含基因，包括著絲粒、端粒等特定區(qū)域的括著絲粒、端粒等特定區(qū)域的DNADNA。n兼性異染色質(zhì)（兼性異染色質(zhì)（facultative heterchromatatin), facultative heterchromatatin), 是指是指在某些細(xì)胞類型的一定階段出現(xiàn)的高度聚縮，喪失基因轉(zhuǎn)在某些細(xì)胞類型

4、的一定階段出現(xiàn)的高度聚縮，喪失基因轉(zhuǎn)錄活性的錄活性的DNADNA。一般胚胎細(xì)胞含量較少，而告獨(dú)特化的細(xì)。一般胚胎細(xì)胞含量較少，而告獨(dú)特化的細(xì)胞含量較多。這種兼性染色質(zhì)，實(shí)際上是基因組活性調(diào)控胞含量較多。這種兼性染色質(zhì)，實(shí)際上是基因組活性調(diào)控的一種形式。的一種形式。.核基質(zhì)核基質(zhì)n核基質(zhì)核基質(zhì)(nuclear matrix),(nuclear matrix),細(xì)胞核內(nèi)除核膜、染色質(zhì)、核細(xì)胞核內(nèi)除核膜、染色質(zhì)、核仁和核孔外的骨架結(jié)構(gòu)。仁和核孔外的骨架結(jié)構(gòu)。.核基質(zhì)與染色質(zhì)核基質(zhì)連核基質(zhì)與染色質(zhì)核基質(zhì)連接區(qū)域接區(qū)域n常染色質(zhì)中附著于基質(zhì)上常染色質(zhì)中附著于基質(zhì)上的的DNADNA區(qū)域，富含區(qū)域，富含AT

5、AT，稱為，稱為基質(zhì)相關(guān)區(qū)域基質(zhì)相關(guān)區(qū)域(matrix-(matrix-associated region, MAR)associated region, MAR)或骨架附著區(qū)或骨架附著區(qū)(scaffold (scaffold attachment region, SAR)attachment region, SAR)n連接在核基質(zhì)上的連接在核基質(zhì)上的DNADNA環(huán)，環(huán)，稱為結(jié)構(gòu)域。稱為結(jié)構(gòu)域。.結(jié)構(gòu)域、功能域和結(jié)構(gòu)域、功能域和DNADNA酶酶I I敏感區(qū)域敏感區(qū)域n功能域，也稱為活功能域，也稱為活性染色質(zhì)，具有轉(zhuǎn)性染色質(zhì)，具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)，錄活性的染色質(zhì)，即表達(dá)基因周圍的即表達(dá)基因周圍的

6、DNADNA區(qū)域。區(qū)域。n活性染色質(zhì)對(duì)活性染色質(zhì)對(duì)DNADNA酶酶I I消化作用更敏感。消化作用更敏感。這些敏感位點(diǎn)常位這些敏感位點(diǎn)常位于基因于基因55端啟動(dòng)子端啟動(dòng)子區(qū)域。區(qū)域。. 第二節(jié)第二節(jié) 染色質(zhì)結(jié)構(gòu)染色質(zhì)結(jié)構(gòu).染色質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)控基因組表達(dá)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)控基因組表達(dá)的方式方式n染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的區(qū)間性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的區(qū)間性1 1）絕緣子）絕緣子2 2）基因座控制區(qū)（）基因座控制區(qū)（LCRLCR）n染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)改變1 1）核小體重建）核小體重建2 2）組蛋白修飾：乙酰化、甲基化、磷酸化）組蛋白修飾：乙?；?、甲基化、磷酸化3 3）DNADNA甲基化甲基化4 4）異染色質(zhì)擴(kuò)展）異染色質(zhì)擴(kuò)展.絕

7、緣子（絕緣子（insulatorinsulator）n功能域中或功能域功能域中或功能域間，阻斷基因激活間，阻斷基因激活或失活效應(yīng)的元件或失活效應(yīng)的元件n當(dāng)其位于增強(qiáng)子和當(dāng)其位于增強(qiáng)子和啟動(dòng)子之間的時(shí)候，啟動(dòng)子之間的時(shí)候，能阻斷增強(qiáng)子對(duì)啟能阻斷增強(qiáng)子對(duì)啟動(dòng)子的激活作用動(dòng)子的激活作用.絕緣子與異染色質(zhì)擴(kuò)展絕緣子與異染色質(zhì)擴(kuò)展n異染色質(zhì)擴(kuò)展，異染色異染色質(zhì)擴(kuò)展，異染色質(zhì)在特殊的序列生成核質(zhì)在特殊的序列生成核心，隨后沿染色質(zhì)纖維心，隨后沿染色質(zhì)纖維傳播阻斷啟動(dòng)子傳播阻斷啟動(dòng)子n當(dāng)絕緣子位于一條活性當(dāng)絕緣子位于一條活性基因和異染色質(zhì)之間時(shí)，基因和異染色質(zhì)之間時(shí)，能夠提供一個(gè)屏障來(lái)保能夠提供一個(gè)屏障來(lái)保護(hù)

8、基因免受異染色質(zhì)擴(kuò)護(hù)基因免受異染色質(zhì)擴(kuò)展所造成的失活效應(yīng)展所造成的失活效應(yīng).絕緣子維持功能域獨(dú)立性絕緣子維持功能域獨(dú)立性.基因座控制區(qū)基因座控制區(qū)( (l locus ocus c control ontrol r region, LCR)egion, LCR)與調(diào)控結(jié)構(gòu)域與調(diào)控結(jié)構(gòu)域n染色體染色體DNADNA中一種順式中一種順式作用元件，具有穩(wěn)定染作用元件，具有穩(wěn)定染色質(zhì)疏松結(jié)構(gòu)的作用色質(zhì)疏松結(jié)構(gòu)的作用n實(shí)際上一種增強(qiáng)子實(shí)際上一種增強(qiáng)子n一個(gè)調(diào)控結(jié)構(gòu)域，可能一個(gè)調(diào)控結(jié)構(gòu)域，可能由一個(gè)絕緣子、一個(gè)由一個(gè)絕緣子、一個(gè)LCRLCR、一個(gè)核基質(zhì)附著、一個(gè)核基質(zhì)附著點(diǎn)（點(diǎn)（MARMAR）和單個(gè)或多）和

9、單個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)錄單位組成。個(gè)轉(zhuǎn)錄單位組成。.核小體重建核小體重建能量依賴能量依賴.組蛋白修飾組蛋白修飾n乙?；阴；?乙?；罨阴；罨蚪M；去乙酰因組；去乙酰沉默基因組沉默基因組n甲基化甲基化 沉默基因組沉默基因組n磷酸化磷酸化n泛素化泛素化.DNADNA甲基化甲基化nDNADNA甲基化和組蛋白甲基化是非活性染色質(zhì)甲基化和組蛋白甲基化是非活性染色質(zhì)的特征的特征n這兩類甲基化常相互關(guān)聯(lián)這兩類甲基化常相互關(guān)聯(lián)n大多數(shù)大多數(shù)DNADNA甲基化的位點(diǎn)是甲基化的位點(diǎn)是CpGCpG島島. 第三節(jié)第三節(jié) DNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白.染色質(zhì)化學(xué)組成染色質(zhì)化學(xué)組成n染色質(zhì)染色質(zhì)DNA：攜帶遺傳信息：攜帶遺傳信

10、息n染色質(zhì)蛋白質(zhì)染色質(zhì)蛋白質(zhì)1 1）組蛋白：與）組蛋白：與DNADNA非特異性結(jié)合非特異性結(jié)合2 2）非組蛋白：與）非組蛋白：與DNADNA特異性結(jié)合，特異性結(jié)合，DNADNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白 a)a)種類多樣種類多樣 b)b)功能多樣功能多樣 c)c)對(duì)對(duì)DNADNA具有識(shí)別特異性具有識(shí)別特異性.DNADNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白.DNADNA結(jié)合蛋白的結(jié)構(gòu)特征結(jié)合蛋白的結(jié)構(gòu)特征以以轉(zhuǎn)錄因子為例轉(zhuǎn)錄因子為例n轉(zhuǎn)錄因子的三個(gè)結(jié)轉(zhuǎn)錄因子的三個(gè)結(jié)構(gòu)組成部分構(gòu)組成部分1 1）DNADNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域結(jié)合結(jié)構(gòu)域（分類依據(jù)）（分類依據(jù)）2 2）連接域）連接域3 3）轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域）轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域.DNADNA結(jié)

11、合結(jié)構(gòu)域常見(jiàn)類型結(jié)合結(jié)構(gòu)域常見(jiàn)類型n螺旋螺旋-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋花樣螺旋花樣(helix-turn-helix motif, HTH, 圖圖A)n鋅指花樣鋅指花樣(zinc finger motif, 圖圖B,C)n亮氨酸拉鏈花樣亮氨酸拉鏈花樣(Leucine zipper motif，圖，圖D)n螺旋螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋花樣螺旋花樣(heliex-loop-helix motif, 圖圖E)nHMG框花樣框花樣(HMG box motif，圖，圖F).第四節(jié)第四節(jié) 轉(zhuǎn)錄起始中轉(zhuǎn)錄起始中DNADNA與與蛋白質(zhì)相互作用蛋白質(zhì)相互作用.DNADNA-蛋白質(zhì)相互作用是轉(zhuǎn)錄調(diào)蛋白質(zhì)相互作用是轉(zhuǎn)錄調(diào)控的方式控的

12、方式nDNA: DNA: 順式調(diào)控元件順式調(diào)控元件(cis-regulating element),(cis-regulating element),是指對(duì)基因表達(dá)有調(diào)控活性的是指對(duì)基因表達(dá)有調(diào)控活性的DNA DNA 序列，其活性序列，其活性只影響與其自身同處于一個(gè)只影響與其自身同處于一個(gè)DNADNA分子上的基因分子上的基因n蛋白質(zhì)：反式作用因子蛋白質(zhì)：反式作用因子(trans-acting factor)(trans-acting factor)是通過(guò)識(shí)別和結(jié)合順式調(diào)控元件的核心序列而調(diào)是通過(guò)識(shí)別和結(jié)合順式調(diào)控元件的核心序列而調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的一組蛋白質(zhì)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的一組蛋白質(zhì).順式調(diào)

13、控元件順式調(diào)控元件n啟動(dòng)子啟動(dòng)子(promoter)(promoter)n增強(qiáng)子增強(qiáng)子(enhancer)(enhancer)n負(fù)調(diào)控元件負(fù)調(diào)控元件沉寂子沉寂子(silencer)n絕緣子絕緣子n其它順式調(diào)控元件：其它順式調(diào)控元件： 1 1）應(yīng)答元件）應(yīng)答元件(responsive elements)(responsive elements) 真核細(xì)胞中對(duì)某些特定的環(huán)境作出應(yīng)答的基因，常具有真核細(xì)胞中對(duì)某些特定的環(huán)境作出應(yīng)答的基因，常具有相同的順式元件相同的順式元件應(yīng)答元件應(yīng)答元件 應(yīng)答元件能被在一些特定情況下表達(dá)的調(diào)控因子識(shí)別應(yīng)答元件能被在一些特定情況下表達(dá)的調(diào)控因子識(shí)別( (又又稱為可誘導(dǎo)

14、的順式調(diào)控元件反式作用因子稱為可誘導(dǎo)的順式調(diào)控元件反式作用因子) )。 2 2）轉(zhuǎn)座元件）轉(zhuǎn)座元件.啟動(dòng)子啟動(dòng)子(promoter)(promoter)n與基因轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)有關(guān)的一組與基因轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)有關(guān)的一組DNA DNA 序列，一般位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游序列，一般位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游100-200bp 100-200bp 以內(nèi)，其功能是決定轉(zhuǎn)錄的起始點(diǎn)和調(diào)控轉(zhuǎn)錄頻率以內(nèi)，其功能是決定轉(zhuǎn)錄的起始點(diǎn)和調(diào)控轉(zhuǎn)錄頻率n原核啟動(dòng)子：原核啟動(dòng)子： 1 1）-35-35框：框： 5-TT5-TTG GACA-3ACA-3 2 2）-10-10框框 5-TAT5-TATAAAAT-3T-3.真核啟動(dòng)子真核啟動(dòng)子n真核啟

15、動(dòng)子區(qū)域包括核心啟動(dòng)子和啟動(dòng)子上游近側(cè)序列：真核啟動(dòng)子區(qū)域包括核心啟動(dòng)子和啟動(dòng)子上游近側(cè)序列： 1 1、核心啟動(dòng)子、核心啟動(dòng)子(core promoter) (core promoter) 是決定轉(zhuǎn)錄起始位置的關(guān)是決定轉(zhuǎn)錄起始位置的關(guān)鍵序列，也是普通轉(zhuǎn)錄因子鍵序列，也是普通轉(zhuǎn)錄因子TFD TFD 的結(jié)合位點(diǎn)，的結(jié)合位點(diǎn)， TATA TATA 盒盒(TATA box) (TATA box) 位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游-25-25-30bp-30bp 起始子起始子(initiator(initiator，Inr) Inr Inr) Inr 是與轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)重疊的是與轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)重疊的短的

16、較保守序列短的較保守序列 注：注：不是所有基因都含有不是所有基因都含有 TATA TATA 盒或盒或Inr Inr 序列有的只有序列有的只有其中之一，有的兩者都無(wú)其中之一，有的兩者都無(wú) 這些核心啟動(dòng)子的序列和它們之間的間隔多變這些核心啟動(dòng)子的序列和它們之間的間隔多變n2 2、上游啟動(dòng)子元件、上游啟動(dòng)子元件(Upstream Promoter element(Upstream Promoter element，UPE) UPE) 位位于較上游于較上游(-30 (-30 一一-110bp)-110bp)，能較強(qiáng)影響轉(zhuǎn)錄起始的頻率，如，能較強(qiáng)影響轉(zhuǎn)錄起始的頻率，如CAAT CAAT 盒和盒和GC G

17、C 盒其中盒其中GCGC盒是轉(zhuǎn)錄因子盒是轉(zhuǎn)錄因子SPl SPl 的結(jié)合位點(diǎn)。的結(jié)合位點(diǎn)。.增強(qiáng)子增強(qiáng)子(enhancer)(enhancer)n能顯著提高基因轉(zhuǎn)錄效率的一類順式調(diào)控元件（其核心能顯著提高基因轉(zhuǎn)錄效率的一類順式調(diào)控元件（其核心序列常為序列常為8-12bp)8-12bp)n增強(qiáng)子的作用特點(diǎn)：增強(qiáng)子的作用特點(diǎn)： 1 1）能）能( (通過(guò)啟動(dòng)子通過(guò)啟動(dòng)子) )提高同一條鏈上的靶基因轉(zhuǎn)錄速率；提高同一條鏈上的靶基因轉(zhuǎn)錄速率； 2 2）增強(qiáng)子對(duì)同源基因或異源基因同樣有效；）增強(qiáng)子對(duì)同源基因或異源基因同樣有效； 3 3）增強(qiáng)子的位置可在基因）增強(qiáng)子的位置可在基因5-5-上游、基因內(nèi)或上游、基

18、因內(nèi)或33下游下游序列中；序列中； 4 4）自身沒(méi)有）自身沒(méi)有5-5-或或3-3-方向性；方向性； 5 5）增強(qiáng)子可遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)）增強(qiáng)子可遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)( (最多最多30Kb)30Kb)； 6 6）增強(qiáng)子一般具有組織或細(xì)胞特異性）增強(qiáng)子一般具有組織或細(xì)胞特異性.RNARNA聚合酶聚合酶nRNA RNA 聚合酶聚合酶I, I, 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄28S, 5. 8S 28S, 5. 8S 和和18S 18S 核糖體核糖體 RNA RNA (rRNA) (rRNA) nRNA RNA 聚合酶聚合酶，負(fù)責(zé)真核生物蛋白編碼基因和大部分小負(fù)責(zé)真核生物蛋白編碼基因和大部分小核核RNARNA（snRNA)snRNA

19、)的轉(zhuǎn)錄，有的轉(zhuǎn)錄，有7-10 7-10 個(gè)亞基，最大亞基的羧個(gè)亞基，最大亞基的羧基末端結(jié)構(gòu)域基末端結(jié)構(gòu)域(CTD)(CTD)具有具有7 7 個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸(Tyr-Ser-Pro-Thr-(Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Set)Ser-Pro-Set)的重復(fù)序列，其中有多個(gè)磷酸化位的重復(fù)序列，其中有多個(gè)磷酸化位點(diǎn)點(diǎn)CTD CTD 磷酸化對(duì)調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄有重要作用磷酸化對(duì)調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄有重要作用nRNA RNA 聚合酶聚合酶III,III,轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄tRNA, 5S rRNA, U6-snRNA, tRNA, 5S rRNA, U6-snRNA, 小核小核仁仁RNA (snoRN

20、A), RNA (snoRNA), 小細(xì)胞質(zhì)小細(xì)胞質(zhì) RNA (seRNA) RNA (seRNA) .基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子(basal (basal transcription factor)transcription factor)n真核基因轉(zhuǎn)錄除真核基因轉(zhuǎn)錄除 RNA RNA 聚合酶外，還需要許多蛋白因子聚合酶外，還需要許多蛋白因子轉(zhuǎn)錄因子參加，其中一些轉(zhuǎn)錄因子是轉(zhuǎn)錄因子參加，其中一些轉(zhuǎn)錄因子是RNA RNA 聚合酶聚合酶轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄起始必需的，并且可以維持基礎(chǔ)水平的轉(zhuǎn)錄，因此稱為起始必需的，并且可以維持基礎(chǔ)水平的轉(zhuǎn)錄，因此稱為基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子或普通轉(zhuǎn)錄因子基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子或普通轉(zhuǎn)錄因子(general transcription (general transcription factor)factor)nRNA RNA 聚合酶聚合酶 II II 的普通轉(zhuǎn)錄因子的普通轉(zhuǎn)錄因子(TF II)(