第八講真核基因表達(dá)調(diào)控PPT課件

1、真核生物基因調(diào)真核生物基因調(diào)控可分為兩大類控可分為兩大類瞬時(shí)調(diào)控瞬時(shí)調(diào)控發(fā)育調(diào)控發(fā)育調(diào)控根據(jù)基因調(diào)控在根據(jù)基因調(diào)控在同一事件中發(fā)生同一事件中發(fā)生的先后次序的先后次序轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控第1頁(yè)/共82頁(yè)研究基因調(diào)控主要應(yīng)回答研究基因調(diào)控主要應(yīng)回答3 3個(gè)問(wèn)題：個(gè)問(wèn)題： 什么是誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄的信號(hào)？什么是誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄的信號(hào)？ 基因調(diào)控主要是在哪一步（模板基因調(diào)控主要是在哪一步（模板DNADNA的轉(zhuǎn)錄、的轉(zhuǎn)錄、mRNAmRNA的成熟或蛋白質(zhì)合成）實(shí)現(xiàn)的？的成熟或蛋白質(zhì)合成）實(shí)現(xiàn)的？ 不同水平基因調(diào)控的分子機(jī)制是什么？不同水平基因調(diào)控的分子機(jī)制是什么？第2頁(yè)/共82頁(yè)一、

2、 真核基因組的一般構(gòu)造特點(diǎn) 在真核細(xì)胞中，一條成熟的在真核細(xì)胞中，一條成熟的mRNAmRNA鏈只能翻譯出鏈只能翻譯出一條多肽鏈，不存在原核生物中常見的多基因操縱子一條多肽鏈，不存在原核生物中常見的多基因操縱子形式。形式。 真核細(xì)胞真核細(xì)胞DNADNA都與組蛋白和大量非組蛋白相結(jié)都與組蛋白和大量非組蛋白相結(jié)合，只有一小部分合，只有一小部分DNADNA是裸露的。是裸露的。 高等真核細(xì)胞高等真核細(xì)胞DNADNA中很大部分是不轉(zhuǎn)錄的，大部分中很大部分是不轉(zhuǎn)錄的，大部分真核細(xì)胞的基因中間還存在不被翻譯的內(nèi)含子。真核細(xì)胞的基因中間還存在不被翻譯的內(nèi)含子。 真核生物能夠有序地根據(jù)生長(zhǎng)發(fā)育階段的需要進(jìn)真核生物

3、能夠有序地根據(jù)生長(zhǎng)發(fā)育階段的需要進(jìn)行行DNADNA片段重排，還能在需要時(shí)增加細(xì)胞內(nèi)某些基因片段重排，還能在需要時(shí)增加細(xì)胞內(nèi)某些基因的拷貝數(shù)。的拷貝數(shù)。第3頁(yè)/共82頁(yè) 在真核生物中，基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)相對(duì)較大，在真核生物中，基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)相對(duì)較大，它們可能遠(yuǎn)離啟動(dòng)子達(dá)幾百個(gè)甚至上千個(gè)堿基對(duì)，它們可能遠(yuǎn)離啟動(dòng)子達(dá)幾百個(gè)甚至上千個(gè)堿基對(duì)，這些調(diào)節(jié)區(qū)一般通過(guò)改變整個(gè)所控制基因這些調(diào)節(jié)區(qū)一般通過(guò)改變整個(gè)所控制基因5 5上游區(qū)上游區(qū)DNADNA構(gòu)型來(lái)影響它與構(gòu)型來(lái)影響它與RNARNA聚合酶的結(jié)合能力。聚合酶的結(jié)合能力。 真核生物的真核生物的RNARNA在細(xì)胞核中合成，只有經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)在細(xì)胞核中合成，只有經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)

4、穿過(guò)核膜，到達(dá)細(xì)胞質(zhì)后，才能被翻譯成蛋白質(zhì)，穿過(guò)核膜，到達(dá)細(xì)胞質(zhì)后，才能被翻譯成蛋白質(zhì)，原核生物中不存在這樣嚴(yán)格的空間間隔。原核生物中不存在這樣嚴(yán)格的空間間隔。 許多真核生物的基因只有經(jīng)過(guò)復(fù)雜的成熟和剪許多真核生物的基因只有經(jīng)過(guò)復(fù)雜的成熟和剪接過(guò)程（接過(guò)程（maturation and splicingmaturation and splicing），才能順），才能順利地翻譯成蛋白質(zhì)。利地翻譯成蛋白質(zhì)。第4頁(yè)/共82頁(yè)二、基本概念二、基本概念（一）基因家族（一）基因家族（gene family)gene family)真核生物的基因組中有很多來(lái)源相同、結(jié)構(gòu)相似、真核生物的基因組中有很多來(lái)源相同

5、、結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的基因，將這些基因稱為功能相關(guān)的基因，將這些基因稱為基因家族基因家族。 同一家族中的成員有時(shí)緊密地排列在一起，成為一同一家族中的成員有時(shí)緊密地排列在一起，成為一個(gè)個(gè)基因簇基因簇(gene cluster)(gene cluster) 。如：編碼組蛋白、免疫球蛋白和血紅蛋白的基因都如：編碼組蛋白、免疫球蛋白和血紅蛋白的基因都屬于基因家族屬于基因家族第5頁(yè)/共82頁(yè)1 1、簡(jiǎn)單多基因家族、簡(jiǎn)單多基因家族簡(jiǎn)單多基因家族中的基因一般以串聯(lián)方式前后相連。簡(jiǎn)單多基因家族中的基因一般以串聯(lián)方式前后相連。16S tRNA 23S 5S17S tRNA 25S 5S16S tRNA 23S

6、5S甲基化切割核酸酶降解1 1 2 1 1 3 3細(xì)菌中rRNA基因家族各成員的分布與成熟過(guò)程分析pre-rRNA甲基第6頁(yè)/共82頁(yè)The eukaryotic ribosomal DNA repeating unit第7頁(yè)/共82頁(yè)2 2、復(fù)雜多基因家族、復(fù)雜多基因家族復(fù)雜多基因家族一般由幾個(gè)相關(guān)基因家族構(gòu)成，基因家族之間由間隔序列隔開，并作為獨(dú)立的轉(zhuǎn)錄單位?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)存在不同形式的復(fù)雜多基因家族。Organization of histone genes in the animal genome果蠅海膽6000bp第8頁(yè)/共82頁(yè)3、發(fā)育調(diào)控的復(fù)雜多基因家族 如：血紅蛋白基因發(fā)育階段組成胚

7、胎期（8周以前） 22、 22和2 2胎兒期（8-41周） 2 2成人期（出生以前） 2 2 和22 不同發(fā)育階段血紅蛋白亞型第9頁(yè)/共82頁(yè) -鏈R1 S1 R2 S2 R3 S3 G A 胚胎 胎兒 成體R1、R2、R3分別為調(diào)控序列 血紅蛋白的調(diào)控序列如R1、R2、R3與編碼序列分別被S1、S2、S3隔開，因此不能表達(dá)。 在胚胎發(fā)育早期，間隔序列S1缺失，使R1與相連，表達(dá)。 在胎兒期，間隔序列S2缺失，使R2與相連，表達(dá) 。 在成人期，間隔序列S3缺失，使R3與或相連， 或表達(dá)。 S1、S2、S3的切除及R系列與編碼序列的重組與個(gè)體發(fā)育階段有關(guān)，因此在發(fā)育不同階段血紅蛋白組成不同。第1

8、0頁(yè)/共82頁(yè)（二）斷裂基因 基因的編碼序列在DNA分子上是不連續(xù)的，為非編碼序列所隔開，其中編碼的序列稱為外顯子，非編碼序列稱內(nèi)含子。外顯子(Exon) ：真核細(xì)胞基因DNA中的編碼序列，這些序列被轉(zhuǎn)錄成RNA并進(jìn)而翻譯為蛋白質(zhì)。內(nèi)含子(Intron) ：真核細(xì)胞基因DNA中的間插序列，這些序列被轉(zhuǎn)錄成RNA，但隨即被剪除而不翻譯。 第11頁(yè)/共82頁(yè)1、外顯子與內(nèi)含子的連接區(qū) 指外顯子和內(nèi)含子的交界或稱邊界序列，它有兩個(gè)重要特征： 內(nèi)含子的兩端序列之間沒有廣泛的同源性 連接區(qū)序列很短，高度保守，是RNA剪接的信號(hào)序列 5GTAG 3第12頁(yè)/共82頁(yè)2、外顯子與內(nèi)含子的可變調(diào)控 組成型剪接

9、：一個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物通過(guò)剪接只能產(chǎn)生一種成熟的mRNA。如：肌紅蛋白重鏈基因，（41個(gè)外顯子） 選擇性剪接：同一基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物由于不同的剪接方式形成不同mRNA。如;小鼠淀粉酶基因 第13頁(yè)/共82頁(yè) PS 外顯子 S PL 外顯子 L 外顯子 2 外顯子 3 DNA 50b 2800bp 161bp 4500bp 205bp 327bp 初始轉(zhuǎn)錄本： 在唾腺中轉(zhuǎn)錄 成熟 mRNA： 1663nt 初始轉(zhuǎn)錄本： 在肝中轉(zhuǎn)錄 成熟 mRNA： 1773nt 圖 18-57 小鼠淀粉酶(amy) 基因利用不同啟動(dòng)子產(chǎn)生兩個(gè)不同的 mRNA第14頁(yè)/共82頁(yè)第二節(jié)第二節(jié) 真核生物基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)和

10、種類真核生物基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)和種類一、真核生物基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)1、RNA聚合酶 2、多層次3、個(gè)體發(fā)育復(fù)雜4、活性染色體結(jié)構(gòu)變化：對(duì)核酸酶敏感 、DNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化 、DNA堿基修飾變化 、組蛋白變化 5、正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)6、轉(zhuǎn)錄與翻譯間隔進(jìn)行 7、轉(zhuǎn)錄后修飾、加工 第15頁(yè)/共82頁(yè)二、真核生物基因表達(dá)調(diào)控的種類：根據(jù)其性質(zhì)可分為兩大類：一是瞬時(shí)調(diào)控或稱為可逆性調(diào)控，它相當(dāng)于原核細(xì)胞對(duì)環(huán)境條件變化所做出的反應(yīng)。瞬時(shí)調(diào)控包括某種底物或激素水平升降時(shí)，及細(xì)胞周期不同階段中酶活性和濃度的調(diào)節(jié)。二是發(fā)育調(diào)控或稱不可逆調(diào)控，是真核基因調(diào)控的精髓部分，它決定了真核細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、發(fā)育的全部進(jìn)程。根據(jù)基

11、因調(diào)控在同一事件中發(fā)生的先后次序又可分為：DNA水平調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控翻譯水平調(diào)控蛋白質(zhì)加工水平的調(diào)控第16頁(yè)/共82頁(yè)第三節(jié)第三節(jié) 真核生物真核生物DNADNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控水平上的基因表達(dá)調(diào)控基因丟失基因丟失基因擴(kuò)增基因擴(kuò)增基因重排基因重排DNA甲基化狀態(tài)與調(diào)控甲基化狀態(tài)與調(diào)控染色體結(jié)構(gòu)與調(diào)控染色體結(jié)構(gòu)與調(diào)控第17頁(yè)/共82頁(yè)一、基因丟失：在細(xì)胞分化過(guò)程中，可以通過(guò)丟失掉某些基因而去除這些基因的活性。某些原生動(dòng)物、線蟲、昆蟲和甲殼類動(dòng)物在個(gè)體發(fā)育中，許多體細(xì)胞常常丟失掉整條或部分的染色體，只有將來(lái)分化產(chǎn)生生殖細(xì)胞的那些細(xì)胞一直保留著整套的染色體。目前，在高等真核生物（包括

12、動(dòng)物、植物）中尚未發(fā)現(xiàn)類似的基因丟失現(xiàn)象。第18頁(yè)/共82頁(yè) 馬蛔蟲受精卵中只有一對(duì)染色體（2n=2). 馬蛔蟲的生殖細(xì)胞保存著個(gè)體發(fā)育必需的全部基因（完整基因組）。在體細(xì)胞分化中，染色體破碎成很多片段所謂小染色體。小染色體中具有著絲點(diǎn)的在細(xì)胞分裂中得以保存，不具著絲點(diǎn)的片段在細(xì)胞分裂中不能分配到子代細(xì)胞中，即丟失，造成體細(xì)胞基因丟失，從而決定了細(xì)胞的分化方向。 昆蟲：例如，小麥癭蚊在個(gè)體發(fā)育中也有類似的部分染色體丟失的現(xiàn)象。 許多原生動(dòng)物有兩種類型的核：小核（micronucleus)和大核（macronucleus)。 生殖細(xì)胞只有小核。在細(xì)胞分化時(shí)，小核經(jīng)歷各種變化：小核小核（含有全部無(wú)

13、活性DNA為未來(lái)的生殖細(xì)胞保存遺傳信息）大核（DNA分子具有轉(zhuǎn)錄活性）第19頁(yè)/共82頁(yè) 大核形成過(guò)程：生殖過(guò)程中的小核DNA分化中被切割成5002000bp的線形片段大部分降解小部分復(fù)制17000種/1000拷貝建成大核結(jié)果：大核DNA 的量是小核的幾百倍，而種類丟失了一半。 蜜蜂工蜂和蜂皇是二倍體，孤雌生殖的單倍體則發(fā)育成雄蜂。第20頁(yè)/共82頁(yè)蛙受精卵 高等真核生物是否有基因丟失？高等真核生物是否有基因丟失？ 有實(shí)驗(yàn)證明未丟失。核代換實(shí)驗(yàn)：去核去核卵蝌蚪腸細(xì)胞含有腸細(xì)胞核的受精卵發(fā)育健全的蛙取核第21頁(yè)/共82頁(yè)二、基因擴(kuò)增：基因擴(kuò)增是指某些基因的拷貝數(shù)專一性增大的現(xiàn)象，它使得細(xì)胞在短期

14、內(nèi)產(chǎn)生大量的基因產(chǎn)物以滿足生長(zhǎng)發(fā)育的需要，是基因活性調(diào)控的一種方式。如非洲爪蟾體細(xì)胞中rDNA的基因擴(kuò)增是因發(fā)育需要而出現(xiàn)的基因擴(kuò)增現(xiàn)象。第22頁(yè)/共82頁(yè) 果蠅的不切離的多次復(fù)制使基因擴(kuò)增。 果蠅在卵巢成熟之前，卵巢顆粒細(xì)胞中的卵殼蛋白基因被擴(kuò)增。果蠅的卵母細(xì)胞經(jīng)過(guò)4次分裂，形成： 1個(gè)卵母細(xì)胞 15個(gè)營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞（為卵母細(xì)胞提供營(yíng)養(yǎng)蛋白質(zhì)及其它大分子）。 大量蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)合成原因？營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞通過(guò)胞漿橋與卵細(xì)胞相連，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)順利進(jìn)入正在增大的卵細(xì)胞。DNA 不切離的多次擴(kuò)增。多邊復(fù)制復(fù)制泡的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)第23頁(yè)/共82頁(yè)三、基因重排： 將一個(gè)基因從遠(yuǎn)離啟動(dòng)子的地方移到距它很近的位點(diǎn)從而啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄，這

15、種方式被稱為基因重排。 通過(guò)基因重排調(diào)節(jié)基因活性的典型例子是免疫球蛋白結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。 V V V D D D J J J C CV DJ C免疫球蛋白重鏈基因片段重排與組織特異性表達(dá)免疫球蛋白重鏈基因片段重排與組織特異性表達(dá)第24頁(yè)/共82頁(yè)第25頁(yè)/共82頁(yè)酵母的交配型轉(zhuǎn)換酵母的交配型轉(zhuǎn)換HML MATa HMRaHML MATa HMRaHML MAT HMRa基因轉(zhuǎn)換核酸內(nèi)切酶HO第26頁(yè)/共82頁(yè)四、DNA的甲基化與基因調(diào)控：1、DNA的甲基化第27頁(yè)/共82頁(yè)在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出現(xiàn)在CpG序列、CpXpG、CCA/TGG和GATC中 CpG二核苷酸通常成串出現(xiàn)在DNA

16、上，CpG島 第28頁(yè)/共82頁(yè) 真核生物細(xì)胞內(nèi)存在兩種甲基化酶活性：日常型甲基轉(zhuǎn)移酶 從頭合成型甲基轉(zhuǎn)移酶 第29頁(yè)/共82頁(yè)2 2、DNADNA甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)理甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)理 DNADNA甲基化導(dǎo)致某些區(qū)域甲基化導(dǎo)致某些區(qū)域DNADNA構(gòu)象變化，從而影響了蛋白質(zhì)與構(gòu)象變化，從而影響了蛋白質(zhì)與DNADNA的相互作用，抑制了轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)區(qū)的相互作用，抑制了轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)區(qū)DNADNA的結(jié)合效率。的結(jié)合效率。 5-5-甲基胞嘧啶在甲基胞嘧啶在DNADNA上并不是隨機(jī)分布的，基因的上并不是隨機(jī)分布的，基因的5 5和和3 3端往往富含甲基化位點(diǎn)，而啟動(dòng)區(qū)端往往富含甲基化位點(diǎn)，而啟

17、動(dòng)區(qū)DNADNA分子的甲基化分子的甲基化密度與基因受抑制的程度密切相關(guān)。（見下圖）密度與基因受抑制的程度密切相關(guān)。（見下圖）第30頁(yè)/共82頁(yè)第31頁(yè)/共82頁(yè)表8- 1 甲基化修飾對(duì)轉(zhuǎn)錄的影響CpG密度 低（28/1.4kb） 高（141/1.5kb） 1/10 低（26/3.3kb)HhaI低水平甲基化 0 0 +（HhaI）（24mCpG/1.5kb）SssI全部甲基化 +（SssI） +（SssI） +（SssI）基因?qū)際ela細(xì)胞完全甲基化基因是否表達(dá) 小鼠-珠蛋白基因 人-珠蛋白基因 人-珠蛋白基因啟動(dòng)區(qū)裝上增強(qiáng)子序列 表達(dá) 表達(dá) (部分） 不表達(dá)（完全） 表達(dá)第32頁(yè)/共82頁(yè)

18、甲基化還提高了該位點(diǎn)的突變頻率：甲基化還提高了該位點(diǎn)的突變頻率：5-mC5-mC主要出現(xiàn)在主要出現(xiàn)在5-CpG-35-CpG-3序列中，序列中， 5-mC5-mC脫氨后生脫氨后生成成T T，不易被識(shí)別和校正。，不易被識(shí)別和校正。如：在腦瘤、乳腺癌和直腸癌細(xì)胞中，如：在腦瘤、乳腺癌和直腸癌細(xì)胞中，p53p53基因第基因第273273位密碼子含位密碼子含CpGCpG序列，常由序列，常由CGTCGT突變?yōu)橥蛔優(yōu)镃ATCAT或或TGTTGT（ArgArgHisHis或或CysCys）。）。3.DNA甲基化與甲基化與X染色體失活染色體失活X X染色體的失活中心：染色體的失活中心：XicXic，失活的染色

19、體上絕大多，失活的染色體上絕大多數(shù)基因都處于關(guān)閉狀態(tài)，數(shù)基因都處于關(guān)閉狀態(tài)，DNADNA序列都高度甲基化。序列都高度甲基化。XistXist：只在失活的染色體上表達(dá)，而不在活性的：只在失活的染色體上表達(dá)，而不在活性的X X染色體上表達(dá)，該基因產(chǎn)物是一功能性染色體上表達(dá)，該基因產(chǎn)物是一功能性RNARNA分子。分子。第33頁(yè)/共82頁(yè) XistX染色體其他位點(diǎn)甲基化，不轉(zhuǎn)錄活性去甲基化，活性去甲基化，轉(zhuǎn)錄失活甲基化，失活Xist甲基化與X染色體失活第34頁(yè)/共82頁(yè)五、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因表達(dá)調(diào)控：常染色質(zhì)常染色質(zhì)（euchromatineuchromatin）-基因可以轉(zhuǎn)錄基因可以轉(zhuǎn)錄 異染色質(zhì)異染

20、色質(zhì)（hetrochromatinhetrochromatin）-基因不能轉(zhuǎn)錄基因不能轉(zhuǎn)錄 , 活性基因置于異染色質(zhì)內(nèi)會(huì)失活活性基因置于異染色質(zhì)內(nèi)會(huì)失活位置效應(yīng)位置效應(yīng)（Position effectPosition effect） ：指基因轉(zhuǎn)移到基因組：指基因轉(zhuǎn)移到基因組上新位置而引起基因表達(dá)的改變上新位置而引起基因表達(dá)的改變 活性染色質(zhì)由于核小體構(gòu)型發(fā)生構(gòu)象的改變，往往具活性染色質(zhì)由于核小體構(gòu)型發(fā)生構(gòu)象的改變，往往具有疏松的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)從而便于轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子與順式調(diào)控有疏松的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)從而便于轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子與順式調(diào)控元件結(jié)合和元件結(jié)合和RNARNA聚合酶在轉(zhuǎn)錄模板上滑動(dòng)。聚合酶在轉(zhuǎn)錄模板上滑動(dòng)。

21、第35頁(yè)/共82頁(yè)（一）DNase 的敏感性和基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄活躍區(qū)域?qū)怂崦傅拿舾卸仍黾?1、DNase超敏感位點(diǎn)（hypersensitive site）： 具有轉(zhuǎn)錄活性的基因周圍的DNA區(qū)域?qū)Nase降解高度敏感 。 2、特點(diǎn)： （1）一般在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)附近，即5 5啟動(dòng)子區(qū)域（2） 低甲基化區(qū)（3）不存在核小體結(jié)構(gòu)（4）裸露易與反式作用因子結(jié)合例：雞成紅細(xì)胞中-血紅蛋白基因與輸卵管中的卵清蛋白基因。第36頁(yè)/共82頁(yè)（二）兩棲動(dòng)物卵細(xì)胞減數(shù)分裂時(shí)的燈刷染色體第37頁(yè)/共82頁(yè)第四節(jié)第四節(jié) 真核生物轉(zhuǎn)錄水平上的基因表達(dá)調(diào)真核生物轉(zhuǎn)錄水平上的基因表達(dá)調(diào)控控一、真核基因轉(zhuǎn)錄（一）真核基因結(jié)構(gòu)“基

22、因”的分子生物學(xué)定義：產(chǎn)生一條多肽鏈或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。第38頁(yè)/共82頁(yè)（二）真核基因轉(zhuǎn)錄的主要成分1.1.啟動(dòng)子啟動(dòng)子2.2.轉(zhuǎn)錄模板轉(zhuǎn)錄模板3.RNA3.RNA聚合酶聚合酶IIII4.RNA4.RNA聚合酶聚合酶IIII基礎(chǔ)轉(zhuǎn)基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄所需的蛋白因子錄所需的蛋白因子（以（以“TFIITFII”表示）表示）第39頁(yè)/共82頁(yè)（二）順式作用元件（二）順式作用元件定義：影響自身基因表達(dá)活性的非編碼DNA序列。 例： 啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、沉默子等（1）啟動(dòng)子：在DNA分子中，RNA聚合酶能夠識(shí)別、結(jié)合并導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄起始的序列。核心啟動(dòng)子和上游啟動(dòng)子元件第40頁(yè)/共82頁(yè)第41頁(yè)/共82頁(yè)（

23、2 2）增強(qiáng)子：指能使與它連鎖的基因轉(zhuǎn)錄頻率明顯增加的DNA序列。第42頁(yè)/共82頁(yè)增強(qiáng)子特點(diǎn)：增強(qiáng)子特點(diǎn)： 增強(qiáng)效應(yīng)十分明顯，一般能使基因轉(zhuǎn)錄頻率增加10-200倍 增強(qiáng)效應(yīng)與其位置和取向無(wú)關(guān)，不論增強(qiáng)子以什么方向排列（53或35），甚至和靶基因相距3 kb，或在靶基因下游，均表現(xiàn)出增強(qiáng)效應(yīng)；第43頁(yè)/共82頁(yè)大多為重復(fù)序列，一般長(zhǎng)約50bp，適合與某些蛋白因子結(jié)合。其內(nèi)部常含有一個(gè)核心序列：（G）TGGA/TA/TA/T（G），該序列是產(chǎn)生增強(qiáng)效應(yīng)時(shí)所必需的； 增強(qiáng)效應(yīng)有嚴(yán)密的組織和細(xì)胞特異性，說(shuō)明增強(qiáng)子只有與特定的蛋白質(zhì)（轉(zhuǎn)錄因子）相互作用才能發(fā)揮其功能；第44頁(yè)/共82頁(yè) 沒有基因?qū)Ｒ?/p>

24、性，可以在不同的基因組合上表現(xiàn)增強(qiáng)效應(yīng)； 許多增強(qiáng)子還受外部信號(hào)的調(diào)控，如金屬硫蛋白的基因啟動(dòng)區(qū)上游所帶的增強(qiáng)子，就可以對(duì)環(huán)境中的鋅、鎘濃度做出反應(yīng)。第45頁(yè)/共82頁(yè)增強(qiáng)子作用增強(qiáng)子作用機(jī)理：機(jī)理：第46頁(yè)/共82頁(yè)（三）反式作用因子 1、定義：能直接或間接地識(shí)別或結(jié)合在各類順式作用元件核心序列上，參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的蛋白質(zhì)。TFD（TATA）、CTF（CAAT）、SP1（GGGCGG）、HSF（熱激蛋白啟動(dòng)區(qū)）第47頁(yè)/共82頁(yè) 2、 反式作用因子對(duì)轉(zhuǎn)錄的影響 真核生物啟動(dòng)子和增強(qiáng)子是由若干可以區(qū)分的DNA序列組成的，由于它們和特定的功能基因連鎖在一起，因此稱為順式作用元件。順式作用元

25、件。 真核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控大多是通過(guò)順式作用元件和反式作用因子復(fù)雜的相互作用而實(shí)現(xiàn)的，下面介紹的是與順式作用成分專一性結(jié)合的一些轉(zhuǎn)錄因子。一般認(rèn)為，如果某個(gè)蛋白是體外轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)中起始RNA合成所必需的，它就是轉(zhuǎn)錄復(fù)合體的一部分。 根據(jù)各個(gè)蛋白質(zhì)成分在轉(zhuǎn)錄中的作用，能將整個(gè)復(fù)合體分為3 3部分部分： 第48頁(yè)/共82頁(yè) 參與所有或某些轉(zhuǎn)錄階段的RNA聚合酶亞基，不具有基因特異性。 與轉(zhuǎn)錄的起始或終止有關(guān)的輔助因子，也不具有基因特異性。 與特異調(diào)控序列結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子。它們中有些被認(rèn)為是轉(zhuǎn)錄復(fù)合體的一部分，因?yàn)樗谢虼蟛糠只虻膯?dòng)子區(qū)含有這一特異序列，如TATA區(qū)和TFIID，更多的則是基因或啟動(dòng)子特異

26、性結(jié)合調(diào)控蛋白，它們是起始某個(gè)（類）基因轉(zhuǎn)錄所必需的。第49頁(yè)/共82頁(yè)3 3、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域連接區(qū)第50頁(yè)/共82頁(yè)（1） DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域基序 a. Helix-turn-helix（螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋）。 是最早發(fā)現(xiàn)于原核生物中的一個(gè)關(guān)鍵因子，該結(jié)構(gòu)域長(zhǎng)約20個(gè)aa，主要是兩個(gè)-螺旋區(qū)和將其隔開的轉(zhuǎn)角。其中的一個(gè)被稱為識(shí)別螺旋區(qū)，因?yàn)樗３в袛?shù)個(gè)直接與DNA序列相識(shí)別的氨基酸。 第51頁(yè)/共82頁(yè) b. Zinc finger（鋅指） 重復(fù)的鋅指結(jié)構(gòu)都是重復(fù)的鋅指結(jié)構(gòu)都是一個(gè)螺旋與反向平行的片層一個(gè)螺旋與反向平行的片層的基部以鋅原子為中心，通的基部以鋅原子

27、為中心，通過(guò)與一對(duì)半胱氨酸和一對(duì)組過(guò)與一對(duì)半胱氨酸和一對(duì)組氨酸之間形成配位鍵相連接，氨酸之間形成配位鍵相連接，鋅指環(huán)上突出的賴氨酸和精鋅指環(huán)上突出的賴氨酸和精氨酸參與氨酸參與DNADNA的結(jié)合。的結(jié)合。 長(zhǎng)約長(zhǎng)約3030個(gè)個(gè)aaaa，其中，其中4 4個(gè)個(gè)氨基酸（氨基酸（4 4個(gè)個(gè)CysCys或或2 2個(gè)個(gè)CysCys，2 2個(gè)個(gè)HisHis）與一個(gè)）與一個(gè)ZincZinc原子相原子相結(jié)合。與結(jié)合。與ZincZinc結(jié)合后鋅指結(jié)結(jié)合后鋅指結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定。構(gòu)較穩(wěn)定。 第52頁(yè)/共82頁(yè)具有具有4Cys4Cys的鋅指序列：的鋅指序列：Cys-X2-Cys-X13-Cys-X2-Cys,這一結(jié)構(gòu)被稱為Cy

28、s2/Cys2鋅指。具有Cys2/Cys2鋅指的轉(zhuǎn)錄因子蛋白相對(duì)分子量鋅指數(shù)靶序列皮質(zhì)糖受體 9.4 X104 2 GRE中20bp雌激素受體 6.6 X104 2 ERE中20bpGAL4 9.9 X104 1 UASC中17bp腺病毒E1A 3.0 X104 1 ？ 第53頁(yè)/共82頁(yè) c. Leucine zippers（亮氨酸拉鏈）是親脂性（amphipathic）的螺旋，包含有許多集中在螺旋一邊的疏水氨基酸，兩條多肽鏈以此形成二聚體。每隔6個(gè)殘基出現(xiàn)一個(gè)亮氨酸。由賴氨酸（Lys）和精氨酸（Arg）組成DNA結(jié)合區(qū)。 第54頁(yè)/共82頁(yè)第55頁(yè)/共82頁(yè) e. 堿性-螺旋-環(huán)-螺旋（b

29、asic helix-loop-helix）該調(diào)控區(qū)長(zhǎng)約5050個(gè)aaaa殘基，同時(shí)具有DNADNA結(jié)合和形成蛋白質(zhì)二聚體的功能，其主要特點(diǎn)是可形成兩個(gè)親脂性-螺旋，兩個(gè)螺旋之間由環(huán)狀結(jié)構(gòu)相連，其DNADNA結(jié)合功能是由一個(gè)較短的富堿性氨基酸區(qū)所決定的。第56頁(yè)/共82頁(yè)8-25第57頁(yè)/共82頁(yè) c. Homeodomain（同源域） 最早來(lái)自控制軀體發(fā)育的基因，長(zhǎng)約60個(gè)氨基酸，其中的DNA結(jié)合區(qū)與 helix-turn-helix motif相似，人們把該DNA序列稱為homeobox。主要與DNA大溝相結(jié)合。 第58頁(yè)/共82頁(yè)（2）DNA結(jié)合蛋白主要轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域 轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄

30、激活結(jié)構(gòu)域（transcription activation domains）一般由20-100個(gè)氨基酸殘基組成。如GAL4分子中有2個(gè)這種結(jié)構(gòu)域，分別位于多肽鏈的第147-196位和第768-881位；GCN4的轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域位于多肽鏈的第106-125位。a. 酸性-螺旋(acidic -helix)該結(jié)構(gòu)域含有由酸性氨基酸殘基組成的保守序列，多呈帶負(fù)電荷的親脂性-螺旋，包含這種結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄因子有GAL4、GCN4、糖皮質(zhì)激素受體和AP-1/Jun等。增加激活區(qū)的負(fù)電荷數(shù)能提高激活轉(zhuǎn)錄的水平?？赡苁峭ㄟ^(guò)非特異性的相互作用與轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物上的TFIID等因子結(jié)合生成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)錄復(fù)合物而促進(jìn)轉(zhuǎn)錄

31、。 第59頁(yè)/共82頁(yè) b. 谷氨酰胺豐富區(qū)(glutamine-rich domain)SP1的N末端含有2個(gè)主要的轉(zhuǎn)錄激活區(qū)，氨基酸組成中有25%的谷氨酰胺，很少有帶電荷的氨基酸殘基。酵母的HAP1、HAP2和GAL2及哺乳動(dòng)物的OCT-1、OCT-2、Jun、AP2和SRF也含有這種結(jié)構(gòu)域。 C.脯氨酸豐富區(qū)(proline-rich domain)CTF家族（包括CTF-1、CTF-2、CTF-3）的C末端與其轉(zhuǎn)錄激活功能有關(guān)，含有20%-30%的脯氨酸殘基。 第60頁(yè)/共82頁(yè)第五節(jié) 其他水平的調(diào)控一、RNA的加工成熟1.rRNA和tRNA的加工成熟第61頁(yè)/共82頁(yè)4-30第62頁(yè)

32、/共82頁(yè)4-31第63頁(yè)/共82頁(yè)2.mRNA的加工成熟（1）5 末端加帽子（2）3 末端加 poly(A)尾巴（3）RNA的剪接（4）核苷酸的甲基化修飾hnRNA是mRNA的前體。第64頁(yè)/共82頁(yè)證據(jù)：在真核生物細(xì)胞核中發(fā)現(xiàn)存在代謝十分活躍、平均相對(duì)分子質(zhì)量為2x107，長(zhǎng)度不均一的RNA，而細(xì)胞質(zhì)中平均相對(duì)分子質(zhì)量為1.5x106。hnRNA很不穩(wěn)定，半衰期只有5-15min。用放射性同位素做脈沖標(biāo)記證明，75%被標(biāo)記的RNA是hnRNA。這些標(biāo)記的RNA大部分位于細(xì)胞核內(nèi)，只有10%進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，所以認(rèn)為它是mRNA的前體。hnRNA占全部RNA的3%，說(shuō)明它一經(jīng)誕生就立即發(fā)生了加工變

33、化，不會(huì)長(zhǎng)久積累下來(lái)。hnRNA3端也帶有polyA。加入dAR（脫氧腺嘌呤核苷）抑制polyA的生物合成，hnRNA和mRNA的合成都受到抑制。第65頁(yè)/共82頁(yè)3、真核基因轉(zhuǎn)錄后加工的多樣性（1）簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)錄單位 第66頁(yè)/共82頁(yè)（2） 復(fù)雜轉(zhuǎn)錄單位 含有復(fù)雜轉(zhuǎn)含有復(fù)雜轉(zhuǎn)錄單位的主要是一錄單位的主要是一些編碼組織和發(fā)育些編碼組織和發(fā)育特異性蛋白質(zhì)的基特異性蛋白質(zhì)的基因，它們除了含有因，它們除了含有數(shù)量不等的內(nèi)含子數(shù)量不等的內(nèi)含子以外，其初級(jí)轉(zhuǎn)錄以外，其初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物能通過(guò)多種不產(chǎn)物能通過(guò)多種不同方式加工成兩個(gè)同方式加工成兩個(gè)或兩個(gè)以上的或兩個(gè)以上的mRNAmRNA。 第67頁(yè)/共82頁(yè)利用多個(gè)

34、5端轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)或剪接位點(diǎn)產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì) 1 2 3 4 5 6 71 2 3 4 5 6 71 3 4 5 6 7第68頁(yè)/共82頁(yè) 利用多個(gè)加polypoly（A A）位點(diǎn)和不同的剪接方式產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)。降鈣素降鈣素相關(guān)蛋白如：大鼠降鈣素基因如：大鼠降鈣素基因第69頁(yè)/共82頁(yè)二、翻譯水平的調(diào)控（1）真核生物mRNA的“掃描模式”與蛋白質(zhì)合成的起始 調(diào)查第一個(gè)AUG前后序列發(fā)現(xiàn)，絕大部分都是A/G NNAUGG（2） mRNA5末端帽子結(jié)構(gòu)的識(shí)別與蛋白質(zhì)合成第70頁(yè)/共82頁(yè)（3）mRNA穩(wěn)定性控制 真核生物能否長(zhǎng)時(shí)間、及時(shí)地利用成熟的真核生物能否長(zhǎng)時(shí)間、及時(shí)地利用成熟的mRNAmRN

35、A分子翻譯出蛋白質(zhì)以供生長(zhǎng)、發(fā)育的需要，分子翻譯出蛋白質(zhì)以供生長(zhǎng)、發(fā)育的需要，是和是和mRNAmRNA的穩(wěn)定性以及屏蔽狀態(tài)的解除相關(guān)的。的穩(wěn)定性以及屏蔽狀態(tài)的解除相關(guān)的。 原核生物原核生物mRNAmRNA的半衰期很短，平均大約的半衰期很短，平均大約3min3min。高等真核生物迅速生長(zhǎng)的細(xì)胞中。高等真核生物迅速生長(zhǎng)的細(xì)胞中mRNAmRNA的的半衰期平均半衰期平均3h3h。在高度分化的終端細(xì)胞中許多。在高度分化的終端細(xì)胞中許多mRNAmRNA極其穩(wěn)定，有的壽命長(zhǎng)達(dá)數(shù)天。極其穩(wěn)定，有的壽命長(zhǎng)達(dá)數(shù)天。 第71頁(yè)/共82頁(yè) 轉(zhuǎn)運(yùn)鐵蛋白受體（TfR）和鐵蛋白負(fù)責(zé)鐵吸收和鐵解毒。這兩個(gè)mRNA上存在相似的

36、順式作用元件，稱為鐵應(yīng)答元件鐵應(yīng)答元件（iron response element，IRE）。 IRE與IREIRE結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白（IREBP）相互作用控制了這兩個(gè)mRNA的翻譯效率。當(dāng)細(xì)胞缺鐵時(shí)，IREBP與IRE具有高親和力，兩者的結(jié)合有效地阻止了鐵蛋白mRNA的翻譯，與此同時(shí)，TfR mRNA上3非翻譯區(qū)中的IRE也與IREBP特異結(jié)合，有效地阻止了TfR mRNA的降解，促進(jìn)TfR蛋白的合成。 第72頁(yè)/共82頁(yè)第73頁(yè)/共82頁(yè)4. 蛋白質(zhì)因子的修飾與翻譯起始調(diào)控 （1） eIF-2eIF-2磷酸化對(duì)翻譯起始的影響磷酸化對(duì)翻譯起始的影響 用兔網(wǎng)織紅細(xì)胞粗抽提液研究蛋白質(zhì)合成時(shí)發(fā)用兔網(wǎng)織紅細(xì)胞粗抽提液研究蛋白質(zhì)合成時(shí)發(fā)現(xiàn)，如果不向這一體系中添加氯高鐵血紅素，網(wǎng)織現(xiàn)，如果不向這一體系中