W細(xì)胞分化與基因表達(dá)調(diào)控

1、 第十二章 細(xì)胞分化與基因表達(dá)調(diào)控第一節(jié) 細(xì)胞分化一、細(xì)胞分化的基本概念： 1. 什么是細(xì)胞分化？（細(xì)胞 differntiaton） 由受精卵開始在胚胎發(fā)育中演變出各種類型的組織細(xì)胞，細(xì)胞之間的形態(tài)，結(jié)構(gòu)和功能都發(fā)生了穩(wěn)定的差異變化，這種差異形成過程被稱為細(xì)胞分化。 胚胎發(fā)育及個體發(fā)育都是通過高度精確有序的細(xì)胞分化過程來實(shí)現(xiàn)的。 例1：原腸胚期三個胚層的發(fā)育趨勢。 例2：紅骨髓中的多能造血干細(xì)胞分化。 2. 細(xì)胞分化特點(diǎn)： 細(xì)胞分化是穩(wěn)定單向演變的，一般來說是不會逆轉(zhuǎn)的； 分化的方向和程序都是預(yù)見確定的，例鱗翅目，雙翅目昆蟲的變態(tài)發(fā)育，幼蟲體節(jié)中有不同的成蟲盤（or稱器官芽）人工誘發(fā)使果蟲蠅

2、某個成蟲盤突變，羽化后將出現(xiàn)某種organ畸變，如“觸角足”，現(xiàn)已知成蟲盤的細(xì)胞分化由一系列的“同源異源盒型基因”hemeobox 基因Hoxs調(diào)控。 細(xì)胞生理狀態(tài)常隨分化程度而改變：例分化程度增多，對電離輻射的耐受能力亦增強(qiáng)。二、細(xì)胞分化中發(fā)育潛能變化： 1. 發(fā)育潛能的演變規(guī)律： 多能干細(xì)胞單能干細(xì)胞終末分化細(xì)胞。 全 能 性 ( t o t i p o t e n u y ) 多 能 性(pluripotercy)單能性(rwonopoency)。 動物個體發(fā)育中隨著細(xì)胞分化程度深入使其發(fā)育潛能逐漸變窄，變專一性。 例成熟紅細(xì)胞是高度分化，是發(fā)育到盡頭了，因此稱為終端分化細(xì)胞or稱特化細(xì)

3、胞。 2. 發(fā)育潛能演變機(jī)制的探討： weismann根據(jù)馬蛔蟲及小麥，癭蚊胚胎中發(fā)現(xiàn)chr消減現(xiàn)象(chromosome diminutin)，提出“體細(xì)胞分化是由于遺傳特質(zhì)丟失造成的，每一種組織只保留了其專有遺傳物質(zhì)”的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)。 20世紀(jì)60-70年代，植物組織體外培養(yǎng)能發(fā)育成完整植株，證實(shí)高度分化的植物組織細(xì)胞仍keep全能性，亦證明，細(xì)胞分化過程中并沒有丟失遺傳物質(zhì)。 3. 發(fā)育潛能與動物克?。?clone： 無性繁殖系 cloning 無性繁殖（純系）方式三、胞核移植證實(shí)了animal特化細(xì)胞的細(xì)胞核，仍保持全能性： 動物成體上高度分化細(xì)胞整體已不具備全能性，但其細(xì)胞核仍保持有該物

4、種遺傳特性必須的全套基因組，即細(xì)胞核仍具有全能性的遺傳基礎(chǔ)。 2個有關(guān)的認(rèn)識論難點(diǎn)： 既然動物特化細(xì)胞的細(xì)胞核仍保持有全能性，那么為什么說動物的發(fā)育潛能都是隨著細(xì)胞分化的深入而越變越窄呢？ 既然動物特化細(xì)胞的細(xì)胞核仍保持著全能性，那么又為什么動物特化細(xì)胞的整體卻表現(xiàn)為喪失了全能性呢？四、細(xì)胞分化與基因時空表達(dá)： 1. 差別基因表達(dá)和基因時空表達(dá)： 同一個體中不同組織(tissue)細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞分化的進(jìn)程與方向的決定，歸根結(jié)底就是在于嚴(yán)格按照一定的遺傳程序發(fā)生了差別基因表達(dá)。 管家基因 （house keeping基因） ； 奢侈基因 （huxury 基因） 組織特異性基因。 通常結(jié)構(gòu)基因都是受

5、著嚴(yán)格的時空表達(dá)調(diào)控，從而導(dǎo)致基因組完成相同的不同組織細(xì)胞的顯形（phenotype）上發(fā)生差異變化，引起細(xì)胞分化，這被稱為差別基因表達(dá)（differential gene express）。 e.g.: 成人血紅蛋白是22，胚胎是22，胎兒是2r2。 這種基因時空表達(dá)調(diào)控的實(shí)質(zhì)，是由有限的少量調(diào)控蛋白以組合調(diào)控方式來順序啟動眾多特異細(xì)胞的分化，即關(guān)鍵調(diào)控蛋白先啟動部分特異基因的表達(dá)（express），誘導(dǎo)部分細(xì)胞分化，而被啟動的基因表達(dá)產(chǎn)物又成為其他基因的調(diào)控啟動因子，從而誘導(dǎo)更多的細(xì)胞走向分化，最終由這種級聯(lián)方式啟動分化構(gòu)成有序的三維細(xì)胞群體，導(dǎo)致了器官（organ）形成， e.g.: 對

6、果蠅眼基因轉(zhuǎn)導(dǎo)入早期發(fā)育細(xì)胞，居然誘導(dǎo)其腿部形成了眼。 理論推算，n個調(diào)控蛋白的組合調(diào)控可級聯(lián)啟動2n個分化細(xì)胞類型。 2. 細(xì)胞分化程度與基因時空表達(dá)的關(guān)系： 高度分化細(xì)胞：盡管其細(xì)胞核中仍具有完整的基因，但依照基因時空表達(dá)的程序表，它還能發(fā)生差別基因表達(dá)的可能性已極少了。 所以該特化細(xì)胞的發(fā)育潛能已變得十分有限了。 五、細(xì)胞質(zhì)在細(xì)胞分化中的重要作用: 1. 動物特化細(xì)胞全能性喪失的原因: 細(xì)胞全能性細(xì)胞核全能性+細(xì)胞質(zhì)全能發(fā)育base 眾多試驗(yàn)證明了動物特化細(xì)胞本身的細(xì)胞質(zhì)是喪失了發(fā)育潛能的，只有細(xì)胞核移植到具有全能性發(fā)育潛能的卵細(xì)胞質(zhì)中，才有了能實(shí)現(xiàn)整個雜交細(xì)胞的全能性，這就是該問題的癥

7、結(jié)。2. 動物卵細(xì)胞質(zhì)對細(xì)胞分化的調(diào)控 胚胎學(xué)家發(fā)現(xiàn)受精卵中，從動物極到植物極之間的卵細(xì)胞質(zhì)呈現(xiàn)分區(qū)現(xiàn)象，其中物質(zhì)的不均一性決定了隨后卵裂細(xì)胞的不同分化命運(yùn)。 決定子性細(xì)胞決定子 生殖質(zhì)、極質(zhì)3. 細(xì)胞分化決定子的分子性質(zhì)： 細(xì)胞分化決定子實(shí)質(zhì)是來源于母體的遺傳調(diào)控。 信息是貯存在成熟卵母細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)中的多種類型的隱蔽mRNA（masked mRNA）（大量存在多copy）。4. 隱蔽mRNA的特點(diǎn)： 是早在受精之前的卵母細(xì)胞階段轉(zhuǎn)錄合成而貯存； 貯存中的隱蔽mRNA無活性（與蛋白質(zhì)結(jié)合，以RNP存在,無活性） 受精引起胞內(nèi)的Na+濃度改變，誘導(dǎo)隱蔽mRNA 激活； 各種類型的masked mR

8、NA在卵細(xì)胞質(zhì)中是不均一分布的定位貯存，所以卵裂后不同子細(xì)胞的細(xì)胞分化 方向也各有不同，顯然決定細(xì)胞分化方向的初始信息 儲存于卵細(xì)胞中，卵裂后的各個細(xì)胞所攜帶信息已開始有所不同，這種差別又通過胚胎細(xì)胞誘導(dǎo)作用，旁分泌信號分子（細(xì)胞生長分子因子）對其他細(xì)胞產(chǎn)生級聯(lián)效應(yīng)，信息被不斷修飾成為精細(xì)復(fù)雜的分化指令，最終指導(dǎo)產(chǎn)生分化各異的細(xì)胞 type。六、細(xì)胞之間相互作用對細(xì)胞分化的影響： 1. 細(xì)胞位置效應(yīng)，群體效應(yīng)，其分化與所處位置有關(guān)聯(lián); 2. 胚胎誘導(dǎo); 3. 激素對細(xì)胞分化的調(diào)控。 eg1 蛙的幼體發(fā)育變態(tài)（甲狀腺素） eg2 昆蟲幼蟲蛹成蟲的變態(tài)發(fā)育（保幼，脫皮激素）七、環(huán)境與細(xì)胞分化的影響

9、： 新生嬰兒表現(xiàn)的各種type的先天畸形，其病因約只有10%左右是因遺傳因素，而其余的則是因環(huán)境因素or是因環(huán)境與遺傳共同作用所致，涉及的環(huán)境因素有：營養(yǎng)脅迫，瘟疫、病原菌傳染，有毒化學(xué)物質(zhì)、射線輻射等。致畸的關(guān)鍵敏感時期是懷孕頭三個月。 八、再生現(xiàn)象（植物及低等動物）： 蚯蚓等再生能力較強(qiáng)，再生現(xiàn)象實(shí)質(zhì)也是細(xì)胞分化的一種特殊形式。 1. 再生是來源于創(chuàng)傷面的去分化細(xì)胞： 去分化（dedifferentiation）， 再分化（redifferentiation）。 2. 再生現(xiàn)象的啟示： 某些動物細(xì)胞在特定條件下，某細(xì)胞分化是可能逆轉(zhuǎn)，即由終端分化 去分化 再分化。 九、克隆動物研究的意義（

10、人為條件下的再生）： 1. 首次證實(shí)了哺乳動物成體的特化細(xì)胞的細(xì)胞核仍保持有發(fā)育全能性，英國Roshin研究所嘗試以成體乳腺細(xì)胞的細(xì)胞核移植來探索clone動物這種無性繁殖途徑的研究背景及研究目的是為了用此技術(shù)來擴(kuò)展轉(zhuǎn)基因動物的生物學(xué)效應(yīng)。 2. 首次成功證實(shí)了哺乳動物特化細(xì)胞的發(fā)育潛能是有可能在人為條件下發(fā)生逆轉(zhuǎn)分化的，并探索了實(shí)現(xiàn)去分化再分化的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。 以冷饑餓休克處理法，使供核細(xì)胞進(jìn)入Go期狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)去分化。 以電脈沖融合法，激活移植卵啟動，實(shí)現(xiàn)再分化。 3 . 證 實(shí) 了 動 物 c l o n e 并 不 是 1 0 0 % 的 復(fù) 制 ，clonecopy： “A”親本是細(xì)胞核供

11、詳，“B”親本是“卵細(xì)胞質(zhì)受體”, “C”親本是供胚胎發(fā)育的子宮環(huán)境的“代理母親”。 4. 顯示出clone動物技術(shù)的可應(yīng)用范圍尚待深入考察： “多莉” 單clone的未老先衰的現(xiàn)象，證實(shí)了端粒DNA序列消減速率控制著細(xì)胞的衰老速率。第二節(jié) 癌細(xì)胞 在致癌因子作用下，某些細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)化, 不再進(jìn)行正常分化和衰亡，而造成了不受調(diào)控的惡性增殖細(xì)胞，即癌細(xì)胞 (cancer 細(xì)胞)，實(shí)質(zhì)是分化程序異常的細(xì)胞。一、癌細(xì)胞的主要特征： 1. 無限增殖； 2. 喪失接觸抑制性能； 3. 癌細(xì)胞之間粘著性減弱，其侵潤性和擴(kuò)散性，能通過血液循環(huán)和淋巴途徑轉(zhuǎn)換； 4. 易被外源凝聚素所凝聚，癌細(xì)胞上的外源凝集素受

12、體（糖蛋白質(zhì)）數(shù)量增多； 5. 體外培養(yǎng)時，粘壁性能降低（可懸浮培養(yǎng)）； 6. 細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)紊亂，mRNA轉(zhuǎn)錄譜系和蛋白表達(dá)譜系改變（癌細(xì)胞外形，出現(xiàn)變形）； 7. 膜抗原發(fā)生變化（躲避免疫監(jiān)視）； 8. 對外源性生長因子需求量降低，自分泌（在低血清和無血清培養(yǎng)液中生長）。二、致癌因素： 1. 物理致癌因子，輻射射線； 2. 化學(xué)致癌因子，誘變劑； 3. 生物致癌因子： 腫瘤virus：既有DNA virus，又有RNA virus，但并非所有病毒致癌。 某些生物天然成分和生化代謝產(chǎn)物： 蘇鐵青，黃樟素， 黃曲霉素， 巴豆油， 兒茶酚， 吡咯烴，生物堿等。三、細(xì)胞癌基因 & 抑癌基因：

13、 1.癌基因： 現(xiàn)已知人類基因組中有近百種細(xì)胞癌基因，or稱原癌基因 ，這些基因其實(shí)在正常細(xì)胞之中并不起致癌作用，而是與細(xì)胞生長&分化有關(guān)的重要功能基因，但如果有致癌因子誘導(dǎo)，造成這些原癌基因被激活，即引起癌基因突變，or在基因前插入強(qiáng)啟動子，or是引起了原癌基因的擴(kuò)增，或是引起了原癌基因的染色體區(qū)段發(fā)生了重排，都可能導(dǎo)致這些原癌基因的產(chǎn)物發(fā)生異常表達(dá)，從而導(dǎo)致了細(xì)胞癌變。2.抑癌基因與基因突變Ras： 現(xiàn)還已知人類基因組中有另一類型的基因，這類基因具有抑制細(xì)胞癌變特化的作用，被稱為抑癌基因，這類基因也是細(xì)胞中正常的重要基因，但若出現(xiàn)這類基因的2個等位基因都丟失和失活時也可以發(fā)生細(xì)胞癌

14、變。 抑癌基因是細(xì)胞增殖過程中正常負(fù)調(diào)控因子，其編碼的蛋白質(zhì)在細(xì)胞周期的檢驗(yàn)上起阻止周期進(jìn)程的作用，如果抑癌基因缺失or失活時則導(dǎo)致細(xì)胞周期失控，過度增殖而發(fā)生細(xì)胞癌變。第三節(jié)第三節(jié) 基因表達(dá)的調(diào)控基因表達(dá)的調(diào)控基因： 是染色體上具有遺傳效應(yīng)的一段DNA序列，為一個轉(zhuǎn)錄單位，并通過表達(dá)對表型產(chǎn)生專一性效應(yīng)?；虮磉_(dá)： DNA編碼的遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄和翻譯轉(zhuǎn)化為特定蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)信息，從而表現(xiàn)出細(xì)胞和生物體的某種遺傳性狀?；虮磉_(dá)的控制： 任何影響轉(zhuǎn)錄和翻譯過程的啟動，關(guān)閉和速率的因素及其作用稱作基因表達(dá)的控制。 一、轉(zhuǎn)錄前水平的調(diào)控： 通過改變DNA序列和染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)來影響基因表達(dá)的過程。（一

15、）染色質(zhì)丟失： 某些原生動物，線蟲和甲殼類動物在個體發(fā)育過程中，體細(xì)胞會發(fā)生染色質(zhì)丟失現(xiàn)象，只有以后分化形成生殖細(xì)胞的部分細(xì)胞才保持完整的基因組。 例：四膜蟲含一個大核（營養(yǎng)核）和一個小核（生殖核），小核為生殖核，無轉(zhuǎn)錄活性，大核由小核發(fā)育而來，在發(fā)育的過程中發(fā)生多處染色質(zhì)斷裂，并刪除大約10%基因組DNA，剩下的基因才成為表達(dá)型基因，表現(xiàn)出轉(zhuǎn)錄的活性。 高等真核生物（動、植）無基因丟失現(xiàn)象，各類核都具有經(jīng)過去分化和再分化而發(fā)育成完整個體的潛在能力，即含全部基因，稱核的全能性。（二） 基因擴(kuò)增： 指細(xì)胞內(nèi)某些特定基因的拷貝數(shù)專一性地大量增加的現(xiàn)象。 例 如 ： 兩 棲 類 和 昆 蟲 的 卵

16、母 細(xì) 胞 ， 需 要1012個核糖體大量合成蛋白，需要專一性的擴(kuò)增rRNA基因（rDNA）非洲爪蟾體細(xì)胞rDNA有500拷貝，在卵母細(xì)胞期拷貝擴(kuò)增為2百萬個，以滿足胚胎發(fā)育的需要。(三) 基因重排： 脯乳動物可產(chǎn)生106108 種不同的抗體，由 B-淋巴細(xì)胞分化期間發(fā)生基因組重建，產(chǎn)生抗體的多樣性。 抗體由兩條輕鏈（L）重鏈（H）組成： K 輕鏈基因片段有四類：L：前導(dǎo)片段 V：可變片段 200 5 J ：連接片段 C：恒定片段 重鏈基因片段有五類：L：前導(dǎo)片段 V：可變片段 200 D：多樣性片段 12 J ：連接片段 5 C：恒定片段 8 抗體的基因組有三個獨(dú)立的多基因族：兩個編碼輕鏈，

17、一個編碼重鏈。 淋巴細(xì)胞受抗原刺激 分化為漿細(xì)胞時，胚原型DNA發(fā)生基因重排 表達(dá)型DNA： 重鏈基因族先重排：一個D片段與一個Jh片段連接，Vh片段與DJh片段連接 VhDJh。當(dāng)Vh基因經(jīng)重排連接到恒定區(qū)增強(qiáng)子附近即可開始表達(dá)。 K輕鏈需經(jīng)過Vk、Jk連接，形成可變區(qū)，再與Ck片段構(gòu)成有轉(zhuǎn)錄活性的完整K輕鏈基因。 如果K輕鏈重排失敗，則鏈基因開始重排，而在產(chǎn)生鏈的細(xì)胞中，兩個K位點(diǎn)均已重排過。 通常每個B-細(xì)胞只表達(dá)重鏈或輕鏈的一個等位基因產(chǎn)物，稱等位基因排斥作用。 基因重排是基因差別表達(dá)的一種控制方式，通過上述的拼接機(jī)制而實(shí)現(xiàn)。如小鼠： 重鏈基因重排數(shù)： Vh數(shù)200 * D數(shù)12 *

18、Jh數(shù)5 * V-D接點(diǎn)機(jī)動性10 * D-J接點(diǎn)機(jī)動性10 =120萬種。 輕鏈基因重排數(shù)： Vk數(shù)200*Jk數(shù)5*V-J接點(diǎn)機(jī)動性10=1萬種。 重鏈、輕鏈再任意組合能產(chǎn)生108以上種不同的抗體。 （四） 染色體結(jié)構(gòu)與基因活性： 染色體的結(jié)構(gòu)與基因的轉(zhuǎn)錄活性有密切的關(guān)系： 1. 基因失活： 活躍轉(zhuǎn)錄的基因全部位于常染色質(zhì)中，處于異染色體中的基因則不表達(dá)。 異染色化： 雌性脯乳動物有兩條染色體，其中一條發(fā)生異染色化而凝聚，所含基因以可遺傳方式失活，在進(jìn)行配子發(fā)生時，又回復(fù)為常染色質(zhì)狀態(tài)。 位置效應(yīng)（擴(kuò)散效應(yīng)）：果蠅、小鼠、玉米等生物中，常染色質(zhì)基因由于染色體重排改變位置而處于異染色質(zhì)區(qū)附近

19、時，基因的轉(zhuǎn)錄活化也受到抑制。 染色體上的異染色質(zhì)化過程有擴(kuò)增效應(yīng)，愈接近 異染色質(zhì)區(qū)的基因的位置效應(yīng)愈強(qiáng)。 2.染色質(zhì)活化： 在活化的過程中，核小體可能被解開，或無核小體結(jié)構(gòu)（如活躍轉(zhuǎn)錄的rRNA基因）。 從而使RNA聚合酶能夠轉(zhuǎn)錄染色質(zhì)的DNA 。 用DNaseI 降解，有基因表達(dá)活性的染色質(zhì)DNA比沒有基因表達(dá)活性的染色質(zhì)DNA要敏感很多，說明活化染色質(zhì)對DNaseI 有優(yōu)先敏感性。 DNaseI 超敏感位點(diǎn)是100-200bp的DNA序列特異暴露的染色質(zhì)的區(qū)域，是起始轉(zhuǎn)錄的必要條件。調(diào)節(jié)蛋白可識別并修飾染色質(zhì)的局部區(qū)域，觸發(fā)解聚，使染色質(zhì)變?yōu)槭杷傻摹盎罨毙问?，區(qū)段含數(shù)萬 bp的DNA

20、。 已暴露的活性染色質(zhì)區(qū)域由調(diào)節(jié)蛋白與基因轉(zhuǎn)錄的順序作用元件相互作用，進(jìn)一步影響基因活性。（五） 染色體DNA甲基化和去甲基化與基因活性： 動物DNA中，2-7%的胞嘧啶C被甲基化修飾,異染色體DNA（衛(wèi)星DNA）明顯。 有兩種酶參與修飾： 維持性甲基化酶： 在甲基化DNA模板指導(dǎo)下，使對應(yīng)部分甲基化。 構(gòu)建性甲基化酶： 對非甲基化的DNA行甲基化修飾。 甲基化主要發(fā)生在CG二核苷酸對： 5mCpG3 5mCpG3 3.GpCm.5 3GpC5 完全甲基化 半甲基化 限制性內(nèi)切酶：Msp 切割CCGG，不論是否甲基化; H p a 只 切 割 未 甲 基 化 的CCGG。 用上述酶檢測DNA序

21、列，發(fā)現(xiàn)非活躍轉(zhuǎn)錄基因的DNA 甲基化程度普遍高于活躍轉(zhuǎn)錄的基因，而甲基化DNA 在基因活化后通常伴隨失去許多甲基基團(tuán)。 DNA甲基化對基因表達(dá)可能有兩種作用： （1） 甲基化影響DNA與蛋白酶的相互識別與作用; （2） 甲基化影響DNA構(gòu)象，如形成Z-DNA。二、 轉(zhuǎn)錄水平上的基因調(diào)控： 轉(zhuǎn)錄水平上的基因調(diào)控是真核細(xì)胞基因調(diào)控的主要環(huán)節(jié)。 原核生物有操縱子及其緊密連鎖的基因。 真核生物的轉(zhuǎn)錄受基因控制的順式作用元件、反式作用因子的各自影響及兩者的相互作用。 （一）基因作用的順式元件（DNA序列所含的控制因子）： 是兩種DNA序列： 啟動子和增強(qiáng)子， 與蛋白編碼區(qū)連鎖， 被RNA聚合酶識別、

22、結(jié)合。 原核只由一種RNA聚合酶催化; 真核由三種RNA聚合酶催化： RNA聚合酶：r（s,5.8s,18s）前體 核仁中合成 RNA聚合酶：mRNA 核基質(zhì)中合成 RNA聚合酶：小RNA(tRNAs，5sRNA，snRNAs) 核基質(zhì)中合成 1. 啟動子: 通過RNA聚合酶啟動子分析，得出啟動子共同模式： （1）TATA（識別）框：位于基因轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)上游 附 近 ， 富 含 A T 的 共 有 序 列（TATAATAAT）。 保證轉(zhuǎn)錄精確起始。 （2）上游啟動子成份（UPE）：上游附近的CAAT框，共有序列（GGTCCAATCT）及幾百個bp的啟動子成分。 能結(jié)合特定的轉(zhuǎn)錄因子，控制轉(zhuǎn)錄起始頻

23、率。 2. 增強(qiáng)子: 是能夠增強(qiáng)與之相連的基因轉(zhuǎn)錄活性的調(diào)控序列,通過結(jié)合特定的轉(zhuǎn)錄因子或影響構(gòu)象而實(shí)現(xiàn)。 位于上游的200 bp 處包括兩個72 bp 的串聯(lián)重復(fù)序列，其作用有三個顯著的特征： （1）具遠(yuǎn)程效應(yīng)，同一條上，在啟動子上、下游都可； （2）需要特定的蛋白因子參與； （3）大多數(shù)增強(qiáng)子具有組織特異性，少數(shù)能在各種類型的細(xì)胞中發(fā)揮作用。 （二） 基因調(diào)控的反式作用因子： 是各種基因控制蛋白，作用于順式作用元件的靶位點(diǎn)上（特異核甘酸序列）： . 通 用 轉(zhuǎn) 錄 因 子 ： 結(jié) 合 在 T A T A 框 上 ， 如TFA、TFB等蛋白因子。 . 轉(zhuǎn)錄控制因子：結(jié)合在UPE（上游啟動子成

24、分）特異核酸序列上的蛋白質(zhì)因子。 1. 反式作用因子必備的兩種能力： （1）必需識別、定位在特殊基因的增強(qiáng)子、啟動子和 其它調(diào)控元件中的特異性靶序列。 （2）要能夠與RNA聚合酶或其它轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合而行使 功能。 2.反式作用蛋白質(zhì)因子的特點(diǎn): （1）均為球蛋白.以二聚體形式發(fā)生作用，結(jié)合在DNA特異的核甘酸序列上，有些是異源二聚體。 （2） 這些基因調(diào)控蛋白具有不同的功能區(qū)域: DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域; 轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域。 類固醇激素受體家族中，受體蛋白能使細(xì)胞通過激活（正調(diào)控）或（負(fù)調(diào)控）特定基因?qū)Ω鞣N脂溶性激素作出應(yīng)答反應(yīng): 這些受體蛋白具有一個中心DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域，約由100個氨基酸組成，形成一

25、系列鋅指結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)識別特異DNA 序列; 轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域定位在N-末端; 這些固醇類激素受體都含有一個特定的激素結(jié)合結(jié)構(gòu)域，位于C-末端。 （a）反式作用蛋白質(zhì)的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域具有一些典型的結(jié)構(gòu)模式： -螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋； 鋅指； 亮氨酸 拉鏈； 螺旋-環(huán)-螺旋； 甾化合物和酸滴等結(jié)構(gòu)模式。由100以內(nèi)個氨基酸組成。 （b）基因控制蛋白的轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域一般由20-100個氨基酸組成，含有許多帶負(fù)電荷的-螺旋，激活轉(zhuǎn)錄的水平與靜電荷數(shù)有關(guān)。 增強(qiáng)凈電荷能提高激活轉(zhuǎn)錄的水平。 例：糖皮質(zhì)激素受體的三個結(jié)構(gòu)域： 結(jié)合DNA結(jié)構(gòu)域； 結(jié)合激素結(jié)構(gòu)域； 激活轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)域。 甾類激素進(jìn)入細(xì)胞與受體結(jié)合受體

26、構(gòu)象改變并被激活活化的激素-受體復(fù)合物對DNA親和力大大增加進(jìn)入細(xì)胞核后與增強(qiáng)子糖皮質(zhì)激素反應(yīng)元件(GRE) 的特異共有序列（GGTACANNNTGTTCT） 結(jié)合，激活啟動子而調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。 （3）.有些反式作用蛋白質(zhì)因子經(jīng)物理或化學(xué)因素誘導(dǎo)后才具有活性：如熱誘導(dǎo)、磷酸化、與配基結(jié)合。 如果蠅的熱激活轉(zhuǎn)錄因子（HSTF）經(jīng)熱誘導(dǎo)后才能與特異DNA序列結(jié)合而促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。 （4）在基因轉(zhuǎn)錄的控制中涉及很多蛋白質(zhì)與DNA、蛋白質(zhì)之間復(fù)雜的相互作用，激活和阻遏效應(yīng)的綜合影響形成一個基因控制元件的凈效應(yīng)。 環(huán)化學(xué)說：DNA不同位點(diǎn)上結(jié)合的蛋白因子通過DNA形成環(huán)化結(jié)構(gòu)而發(fā)生相互作用，蛋白起作用以調(diào)節(jié)基因

27、的轉(zhuǎn)錄活性。 （5）.有些基因調(diào)控蛋白可與幾個不同序列的DNA結(jié)合位點(diǎn)相結(jié)合。 一種順式作用元件又可作為多種反式作用蛋白因子的作用靶位點(diǎn)，使基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)具有靈活性。 三、 轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控： 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控決定了mRNA種類和數(shù)量，但轉(zhuǎn)錄出的是hnRNA多是前體，需修飾、加工、選擇性拼接和運(yùn)輸，轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控也是重要環(huán)節(jié)。（一） hnRNA的修飾加工： 真核生物細(xì)胞內(nèi)編碼蛋白質(zhì)的基因是以單個基因?yàn)檗D(zhuǎn)錄單位，且許多編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因是不連 續(xù) 的 基 因 ， 有 居 間 序 列 。 D N A hnRNA（核內(nèi)高分子量不均一RNA） 修飾加工、選擇性 拼接 有功能的成熟mRNA 選擇性運(yùn)輸?shù)郊?xì)

28、胞質(zhì)中 翻譯成蛋白質(zhì)。 hnRNA的修飾加工： 5端帽子的形成 3端附加多聚A尾巴 hnRNA和mRNA都有5端7-甲基鳥嘌呤核苷（m7 GpppN）的帽子結(jié)構(gòu)。因甲基化程度不同，帽子在同種，不同種生物的mRNA中都可以不同。 加帽過程在轉(zhuǎn)錄終止前以完成。 功能： 增加mRNA的穩(wěn)定，保護(hù)其免被5外切核酸酶的攻擊。 帽子結(jié)構(gòu)為核糖體對mRNA的識別提供信號。 mRNA都帶有末端多聚（A）尾巴，是轉(zhuǎn)錄后在3端由特異性核酸內(nèi)切酶先切除一段，然后由polyA聚合酶完成多聚腺苷化。 PolyA的長度在細(xì)胞核內(nèi)是相當(dāng)一致的，為200250個核苷酸。但mRNA到達(dá)細(xì)胞質(zhì)中polyA的長度就不再一致了，變化

29、于30250之間。可能與mRNA從核孔輸出有關(guān)。 在hnRNA的加工過程中，hnRNA始終和蛋白質(zhì)形成hnRNP顆粒。 （二）mRNA前體的選擇性拼接： 不連續(xù)基因中的居間序列稱“內(nèi)含子”; 被內(nèi)含子隔開的基因序列稱“外顯子”。 都被轉(zhuǎn)錄至hnRNA中， RNA拼接：切除內(nèi)含子，把外顯子連接起來，產(chǎn)生成熟的mRNA分子: （5）外顯子 GT內(nèi)含子AT 外顯子（3） 供體拼接點(diǎn) 受體拼接點(diǎn) 這是核結(jié)構(gòu)基因普遍存在的序列。 內(nèi)含子精確切除需要: mRNA前體中的特異的識別信號; 特定因子識別這些信號。 特定因子可能是核內(nèi)小分子mRNA與Pr.的復(fù)合物snRNP 。多為尿嘧啶含量較高的U-snRNP

30、 U-snRNP 。兩種拼接方式： 組成型拼接：直接去除內(nèi)含子，將外顯子拼接成成熟的 mRNA 一種蛋白質(zhì)產(chǎn)物。 可調(diào)控的選擇性拼接：外顯子有多種拼接方式，可產(chǎn)生不同的成熟 mRNA 不同的蛋白質(zhì)。 細(xì)胞類型特異性蛋白質(zhì)的合成是真核細(xì)胞分化的重要特征之一，產(chǎn)生蛋白質(zhì)多樣性的分子機(jī)制： 多基因家族中各成員在特定細(xì)胞中，在一定的生理?xiàng)l件下：“選擇性表達(dá)”。 (如抗體) 同 一 基 因 ， 原 初 轉(zhuǎn) 錄 產(chǎn) 物 m R N A 通 過 mRNA前體的“選擇性拼接”而產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)。 此方法產(chǎn)生一套結(jié)構(gòu)相關(guān)，功能相似的蛋白質(zhì)，稱 “蛋白質(zhì)異形體” 。 （三） mRNA的選擇性運(yùn)輸： 運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)的成

31、熟mRNA只占核內(nèi)hnRNA總量的1/20，一些基因的轉(zhuǎn)錄活性與其在細(xì)胞中mRNA的拷貝數(shù)不成正比例，生長細(xì)胞與靜止細(xì)胞中的hnRNA 轉(zhuǎn)錄速率差不多，但前者細(xì)胞質(zhì)中mRNA的含量和種類比后者要多得多，這些說明細(xì)胞在不同情況下有選擇地將不同的hnRNA加工成mRNA，并將它們運(yùn)到胞質(zhì)。例：海膽的選擇性加工運(yùn)輸： 海膽囊胚細(xì)胞中大約有20，000種不同序列的hnRNA： 其中有13，000種被加工成mRNA。 海膽成體腸細(xì)胞中有25，000種hnRNA， 只有3，000種加工成mRNA。 四、 翻譯和翻譯后加工水平的調(diào)控 真 核 生 物 在 翻 譯 水 平 上 的 調(diào) 控 普 遍 是 控 制mR

32、NA的穩(wěn)定性和mRNA翻譯起始的控制, 是一種快速調(diào)控 基因表達(dá)的方式。（一） mRNA的穩(wěn)定性： mRNA穩(wěn)定性的變化可以控制基因表達(dá)： 細(xì)菌不穩(wěn)定，mRNA半壽期約3分鐘。 真核細(xì)胞： -珠蛋白的mRNA半壽期約10h以上。 有些只要30分鐘，如生長因子，是編碼細(xì)胞內(nèi)調(diào)控蛋白的mRNA，不穩(wěn)定的mRNA的3端非翻譯區(qū)已含有一段富含A和U的核苷酸序列。 影響mRNA穩(wěn)定性： 3端特殊信號序列 細(xì)胞外信號的影響。如激素 激素作用：促進(jìn)特定基因的轉(zhuǎn)錄； 影響mRNA的穩(wěn)定性來調(diào)控翻譯， 從而影響細(xì)胞的生理活動。 例1：牛奶中含有大量的酪蛋白： 泌乳激素 酪蛋白的mRNA的半壽期增長30-50倍，

33、使mRNA濃度增加100倍，從而使酪蛋白翻譯（合成）量大增。 例2：增加細(xì)胞內(nèi)鐵的濃度導(dǎo)致兩種現(xiàn)象： 轉(zhuǎn)鐵蛋白受體的mRNA穩(wěn)定性降低，轉(zhuǎn)鐵蛋白受體合成減少，以減少細(xì)胞鐵的輸入; 細(xì)胞鐵蛋白的合成增加，以結(jié)合多余的鐵。 上述兩種反應(yīng)都是由一種“鐵敏感調(diào)節(jié)蛋白”所介導(dǎo)的： 轉(zhuǎn)鐵蛋白受體的 mRNA 在3端非轉(zhuǎn)譯區(qū)有多個鐵敏感調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)合位點(diǎn); 鐵蛋白的 mRNA 在5端非轉(zhuǎn)譯區(qū)有一段30個左右核苷酸組成的鐵應(yīng)答序列，是鐵敏感調(diào)節(jié)蛋白的特異性結(jié)合位點(diǎn)。（二）mRNA翻譯起始的調(diào)控 許多脊椎動物和無脊椎動物的未受精的卵細(xì)胞質(zhì)中，儲存有許多mRNA，沒有翻譯活性，稱為隱蔽mRNA。 受精后，這些隱蔽

34、mRNA很快被活化，蛋白質(zhì)合成急劇增加。 可能是招募因子促進(jìn)mRNA與核糖體結(jié)合。例 : 血紅蛋白是由血紅素和珠蛋白組成的。當(dāng)血紅素含量降低時，通過elf2（翻譯起始因子）磷酸化而使珠蛋白的合成減少，以維持且二者的平衡。 網(wǎng)織紅細(xì)胞合成血紅細(xì)胞的翻譯起始的反應(yīng)，由調(diào)控翻譯起始因子（elf2）的活性來實(shí)現(xiàn)： elf2磷酸化 elf2-p，失活，抑制血紅蛋白的合成： 血紅素阻斷 HCR（激酶，非活性） HCR（激酶，活性） （血紅素控制的反應(yīng)物） ATP ADP (活化)elf2 elf2-p減少珠pr合成 ATP ADP DA1(激酶，非活性） DA1(激酶)-p(活性) （雙鏈激活蛋白） 雙鏈

35、RNA刺激 （三）翻譯后加工水平調(diào)控： 蛋白質(zhì)合成后還需要加工，修飾，正確折疊構(gòu)像才能成為有活性的pr. 1. 分泌pr.或膜pr.的N-末端信號肽切除。 2. 結(jié)構(gòu)錨的連接：鼠的胸腺細(xì)胞的可變表面糖蛋白通過 GPI（糖基-磷酸酰肌醇）錨定于膜表面，GPI共價連接在c-末端。 3. 切除肽鏈合成的起始AA（甲硫AA）及隨后幾個AA殘 基。 4. 形成肽分子內(nèi)的二硫建，以固定折疊構(gòu)像。 5. 以已?；谆?，磷酸化方式對末端或內(nèi)部AA的共價修 飾。 6. 糖基化形成糖蛋白。 習(xí)題： 一. 名詞解釋: 1. 細(xì)胞分化 2. Clone， cloning 3. 異染色化 4. 位置效應(yīng) 5. 啟動子，增強(qiáng)子 6. 內(nèi)含子，外顯子 7. 蛋白質(zhì)異形體 8. 隱蔽mRNA 二. 問答題: 1.細(xì)胞分化是如何調(diào)控的？ 2.什么是基因重排？ 3.舉例說明真核細(xì)胞基因表達(dá)如何調(diào)控。 4.“多莉”克隆羊的問世對細(xì)胞生物學(xué)研究有何意義？ 5.從基因表達(dá)的角度探討真核細(xì)胞基因與原核細(xì)胞的差異。 2. 發(fā)育潛能演變機(jī)制的探討： weismann根據(jù)馬蛔蟲及小麥，癭蚊胚胎中發(fā)現(xiàn)chr消減現(xiàn)象(chromosome diminutin)，提出“體細(xì)胞分化是由于遺傳特質(zhì)丟失造成的，每一種組織只保留了其專有