真核生物基因表達調(diào)控

1、真核基因表達調(diào)控第第 七七 講講n緒論n一、 真核基因組的一般構(gòu)造特點n二、 真核基因的轉(zhuǎn)錄n三、 反式作用因子對轉(zhuǎn)錄的影響n四、 真核基因表達調(diào)控的主要模式n五、 真核基因轉(zhuǎn)錄后加工的多樣性本章主要內(nèi)容緒論緒論n真核生物（除酵母、藻類和原生動物等單細胞類真核生物（除酵母、藻類和原生動物等單細胞類之外）主要由多細胞組成，每個真核細胞所攜帶之外）主要由多細胞組成，每個真核細胞所攜帶的基因數(shù)量及總基因組中蘊藏的遺傳信息量都大的基因數(shù)量及總基因組中蘊藏的遺傳信息量都大大高于原核生物。人類細胞單倍體基因組就包含大高于原核生物。人類細胞單倍體基因組就包含有有3109bp總總DNA，約為大腸桿菌總，約為大

2、腸桿菌總DNA的的1000倍，是噬菌體總倍，是噬菌體總DNA的的10萬倍左右！萬倍左右！n 真核基因表達調(diào)控的最顯著特征是能在特定時間真核基因表達調(diào)控的最顯著特征是能在特定時間和特定的細胞中激活特定的基因，從而實現(xiàn)和特定的細胞中激活特定的基因，從而實現(xiàn)預定預定的、有序的、不可逆轉(zhuǎn)的分化、發(fā)育過程，并使的、有序的、不可逆轉(zhuǎn)的分化、發(fā)育過程，并使生物的組織和器官在一定的環(huán)境條件范圍內(nèi)保持生物的組織和器官在一定的環(huán)境條件范圍內(nèi)保持正常功能。正常功能。n真核生物基因調(diào)控，根據(jù)其性質(zhì)可分為兩大類：真核生物基因調(diào)控，根據(jù)其性質(zhì)可分為兩大類： 第一類是瞬時調(diào)控或稱可逆性調(diào)控，它相當于原第一類是瞬時調(diào)控或稱可

3、逆性調(diào)控，它相當于原核細胞對環(huán)境條件變化所做出的反應，包括某種底核細胞對環(huán)境條件變化所做出的反應，包括某種底物或激素水平升降及細胞周期不同階段中酶活性和物或激素水平升降及細胞周期不同階段中酶活性和濃度的調(diào)節(jié)。濃度的調(diào)節(jié)。 第二類是發(fā)育調(diào)控或稱不可逆調(diào)控，是真核基因第二類是發(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，它決定了真核細胞生長、分化、調(diào)控的精髓部分，它決定了真核細胞生長、分化、發(fā)育的全部進程。發(fā)育的全部進程。n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；翻譯水平調(diào)控翻譯水平調(diào)控；蛋白質(zhì)加工水平的調(diào)控等。蛋白質(zhì)加工水平的調(diào)控等。研究基因調(diào)控主要應回答的3個問題：n 什

4、么是誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄的信號？什么是誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄的信號？ 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DNA的的轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄、mRNA的成熟或蛋白質(zhì)合成）實現(xiàn)的成熟或蛋白質(zhì)合成）實現(xiàn)的？的？ 不同水平基因調(diào)控的分子機制是什么？不同水平基因調(diào)控的分子機制是什么？一、一、 真核基因組的一般構(gòu)造特點真核基因組的一般構(gòu)造特點n1、真核基因組的復雜性、真核基因組的復雜性n真核基因組比原核基因組大得多，大腸桿真核基因組比原核基因組大得多，大腸桿菌基因組約菌基因組約4106bp，哺乳類基因組在，哺乳類基因組在109bp數(shù)量級，比細菌大千倍；大腸桿菌約有數(shù)量級，比細菌大千倍；大腸桿菌約有4000個基個基因

5、，人則約有因，人則約有10萬個基因。萬個基因。n真核生物主要的遺傳物質(zhì)與組蛋白等構(gòu)成真核生物主要的遺傳物質(zhì)與組蛋白等構(gòu)成染色質(zhì)，被包裹在核膜內(nèi)，核外還有遺傳成分染色質(zhì)，被包裹在核膜內(nèi)，核外還有遺傳成分(如如線粒體線粒體DNA等等)，這就增加了基因表達調(diào)控的層次，這就增加了基因表達調(diào)控的層次和復雜性。和復雜性。n 原核生物的基因組基本上是單倍體，而真核原核生物的基因組基本上是單倍體，而真核基因組是二倍體?；蚪M是二倍體。細菌多數(shù)基因按功能相關(guān)成串排列，組成操縱元的基細菌多數(shù)基因按功能相關(guān)成串排列，組成操縱元的基因表達調(diào)控的單元，共同開啟或關(guān)閉，轉(zhuǎn)錄出多順反子的因表達調(diào)控的單元，共同開啟或關(guān)閉，轉(zhuǎn)

6、錄出多順反子的mRNA；真核生物則是一個結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄生成一條；真核生物則是一個結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄生成一條mRNA，即，即mRNA是單順反子，基本上沒有操縱元的結(jié)是單順反子，基本上沒有操縱元的結(jié)構(gòu)，而真核細胞的許多活性蛋白是由相同和不同的多肽形構(gòu)，而真核細胞的許多活性蛋白是由相同和不同的多肽形成的亞基構(gòu)成的，這就涉及到多個基因協(xié)調(diào)表達的問題。成的亞基構(gòu)成的，這就涉及到多個基因協(xié)調(diào)表達的問題。n原核基因組的大部分序列都為基因編碼，而核酸雜原核基因組的大部分序列都為基因編碼，而核酸雜交等實驗表明：哺乳類基因組中僅約交等實驗表明：哺乳類基因組中僅約10%的序列為蛋白的序列為蛋白質(zhì)、質(zhì)、rRNA、tRNA等編

7、碼，其余約等編碼，其余約90%的序列功能至今的序列功能至今還不清楚。還不清楚。n原核生物的基因為蛋白質(zhì)編碼的序列絕大多數(shù)是連原核生物的基因為蛋白質(zhì)編碼的序列絕大多數(shù)是連續(xù)的，而真核生物為蛋白質(zhì)編碼的基因絕大多數(shù)是不連續(xù)續(xù)的，而真核生物為蛋白質(zhì)編碼的基因絕大多數(shù)是不連續(xù)的，即有外顯子的，即有外顯子(exon)和內(nèi)含子和內(nèi)含子(intron)，轉(zhuǎn)錄后需經(jīng)，轉(zhuǎn)錄后需經(jīng)剪接剪接(splicing)去除內(nèi)含子，才能翻譯獲得完整的蛋白質(zhì)，去除內(nèi)含子，才能翻譯獲得完整的蛋白質(zhì)，這就增加了基因表達調(diào)控的環(huán)節(jié)。這就增加了基因表達調(diào)控的環(huán)節(jié)。n原核基因組中除原核基因組中除rRNA、tRNA基因有多個拷貝外，重基因

8、有多個拷貝外，重復序列不多。哺乳動物基因組中則存在大量重復序列：復序列不多。哺乳動物基因組中則存在大量重復序列：n高度重復序列，這類序列一般較短，長高度重復序列，這類序列一般較短，長10300bp，在哺乳類基因組中重復在哺乳類基因組中重復106次左右，占基因組次左右，占基因組DNA序列總量序列總量的的1060%，人的基因組中這類序列約占，人的基因組中這類序列約占20%，功能還不，功能還不明了。明了。n中度重復序列，這類序列多數(shù)長中度重復序列，這類序列多數(shù)長100500bp，重復，重復101105次，占基因組次，占基因組10-40%。在人的基因組中。在人的基因組中18S/28SrRNA基因重復基

9、因重復280次，次，5SrRNA基因重復基因重復2000次，次，tRNA基因重復基因重復1300次，次，5種組蛋白的基因串連成簇重復種組蛋白的基因串連成簇重復30-40次。次。n單拷貝序列，這類序列基本上不重復，占哺乳類基因單拷貝序列，這類序列基本上不重復，占哺乳類基因組的組的50-80%，在人基因組中約占，在人基因組中約占65%。絕大多數(shù)真核生物。絕大多數(shù)真核生物為蛋白質(zhì)編碼的基因在單倍體基因組中都不重復，是單拷貝為蛋白質(zhì)編碼的基因在單倍體基因組中都不重復，是單拷貝的基因。的基因。2、真核基因組的一般構(gòu)造特點真核基因組的一般構(gòu)造特點n 在真核細胞中，一條成熟的在真核細胞中，一條成熟的mRNA

10、鏈只能鏈只能翻譯出一條多肽鏈，不存在原核生物中常見的多翻譯出一條多肽鏈，不存在原核生物中常見的多基因操縱子形式?；虿倏v子形式。 真核細胞真核細胞DNA都與組蛋白和大量非組蛋白都與組蛋白和大量非組蛋白相結(jié)合，只有一小部分相結(jié)合，只有一小部分DNA是裸露的。是裸露的。 高等真核細胞高等真核細胞DNA中很大部分是不轉(zhuǎn)錄的，中很大部分是不轉(zhuǎn)錄的，大部分真核細胞的基因中間還存在不被翻譯的內(nèi)大部分真核細胞的基因中間還存在不被翻譯的內(nèi)含子。含子。 真核生物能夠有序地根據(jù)生長發(fā)育階段的真核生物能夠有序地根據(jù)生長發(fā)育階段的需要進行需要進行DNA片段重排，還能在需要時增加細胞片段重排，還能在需要時增加細胞內(nèi)某些

11、基因的拷貝數(shù)。內(nèi)某些基因的拷貝數(shù)。n 在真核生物中，基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)相對較在真核生物中，基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)相對較大，它們可能遠離啟動子達幾百個甚至上千個堿大，它們可能遠離啟動子達幾百個甚至上千個堿基對，這些調(diào)節(jié)區(qū)一般通過改變整個所控制基因基對，這些調(diào)節(jié)區(qū)一般通過改變整個所控制基因5上游區(qū)上游區(qū)DNA構(gòu)型來影響它與構(gòu)型來影響它與RNA聚合酶的結(jié)合聚合酶的結(jié)合能力。在原核生物中，轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)都很小，大能力。在原核生物中，轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)都很小，大都位于啟動子上游不遠處，調(diào)控蛋白結(jié)合到調(diào)節(jié)都位于啟動子上游不遠處，調(diào)控蛋白結(jié)合到調(diào)節(jié)位點上可直接促進或抑位點上可直接促進或抑RNA聚合酶與它的結(jié)合。聚合酶與它的

12、結(jié)合。 真核生物的真核生物的RNA在細胞核中合成，只有經(jīng)在細胞核中合成，只有經(jīng)轉(zhuǎn)運穿過核膜，到達細胞質(zhì)后，才能被翻譯成蛋轉(zhuǎn)運穿過核膜，到達細胞質(zhì)后，才能被翻譯成蛋白質(zhì)，原核生物中不存在這樣嚴格的空間間隔。白質(zhì)，原核生物中不存在這樣嚴格的空間間隔。 許多真核生物的基因只有經(jīng)過復雜的成熟許多真核生物的基因只有經(jīng)過復雜的成熟和剪接過程，才能順利地翻譯成蛋白質(zhì)和剪接過程，才能順利地翻譯成蛋白質(zhì)3、真核基因表達調(diào)控的特點n(1)真核基因表達調(diào)控真核基因表達調(diào)控的環(huán)節(jié)更多的環(huán)節(jié)更多n真核基因轉(zhuǎn)錄發(fā)生在細胞核真核基因轉(zhuǎn)錄發(fā)生在細胞核(線線粒體基因的轉(zhuǎn)錄在線粒體內(nèi)粒體基因的轉(zhuǎn)錄在線粒體內(nèi))，翻譯則多在胞漿，兩

13、個過程是分翻譯則多在胞漿，兩個過程是分開的，因此其調(diào)控增加了更多的開的，因此其調(diào)控增加了更多的環(huán)節(jié)和復雜性，轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控占環(huán)節(jié)和復雜性，轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控占有了更多的分量。有了更多的分量。n圖中標出了真核細胞在分化過程圖中標出了真核細胞在分化過程中會發(fā)生基因重排，即胚原性基中會發(fā)生基因重排，即胚原性基因組中某些基因會再組合變化形因組中某些基因會再組合變化形成第二級基因。成第二級基因。n此外，真核細胞中還會發(fā)生基因擴增，即基因組此外，真核細胞中還會發(fā)生基因擴增，即基因組中的特定段落在某些情況下會復制產(chǎn)生許多拷貝。中的特定段落在某些情況下會復制產(chǎn)生許多拷貝。最早發(fā)現(xiàn)的是蛙的成熟卵細胞在受精后的發(fā)育過最早

14、發(fā)現(xiàn)的是蛙的成熟卵細胞在受精后的發(fā)育過程中其程中其rRNA基因基因(可稱為可稱為rDNA)可擴增可擴增2000倍，倍，以后發(fā)現(xiàn)其他動物的卵細胞也有同樣的情況，這以后發(fā)現(xiàn)其他動物的卵細胞也有同樣的情況，這很顯然適合了受精后迅速發(fā)育分裂要合成大量蛋很顯然適合了受精后迅速發(fā)育分裂要合成大量蛋白質(zhì)，需要有大量核糖體。又如白質(zhì)，需要有大量核糖體。又如MTX是葉酸的結(jié)是葉酸的結(jié)構(gòu)類似物，一些哺乳類細胞會對含有利用葉酸所構(gòu)類似物，一些哺乳類細胞會對含有利用葉酸所必需的二氫葉酸還原酶必需的二氫葉酸還原酶(DHFR)基因的基因的DNA區(qū)段區(qū)段擴增擴增40?00倍，使倍，使DHFR的表達量顯著增加，從的表達量顯著

15、增加，從而提高對而提高對MTX的抗性?；虻臄U增無疑能夠大幅的抗性?；虻臄U增無疑能夠大幅度提高基因表達產(chǎn)物的量，但這種調(diào)控機理至今度提高基因表達產(chǎn)物的量，但這種調(diào)控機理至今還不清楚。還不清楚。(2)真核基因的轉(zhuǎn)錄與染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化相關(guān)n1.染色質(zhì)結(jié)構(gòu)影響基因轉(zhuǎn)錄：松散的常染色質(zhì)中染色質(zhì)結(jié)構(gòu)影響基因轉(zhuǎn)錄：松散的常染色質(zhì)中的基因可以轉(zhuǎn)錄。緊湊折疊結(jié)構(gòu)的異染色質(zhì)從未的基因可以轉(zhuǎn)錄。緊湊折疊結(jié)構(gòu)的異染色質(zhì)從未見有基因轉(zhuǎn)錄表達，可見緊密的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)阻止見有基因轉(zhuǎn)錄表達，可見緊密的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)阻止基因表達?；虮磉_。n2.組蛋白的作用：組蛋白是堿性蛋白質(zhì)，帶正電組蛋白的作用：組蛋白是堿性蛋白質(zhì)，帶正電荷，

16、可與荷，可與DNA鏈上帶負電荷的磷酸基相結(jié)合，從鏈上帶負電荷的磷酸基相結(jié)合，從而遮蔽了而遮蔽了DNA分子，妨礙了轉(zhuǎn)錄，可能扮演了非分子，妨礙了轉(zhuǎn)錄，可能扮演了非特異性阻遏蛋白的作用。特異性阻遏蛋白的作用。n3.轉(zhuǎn)錄活躍區(qū)域?qū)怂崦缸饔妹舾卸仍黾樱焊呙艮D(zhuǎn)錄活躍區(qū)域?qū)怂崦缸饔妹舾卸仍黾樱焊呙舾悬c常出現(xiàn)在轉(zhuǎn)錄基因的感點常出現(xiàn)在轉(zhuǎn)錄基因的5側(cè)區(qū)、側(cè)區(qū)、3末端或在基末端或在基因上，多在調(diào)控蛋白結(jié)合位點的附近，分析該區(qū)因上，多在調(diào)控蛋白結(jié)合位點的附近，分析該區(qū)域核小體的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，可能有利于調(diào)控蛋白域核小體的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，可能有利于調(diào)控蛋白結(jié)合而促進轉(zhuǎn)錄。結(jié)合而促進轉(zhuǎn)錄。n4.DNA拓撲結(jié)構(gòu)變化：天然

17、雙鏈拓撲結(jié)構(gòu)變化：天然雙鏈DNA的構(gòu)象大多的構(gòu)象大多是負性超螺旋。當基因活躍轉(zhuǎn)錄時，是負性超螺旋。當基因活躍轉(zhuǎn)錄時，RNA聚合酶聚合酶轉(zhuǎn)錄方向前方轉(zhuǎn)錄方向前方DNA的構(gòu)象是正性超螺旋，其后面的構(gòu)象是正性超螺旋，其后面的的DNA為負性超螺旋。正性超螺旋會拆散核小體，為負性超螺旋。正性超螺旋會拆散核小體，有利于有利于RNA聚合酶向前移動轉(zhuǎn)錄；而負性超螺旋聚合酶向前移動轉(zhuǎn)錄；而負性超螺旋則有利于核小體的再形成。則有利于核小體的再形成。n5.DNA堿基修飾變化：真核堿基修飾變化：真核DNA中的胞嘧啶約有中的胞嘧啶約有5%被甲基化為被甲基化為5甲基胞嘧啶，這種甲基化最常甲基胞嘧啶，這種甲基化最常發(fā)生在某

18、些基因發(fā)生在某些基因5側(cè)區(qū)的側(cè)區(qū)的CpG序列中，這段序列序列中，這段序列甲基化可使其后的基因不能轉(zhuǎn)錄，甲基化可能阻甲基化可使其后的基因不能轉(zhuǎn)錄，甲基化可能阻礙轉(zhuǎn)錄因子與礙轉(zhuǎn)錄因子與DNA特定部位的結(jié)合從而影響轉(zhuǎn)錄。特定部位的結(jié)合從而影響轉(zhuǎn)錄。如果用基因打靶的方法除去主要的如果用基因打靶的方法除去主要的DNA甲基化酶，甲基化酶，小鼠的胚胎就不能正常發(fā)育而死亡，可見小鼠的胚胎就不能正常發(fā)育而死亡，可見DNA的的甲基化對基因表達調(diào)控是重要的。甲基化對基因表達調(diào)控是重要的。(3)真核基因表達以正性調(diào)控為主真核真核RNA聚合酶對啟動子的親和力很低，聚合酶對啟動子的親和力很低，基本上不依靠自身來起始轉(zhuǎn)錄，

19、需要依賴多基本上不依靠自身來起始轉(zhuǎn)錄，需要依賴多種激活蛋白的協(xié)同作用。真核基因調(diào)控中雖種激活蛋白的協(xié)同作用。真核基因調(diào)控中雖然也發(fā)現(xiàn)有負性調(diào)控元件，但其存在并不普然也發(fā)現(xiàn)有負性調(diào)控元件，但其存在并不普遍；真核基因轉(zhuǎn)錄表達的調(diào)控蛋白也有起阻遍；真核基因轉(zhuǎn)錄表達的調(diào)控蛋白也有起阻遏和激活作用或兼有兩種作用者，但總的是遏和激活作用或兼有兩種作用者，但總的是以激活蛋白的作用為主。即多數(shù)真核基因在以激活蛋白的作用為主。即多數(shù)真核基因在沒有調(diào)控蛋白作用時是不轉(zhuǎn)錄的，需要表達沒有調(diào)控蛋白作用時是不轉(zhuǎn)錄的，需要表達時就要有激活的蛋白質(zhì)來促進轉(zhuǎn)錄。換言之：時就要有激活的蛋白質(zhì)來促進轉(zhuǎn)錄。換言之：真核基因表達以正

20、性調(diào)控為主導。真核基因表達以正性調(diào)控為主導。4、真核生物基因家族n簡單多基因家族簡單多基因家族n rRNA基因家族基因家族復雜多基因家族n 組蛋白基因家族組蛋白基因家族發(fā)育控制的復雜多基因家族n 珠蛋白基因家族珠蛋白基因家族n人類發(fā)育階段中血紅蛋白組成的變化：人類發(fā)育階段中血紅蛋白組成的變化：發(fā)育階段發(fā)育階段血紅蛋白組成血紅蛋白組成胚胎期（胚胎期（8周前）周前）22 22 22胎兒期胎兒期22成年期成年期 22 22 5、真核基因的斷裂結(jié)構(gòu)6、真核生物DNA水平上的基因表達調(diào)控7、DNA甲基化與基因表達甲基化與基因表達nDNA甲基化是最早發(fā)現(xiàn)的修飾途徑之一，甲基化是最早發(fā)現(xiàn)的修飾途徑之一，可能

21、存在于所有高等生物中?？赡艽嬖谟谒懈叩壬镏小NA甲基化甲基化能關(guān)閉某些基因的活性，去甲基化則誘導了能關(guān)閉某些基因的活性，去甲基化則誘導了基因的重新活化和表達?；虻闹匦禄罨捅磉_。nDNA甲基化的主要形式甲基化的主要形式n5-甲基胞嘧啶，甲基胞嘧啶，N6-甲基腺嘌呤和甲基腺嘌呤和7-甲基鳥甲基鳥嘌呤。在真核生物中，嘌呤。在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出甲基胞嘧啶主要出現(xiàn)在現(xiàn)在CpG和和CpXpG中，原核生物中中，原核生物中CCA/TGG和和GATC也常被甲基化。也常被甲基化。n真核生物細胞內(nèi)存在兩種甲基化酶活性：一真核生物細胞內(nèi)存在兩種甲基化酶活性：一種被稱為日常型（種被稱為日常型（m

22、ainte-nance）甲基轉(zhuǎn)）甲基轉(zhuǎn)移酶，另一種是移酶，另一種是 從頭合成（從頭合成（denovosynthesis）甲基轉(zhuǎn)移酶。前者主要在甲基）甲基轉(zhuǎn)移酶。前者主要在甲基化母鏈（模板鏈）指導下使處于半甲基化的化母鏈（模板鏈）指導下使處于半甲基化的DNA雙鏈分子上與甲基胞嘧啶相對應的胞雙鏈分子上與甲基胞嘧啶相對應的胞嘧啶甲基化。日常型甲基轉(zhuǎn)移酶常常與嘧啶甲基化。日常型甲基轉(zhuǎn)移酶常常與DNA內(nèi)切酶活性相耦聯(lián)，有內(nèi)切酶活性相耦聯(lián)，有3種類型。種類型。II類類酶活性包括內(nèi)切酶和甲基化酶兩種成分，而酶活性包括內(nèi)切酶和甲基化酶兩種成分，而I類和類和III類都是雙功能酶，既能將半甲基化類都是雙功能酶，既

23、能將半甲基化DNA甲基化，又能降解外源無甲基化甲基化，又能降解外源無甲基化DNA。n由于甲基化胞嘧啶極易在進化中丟失，所以，高由于甲基化胞嘧啶極易在進化中丟失，所以，高等真核生物中等真核生物中CG序列遠遠低于其理論值。哺乳類序列遠遠低于其理論值。哺乳類基因組中約存在基因組中約存在4萬個萬個CGislands，大多位于轉(zhuǎn)錄，大多位于轉(zhuǎn)錄單元的單元的5區(qū)。區(qū)。n沒有甲基化的胞嘧啶發(fā)生脫氨基作用，就可能被沒有甲基化的胞嘧啶發(fā)生脫氨基作用，就可能被氧化成為氧化成為U，被，被DNA修復系統(tǒng)所識別和切除，恢修復系統(tǒng)所識別和切除，恢復成復成C。已經(jīng)甲基化的胞嘧啶發(fā)生脫氨基作用。已經(jīng)甲基化的胞嘧啶發(fā)生脫氨基作

24、用,它它就變?yōu)榫妥優(yōu)門,無法被區(qū)分。因此無法被區(qū)分。因此,CpG序列極易丟失。序列極易丟失。二、二、 真核基因的轉(zhuǎn)錄（順式作用元真核基因的轉(zhuǎn)錄（順式作用元件）件）n真核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控是通過順式作用元件和反式作真核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控是通過順式作用元件和反式作用因子相互作用實現(xiàn)的。此節(jié)主要介紹用因子相互作用實現(xiàn)的。此節(jié)主要介紹順式作用元件。n真核細胞的三種真核細胞的三種RNA聚合酶聚合酶(、和和)中，只中，只有有RNA聚合酶聚合酶能轉(zhuǎn)錄生成能轉(zhuǎn)錄生成mRNAn真核基因的順式調(diào)控元件是基因周圍能與特異轉(zhuǎn)真核基因的順式調(diào)控元件是基因周圍能與特異轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合而影響轉(zhuǎn)錄的錄因子結(jié)合而影響轉(zhuǎn)錄的DNA序列。其中主要

25、是序列。其中主要是起正性調(diào)控作用的順式作用元件，包括：起正性調(diào)控作用的順式作用元件，包括：n啟動子啟動子n增強子增強子n近年又發(fā)現(xiàn)起負性調(diào)控作用的元件沉寂子近年又發(fā)現(xiàn)起負性調(diào)控作用的元件沉寂子1、真核基因的啟動子 啟動子是一段特定的直接與啟動子是一段特定的直接與RNA聚合酶及聚合酶及其轉(zhuǎn)錄因子相結(jié)合、決定基因轉(zhuǎn)錄起始與否的其轉(zhuǎn)錄因子相結(jié)合、決定基因轉(zhuǎn)錄起始與否的DNA序列。不同的啟動子對序列。不同的啟動子對RNA聚合酶的親和聚合酶的親和力不同，所結(jié)合的反式作用因子也不同，因此，力不同，所結(jié)合的反式作用因子也不同，因此，基因轉(zhuǎn)錄活性也很不相同。基因轉(zhuǎn)錄活性也很不相同。人金屬硫蛋白基因的調(diào)控區(qū)說明

26、真核基因上游啟動子元件的組織情況和各元件相應結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子n典型的原核啟動子有四大要素典型的原核啟動子有四大要素 n轉(zhuǎn)錄起始位點，轉(zhuǎn)錄起始位點，-10區(qū)，區(qū)，-35區(qū)和區(qū)和-10區(qū)與區(qū)與-35區(qū)之間的間隔。區(qū)之間的間隔。 n原核基因轉(zhuǎn)錄起始位點：通常是嘌呤，其序列為原核基因轉(zhuǎn)錄起始位點：通常是嘌呤，其序列為CATn-10區(qū)：是一個區(qū)：是一個6堿基保守序列（常以堿基保守序列（常以-10為中心）。為中心）。T80A95t45A60A50T96，有助于，有助于DNA的解鏈。的解鏈。-35區(qū)：是另一個區(qū)：是另一個6堿基保守序列（常以堿基保守序列（常以-35為中心）。為中心）。T82T84G78A65C

27、54a45n真核基因啟動子：啟動子中的元件可以分為兩種：真核基因啟動子：啟動子中的元件可以分為兩種：n核心啟動子元件：指核心啟動子元件：指RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)聚合酶起始轉(zhuǎn)錄所必需的最小的錄所必需的最小的DNA序列，包括轉(zhuǎn)錄起始點及序列，包括轉(zhuǎn)錄起始點及其上游其上游25/30bp處的處的TATA盒。核心元件單盒。核心元件單獨起作用時只能確定轉(zhuǎn)錄起始位點和產(chǎn)生基礎(chǔ)水獨起作用時只能確定轉(zhuǎn)錄起始位點和產(chǎn)生基礎(chǔ)水平的轉(zhuǎn)錄。平的轉(zhuǎn)錄。n上游啟動子元件：包括通常位于上游啟動子元件：包括通常位于70bp附附近的近的CAAT盒和盒和GC盒、以及距轉(zhuǎn)錄起始點更遠的盒、以及距轉(zhuǎn)錄起始點更遠的上游元件。這些元件與相應的

28、蛋白因子結(jié)合能提上游元件。這些元件與相應的蛋白因子結(jié)合能提高或改變轉(zhuǎn)錄效率。不同基因具有不同的上游啟高或改變轉(zhuǎn)錄效率。不同基因具有不同的上游啟動子元件，其位置也不相同，這使得不同的基因動子元件，其位置也不相同，這使得不同的基因表達分別有不同的調(diào)控。圖表達分別有不同的調(diào)控。圖19-14以人金屬硫蛋以人金屬硫蛋白基因為例子，說明真核基因上游啟動子元件的白基因為例子，說明真核基因上游啟動子元件的組織情況和各元件相應結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子。組織情況和各元件相應結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子。n真核生物有真核生物有3類類RNA聚合酶，負責轉(zhuǎn)錄聚合酶，負責轉(zhuǎn)錄3類不同的啟動子：類不同的啟動子：n由由RNA聚合酶聚合酶I負責轉(zhuǎn)錄的

29、負責轉(zhuǎn)錄的rRNA基因，啟動子（基因，啟動子（I類）比較單類）比較單一，由轉(zhuǎn)錄起始位點附近的兩部分序列構(gòu)成。第一部分是核一，由轉(zhuǎn)錄起始位點附近的兩部分序列構(gòu)成。第一部分是核心啟動子（心啟動子（corepromoter），由），由-45+20位核苷酸組成，位核苷酸組成，單獨存在時就足以起始轉(zhuǎn)錄。另一部分由單獨存在時就足以起始轉(zhuǎn)錄。另一部分由-170-107位序列位序列組成，稱為上游調(diào)控元件，能有效地增強轉(zhuǎn)錄效率。組成，稱為上游調(diào)控元件，能有效地增強轉(zhuǎn)錄效率。2、RNA聚合酶聚合酶n由由RNA聚合酶聚合酶負責轉(zhuǎn)錄的是負責轉(zhuǎn)錄的是5SrRNA、tRNA和某些核內(nèi)小分子和某些核內(nèi)小分子RNA（snRN

30、A），其啟動子（），其啟動子（類）組成較復雜，又可被分為三個亞類。兩類類）組成較復雜，又可被分為三個亞類。兩類5S rRNA和和tRNA基因的啟動子是內(nèi)部啟動子，位于轉(zhuǎn)錄基因的啟動子是內(nèi)部啟動子，位于轉(zhuǎn)錄起始位點的下游，都由兩部分組成。第三類啟動子由起始位點的下游，都由兩部分組成。第三類啟動子由三個部分組成，位于轉(zhuǎn)錄起始位點上游。三個部分組成，位于轉(zhuǎn)錄起始位點上游。n由由RNA聚合酶聚合酶II負責轉(zhuǎn)錄的負責轉(zhuǎn)錄的II類基因包括所有蛋類基因包括所有蛋白質(zhì)編碼基因和部分白質(zhì)編碼基因和部分snRNA基因，后者的啟動子結(jié)基因，后者的啟動子結(jié)構(gòu)與構(gòu)與III類基因啟動子中的第三種類型相似，編碼蛋類基因啟動

31、子中的第三種類型相似，編碼蛋白質(zhì)的白質(zhì)的II類基因啟動子在結(jié)構(gòu)上有共同的保守序列。類基因啟動子在結(jié)構(gòu)上有共同的保守序列。轉(zhuǎn)錄起始位點沒有廣泛的序列同源性，但第一個堿基轉(zhuǎn)錄起始位點沒有廣泛的序列同源性，但第一個堿基為腺嘌呤，而兩側(cè)是嘧啶堿基。這個區(qū)域被稱為起始為腺嘌呤，而兩側(cè)是嘧啶堿基。這個區(qū)域被稱為起始子（子（initiator， Inr），序列可表示為），序列可表示為Py2CAPy5。Inr元件位于元件位于-3+5。僅由。僅由Inr元件組成的啟動子是具有元件組成的啟動子是具有可被可被RNA聚合酶聚合酶II識別的最簡單啟動子形式。識別的最簡單啟動子形式。 n多數(shù)多數(shù)II類啟動子有一個被稱為類啟

32、動子有一個被稱為TATA盒的共有序列，通常盒的共有序列，通常處于處于-30區(qū)，相對于轉(zhuǎn)錄起始位點的位置比較固定。區(qū)，相對于轉(zhuǎn)錄起始位點的位置比較固定。TATA盒存在于所有真核生物中，盒存在于所有真核生物中，TATA盒是一個保守的七堿基盒是一個保守的七堿基對，其序列為：對，其序列為： n n 也有一些也有一些II類啟動子不含有類啟動子不含有TATA盒，這樣的啟動子稱為盒，這樣的啟動子稱為無無TATA盒啟動子。盒啟動子。3、增強子及其對轉(zhuǎn)錄的影響增強子及其對轉(zhuǎn)錄的影響 n是一種能夠提高轉(zhuǎn)錄效率的順式調(diào)控元件，最早是一種能夠提高轉(zhuǎn)錄效率的順式調(diào)控元件，最早是在是在SV40病毒中發(fā)現(xiàn)的長約病毒中發(fā)現(xiàn)的

33、長約200bp的一段的一段DNA，可使旁側(cè)的基因轉(zhuǎn)錄提高可使旁側(cè)的基因轉(zhuǎn)錄提高100倍，其后在多種真倍，其后在多種真核生物，甚至在原核生物中都發(fā)現(xiàn)了增強子。增核生物，甚至在原核生物中都發(fā)現(xiàn)了增強子。增強子通常占強子通常占100200bp長度，也和啟動子一樣長度，也和啟動子一樣由若干組件構(gòu)成，基本核心組件常為由若干組件構(gòu)成，基本核心組件常為812bp，可以單拷貝或多拷貝串連形式存在。可以單拷貝或多拷貝串連形式存在。n增強子是指能使和它連鎖的基因轉(zhuǎn)錄頻率明顯增增強子是指能使和它連鎖的基因轉(zhuǎn)錄頻率明顯增加的加的DNA序列。序列。作為基因表達的重要調(diào)節(jié)元件，增強子通常具有下列性質(zhì)：1、增強效應十分明顯

34、，一般能使基因轉(zhuǎn)錄頻率增加、增強效應十分明顯，一般能使基因轉(zhuǎn)錄頻率增加10-200倍。經(jīng)人倍。經(jīng)人巨大細胞病毒增強子增強后的珠蛋白基因表達頻率比該基因正常轉(zhuǎn)錄高巨大細胞病毒增強子增強后的珠蛋白基因表達頻率比該基因正常轉(zhuǎn)錄高600-1000倍倍!2、增強效應與其位置和取向無關(guān)，不論增強子以什么方向排列、增強效應與其位置和取向無關(guān)，不論增強子以什么方向排列（53或或35），甚至和基因相距），甚至和基因相距3 kp，或在基因下游，均表現(xiàn)出增，或在基因下游，均表現(xiàn)出增強效應；強效應；3、大多為重復序列，一般長約、大多為重復序列，一般長約50bp，適合與某些蛋白因子結(jié)合。其，適合與某些蛋白因子結(jié)合。其內(nèi)

35、部常含有一個核心序列：（內(nèi)部常含有一個核心序列：（G）TGGA/TA/TA/T（G），是產(chǎn)生增強效），是產(chǎn)生增強效應時所必需的；應時所必需的； 4、 增強效應有嚴密的組織和細胞特異性，說明只有特定的蛋白質(zhì)增強效應有嚴密的組織和細胞特異性，說明只有特定的蛋白質(zhì)（轉(zhuǎn)錄因子）參與才能發(fā)揮其功能；（轉(zhuǎn)錄因子）參與才能發(fā)揮其功能；5、 沒有基因?qū)Ｒ恍?，可以在不同的基因組合上表現(xiàn)增強效應；沒有基因?qū)Ｒ恍?，可以在不同的基因組合上表現(xiàn)增強效應；6、 許多增強子還受外部信號的調(diào)控，如金屬硫蛋白的基因啟動區(qū)上許多增強子還受外部信號的調(diào)控，如金屬硫蛋白的基因啟動區(qū)上游所帶的增強子，就可以對環(huán)境中的鋅、鎘濃度做出反應

36、。游所帶的增強子，就可以對環(huán)境中的鋅、鎘濃度做出反應。n增強子的作用原理是什么呢？一種觀點認為，增強子的作用原理是什么呢？一種觀點認為，增強子為轉(zhuǎn)錄因子提供進入啟動子區(qū)的位點。增強子為轉(zhuǎn)錄因子提供進入啟動子區(qū)的位點。第二種認為，增強子能改變?nèi)旧|(zhì)的構(gòu)象。第二種認為，增強子能改變?nèi)旧|(zhì)的構(gòu)象。因為增強子區(qū)域容易發(fā)生從因為增強子區(qū)域容易發(fā)生從B-DNA到到Z-DNA的構(gòu)象變化。的構(gòu)象變化。n增強子的功能是可以累加的。增強子的功能是可以累加的。SV40增強子序列可增強子序列可以被分為兩半，每一半序列本身作為增強子功能以被分為兩半，每一半序列本身作為增強子功能很弱，但合在一起，即使其中間插入一些別的序

37、很弱，但合在一起，即使其中間插入一些別的序列，仍然是一個有效的增強子。因此，要使一個列，仍然是一個有效的增強子。因此，要使一個增強子失活必須在多個位點上造成突變。對增強子失活必須在多個位點上造成突變。對SV40增強子而言，沒有任何單個的突變可以使其活力增強子而言，沒有任何單個的突變可以使其活力降低降低10倍。倍。4.沉寂子n最早在酵母中發(fā)現(xiàn)，以后在最早在酵母中發(fā)現(xiàn)，以后在T淋巴細胞的淋巴細胞的T抗原受體基因的轉(zhuǎn)錄和重排中證實這種負抗原受體基因的轉(zhuǎn)錄和重排中證實這種負調(diào)控順式元件的存在。目前對這種在基因轉(zhuǎn)調(diào)控順式元件的存在。目前對這種在基因轉(zhuǎn)錄降低或關(guān)閉中起作用的序列研究還不多，錄降低或關(guān)閉中起

38、作用的序列研究還不多，但從已有的例子看到：沉寂子的作用可不受但從已有的例子看到：沉寂子的作用可不受序列方向的影響，也能遠距離發(fā)揮作用，并序列方向的影響，也能遠距離發(fā)揮作用，并可對異源基因的表達起作用。可對異源基因的表達起作用。三、三、 反式作用因子對轉(zhuǎn)錄的影響反式作用因子對轉(zhuǎn)錄的影響n1、反式作用因子n以反式作用影響轉(zhuǎn)錄的因子可統(tǒng)稱為以反式作用影響轉(zhuǎn)錄的因子可統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子(TF)。RNA聚合酶是一種反式作聚合酶是一種反式作用于轉(zhuǎn)錄的蛋白因子。在真核細胞中用于轉(zhuǎn)錄的蛋白因子。在真核細胞中RNA聚合酶通常不能單獨發(fā)揮轉(zhuǎn)錄作用，而需聚合酶通常不能單獨發(fā)揮轉(zhuǎn)錄作用，而需要與其他轉(zhuǎn)錄因子共同協(xié)

39、作。與要與其他轉(zhuǎn)錄因子共同協(xié)作。與RNA聚合聚合酶酶、相應的轉(zhuǎn)錄因子分別稱為相應的轉(zhuǎn)錄因子分別稱為TF、TF、TF，對，對TF研究最多。研究最多。下表列出真核基因轉(zhuǎn)錄需要基本的下表列出真核基因轉(zhuǎn)錄需要基本的TF。一般認為，如果某個蛋白是體外轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)中起始RNA合成所必需的，它就是轉(zhuǎn)錄復合體的一部分。根據(jù)各個蛋白質(zhì)成分在轉(zhuǎn)錄中的作用，能將整個復合體分為3部分： 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。它們中有些被認為是轉(zhuǎn)錄復合體的一部分，因為所有或大部分基因的啟動子區(qū)含有這一特異序列，如T

40、ATA區(qū)和TFIID，更多的則是基因或啟動子特異性結(jié)合調(diào)控蛋白，它們是起始某個（類）基因轉(zhuǎn)錄所必需的。 RNA聚合酶的基本轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子分子量（kD) 功 能TBP30與TATA盒結(jié)合TF-B 33介導RNA聚合酶的結(jié)合TF-F 30,74 解旋酶TF-E 34,37 ATP酶TF-H 62,89 解旋酶TF-A12,19,35 穩(wěn)定TF-D的結(jié)合TF-I 120 促進TF-D的結(jié)合n研究最多的是與研究最多的是與TATA盒結(jié)合的蛋白因子盒結(jié)合的蛋白因子TFD，后來發(fā)現(xiàn)后來發(fā)現(xiàn)TFD實際包括兩類成分：與實際包括兩類成分：與TATA盒結(jié)合的盒結(jié)合的蛋白是蛋白是TBP，是唯一能識別，是唯一能識別T

41、ATA盒并與其結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因盒并與其結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子，是三種子，是三種RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄時都需要的；其他稱為聚合酶轉(zhuǎn)錄時都需要的；其他稱為TBP相相關(guān)因子關(guān)因子(TAF)，至少包括，至少包括8種能與種能與TBP緊密結(jié)合的因子。緊密結(jié)合的因子。n轉(zhuǎn)錄前先是轉(zhuǎn)錄前先是TFD與與TATA盒結(jié)合；繼而盒結(jié)合；繼而TFB以以其其C端與端與TBPDNA復合體結(jié)合，其復合體結(jié)合，其N端則能與端則能與RNA聚合聚合酶酶親和結(jié)合，接著由兩個亞基組成的親和結(jié)合，接著由兩個亞基組成的TFF加入裝配，加入裝配，TFF能與能與RNA聚合酶形成復合體，還具有依賴于聚合酶形成復合體，還具有依賴于ATP供給能量的供給能量的DNA解

42、旋酶活性，能解開前方的解旋酶活性，能解開前方的DNA雙螺旋，雙螺旋，在轉(zhuǎn)錄鏈延伸中起作用。這樣，啟動子序列就與在轉(zhuǎn)錄鏈延伸中起作用。這樣，啟動子序列就與TFD、B、F及及RNA聚合酶聚合酶結(jié)合形成一個結(jié)合形成一個“最低限度最低限度”能有轉(zhuǎn)能有轉(zhuǎn)錄功能基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)錄前起始復合物錄功能基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)錄前起始復合物( PIC)，能轉(zhuǎn)錄，能轉(zhuǎn)錄mRNA。n轉(zhuǎn)錄前先是轉(zhuǎn)錄前先是TFD與與TATA盒結(jié)合盒結(jié)合nTFA結(jié)合在結(jié)合在TFD上游上游nTFB結(jié)合在轉(zhuǎn)錄起始位點附近結(jié)合在轉(zhuǎn)錄起始位點附近nRNA聚合酶聚合酶與與TFF偶聯(lián)形成復合體結(jié)合偶聯(lián)形成復合體結(jié)合到轉(zhuǎn)錄起始位點到轉(zhuǎn)錄起始位點nTFE結(jié)合在結(jié)合在RNA聚合

43、酶聚合酶的下游的下游nTFH和和TFJ結(jié)合上去，形成完整的轉(zhuǎn)結(jié)合上去，形成完整的轉(zhuǎn)錄起始復合物錄起始復合物RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄復合體的形成示意圖n不同基因由不同的上游啟動子元件組成，能與不不同基因由不同的上游啟動子元件組成，能與不同的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，這些轉(zhuǎn)錄因子通過與基礎(chǔ)的同的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，這些轉(zhuǎn)錄因子通過與基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)錄復合體作用而影響轉(zhuǎn)錄的效率?，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)轉(zhuǎn)錄復合體作用而影響轉(zhuǎn)錄的效率?，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有許多不同的轉(zhuǎn)錄因子，看到的現(xiàn)象是：同一現(xiàn)有許多不同的轉(zhuǎn)錄因子，看到的現(xiàn)象是：同一DNA序列可被不同的蛋白因子所識別；能直接結(jié)序列可被不同的蛋白因子所識別；能直接結(jié)合合DNA序列的蛋白因子是少數(shù)，但不同的

44、蛋白因序列的蛋白因子是少數(shù)，但不同的蛋白因子間可以相互作用，因而多數(shù)轉(zhuǎn)錄因子是通過蛋子間可以相互作用，因而多數(shù)轉(zhuǎn)錄因子是通過蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)間作用與白質(zhì)蛋白質(zhì)間作用與DNA序列聯(lián)系并影響轉(zhuǎn)錄序列聯(lián)系并影響轉(zhuǎn)錄效率的效率的(見圖見圖)。轉(zhuǎn)錄因子之間或轉(zhuǎn)錄因子與。轉(zhuǎn)錄因子之間或轉(zhuǎn)錄因子與DNA的結(jié)合都會引起構(gòu)象的變化，從而影響轉(zhuǎn)錄的效的結(jié)合都會引起構(gòu)象的變化，從而影響轉(zhuǎn)錄的效率。率。轉(zhuǎn)錄因子與轉(zhuǎn)錄復合體相互作用模式圖2、反式作用因子中的反式作用因子中的DNA識別或結(jié)合域識別或結(jié)合域n如上圖所示，作為蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄因子從功能上分如上圖所示，作為蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄因子從功能上分析其結(jié)構(gòu)可包含有不同區(qū)域，析其結(jié)構(gòu)可

45、包含有不同區(qū)域，nDNA結(jié)合域：多由結(jié)合域：多由60100個氨基酸殘基個氨基酸殘基組織的幾個亞區(qū)組成；組織的幾個亞區(qū)組成；n轉(zhuǎn)錄激活域：常由轉(zhuǎn)錄激活域：常由30100氨基酸殘基組氨基酸殘基組成，這結(jié)構(gòu)域有富含酸性氨基酸、富含谷氨酰胺、成，這結(jié)構(gòu)域有富含酸性氨基酸、富含谷氨酰胺、富含脯氨酸等不同種類，以酸性結(jié)構(gòu)域最多見；富含脯氨酸等不同種類，以酸性結(jié)構(gòu)域最多見；連接區(qū)，即連接上兩個結(jié)構(gòu)域的部分。不與連接區(qū)，即連接上兩個結(jié)構(gòu)域的部分。不與DNA直接結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子沒有直接結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子沒有DNA結(jié)合域，但能結(jié)合域，但能通過轉(zhuǎn)錄激活域直接或間接作用于轉(zhuǎn)錄復合體而通過轉(zhuǎn)錄激活域直接或間接作用于轉(zhuǎn)錄復合體

46、而影響轉(zhuǎn)錄效率。影響轉(zhuǎn)錄效率。n（1）螺旋轉(zhuǎn)角螺旋）螺旋轉(zhuǎn)角螺旋(HTH)及螺旋及螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋螺旋(HLH)這類結(jié)構(gòu)至少有兩個這類結(jié)構(gòu)至少有兩個螺旋，其間由短肽段形成的轉(zhuǎn)角或螺旋，其間由短肽段形成的轉(zhuǎn)角或環(huán)連接，兩個這樣的環(huán)連接，兩個這樣的motif結(jié)構(gòu)以二聚體形式相連，距離結(jié)構(gòu)以二聚體形式相連，距離正好相當于正好相當于DNA一個螺距一個螺距(3.4nm)，兩個，兩個螺旋剛好分別螺旋剛好分別嵌入嵌入DNA的深溝的深溝(圖圖)。HTH結(jié)構(gòu)及其與結(jié)構(gòu)及其與DNA的結(jié)合的結(jié)合N-端多余臂部分與小溝結(jié)合螺旋1和2靠在外側(cè)螺旋3位于DNA的大溝中n（2）鋅指）鋅指(zinc finger)其結(jié)構(gòu)如圖

47、所其結(jié)構(gòu)如圖所示，每個重復的示，每個重復的“指指”狀結(jié)構(gòu)約含狀結(jié)構(gòu)約含23個氨個氨基酸殘基，鋅以基酸殘基，鋅以4個配價鍵與個配價鍵與4個半胱氨酸、個半胱氨酸、或或2個半胱氨酸和個半胱氨酸和2個組氨酸相結(jié)合。整個個組氨酸相結(jié)合。整個蛋白質(zhì)分子可有蛋白質(zhì)分子可有2?個這樣的鋅指重復單位。個這樣的鋅指重復單位。每一個單位可以其指部伸入每一個單位可以其指部伸入DNA雙螺旋的雙螺旋的深溝，接觸深溝，接觸5個核苷酸。例如與個核苷酸。例如與GC盒結(jié)合的盒結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子SP1中就有連續(xù)的中就有連續(xù)的3個鋅指重復結(jié)個鋅指重復結(jié)構(gòu)。構(gòu)。n（3）堿性亮氨酸拉鏈）堿性亮氨酸拉鏈(bZIP)，該結(jié)構(gòu)的特，該結(jié)構(gòu)

48、的特點是蛋白質(zhì)分子的肽鏈上每隔點是蛋白質(zhì)分子的肽鏈上每隔6個氨基酸就有一個個氨基酸就有一個亮氨酸殘基，結(jié)果就導致這些亮氨酸殘基都在亮氨酸殘基，結(jié)果就導致這些亮氨酸殘基都在螺螺旋的同一個方向出現(xiàn)。兩個相同結(jié)構(gòu)的兩排亮氨旋的同一個方向出現(xiàn)。兩個相同結(jié)構(gòu)的兩排亮氨酸殘基就能以疏水鍵結(jié)合成二聚體，該二聚體的酸殘基就能以疏水鍵結(jié)合成二聚體，該二聚體的另一端的肽段富含堿性氨基酸殘基，借其正電荷另一端的肽段富含堿性氨基酸殘基，借其正電荷與與DNA雙螺旋鏈上帶負電荷的磷酸基團結(jié)合。若雙螺旋鏈上帶負電荷的磷酸基團結(jié)合。若不形成二聚體則對不形成二聚體則對DNA的親和結(jié)合力明顯降低。的親和結(jié)合力明顯降低。在肝臟、小

49、腸上皮、脂肪細胞和某些腦細胞中有在肝臟、小腸上皮、脂肪細胞和某些腦細胞中有稱為稱為C/EBP家族的一大類蛋白質(zhì)能夠與家族的一大類蛋白質(zhì)能夠與CAAT盒盒和病毒增強子結(jié)合，其特征就是能形成和病毒增強子結(jié)合，其特征就是能形成bZIP二聚二聚體結(jié)構(gòu)。體結(jié)構(gòu)。堿性區(qū)與DNA相結(jié)合位于螺旋疏水區(qū)的亮氨酸相互作用堿性區(qū)與DNA相結(jié)合n（4）堿性螺旋）堿性螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋螺旋(bHLH)： bHLH類蛋白只有類蛋白只有形成同源或異源二聚體時，才形成同源或異源二聚體時，才具有足夠的具有足夠的DNA結(jié)合能力。該結(jié)合能力。該調(diào)控區(qū)長約調(diào)控區(qū)長約50個個aa殘基，同殘基，同時具有時具有DNA結(jié)合和形成蛋白質(zhì)結(jié)合和形

50、成蛋白質(zhì)二聚體的功能，其主要特點是二聚體的功能，其主要特點是可形成兩個親脂性可形成兩個親脂性-螺旋，兩螺旋，兩個螺旋之間由環(huán)狀結(jié)構(gòu)相連，個螺旋之間由環(huán)狀結(jié)構(gòu)相連，其其DNA結(jié)合功能是由一個較短結(jié)合功能是由一個較短的富堿性氨基酸區(qū)所決定的。的富堿性氨基酸區(qū)所決定的。n（5）同源域蛋白（）同源域蛋白（hd)：同源域是編碼同源域是編碼60個保守氨基酸個保守氨基酸序列的序列的DNA片段，同源轉(zhuǎn)換基因片段，同源轉(zhuǎn)換基因與生物生長、發(fā)育和分化有關(guān)。與生物生長、發(fā)育和分化有關(guān)。許多含有同源轉(zhuǎn)換區(qū)的基因具有許多含有同源轉(zhuǎn)換區(qū)的基因具有轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能，同源轉(zhuǎn)換區(qū)氨基轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能，同源轉(zhuǎn)換區(qū)氨基酸序列可能參與了酸序

51、列可能參與了DNA結(jié)合區(qū)。結(jié)合區(qū)。最早來自控制軀體發(fā)育的基因，最早來自控制軀體發(fā)育的基因，其中的其中的DNA結(jié)合區(qū)與結(jié)合區(qū)與 helix-turn-helixmotif相似，人們把相似，人們把該該DNA序列稱為序列稱為homeobox。主要與主要與DNA大溝相結(jié)合。大溝相結(jié)合。四、四、 真核基因表達調(diào)控的主要模式真核基因表達調(diào)控的主要模式（真核基因表達調(diào)控舉例）（真核基因表達調(diào)控舉例）n現(xiàn)代分子生物學上把能與某個（類）專一蛋現(xiàn)代分子生物學上把能與某個（類）專一蛋白因子結(jié)合，從而控制基因特異表達的白因子結(jié)合，從而控制基因特異表達的DNA上游序列稱為應答元件（上游序列稱為應答元件（response

52、element）。它們與細胞內(nèi)高度專一的轉(zhuǎn)錄）。它們與細胞內(nèi)高度專一的轉(zhuǎn)錄因子相互作用，協(xié)調(diào)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。因子相互作用，協(xié)調(diào)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。n最常見的應答元件有：最常見的應答元件有： 熱激應答元件（熱激應答元件（HSE），），糖皮質(zhì)應答元件糖皮質(zhì)應答元件（GRE），），金屬應答元件（金屬應答元件（MRE）1、蛋白質(zhì)磷酸化與基因表達蛋白質(zhì)磷酸化與基因表達 n蛋白質(zhì)的磷酸化反應是指通過酶促反應把磷酸基蛋白質(zhì)的磷酸化反應是指通過酶促反應把磷酸基團從一個化合物轉(zhuǎn)移到另一個化合物上的過程團從一個化合物轉(zhuǎn)移到另一個化合物上的過程,是是生物體內(nèi)存在的一種普遍的調(diào)節(jié)方式，在細胞信生物體內(nèi)存在的一種普遍的調(diào)節(jié)

53、方式，在細胞信號的傳遞過程中占有極其重要的地位。號的傳遞過程中占有極其重要的地位。n已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在人體內(nèi)有多達已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在人體內(nèi)有多達2000個左右的蛋白質(zhì)激個左右的蛋白質(zhì)激酶和酶和1000個左右的蛋白質(zhì)磷酸酶基因。蛋白質(zhì)的個左右的蛋白質(zhì)磷酸酶基因。蛋白質(zhì)的磷酸化是指由蛋白質(zhì)激酶催化的把磷酸化是指由蛋白質(zhì)激酶催化的把ATP或或GTP上上位的磷酸基轉(zhuǎn)移到底物蛋白質(zhì)氨基酸殘基上的過位的磷酸基轉(zhuǎn)移到底物蛋白質(zhì)氨基酸殘基上的過程，其逆轉(zhuǎn)過程是由蛋白質(zhì)磷酸酶催化的，稱為程，其逆轉(zhuǎn)過程是由蛋白質(zhì)磷酸酶催化的，稱為蛋白質(zhì)脫磷酸化。蛋白質(zhì)脫磷酸化。蛋白質(zhì)磷酸化在細胞信號轉(zhuǎn)導中的作用n(1).在胞內(nèi)介導胞外信號時具有

54、專一應答特點。在胞內(nèi)介導胞外信號時具有專一應答特點。與信號傳遞有關(guān)的蛋白激酶類主要受控于胞內(nèi)信與信號傳遞有關(guān)的蛋白激酶類主要受控于胞內(nèi)信使，如使，如cAMP，Ca2+，DG（二酰甘油，（二酰甘油，diacylglycerol）等，這種共價修飾調(diào)節(jié)方式顯然比變）等，這種共價修飾調(diào)節(jié)方式顯然比變構(gòu)調(diào)節(jié)較少受胞內(nèi)代謝產(chǎn)物的影響。構(gòu)調(diào)節(jié)較少受胞內(nèi)代謝產(chǎn)物的影響。n(2).蛋白質(zhì)的磷酸化與脫磷酸化控制了細胞內(nèi)已有蛋白質(zhì)的磷酸化與脫磷酸化控制了細胞內(nèi)已有的酶的酶活性活性。與酶的重新合成及分解相比，這種。與酶的重新合成及分解相比，這種方式能對外界刺激做出更迅速的反應。方式能對外界刺激做出更迅速的反應。(3)

55、.對外界信號具有級聯(lián)放大作用；對外界信號具有級聯(lián)放大作用；(4).蛋白質(zhì)的磷酸化與脫磷酸化保證了細胞對外界蛋白質(zhì)的磷酸化與脫磷酸化保證了細胞對外界信號的持續(xù)反應。信號的持續(xù)反應。n被磷酸化的主要氨基酸殘基：絲氨酸、蘇氨酸和被磷酸化的主要氨基酸殘基：絲氨酸、蘇氨酸和酪氨酸。組氨酸和賴氨酸殘基也可能被磷酸化。酪氨酸。組氨酸和賴氨酸殘基也可能被磷酸化。2、熱激應答激活蛋白熱激應答激活蛋白 n雖然所有應答元件與轉(zhuǎn)錄起始位點的距離并不固雖然所有應答元件與轉(zhuǎn)錄起始位點的距離并不固定，如定，如HSE常位于啟動區(qū)內(nèi)，常位于啟動區(qū)內(nèi)，GRE則位于增強子則位于增強子區(qū)內(nèi)。但它們大多位于轉(zhuǎn)錄起始位點上游區(qū)內(nèi)。但它們

56、大多位于轉(zhuǎn)錄起始位點上游200bp之內(nèi)。盡管單個應答元件的存在足以調(diào)控基因表之內(nèi)。盡管單個應答元件的存在足以調(diào)控基因表達，多拷貝元件的存在可能與基因的高效表達有達，多拷貝元件的存在可能與基因的高效表達有關(guān)。特異轉(zhuǎn)錄因子與應答元件的結(jié)合，是起始該關(guān)。特異轉(zhuǎn)錄因子與應答元件的結(jié)合，是起始該基因轉(zhuǎn)錄的必要條件?；蜣D(zhuǎn)錄的必要條件。 n許多生物受熱誘導時能合成一系列熱休克蛋白許多生物受熱誘導時能合成一系列熱休克蛋白（heatshockprotein）。無論細菌還是高等真）。無論細菌還是高等真核生物，熱休克基因散布于染色體的各個部位或核生物，熱休克基因散布于染色體的各個部位或不同染色體上。不同染色體上。

57、 n 受熱后，果蠅細胞內(nèi)受熱后，果蠅細胞內(nèi)Hsp70 mRNA水平提高水平提高1000倍，就是因為熱激因子（倍，就是因為熱激因子（heatshockfactor，HSF）與）與hsp70基因基因TATA區(qū)上游區(qū)上游60bp處的處的HSE相結(jié)合，激發(fā)轉(zhuǎn)錄起始。相結(jié)合，激發(fā)轉(zhuǎn)錄起始。 在第一個在第一個HSE上游上游800bp處還發(fā)現(xiàn)存在第二個處還發(fā)現(xiàn)存在第二個HSE。 研究發(fā)現(xiàn)，研究發(fā)現(xiàn)，在沒有受熱或其他環(huán)境脅迫時，在沒有受熱或其他環(huán)境脅迫時，HSF主要以單體主要以單體的形式存在于細胞質(zhì)和核內(nèi)。單體的形式存在于細胞質(zhì)和核內(nèi)。單體HSF沒有沒有DNA結(jié)合能力，結(jié)合能力，Hsp70可能參與了維持可能參

58、與了維持HSF的單體形的單體形式。受到熱激或其他環(huán)境脅迫時，細胞內(nèi)變性蛋式。受到熱激或其他環(huán)境脅迫時，細胞內(nèi)變性蛋白增多，與白增多，與HSF競爭結(jié)合競爭結(jié)合Hsp70，從而釋放，從而釋放HSF，使之形成三體并輸入核內(nèi)。使之形成三體并輸入核內(nèi)。 n 熱激以后，熱激以后，HSF不但形成三體，還迅速被磷酸不但形成三體，還迅速被磷酸化。化。HSF與與HSE的特異性結(jié)合，引起包括的特異性結(jié)合，引起包括Hsp70在內(nèi)的許多熱激應答基因表達，大量產(chǎn)生在內(nèi)的許多熱激應答基因表達，大量產(chǎn)生Hsp70蛋白。隨著熱激溫度消失，細胞內(nèi)出現(xiàn)大量游離蛋白。隨著熱激溫度消失，細胞內(nèi)出現(xiàn)大量游離的的Hsp70蛋白，它們與蛋白，它們與HSF相結(jié)合，并使其脫離相結(jié)合，并使其脫離DNA序列，最終形成沒有序列，最終形成沒有DNA結(jié)合能力的單體。結(jié)合能力的單體。 n 對果蠅和人對果蠅和人HSF蛋白的分析表明，熱激轉(zhuǎn)錄因蛋白的分析表明，熱激轉(zhuǎn)錄因子具有多個可形成拉鏈的疏水重復區(qū)，其中子具有多個可形成拉鏈的疏水重復區(qū)，其中3個位個位于于N端，靠近端，靠近DNA結(jié)合區(qū)，參與促進結(jié)合區(qū)，參與促進HSF三體的三體的形成。第形成。第4個拉鏈位于個拉鏈位于C端，與第端，與第452-488位保守位保守區(qū)一道參與維持區(qū)一道參與維持HS