W細(xì)胞分化與基因表達(dá)調(diào)控

W細(xì)胞分化與基因表達(dá)調(diào)控第1頁/共64頁2.細(xì)胞分化特點(diǎn)：①細(xì)胞分化是穩(wěn)定單向演變的，一般來說是不會(huì)逆轉(zhuǎn)的；②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)使果蟲蠅某個(gè)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。③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(duì)電離輻射的耐受能力亦增強(qiáng)。第2頁/共64頁二、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(totipotenuy)→多能性(pluripotercy)→單能性(rwonopoency)。動(dòng)物個(gè)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)胞。第3頁/共64頁

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(chromosomediminutin)，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(dòng)物克?。篶lone：無性繁殖系 cloning無性繁殖（純系）方式第4頁/共64頁三、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(dòng)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(gè)有關(guān)的認(rèn)識(shí)論難點(diǎn)：①既然動(dòng)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(dòng)物的發(fā)育潛能都是隨著細(xì)胞分化的深入而越變?cè)秸?？②既然?dòng)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(dòng)物特化細(xì)胞的整體卻表現(xiàn)為喪失了全能性呢？第5頁/共64頁四、細(xì)胞分化與基因時(shí)空表達(dá)：

1.差別基因表達(dá)和基因時(shí)空表達(dá)：同一個(gè)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（housekeeping基因）；·奢侈基因（huxury基因）—組織特異性基因。通常結(jié)構(gòu)基因都是受著嚴(yán)格的時(shí)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)（differentialgeneexpress）。e.g.:成人血紅蛋白是22，胚胎是22，胎兒是2r2。

第6頁/共64頁這種基因時(shí)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(dòng)眾多特異細(xì)胞的分化，即關(guān)鍵調(diào)控蛋白先啟動(dòng)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(dòng)的基因表達(dá)產(chǎn)物又成為其他基因的調(diào)控啟動(dòng)因子，從而誘導(dǎo)更多的細(xì)胞走向分化，最終由這種級(jí)聯(lián)方式啟動(dòng)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(duì)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(gè)調(diào)控蛋白的組合調(diào)控可級(jí)聯(lián)啟動(dòng)2n個(gè)分化細(xì)胞類型。

第7頁/共64頁2.細(xì)胞分化程度與基因時(shí)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(shí)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。

第8頁/共64頁五、細(xì)胞質(zhì)在細(xì)胞分化中的重要作用:

1.動(dòng)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(dòng)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(gè)雜交細(xì)胞的全能性，這就是該問題的癥結(jié)。第9頁/共64頁2.動(dòng)物卵細(xì)胞質(zhì)對(duì)細(xì)胞分化的調(diào)控胚胎學(xué)家發(fā)現(xiàn)受精卵中，從動(dòng)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)?！Q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（maskedmRNA）（大量存在多copy）。第10頁/共64頁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maskedmRNA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(chǔ)存于卵細(xì)胞中，卵裂后的各個(gè)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(hào)分子（細(xì)胞生長分子因子）對(duì)其他細(xì)胞產(chǎn)生級(jí)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。第11頁/共64頁六、細(xì)胞之間相互作用對(duì)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(duì)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：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(shí)期是懷孕頭三個(gè)月。第12頁/共64頁

八、再生現(xiàn)象（植物及低等動(dòng)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(dòng)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。第13頁/共64頁

九、克隆動(dòng)物研究的意義（人為條件下的再生）：1.首次證實(shí)了哺乳動(dòng)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(dòng)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(dòng)物的生物學(xué)效應(yīng)。2.首次成功證實(shí)了哺乳動(dòng)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)?！ひ岳漯囸I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?！ひ噪娒}沖融合法，激活移植卵啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)再分化。第14頁/共64頁3.證實(shí)了動(dòng)物clone并不是100%的復(fù)制，clone≠copy：

“A”親本是細(xì)胞核供詳，“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(dòng)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15頁/共64頁第二節(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。第16頁/共64頁一、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體（糖蛋白質(zhì)）數(shù)量增多；5.體外培養(yǎng)時(shí)，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(duì)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）。第17頁/共64頁二、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DNAvirus，又有RNAvirus，但并非所有病毒致癌?！つ承┥锾烊怀煞趾蜕x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。第18頁/共64頁三、細(xì)胞癌基因&抑癌基因：

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(dòng)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。第19頁/共64頁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(gè)等位基因都丟失和失活時(shí)也可以發(fā)生細(xì)胞癌變。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(shí)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20頁/共64頁第三節(jié)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(gè)轉(zhuǎn)錄單位，并通過表達(dá)對(duì)表型產(chǎn)生專一性效應(yīng)。基因表達(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(dòng)，關(guān)閉和速率的因素及其作用稱作基因表達(dá)的控制。第21頁/共64頁

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）染色質(zhì)丟失：某些原生動(dòng)物，線蟲和甲殼類動(dòng)物在個(gè)體發(fā)育過程中，體細(xì)胞會(huì)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。

第22頁/共64頁

例：四膜蟲含一個(gè)大核（營養(yǎng)核）和一個(gè)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(dòng)、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(gè)體的潛在能力，即含全部基因，稱核的全能性。第23頁/共64頁（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：兩棲類和昆蟲的卵母細(xì)胞，需要1012個(gè)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(gè)，以滿足胚胎發(fā)育的需要。第24頁/共64頁(三)基因重排：脯乳動(dòng)物可產(chǎn)生106—108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?？贵w由兩條輕鏈（L）重鏈（H）組成：

Kλ

輕鏈基因片段有四類：L：前導(dǎo)片段

V：可變片段2005J：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200D：多樣性片段12J：連接片段5C：恒定片段8第25頁/共64頁第26頁/共64頁

抗體的基因組有三個(gè)獨(dú)立的多基因族：兩個(gè)編碼輕鏈，一個(gè)編碼重鏈。淋巴細(xì)胞受抗原刺激分化為漿細(xì)胞時(shí)，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(gè)D片段與一個(gè)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)。

第27頁/共64頁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λ鏈基因開始重排，而在產(chǎn)生λ鏈的細(xì)胞中，兩個(gè)K位點(diǎn)均已重排過。通常每個(gè)B-細(xì)胞只表達(dá)重鏈或輕鏈的一個(gè)等位基因產(chǎn)物，稱等位基因排斥作用。第28頁/共64頁

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*Jh數(shù)5*V-D接點(diǎn)機(jī)動(dòng)性10*D-J接點(diǎn)機(jī)動(dòng)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(dòng)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。第29頁/共64頁（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)。①異染色化：雌性脯乳動(dòng)物有兩條χ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(shí)，又回復(fù)為常染色質(zhì)狀態(tài)。②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)附近時(shí)，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)。第30頁/共64頁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(duì)DNaseI有優(yōu)先敏感性。

第31頁/共64頁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(shí)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。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。第32頁/共64頁（五）染色體DNA甲基化和去甲基化與基因活性：動(dòng)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：

①維持性甲基化酶：在甲基化DNA模板指導(dǎo)下，使對(duì)應(yīng)部分甲基化。②構(gòu)建性甲基化酶：對(duì)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(duì)：5’……mCpG……3’5’……mCpG……3’3’…..GpCm……..5’3’……GpC………5’

完全甲基化半甲基化第33頁/共64頁限制性內(nèi)切酶：MspⅠ切割CCGG，不論是否甲基化;HpaⅡ只切割未甲基化的CCGG。用上述酶檢測DNA序列，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(duì)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(shí)別與作用;（2）

甲基化影響DNA構(gòu)象，如形成Z-DNA。第34頁/共64頁二、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。第35頁/共64頁

（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(dòng)子和增強(qiáng)子，與蛋白編碼區(qū)連鎖，被RNA聚合酶識(shí)別、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Ⅰ：rＲＮＡ（２８s,5.8s,18s）前體核仁中合成RNA聚合酶Ⅱ：mRNA核基質(zhì)中合成RNA聚合酶Ⅲ：小RNA(tRNAs，5sRNA，snRNAs)核基質(zhì)中合成

第36頁/共64頁1.啟動(dòng)子:

通過RNA聚合酶Ⅱ啟動(dòng)子分析，得出啟動(dòng)子共同模式：（1）TATA（識(shí)別）框：位于基因轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)上游－２５附近，富含AT的共有序列（TATAATAAT）。保證轉(zhuǎn)錄精確起始。（2）上游啟動(dòng)子成份（UPE）：上游－７５附近的CAAT框，共有序列（GGTCCAATCT）及幾百個(gè)bp的啟動(dòng)子成分。能結(jié)合特定的轉(zhuǎn)錄因子，控制轉(zhuǎn)錄起始頻率。第37頁/共64頁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ＤＮＡ構(gòu)象而實(shí)現(xiàn)。位于上游的200bp處包括兩個(gè)72bp的串聯(lián)重復(fù)序列，其作用有三個(gè)顯著的特征：（1）具遠(yuǎn)程效應(yīng)，同一條ＤＮＡ上，在啟動(dòng)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。第38頁/共64頁（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）：①.通用轉(zhuǎn)錄因子：結(jié)合在TATA框上，如TFⅡA、TFⅡB等蛋白因子。②.轉(zhuǎn)錄控制因子：結(jié)合在UPE（上游啟動(dòng)子成分）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(shí)別、定位在特殊基因的增強(qiáng)子、啟動(dòng)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。第39頁/共64頁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:①DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域;②轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域。第40頁/共64頁

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):①這些受體蛋白具有一個(gè)中心DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域，約由100個(gè)氨基酸組成，形成一系列鋅指結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)識(shí)別特異DNA序列;②轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域定位在N-末端;③這些固醇類激素受體都含有一個(gè)特定的激素結(jié)合結(jié)構(gòu)域，位于C-末端。第41頁/共64頁（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：α-螺旋-轉(zhuǎn)角-α-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(gè)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(gè)氨基酸組成，含有許多帶負(fù)電荷的α-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。第42頁/共64頁例：糖皮質(zhì)激素受體的三個(gè)結(jié)構(gòu)域：①結(jié)合DNA結(jié)構(gòu)域；②結(jié)合激素結(jié)構(gòu)域；③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→受體構(gòu)象改變并被激活→活化的激素-受體復(fù)合物→對(duì)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(dòng)子而調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。第43頁/共64頁（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。

第44頁/共64頁（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(gè)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)基因的轉(zhuǎn)錄活性。第45頁/共64頁

（5）.有些基因調(diào)控蛋白可與幾個(gè)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。第46頁/共64頁

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)。第47頁/共64頁（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(gè)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。DNAhnRNA（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)胞質(zhì)中翻譯成蛋白質(zhì)。

hnRNA的修飾加工：①5’端帽子的形成②3’端附加多聚A尾巴第48頁/共64頁hnRNA和mRNA都有5’端7-甲基鳥嘌呤核苷（m7GpppN）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：①增加mRNA的穩(wěn)定，保護(hù)其免被5’外切核酸酶的攻擊。②帽子結(jié)構(gòu)為核糖體對(duì)mRNA的識(shí)別提供信號(hào)。第49頁/共64頁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200~250個(gè)核苷酸。但mRNA到達(dá)細(xì)胞質(zhì)中polyA的長度就不再一致了，變化于30~250之間?？赡芘cmRNA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。

第50頁/共64頁（二）mRNA前體的選擇性拼接：①不連續(xù)基因中的居間序列稱“內(nèi)含子”;②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。第51頁/共64頁內(nèi)含子精確切除需要:①mRNA前體中的特異的識(shí)別信號(hào);②特定因子識(shí)別這些信號(hào)。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。兩種拼接方式：①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。②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)。第52頁/共64頁

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：①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)②同一基因，原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA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”。

第53頁/共64頁

（三）mRNA的選擇性運(yùn)輸：運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)的成熟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)。第54頁/共64頁例：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。第55頁/共64頁四、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mRNA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。第56頁/共64頁（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：①β-珠蛋白的mRNA半壽期約10h以上。②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：①3’端特殊信號(hào)序列②細(xì)胞外信號(hào)的影響。如激素第57頁/共64頁激素作用：①促進(jìn)特定基因的轉(zhuǎn)錄；②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(dòng)。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，使mRNA濃度增加100倍，從而使酪蛋白翻譯（合成）量大增。

第58頁/共64頁例2：增加細(xì)胞內(nèi)鐵的濃度導(dǎo)致兩種現(xiàn)象：①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;②

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)