第七章真核生物表達(dá)調(diào)控

本章所講述內(nèi)容：

1、真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性；

2、真核基因的轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控；

3、反式作用因子的調(diào)控作用；

4、真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的主要模式；

5、其他水平的基因調(diào)控；

現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四

真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性:

1、簡(jiǎn)述真核生物基因表達(dá)調(diào)控總論；

2、真核基因組的一般構(gòu)造特點(diǎn)；

3、基因的典型結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)；

4、真核生物DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控;

5、DNA甲基化與基因活性的調(diào)控;現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四真核生物和原核生物由于基本生活方式不同所決定基因表達(dá)調(diào)控上的巨大差別。原核生物的調(diào)控系統(tǒng)就是要在一個(gè)特定的環(huán)境中為細(xì)胞創(chuàng)造高速生長(zhǎng)的條件，或使細(xì)胞在受到損傷時(shí)，盡快得到修復(fù)，所以，原核生物基因表達(dá)的開(kāi)關(guān)經(jīng)常是通過(guò)控制轉(zhuǎn)錄的起始來(lái)調(diào)節(jié)的。

真核生物（除酵母、藻類(lèi)和原生動(dòng)物等單細(xì)胞類(lèi)之外）主要由多細(xì)胞組成，每個(gè)真核細(xì)胞所攜帶的基因數(shù)量及總基因組中蘊(yùn)藏的遺傳信息量都大大高于原核生物。人類(lèi)細(xì)胞單倍體基因組就包含有3×109bp總DNA，約為大腸桿菌總DNA的1000倍，是噬菌體總DNA的10萬(wàn)倍左右！大腸桿菌約有4000個(gè)基因，人則約有3～5萬(wàn)個(gè)基因。現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四

真核基因表達(dá)調(diào)控的最顯著特征是能在特定時(shí)間和特定的細(xì)胞中激活特定的基因，從而實(shí)現(xiàn)"預(yù)定"的、有序的、不可逆轉(zhuǎn)的分化、發(fā)育過(guò)程，并使生物的組織和器官在一定的環(huán)境條件范圍內(nèi)保持正常功能?，F(xiàn)在是4頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四

真核生物基因調(diào)控，根據(jù)其性質(zhì)可分為兩大類(lèi)：

第一類(lèi)是瞬時(shí)調(diào)控或稱(chēng)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)，包括某種底物或激素水平升降，或細(xì)胞周期不同階段中酶活性和濃度的調(diào)節(jié)。

第二類(lèi)是發(fā)育調(diào)控或稱(chēng)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?，F(xiàn)在是5頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四真核基因表達(dá)調(diào)控的環(huán)節(jié)更多

基因表達(dá)是基因經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄、翻譯、產(chǎn)生有生物活性的蛋白質(zhì)的整個(gè)過(guò)程。同原核生物一樣，轉(zhuǎn)錄依然是真核生物基因表達(dá)調(diào)控的主要環(huán)節(jié)。但真核基因轉(zhuǎn)錄發(fā)生在細(xì)胞核（線(xiàn)粒體基因的轉(zhuǎn)錄在線(xiàn)粒體內(nèi)），翻譯則多在胞漿，兩個(gè)過(guò)程是分開(kāi)的，因此其調(diào)控增加了更多的環(huán)節(jié)和復(fù)雜性，轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控占有了更多的分量?，F(xiàn)在是6頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四在真核生物中基因表達(dá)的調(diào)節(jié)其特點(diǎn)是:（1）多層次;（2）無(wú)操縱子和衰減子;（3）個(gè)體發(fā)育復(fù)雜;（4）受環(huán)境影響較小;現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四

7.1.1基因的典型結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

(1)真核基因組結(jié)構(gòu)龐大由DNA、組蛋白、非組蛋白(P25)等大分子組成。其基本結(jié)構(gòu)物質(zhì)是DNA和組蛋白。

核小體是染色質(zhì)的基本單位。真核染色體上三要素：DNA復(fù)制起始點(diǎn)、著絲點(diǎn)(centromere)和端粒(telomere)。

著絲粒（centromere)：細(xì)胞分裂時(shí)染色體與仿錘絲相連結(jié)的部位，為染色體的正常分離所必需。

端粒(telomere)：真核生物線(xiàn)狀染色體分子末端的DNA區(qū)域.具有防止DNA末端降解，保證染色體的穩(wěn)定性的功能現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四

(2)重復(fù)序列分為三種：?jiǎn)慰截愋蛄?singlecopysequences)

：

一個(gè)基因組中只有一個(gè)或幾個(gè)拷貝的序列；長(zhǎng)度約為750-2000bp，相當(dāng)于一個(gè)結(jié)構(gòu)基因的長(zhǎng)度，占基因組的40-80%。例如結(jié)構(gòu)基因基本上屬于不重復(fù)序列，如蛋清蛋白、蠶的絲心蛋白等。中度重復(fù)序列(moderaterepetitivesequences)

：重復(fù)次數(shù)在101-104之間;多數(shù)長(zhǎng)100-500bp，占基因組10-40%。各種rRNA、tRNA及某些結(jié)構(gòu)蛋白基因（如組蛋白基因）。高度重復(fù)序列(highrepetitivesequences)—衛(wèi)星DNA

：這類(lèi)序列一般較短，長(zhǎng)10-300bp，重復(fù)次數(shù)>lO5，占基因組DNA序列總量的10-60%，人的基因組中這類(lèi)序列約占20%，功能還不明了。

重復(fù)序列的存在是真核生物DNA區(qū)別于原核生物DNA的一個(gè)重要特征?，F(xiàn)在是9頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四

(3)基因不連續(xù)性(interruptedgene)

基因的編碼序列在DNA分子上是不連續(xù)的，為不編碼的序列所隔開(kāi)。不連續(xù)基因是通過(guò)mRNA和DNA雜交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的。外顯子(exon)：編碼序列內(nèi)含子(intron)：非編碼序列外顯子和內(nèi)含子的概念與是否編碼氨基酸的概念并不相對(duì)應(yīng)。從不連續(xù)基因到成熟mRNA之間存在著一個(gè)基因轉(zhuǎn)錄的中間體,叫做初級(jí)轉(zhuǎn)錄物，叫做不均一核RNA(heterogeneousnuclearRNA,hnRNA),這個(gè)基因的初級(jí)轉(zhuǎn)錄物既含有外顯子又含有內(nèi)合子序列，從不均一核RNA到成熟mRNA要經(jīng)過(guò)一轉(zhuǎn)錄后的加工拼接過(guò)程。真核生物基因的不連續(xù)性和轉(zhuǎn)錄后加工是真核基因有別于原核基因的又一重要特征?，F(xiàn)在是10頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四在真核生物中也有些基因是不含內(nèi)含子的，如組蛋白基因及α型、β型干擾素基因、大多數(shù)酵母蛋白基因等。在一個(gè)結(jié)構(gòu)基因中，編碼某一蛋白質(zhì)不同區(qū)域的各個(gè)外顯子并不連續(xù)排列在一起，而常常被長(zhǎng)度不等的內(nèi)含子所隔離，形成鑲嵌排列的斷裂方式。所以，真核基因有時(shí)被稱(chēng)為斷裂基因(interruptedgene)。目前尚不清楚內(nèi)含子的生理功能。研究發(fā)現(xiàn)，只有真核生物具有切除基因中內(nèi)含子，產(chǎn)生功能型mRNA和蛋白質(zhì)的能力，原核生物一般不具有這種本領(lǐng)。如果要在原核細(xì)胞里表達(dá)真核基因，必須首先構(gòu)建切除內(nèi)含子的重組基因，才有可能得到所研究的蛋白質(zhì)?，F(xiàn)在是11頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四

(4)存在許多基因家族(genefamily)來(lái)源相同、結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的基因組成為單一的基因簇或稱(chēng)基因家族。同一家族中的成員有時(shí)緊密地排列在一起，成為一個(gè)基因簇；更多的時(shí)候，它們卻分散在同一染色體的不同部位，甚至位于不同的染色體上，具有各自不同的表達(dá)調(diào)控模式?，F(xiàn)在是13頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四簡(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。在大腸桿菌中，16S，23S和5SrRNA基因聯(lián)合成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，各種rRNA分子都是從這個(gè)轉(zhuǎn)錄單位上剪切下來(lái)的。

在真核生物中，前rRNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的分子量為45S，包括18S，28S和5.8S三個(gè)主要rRNA分子。前rRNA分子中至少有100處被甲基化（主要是核糖的2-OH甲基化），原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物也被特異性RNA酶切割降解，產(chǎn)生成熟rRNA分子。5SrRNA作為一個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)錄單位，由RNA聚合酶III（而不是聚合酶I）完成轉(zhuǎn)錄?，F(xiàn)在是14頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四復(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(kāi)，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。

海膽的組蛋白基因家族串聯(lián)單位中的每一個(gè)基因分別被轉(zhuǎn)錄成單順?lè)醋覴NA，這些RNA都沒(méi)有內(nèi)含子，而且各基因在同一條DNA鏈上按同一方向轉(zhuǎn)錄，每個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯速度都受到調(diào)節(jié)。研究還表明，在一個(gè)特定的細(xì)胞中，并不是所有串聯(lián)的單位都得到轉(zhuǎn)錄。胚胎發(fā)育的不同階段或不同組織中，有不同的串聯(lián)單位被轉(zhuǎn)錄，暗示可能存在具有不同專(zhuān)一性的組蛋白亞類(lèi)和發(fā)育調(diào)控機(jī)制?，F(xiàn)在是15頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四發(fā)育調(diào)控的復(fù)雜多基因家族

多基因家族成員的表達(dá)受到不同發(fā)育階段的影響，而形成不同的基因產(chǎn)物。如血紅蛋白α2β2的亞基在胚胎期為2ζ22ε2，嬰兒期有2%為2α22δ

，98%為2α22β

，這是由于在不同的發(fā)育階段基因的排列順序決定了基因的表達(dá)順序。不同發(fā)育階段血紅蛋白亞型現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四

真核生物DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控

分子生物學(xué)的最新研究表明，在個(gè)體發(fā)育過(guò)程中，用來(lái)合成RNA的DNA模板也會(huì)發(fā)生規(guī)律性變化，從而控制基因表達(dá)和生物體的發(fā)育。高度重復(fù)基因的形成通常與個(gè)體分化階段DNA的某些變化有關(guān)。例如，一個(gè)成熟的紅細(xì)胞能產(chǎn)生大量的可翻譯出成熟珠蛋白的mRNA，而其前體細(xì)胞卻不產(chǎn)生珠蛋白。許多情況下，這種變化是由于基因本身或它的拷貝數(shù)發(fā)生了永久性變化。這種DNA水平的調(diào)控是真核生物發(fā)育調(diào)控的一種形式，它包括了基因丟失、擴(kuò)增、重排和移位等方式，通過(guò)這些方式可以消除或變換某些基因并改變它們的活性。這些調(diào)控方式與轉(zhuǎn)錄及翻譯水平的調(diào)控是不同的，因?yàn)樗够蚪M發(fā)生了改變?，F(xiàn)在是17頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四

7.1.3.1．“開(kāi)放”型活性染色質(zhì)（activechromatin）結(jié)構(gòu)對(duì)轉(zhuǎn)錄的影響

真核基因的活躍轉(zhuǎn)錄是在常染色質(zhì)(euchromatin)上進(jìn)行的(異染色質(zhì)hetrochromatin高度壓縮,不轉(zhuǎn)錄)

。轉(zhuǎn)錄發(fā)生之前，染色質(zhì)常常會(huì)在特定的區(qū)域被解旋松弛，形成自由DNA。這種變化可能包括核小體結(jié)構(gòu)的消除或改變，DNA本身局部結(jié)構(gòu)的變化等，這些變化可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)基因暴露，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)區(qū)DNA的結(jié)合，誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄。

用DNA酶I處理各種組織的染色質(zhì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)處于活躍狀態(tài)的基因比非活躍狀態(tài)的DNA更容易被DNA酶I所降解。雞成紅細(xì)胞（erythroblast）染色質(zhì)中，β-血紅蛋白基因比卵清蛋白基因更容易被DNA酶I切割降解。雞輸卵管細(xì)胞的染色質(zhì)中被DNA酶I優(yōu)先降解的是卵清蛋白基因，而不是β-血紅蛋白基因?，F(xiàn)在是18頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四

存在于“燈刷型”染色體（lampbrush）上的環(huán)形結(jié)構(gòu)可能與基因的活性轉(zhuǎn)錄有關(guān)?！盁羲⑿汀比旧w只有在兩棲類(lèi)動(dòng)物卵細(xì)胞發(fā)生減數(shù)分裂時(shí)才能被觀察到，它是染色體充分伸展時(shí)的一種形態(tài)。高倍電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，燈刷型染色體上存在許多突起的“泡”狀或“環(huán)”狀結(jié)構(gòu)，有時(shí)還能看到RNP沿著這些突起結(jié)構(gòu)移動(dòng)，表明這些DNA正在被RNA聚合酶所轉(zhuǎn)錄?，F(xiàn)在是19頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四1.基因的擴(kuò)增（amplification）兩棲類(lèi)和昆蟲(chóng)卵母細(xì)胞rRNA基因的擴(kuò)增：如非洲爪蟾卵母細(xì)胞rDNA(rRNA基因)的擴(kuò)增,以滿(mǎn)足受精后合成大量蛋白質(zhì)的需要。一旦卵母細(xì)胞成熟，多余的rDNA就沒(méi)有用了，將被逐漸降解。

7.1.3.2．基因擴(kuò)增

基因擴(kuò)增是指某些基因的拷貝數(shù)專(zhuān)一性大量增加的現(xiàn)象，它使細(xì)胞在短期內(nèi)產(chǎn)生大量的基因產(chǎn)物以滿(mǎn)足生長(zhǎng)發(fā)育的需要，是基因活性調(diào)控的一種方式。

現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四

7.1.3.3．基因重排(rearrangement)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，這種方式被稱(chēng)為基因重排。

真核生物最典型的例子是：1、免疫球蛋白在成熟過(guò)程中的重排2、酵母的交配型轉(zhuǎn)變.現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四

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(抗體)結(jié)構(gòu)基因和T-細(xì)胞受體基因的表達(dá)，前者是由B淋巴細(xì)胞合成的，而后者則由T-淋巴細(xì)胞合成?？贵w有100萬(wàn)種以上，一種淋巴細(xì)胞只產(chǎn)生一種抗體?，F(xiàn)在是22頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四免疫球蛋白的肽鏈主要由可變區(qū)（V區(qū)）、恒定區(qū)（C區(qū)）以及兩者之間的連接區(qū)（J區(qū)）組成重鏈由V、D、J、C四種不同基因片段組成，結(jié)構(gòu)比輕鏈更為復(fù)雜現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四V、C和J基因片段在胚胎細(xì)胞中相隔較遠(yuǎn)。編碼產(chǎn)生免疫球蛋白的細(xì)胞發(fā)育分化時(shí)，通過(guò)染色體內(nèi)DNA重組把4個(gè)相隔較遠(yuǎn)的基因片段連接在一起，從而產(chǎn)生了具有表達(dá)活性的免疫球蛋白基因?，F(xiàn)在是24頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四

DNA甲基化與基因活性的調(diào)控

DNA甲基化是最早發(fā)現(xiàn)的修飾途徑之一，這一修飾途徑可能存在于所有高等生物中并與基因表達(dá)調(diào)控密切相關(guān)。

大量研究表明，DNA甲基化能關(guān)閉某些基因的活性，去甲基化則誘導(dǎo)了基因的重新活化和表達(dá)。

DNA甲基化能引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、DNA構(gòu)象、DNA穩(wěn)定性及DNA與蛋白質(zhì)相互作用方式的改變，從而控制基因表達(dá)。現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四7.1.4.1．DNA的甲基化

DNA甲基化主要形成5-甲基胞嘧啶（5-mC）和少量的N6-甲基腺嘌呤（N6-mA）及7-甲基鳥(niǎo)嘌呤（7-mG）。

由于CpG二核苷酸通常成串出現(xiàn)在DNA上，這段序列往往被稱(chēng)為CpG島?，F(xiàn)在是26頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四

真核生物細(xì)胞內(nèi)存在兩種甲基化酶活性：一種被稱(chēng)為日常型甲基轉(zhuǎn)移酶，另一種是從頭合成型甲基轉(zhuǎn)移酶，前者主要在甲基化母鏈（模板鏈）指導(dǎo)下使處于半甲基化的DNA雙鏈分子上與甲基胞嘧啶相對(duì)應(yīng)的胞嘧啶甲基化。該酶催化特異性極強(qiáng)，對(duì)半甲基化的DNA有較高的親和力，使新生的半甲基化DNA迅速甲基化，從而保證DNA復(fù)制及細(xì)胞分裂后甲基化模式不變。后者催化未甲基化的CpG成為mCpG，它不需要母鏈指導(dǎo)，但速度很慢?，F(xiàn)在是27頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四7.1.4.2．DNA甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)理

DNA甲基化導(dǎo)致某些區(qū)域DNA構(gòu)象變化，從而影響了蛋白質(zhì)與DNA的相互作用，抑制了轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)區(qū)DNA的結(jié)合效率。研究表明，當(dāng)組蛋白H1與含CCGG序列的甲基化或非甲基化DNA分別形成復(fù)合體時(shí)，DNA的構(gòu)型存在著很大的差別，甲基化達(dá)到一定程度時(shí)會(huì)發(fā)生從常規(guī)的B-DNA向Z-DNA的過(guò)渡。由于Z-DNA結(jié)構(gòu)收縮，螺旋加深，使許多蛋白質(zhì)因子賴(lài)以結(jié)合的元件縮入大溝而不利于基因轉(zhuǎn)錄的起始。有實(shí)驗(yàn)用序列相同但甲基化水平不同的DNA為材料，比較其作為RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄模板的活性，發(fā)現(xiàn)甲基的引入不利于模板與RNA聚合酶的結(jié)合，降低了其體外轉(zhuǎn)錄活性。現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四

5-甲基胞嘧啶在DNA上并不是隨機(jī)分布的，基因的5'端和3'端往往富含甲基化位點(diǎn)，而啟動(dòng)區(qū)DNA分子上的甲基化密度與基因轉(zhuǎn)錄受抑制的程度密切相關(guān)。對(duì)于弱啟動(dòng)子來(lái)說(shuō)，稀少的甲基化就能使其完全失去轉(zhuǎn)錄活性。當(dāng)這一類(lèi)啟動(dòng)子被增強(qiáng)時(shí)（帶有增強(qiáng)子），即使不去甲基化也可以恢復(fù)其轉(zhuǎn)錄活性。若進(jìn)一步提高甲基化密度，即使增強(qiáng)后的啟動(dòng)子仍無(wú)轉(zhuǎn)錄活性。因?yàn)榧谆瘜?duì)轉(zhuǎn)錄的抑制強(qiáng)度與MeCPl（methylCpG-bindingproteinl）結(jié)合DNA的能力成正相關(guān)，甲基化CpG的密度和啟動(dòng)子強(qiáng)度之間的平衡決定了該啟動(dòng)子是否具有轉(zhuǎn)錄活性?，F(xiàn)在是29頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四7.1.4.3．DNA甲基化與X染色體失活

X染色體失活是發(fā)育過(guò)程中獨(dú)特的調(diào)節(jié)機(jī)制。

雌性胎生哺乳類(lèi)動(dòng)物細(xì)胞中兩條X染色體之一在發(fā)育早期隨機(jī)失活，以確保與只有一條X染色體的雄性個(gè)體內(nèi)X染色體基因的劑量相同。一旦發(fā)生X染色體失活，這個(gè)信息便能夠穩(wěn)定地傳遞給子代細(xì)胞，使該細(xì)胞有絲分裂所產(chǎn)生的后代都保持同一條X染色體失活?，F(xiàn)在是30頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四X染色體失活中心(X-chromosomeinactivationcenter,Xic):Xist基因(Xi-specifictranscript)現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四7.2真核基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控

真核基因調(diào)控主要也是在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行的，受大量特定的順式作用元件（cis-actingelement，又稱(chēng)順式作用元件）和反式作用因子（trans－actingfactor，又稱(chēng)跨域作用因子）的調(diào)控，真核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控大多數(shù)是通過(guò)順式作用元件和反式作用因子復(fù)雜的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

真核細(xì)胞的三種RNA聚合酶（Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ）中，只有RNA聚合酶Ⅱ能轉(zhuǎn)錄生成mRNA，以下主要討論RNA聚合酶Ⅱ的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。

I型：45S-rRNAII型：hnRNAIII型：小分子RNA（5S-rRNA，tRNA，snRNA）現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四1.順式作用元件(cis-actingelements)

真核基因的順式調(diào)控元件是基因周?chē)芘c特異轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合而影響轉(zhuǎn)錄的DNA序列。其中主要是起正調(diào)控作用的順式作用元件，包括啟動(dòng)子(promoter)、增強(qiáng)子(enhancer)等；?，F(xiàn)在是33頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四真核基因表達(dá)以正調(diào)控為主

真核RNA聚合酶對(duì)啟動(dòng)子的親和力很低，基本上不能獨(dú)靠其自身來(lái)起始轉(zhuǎn)錄，而是需要依賴(lài)多種激活蛋白的協(xié)同作用。真核基因調(diào)控中雖然也發(fā)現(xiàn)有負(fù)性調(diào)控元件，但其存在并不普遍；真核基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)的調(diào)控蛋白也有起阻遏和激活作用或兼有兩種作用者，但總的是以激活蛋白的作用為主。即多數(shù)真核基因在沒(méi)有調(diào)控蛋白作用時(shí)是不轉(zhuǎn)錄的，需要表達(dá)時(shí)就要有激活的蛋白質(zhì)來(lái)促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。換言之：真核基因表達(dá)以正調(diào)控為主導(dǎo)?，F(xiàn)在是34頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四（一）順式作用元件真核生物DNA序列和被轉(zhuǎn)錄的結(jié)構(gòu)基因距離較近包括：?jiǎn)?dòng)子（啟動(dòng)子上游近側(cè)序列）增強(qiáng)子和轉(zhuǎn)錄調(diào)控有關(guān)

(可影響自身編碼基因表達(dá)活性)真核基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四1.啟動(dòng)子和啟動(dòng)子上游近側(cè)序列是RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)周?chē)腄NA序列位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的上游按其對(duì)RNA聚合酶的影響分為兩類(lèi):位于較上游的元件，強(qiáng)烈影響轉(zhuǎn)錄起始

CAATbox，GCbox離轉(zhuǎn)錄點(diǎn)較近，起轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控作用

TATAbox真核基因啟動(dòng)子是RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)周?chē)囊唤M轉(zhuǎn)錄控制組件，至少包括一個(gè)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)以及一個(gè)以上的功能組件現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四2.增強(qiáng)子一類(lèi)能增強(qiáng)真核生物啟動(dòng)子功能的順式作用元件（DNA序列）增強(qiáng)子、啟動(dòng)子交錯(cuò)覆蓋/連續(xù)沒(méi)有增強(qiáng)子啟動(dòng)子不表現(xiàn)活性沒(méi)有啟動(dòng)子增強(qiáng)子無(wú)法發(fā)揮作用增強(qiáng)子作用不受序列方向的制約有組織特異性

現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四3.反應(yīng)元件真核細(xì)胞處于某一特定環(huán)境時(shí)有反應(yīng)的基因具有相同的順式作用元件這一類(lèi)順式作用元件--反應(yīng)元件（DNA序列）

特點(diǎn)：（１）具較短的保守序列

（２）與轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的距離不固定

（３）可位于啟動(dòng)子或增強(qiáng)子內(nèi)舉例：激素反應(yīng)元件（HRE）現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四

真核細(xì)胞DNA上位于基因上游能被轉(zhuǎn)錄因子識(shí)別和結(jié)合，能對(duì)特定環(huán)境因素作出應(yīng)答反應(yīng)的DNA序列．能專(zhuān)一結(jié)合特異性蛋白因子,從而調(diào)控基因特異表達(dá).應(yīng)答元件(responseelement)

包括:熱激應(yīng)答元件（HSE）糖皮質(zhì)激素應(yīng)答元件(GRE)金屬應(yīng)答元件(MRE)血清應(yīng)答元件(SRE)現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四當(dāng)糖皮質(zhì)激素作用時(shí),真核細(xì)胞中有反應(yīng)的基因具有此類(lèi)順式作用元件各種應(yīng)答元件的作用原理是相同的，即特定的蛋白因子識(shí)別應(yīng)答元件并與其結(jié)合，從而調(diào)控基因的表達(dá)?，F(xiàn)在是41頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四

熱激應(yīng)答是多個(gè)基因受單一轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控，溫度升高，在關(guān)閉一些基因轉(zhuǎn)錄的同時(shí)，打開(kāi)熱激基因(heatshockgene)的轉(zhuǎn)錄。無(wú)論是細(xì)菌還是高等真核生物，熱激基因散布在不同染色體上或同一染色體的不同部位，即生物處在最適溫度范圍以上時(shí)，受到熱的誘導(dǎo)，就會(huì)使許多熱激基因轉(zhuǎn)錄，合成一系列熱激蛋白。熱激蛋白是一種分子陪伴(moleculerchaperon)，可以使因溫度升高而構(gòu)型發(fā)生改變的蛋白質(zhì)恢復(fù)成維持原有的三維構(gòu)象，不致喪失功能而使機(jī)體得以存活。

現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四2、反式作用因子

（轉(zhuǎn)錄因子transcriptionfactor）一類(lèi)在真核細(xì)胞核中發(fā)揮作用的蛋白質(zhì)因子反式作用因子

識(shí)別/結(jié)合順式作用元件中的靶序列啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄例：轉(zhuǎn)錄因子TFⅡD識(shí)別結(jié)合

TATAbox

轉(zhuǎn)錄因子SP1識(shí)別結(jié)合

GCbox

轉(zhuǎn)錄因子CTF1識(shí)別結(jié)合

CCAATbox現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四表RNA聚合酶Ⅱ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TFⅡ-B33介導(dǎo)RNA聚合酶Ⅱ的結(jié)合TFⅡ-F30,74解旋酶TFⅡ-E34,37ATP酶TFⅡ-H62,89解旋酶TFⅡ-A12,19,35穩(wěn)定TFⅡ-D的結(jié)合TFⅡ-I120促進(jìn)TFⅡ-D的結(jié)合現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四2、反式作用因子1.轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子分類(lèi)（按功能特性）*基本轉(zhuǎn)錄因子(generaltranscriptionfactors)是RNA聚合酶結(jié)合啟動(dòng)子所必需的一組蛋白因子，決定三種RNA(mRNA、tRNA及rRNA)轉(zhuǎn)錄的類(lèi)別反式作用因子是能直接或間接地識(shí)別或結(jié)合在各類(lèi)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)?，F(xiàn)在是45頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四*特異轉(zhuǎn)錄因子(specialtranscriptionfactors)為個(gè)別基因轉(zhuǎn)錄所必需，決定該基因的時(shí)間、空間特異性表達(dá)。轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)錄抑制因子現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四

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：①DNA結(jié)合域（DNAbindingdomain），多由60-100個(gè)氨基酸殘基組成的幾個(gè)亞區(qū)組成；②轉(zhuǎn)錄激活域（transcriptionalactivationdomain），常由30-100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、富含脯氨酸等不同種類(lèi)；③連接區(qū)，即連接上兩個(gè)結(jié)構(gòu)域的部分。反式作用因子的三個(gè)功能結(jié)構(gòu)域：現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四

與DNA結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子大多以二聚體形式起作用，與DNA結(jié)合的功能域結(jié)構(gòu)常見(jiàn)有以幾種:

①螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋（helix-turn-helix，HTH）這類(lèi)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中至少有兩個(gè)α螺旋，中間由短肽段形成的轉(zhuǎn)角，兩個(gè)這樣的結(jié)構(gòu)以二聚體形式相連，兩個(gè)α螺旋剛好分別嵌入DNA的深溝?，F(xiàn)在是48頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四圖．HTH結(jié)構(gòu)及其與DNA的結(jié)合現(xiàn)在是49頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四②鋅指（zincfinger）其結(jié)構(gòu)如下圖所示，每個(gè)重復(fù)的“指”狀結(jié)構(gòu)約含23個(gè)氨基酸殘基，鋅以4個(gè)配價(jià)鍵與4個(gè)半胱氨酸、或2個(gè)半胱氨酸和2個(gè)組氨酸相結(jié)合。整個(gè)蛋白質(zhì)分子可有2-9個(gè)這樣的鋅指重復(fù)單位。每一個(gè)單位可以其指部伸入DNA雙螺旋的深溝。例如與GC盒結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子SP1中就有連續(xù)的3個(gè)鋅指重復(fù)結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在是50頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四圖

蛋白質(zhì)的鋅指結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是51頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四

③堿性-亮氨酸拉鏈（basicleucinezipper，bZIP）這結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是蛋白質(zhì)分子的肽鏈上每隔6個(gè)氨基酸就有一個(gè)亮氨酸殘基，結(jié)果就導(dǎo)致這些亮氨酸殘基都在α螺旋的同一個(gè)方向出現(xiàn)。兩個(gè)相同的結(jié)構(gòu)的兩排亮氨酸殘基就能以疏水鍵結(jié)合成二聚體，這二聚體的另一端的肽段富含堿性氨基酸殘基，借其正電荷與DNA雙螺旋鏈上帶負(fù)電荷的磷酸基團(tuán)結(jié)合?，F(xiàn)在是52頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四現(xiàn)在是53頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四

4.螺旋一環(huán)一螺旋（HLH）(bHLH)：bHLH類(lèi)蛋白只有形成同源或異源二聚體時(shí)，才具有足夠的DNA結(jié)合能力。該調(diào)控區(qū)長(zhǎng)約50個(gè)aa殘基，同時(shí)具有DNA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α-螺旋，兩個(gè)螺旋之間由環(huán)狀結(jié)構(gòu)相連，其DNA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?，F(xiàn)在是54頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四

5、同源域蛋白（hd)：

同源域(homeodomains)基因是指編碼60個(gè)保守氨基酸序列的DNA片段，同源轉(zhuǎn)換基因與生物生長(zhǎng)、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DNA結(jié)合區(qū)。最早來(lái)自控制軀體發(fā)育的基因，其中的DNA結(jié)合區(qū)與螺旋－轉(zhuǎn)角－螺旋(HTH)相似，人們把該DNA序列稱(chēng)為同源域盒。主要與DNA大溝相結(jié)合?，F(xiàn)在是55頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四最早在果蠅的homeoticloci（決定身體結(jié)構(gòu)）中發(fā)現(xiàn).同形異位現(xiàn)象(homeosis):果蠅頭部長(zhǎng)觸角部位長(zhǎng)出腳來(lái)同形異位盒基因(homeobox):高度保守的一段核苷酸序列（180bp）,控制胚胎發(fā)育的基因從酵母到人類(lèi)都存在homeobox,DNA序列高度保守現(xiàn)在是56頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域(transcriptionalactivationdomain)

反式作用因子的轉(zhuǎn)錄活化功能取決于DNA結(jié)合域以外的由30-100個(gè)AA組成的區(qū)域，此區(qū)即為轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域。

不同的轉(zhuǎn)錄活化域大體上有下列幾個(gè)特征性結(jié)構(gòu)：

-帶負(fù)電荷的螺旋結(jié)構(gòu)(acidicα–helixdomain)富含谷氨酰胺結(jié)構(gòu)(glutamine-richdomain)富含脯氨酸結(jié)構(gòu)(proline-richdomain)現(xiàn)在是57頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四7.5其他水平上的基因調(diào)控7.5.1RNA的加工成熟

各種基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物都是RNA，無(wú)論是rRNA、tRNA還是mRNA，初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物只有經(jīng)過(guò)加工，才能成為有生物功能的活性分子。7.5.1.1．rRNA和tRNA的加工成熟

rRNA加工有兩個(gè)內(nèi)容，一個(gè)是分子內(nèi)的切割，另一個(gè)是化學(xué)修飾。真核生物的rRNA基因轉(zhuǎn)錄時(shí)，先產(chǎn)生一個(gè)45S的前體rRNA，然后被核酸酶逐漸降解，形成成熟的18S、28S和5.8SrRNA。

現(xiàn)在是58頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四

rRNA基因轉(zhuǎn)錄主要在細(xì)胞核仁內(nèi)進(jìn)行，初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物45S前體rRNA很快就會(huì)被加工降解，生成不同相對(duì)分子質(zhì)量的成熟rRNA。rRNA的化學(xué)修飾主要是甲基化，原核生物rRNA主要是堿基甲基化，而真核生物rRNA則主要是核糖甲基化。tRNA基因轉(zhuǎn)錄時(shí)也可能先生成前體tRNA，然后再進(jìn)行加工成熟。一般認(rèn)為，tRNA基因的初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物在進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后，首先經(jīng)過(guò)核苷的修飾，生成4.5S前體tRNA，再行剪接成為成熟tRNA（4S）?，F(xiàn)在是59頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四7.5.1.2．mRNA的加工成熟編碼蛋白質(zhì)的基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生mRNA。這類(lèi)基因產(chǎn)物在轉(zhuǎn)錄后要進(jìn)行一系列的加工變化，才能成為成熟的有生物功能的mRNA。這些加工主要包括在mRNA的5’末端加“帽子”，在其3’末端加上多聚（A），進(jìn)行RNA的剪接以及核苷酸的甲基化修飾等。

由于mRNA的這些結(jié)構(gòu)與它作為蛋白質(zhì)合成模板的功能有密切關(guān)系，所以是基因表達(dá)的重要調(diào)控環(huán)節(jié)。

與rRNA、tRNA相同，編碼蛋白質(zhì)的基因轉(zhuǎn)錄時(shí)首先生成前體pre-mRNA（或稱(chēng)核不均一RNA，hnRNA），然后再加工剪接為成熟mRNA?，F(xiàn)在是60頁(yè)\一共有73頁(yè)\編輯于星期四7.5.1.3．真核生物基因轉(zhuǎn)錄后加工的多樣性真核生物的基因可以按其轉(zhuǎn)錄方式分為兩大類(lèi)：即簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)錄單位和復(fù)雜轉(zhuǎn)錄單位。這兩種轉(zhuǎn)錄方式雖然最終都產(chǎn)生蛋白質(zhì)，但它們的轉(zhuǎn)錄后加工方式是不同的。(1)簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)錄單位。這類(lèi)基因只編碼產(chǎn)生一個(gè)多肽，其原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物有時(shí)需要加工，有時(shí)則不需要加工。這類(lèi)基因轉(zhuǎn)錄后加工有3種不同形式第一種簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)錄單位，如組蛋白基因，它們沒(méi)有內(nèi)含子，因此不存在轉(zhuǎn)錄后加工問(wèn)題，其mRNA3’末端沒(méi)有多聚（A），但有一個(gè)保守的回文序列作為轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)。第二種簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)錄單位包括腺病毒蛋白IX，α-干擾素和許多酵母蛋白質(zhì)基因，它們沒(méi)有內(nèi)含子，所編碼的mRNA不需要剪接，但需要加多聚（A）。第三種簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)錄單位包括α-和β-珠蛋白基因及許多細(xì)胞蛋白基因，這些基因雖然都有內(nèi)含子，需