真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座

第九章真核生物基因表示調(diào)控第一節(jié)特點(diǎn)一.與原核生物相同點(diǎn)1.有轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控2.在真核生物結(jié)構(gòu)基因上游和下游也一樣存在對(duì)應(yīng)特異調(diào)控因子二.不一樣點(diǎn)1.細(xì)胞結(jié)構(gòu)不一樣造成調(diào)控系統(tǒng)不一樣2.原核生物多為操縱子為單位進(jìn)行調(diào)控3.真核生物有致密染色體結(jié)構(gòu)、龐大基因組4.真核生物基因組DNA中有許多重復(fù)序列，基因內(nèi)部被內(nèi)含子隔開(kāi)，基因組之間分布著大段非編碼序列真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第1頁(yè)5.染色質(zhì)結(jié)構(gòu)及與DNA相互結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，成為調(diào)整基因開(kāi)關(guān)6.核膜存在，使得轉(zhuǎn)錄和翻譯在時(shí)間與空間上被分隔開(kāi)，從而形成多層次調(diào)控系統(tǒng)?真核生物基因調(diào)控貫通于DNA到功效蛋白質(zhì)全過(guò)程，包括基因結(jié)構(gòu)改變、轉(zhuǎn)錄起始及其后加工、mRNA轉(zhuǎn)運(yùn)及翻譯幾個(gè)調(diào)控階段

真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第2頁(yè)第二節(jié)真核細(xì)胞基因表示調(diào)控步驟1.染色體核染色質(zhì)水平上結(jié)構(gòu)改變與基因活化2.轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控，包含基因開(kāi)啟與關(guān)閉，轉(zhuǎn)錄效率高低3.RNA水平上調(diào)控包含初始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物特異性剪接、修飾、活化與編輯等4.轉(zhuǎn)錄后加工產(chǎn)物轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)控5.翻譯水平調(diào)控6.蛋白質(zhì)合成后選擇性調(diào)控7.控制mRNA選擇性降解調(diào)控真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第3頁(yè)短期調(diào)控:

基因快速活化或封閉長(zhǎng)久調(diào)控:

基因被永久性地或半永久地開(kāi)啟或關(guān)閉，從而不間斷和不可逆地改變細(xì)胞生活特征，最終造成細(xì)胞分化，成為含有特定生理機(jī)能細(xì)胞。真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第4頁(yè)第三節(jié)DNA染色體水平調(diào)控一.概述染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、DNA在染色體上位置、基因拷貝數(shù)改變、基因重組、基因丟失、基因重排以及基因修飾等二.染色質(zhì)結(jié)構(gòu)

以核小體為基本結(jié)構(gòu)單位形成染色質(zhì)，其組裝影響著DNA復(fù)制、基因表示和細(xì)胞周期進(jìn)程真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第5頁(yè)緊密壓縮狀態(tài):DNA分子被緊密地壓縮在細(xì)胞核內(nèi)，從而造成基因處于非活性狀態(tài)被阻遏狀態(tài):DNA分子與組蛋白結(jié)合造成染色質(zhì)處于被阻遏狀態(tài)有活性狀態(tài):

能使基因處于可轉(zhuǎn)錄狀態(tài)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，稱為染色質(zhì)活性狀態(tài)被激活狀態(tài):

當(dāng)開(kāi)啟子被激活因子結(jié)合，從而促使RNA聚合酶等在開(kāi)啟子區(qū)域形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合物，使染色質(zhì)成為激活狀態(tài)真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第6頁(yè)三.異染色質(zhì)

在細(xì)胞核中處于凝聚狀態(tài)，不含有轉(zhuǎn)錄活性。組成型異染色質(zhì)在整個(gè)細(xì)胞周期一直保持壓縮狀態(tài)，其DNA不含有基因，而兼型異染色質(zhì)只在一定發(fā)育階段或生理?xiàng)l件下由常染色質(zhì)凝聚而成，沒(méi)有持久活性。四.組蛋白對(duì)基因活性影響

組蛋白是基因活性主要調(diào)控因子，當(dāng)組蛋白與裸露基因DNA混合后，能使該基因轉(zhuǎn)錄停頓。經(jīng)研究表明，組蛋白H1比關(guān)鍵組蛋白阻遏轉(zhuǎn)錄作用強(qiáng)，組蛋白H1與連接DNA相結(jié)合后穩(wěn)定了核小體結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)維持染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)而抑制了轉(zhuǎn)錄過(guò)程。真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第7頁(yè)五.組蛋白乙?；?去乙酰化

與基因活化、染色質(zhì)改變及基因表示水平親密相關(guān)，是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，組蛋白乙?；^(guò)程由組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶(histoneacetyltransferase,HAT)催化乙?；艽龠M(jìn)基因轉(zhuǎn)錄活性組蛋白乙?；c轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物裝配組蛋白去乙酰化與基因緘默真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第8頁(yè)六.活性染色質(zhì)對(duì)DNase敏感性

基因組不一樣區(qū)域染色質(zhì)被不一樣濃度酶水解特征定義為基因組DNA對(duì)酶敏感性。染色質(zhì)對(duì)DNaseI敏感性表現(xiàn)基因活性區(qū)域?qū)NaseI敏感性有細(xì)胞和組織特異性，只有在活躍表示細(xì)胞中，基因才含有這種敏感性該基因含有被轉(zhuǎn)錄潛在能力，并非就一定能轉(zhuǎn)錄有一定界限基因編碼轉(zhuǎn)錄大范圍表現(xiàn)為普通敏感性，而只有基因調(diào)控區(qū)域才顯示高度敏感性組蛋白乙酰化能使染色質(zhì)對(duì)DNaseI和微球菌核酸酶敏感性顯著增強(qiáng)真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第9頁(yè)第四節(jié)DNA水平上調(diào)控一.DNA甲基化位點(diǎn):5‘CG３’二核苷酸序列密度:GC堿基對(duì)形成CpG序列約為1/100bp機(jī)理:

動(dòng)態(tài)過(guò)程，需要構(gòu)建性甲基化酶與維持性甲基化酶參加檢測(cè):

經(jīng)過(guò)特殊限制性內(nèi)切酶進(jìn)行檢測(cè)確認(rèn)真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第10頁(yè)二.DNA甲基化與轉(zhuǎn)錄抑制

經(jīng)過(guò)甲基化DNA上結(jié)合特異性轉(zhuǎn)錄阻遏物，即甲基化CpG結(jié)合蛋白，該蛋白能與轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子競(jìng)爭(zhēng)甲基化DNA結(jié)合位點(diǎn)而起作用甲基化影響DNA與蛋白質(zhì)相互作用C上加5-甲基能增強(qiáng)或減弱DNA與蛋白質(zhì)之間相互作用能使基團(tuán)擁擠在DNA大溝內(nèi)，造成DNA構(gòu)象偏離標(biāo)準(zhǔn)B型總而言之，DNA構(gòu)象改變能極大程度地改變阻遏蛋白或激活蛋白結(jié)合能力真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第11頁(yè)第五節(jié)真核基因轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控一.真核與原核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控異同1.基因組結(jié)構(gòu)不一樣2.調(diào)整元件與數(shù)量不一樣3.轉(zhuǎn)錄都受反式調(diào)整因子調(diào)整①經(jīng)過(guò)調(diào)整因子生物合成②經(jīng)過(guò)它們進(jìn)行構(gòu)象轉(zhuǎn)變或共價(jià)修飾4.染色質(zhì)改型真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第12頁(yè)真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第13頁(yè)真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第14頁(yè)二.基因基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄調(diào)整概述:

由關(guān)鍵開(kāi)啟子與通用轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合后起始轉(zhuǎn)錄過(guò)程作用:

由它所控制基因呈組成型表示，用以合成細(xì)胞所必需各種成份，又稱持家基因機(jī)理:

依賴各種通用轉(zhuǎn)錄因子間相互作用，按照特定時(shí)空次序組建轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，其中TBP與TATA框結(jié)合是這一過(guò)程開(kāi)始真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第15頁(yè)三.真核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控順式作用元件（一）順?lè)醋痈攀?

由染色體上突變位確定遺傳功效單位順式作用元件:

含有調(diào)整功效特定DNA序列只能影響統(tǒng)一分子中相關(guān)基因，發(fā)生在一個(gè)序列中突變不會(huì)改變其它染色體上等位基因表示，這么序列即為順式作用元件分類:

開(kāi)啟子、增強(qiáng)子與緘默子真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第16頁(yè)（二）II型基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第17頁(yè)（三）增強(qiáng)子作用機(jī)能概述:

能使與它連鎖基因轉(zhuǎn)錄效率顯著增加DNA序列機(jī)能作用效率顯著，能使基因轉(zhuǎn)錄頻率增加10-200倍無(wú)基因?qū)Ｒ恍?，?duì)于同源或異源基因以及不一樣基因組合上都有促進(jìn)轉(zhuǎn)錄作用，而且能夠位于基因不一樣區(qū)域不含有方向性真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第18頁(yè)4.能遠(yuǎn)距離對(duì)開(kāi)啟子產(chǎn)生影響，即對(duì)遠(yuǎn)距離基因轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)起作用5.增強(qiáng)效應(yīng)含有組織和細(xì)胞特異性，只有在特定蛋白質(zhì)參加下才能發(fā)揮其功效6.多為重復(fù)序列，普通長(zhǎng)度約為50bp，適合與一些蛋白質(zhì)因子結(jié)合7.增強(qiáng)子內(nèi)部普通都含有一個(gè)關(guān)鍵序列(G)TGGA/TA/TA/T(G),該序列是在另一個(gè)基因附近產(chǎn)生增強(qiáng)效應(yīng)時(shí)所必需8.受外部信號(hào)調(diào)控

上述機(jī)能有別于上游調(diào)控元件真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第19頁(yè)機(jī)制與反式作用因子結(jié)合，引發(fā)DNA構(gòu)象改變，形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)增強(qiáng)子上各種反式作用因子間相互作用促進(jìn)轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物組裝，從而激活轉(zhuǎn)錄是一些特異蛋白質(zhì)因子結(jié)合位點(diǎn)，能使模板DNA固定在細(xì)胞核特定機(jī)構(gòu)上，有利于DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶發(fā)揮作用假說(shuō):增強(qiáng)子為轉(zhuǎn)錄因子提供進(jìn)入開(kāi)啟子區(qū)位點(diǎn)能改變?nèi)旧|(zhì)構(gòu)象真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第20頁(yè)與開(kāi)啟子異同位置不固定無(wú)方向性由模塊組成順式元件，不過(guò)更密集真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第21頁(yè)（四）絕緣子與緘默子絕緣子:

近年發(fā)覺(jué)一類特殊順式作用元件，不一樣于增強(qiáng)子，其功效為阻止激活或阻遏作用在染色質(zhì)上傳遞，使染色質(zhì)活性限定于結(jié)構(gòu)域之內(nèi)。緘默子:基因負(fù)調(diào)控元件，與調(diào)控蛋白結(jié)合后阻斷轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物形成與活化，使基因表示活性被關(guān)閉真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第22頁(yè)四.感受應(yīng)答調(diào)控真核生物經(jīng)過(guò)兩種機(jī)制準(zhǔn)確控制基因表示：*組成重復(fù)結(jié)構(gòu)，不一樣類型細(xì)胞有選擇地表示重復(fù)序列中特定拷貝。*單一拷貝基因復(fù)合控制，調(diào)控蛋白經(jīng)內(nèi)外源信號(hào)分子激活后，大幅度提升開(kāi)啟轉(zhuǎn)錄頻率，即感受應(yīng)答調(diào)控模型(Britten-Davidsonmodel)。真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第23頁(yè)一.基本原理真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第24頁(yè)應(yīng)答元件（ResponseElements)：一個(gè)或多個(gè)，位于開(kāi)啟子或增強(qiáng)子處，或遠(yuǎn)離上游區(qū)域內(nèi)，為含有活性轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白因子識(shí)別并結(jié)合。編碼轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白因子調(diào)整基因遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)基因，在其結(jié)構(gòu)基因上游還有一個(gè)或多個(gè)感受位點(diǎn)(SensorSite)，負(fù)責(zé)接收細(xì)胞內(nèi)外信息傳遞。真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第25頁(yè)二.基本形式1、單調(diào)整基因-單結(jié)構(gòu)基因模式各種信號(hào)分子可來(lái)自不一樣細(xì)胞類型，或同類細(xì)胞不同時(shí)段，完成基因表示時(shí)空特異表示控制。2、單調(diào)整基因-多結(jié)構(gòu)基因模式多個(gè)單拷貝基因含有相同應(yīng)答元件，熱休克響應(yīng)-轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子控制20多個(gè)熱休克相關(guān)結(jié)構(gòu)基因。3、多調(diào)整基因-單結(jié)構(gòu)基因模式一個(gè)結(jié)構(gòu)基因擁有多個(gè)應(yīng)答元件，分別為不一樣因子識(shí)別和不一樣程度調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)在不一樣細(xì)胞中時(shí)序表示。4、多調(diào)整基因-多結(jié)構(gòu)基因模式多元復(fù)合控制機(jī)制真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第26頁(yè)真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第27頁(yè)五.真核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件相互作用應(yīng)答元件含有與開(kāi)啟子或增強(qiáng)子上游調(diào)控元件相同基本特征：短保守序列2.位置：轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游200bp內(nèi)不固定位置3.功效：經(jīng)過(guò)蛋白質(zhì)與DNA特異性結(jié)合將可誘導(dǎo)性轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子激活形式吸引至開(kāi)啟子－增強(qiáng)子區(qū)域，方便其實(shí)施正調(diào)控作用。熱休克響應(yīng)：普遍存在于原核生物與真核生物中，當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，關(guān)閉一些基因表示，同時(shí)開(kāi)啟熱休克基因組轉(zhuǎn)錄。原核：有-10區(qū)特征開(kāi)啟子，其表示依賴于新δ因子合成。b.真核：通用HSE保守序列，為熱休克轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子HSTE所識(shí)別，HSTE在激活（磷酸化）后，使熱休克基因轉(zhuǎn)錄。一個(gè)HSE與HSTE結(jié)合會(huì)促進(jìn)另外位置二者作用。真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第28頁(yè)4.轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子作用機(jī)理：a.DNA結(jié)合功效域：識(shí)別對(duì)應(yīng)應(yīng)答元件序列并與之結(jié)合b.轉(zhuǎn)錄激活功效域：借助長(zhǎng)臂伸縮，作用于轉(zhuǎn)錄基本因子，進(jìn)而激活轉(zhuǎn)錄開(kāi)啟。c.結(jié)合功效域與激活功效域無(wú)必定聯(lián)絡(luò)真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第29頁(yè)5.真核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子激活方式：轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子由調(diào)整基因編碼，其表示依賴于感受位點(diǎn)與信號(hào)分子相互作用，但合成后并不直接作用于相關(guān)基因應(yīng)答元件，而是經(jīng)過(guò)修飾才能含有活性。誘導(dǎo)和激活是轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子活性產(chǎn)生兩大要素。同質(zhì)異型蛋白質(zhì)：組織特異性表示，只在特定類型細(xì)胞中合成，表示后即有調(diào)控功效，不需激活程序。廣泛存在于真核細(xì)胞中，作為DNA結(jié)合功效域，與各種形式轉(zhuǎn)錄激活功效域組合形成各種轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子。轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子激活方式：（1）磷酸化（熱休克轉(zhuǎn)錄因子）與去磷酸化激活（2）配體結(jié)合激活（影響調(diào)控因子定位、運(yùn)輸及與DNA結(jié)合）（3）抑制劑釋放激活（NF-κB）（4）亞基置換激活真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第30頁(yè)與轉(zhuǎn)錄模板鏈結(jié)合調(diào)整轉(zhuǎn)錄一類蛋白質(zhì)調(diào)整因子，包含激活因子和阻遏因子。它們與順式作用元件中上游激活元件、應(yīng)答元件、開(kāi)啟子、增強(qiáng)子和緘默子等序列特異性結(jié)合，對(duì)真核生物基因轉(zhuǎn)錄分別起促進(jìn)和阻遏作用。結(jié)構(gòu):

通常由DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域和轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域組成，另外，還有許多轉(zhuǎn)錄因子含有二聚化結(jié)構(gòu)域，以形成同型或異型二聚體六.真核生物轉(zhuǎn)錄因子真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第31頁(yè)DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域1.螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋結(jié)構(gòu)域，這類結(jié)構(gòu)域特點(diǎn)是它DNA結(jié)合蛋白包含一個(gè)60個(gè)氨基酸同源域，該同源域是由一段稱為同源框序列編碼2.鋅指結(jié)構(gòu)域:

有C2H2型和C4型兩種a.C2H2型:

有一個(gè)12氨基酸環(huán)，經(jīng)過(guò)2個(gè)半胱氨酸和兩個(gè)組氨酸殘基固定，這四個(gè)殘基與鋅離子在空間上形成一個(gè)四面體結(jié)構(gòu)，這種鋅指折疊形成一個(gè)緊密結(jié)構(gòu)，由兩條β鏈和一個(gè)α螺旋組成，后者與DNA大溝結(jié)合b.C4型:

鋅離子與4個(gè)半胱氨酸結(jié)合。真核生物的基因表達(dá)調(diào)控專家講座第32頁(yè)二聚體結(jié)構(gòu)域1.亮氨酸拉鏈:肽鏈上每隔7個(gè)殘基就有位于D