基因調(diào)控真核生物基因表達(dá)的調(diào)控

基因調(diào)控真核生物基因表達(dá)的調(diào)控第1頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月主要內(nèi)容第一節(jié)真核生物基因表達(dá)調(diào)控概述第二節(jié)DNA水平的表達(dá)調(diào)控第三節(jié)轉(zhuǎn)錄水平的表達(dá)調(diào)控第四節(jié)其他水平上的表達(dá)調(diào)控第2頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)真核生物基因表達(dá)調(diào)控概述（IntroductionofGeneRegulationinEukaryotes）第3頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、調(diào)控的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)

原核生物一般為自由生活的單細(xì)胞有機(jī)體。直接暴露在變化莫測(cè)的環(huán)境中，食物供應(yīng)無(wú)保障，只有根據(jù)環(huán)境條件的變化而改變其代謝途徑，才能維持自身的生存和繁衍。因而，營(yíng)養(yǎng)條件和環(huán)境因素是其基因表達(dá)調(diào)控的主要信號(hào)。

真核生物主要由多細(xì)胞組成。食物來(lái)源和代謝途徑相對(duì)比較穩(wěn)定。但是由于它們多為多細(xì)胞有機(jī)體，在個(gè)體發(fā)育中出現(xiàn)細(xì)胞分化，而不同類型的細(xì)胞在質(zhì)和量上對(duì)蛋白質(zhì)的需求是不同的。因而，激素水平和發(fā)育階段是其基因表達(dá)調(diào)控的主要手段。原核生物真核生物第4頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

真核生物和原核生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)的不同，導(dǎo)致其基本生活方式完全不同，所以在基因表達(dá)調(diào)控上各具特點(diǎn)。

對(duì)于原核生物而言，既無(wú)充足的能源貯備，又無(wú)高等植物制造有機(jī)物的本領(lǐng)，也不能象動(dòng)物一樣主動(dòng)獲取食物。因此，調(diào)控是為了適應(yīng)環(huán)境，獲取營(yíng)養(yǎng)，達(dá)到生存即分裂繁殖的最優(yōu)化。調(diào)控特點(diǎn)體現(xiàn)一個(gè)“快”字，快速適應(yīng)環(huán)境，獲取營(yíng)養(yǎng)，合成必需蛋白質(zhì)、降解不必要成分。這是長(zhǎng)期進(jìn)化，獲得的適應(yīng)應(yīng)變能力。-------適應(yīng)環(huán)境獲取營(yíng)養(yǎng)、解決“溫飽”問(wèn)題第5頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

真核基因表達(dá)調(diào)控的最顯著特征是程序調(diào)控、按“既定方針辦”。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)保持正常生理功能，期間僅極少基因間接或直接受環(huán)境因素的影響。這一特點(diǎn)使真核在千變?nèi)f化的環(huán)境下，主要組織或器官仍能維持正常功能（“處世不驚”）。第6頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、真核生物基因表達(dá)調(diào)控的種類1、根據(jù)其性質(zhì)可分為兩大類：第一類是瞬時(shí)調(diào)控或稱為可逆性調(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)。瞬時(shí)調(diào)控包括某種底物或激素水平升降時(shí)，及細(xì)胞周期不同階段中酶活性和濃度的調(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。第7頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、根據(jù)基因調(diào)控在同一事件中發(fā)生的先后次序又可分為：DNA水平的調(diào)控

DNARegulation轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控

TranscriptionalRegulation轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控

PosttranscriptionalRegulation翻譯水平的調(diào)控

TranslationalRegulation蛋白質(zhì)加工水平的調(diào)控

ProteinmaturationandProcessing第8頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)DNA水平的基因表達(dá)調(diào)控（DNARegulation）基因丟失基因擴(kuò)增基因重排DNA甲基化狀態(tài)與調(diào)控染色體結(jié)構(gòu)與調(diào)控第9頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、基因丟失（Geneloss）

在細(xì)胞分化過(guò)程中，可以通過(guò)丟失掉某些基因而去除這些基因的活性。某些原生動(dòng)物、線蟲(chóng)、昆蟲(chóng)和甲殼類動(dòng)物在個(gè)體發(fā)育中，許多體細(xì)胞常常丟失掉整條或部分的染色體，只有將來(lái)分化產(chǎn)生生殖細(xì)胞的那些細(xì)胞一直保留著整套的染色體。例如：在蛔蟲(chóng)胚胎發(fā)育過(guò)程中，有27％DNA丟失。在高等動(dòng)植物中，尚未發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象。

第10頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、基因擴(kuò)增（Geneamplification）

基因擴(kuò)增是指某些基因的拷貝數(shù)專一性增大的現(xiàn)象。它使得細(xì)胞在短期內(nèi)產(chǎn)生大量的基因產(chǎn)物以滿足生長(zhǎng)發(fā)育的需要，是基因活性調(diào)控的一種方式。例如：非洲爪蟾的卵母細(xì)胞中原有rDNA約500個(gè)拷貝，在減數(shù)分裂Ⅰ的粗線期，基因開(kāi)始迅速?gòu)?fù)制，到雙線期拷貝數(shù)約為200萬(wàn)個(gè)，擴(kuò)增近4000倍，可用于合成1012個(gè)核糖體，以滿足卵裂期和胚胎期合成大量蛋白質(zhì)的需要。第11頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、基因重排（genere-arrangement）

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，這種方式被稱為基因重排。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結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。第12頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月免疫球蛋白由B-淋巴細(xì)胞合成，其肽鏈主要由可變區(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。第13頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月人類基因組中免疫球蛋白基因主要片段的數(shù)量比較所有Ig分子都含有兩類輕鏈中的一類，即κ型或λ型。第14頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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。第15頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、DNA的甲基化與基因活性調(diào)控DNA甲基化是最早發(fā)現(xiàn)的修飾途徑之一，可能存在于所有高等生物中。DNA甲基化能關(guān)閉某些基因的活性，而去甲基化則誘導(dǎo)了基因的重新活化與表達(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)。第16頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1．DNA甲基化的主要形式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）。第17頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出現(xiàn)在CpG、CpXpG、CCA/TGG和GATC中。其中，CpG二核苷酸通常成串出現(xiàn)在DNA上，因而被稱為CpG島（CpGisland）。它們大多位于結(jié)構(gòu)基因啟動(dòng)子的核心序列和轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)，其中有60~90%的CpG被甲基化，。

第18頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氫葉酸還原酶次黃嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶核糖體蛋白不同結(jié)構(gòu)基因上的CG島第19頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、真核生物甲基化酶的分類真核生物細(xì)胞內(nèi)存在兩種甲基化酶活性：日常型（maintenance）甲基轉(zhuǎn)移酶：分I、II、III三類，它們?cè)诩谆告湥０彐湥┲笇?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，例如DNA復(fù)制之后新鏈的甲基化。從頭合成（denovosynthesis）甲基轉(zhuǎn)移酶：催化未甲基化的CpG成為mCpG，不需要母鏈指導(dǎo)，但速度很慢。第20頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月日常型甲基轉(zhuǎn)移酶引起的半甲基化DNA的甲基化第21頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)制DNA甲基化會(huì)導(dǎo)致某些區(qū)域DNA構(gòu)象改變，使染色質(zhì)高度螺旋化,凝縮成團(tuán),直接影響了轉(zhuǎn)錄因子于啟動(dòng)區(qū)DNA的結(jié)合效率。DNA的甲基化不利于模板與RNA聚合酶的結(jié)合，從而降低了轉(zhuǎn)錄活性。甲基化的CpG可以通過(guò)與甲基化CpG結(jié)合蛋白1（methylCpG-bindingprotein1，MeCP1）的結(jié)合間接影響轉(zhuǎn)錄因子與DNA的結(jié)合。第22頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月甲基化對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的影響第23頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、DNA甲基化程度與轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子的關(guān)系

對(duì)弱啟動(dòng)子來(lái)說(shuō)，少量甲基化就能使其完全失去轉(zhuǎn)錄活性。當(dāng)這類啟動(dòng)子被增強(qiáng)時(shí)，即使不去甲基化也可以恢復(fù)其轉(zhuǎn)錄活性。甲基化密度較高時(shí)，即使增強(qiáng)后的啟動(dòng)子仍無(wú)轉(zhuǎn)錄活性。

甲基化對(duì)轉(zhuǎn)錄的抑制強(qiáng)度與甲基化CpG結(jié)合蛋白因子MeCP1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。第24頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月甲基化對(duì)基因轉(zhuǎn)錄影響模式圖第25頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5、DNA甲基化對(duì)基因表達(dá)的其他影響DNA甲基化通過(guò)對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的抑制，直接參與了發(fā)育調(diào)控。隨著個(gè)體發(fā)育，當(dāng)需要某些基因保持“沉默”時(shí)，它們將迅速被甲基化，若需要恢復(fù)轉(zhuǎn)錄活性，則去甲基化。DNA去甲基化有兩種方式:被動(dòng)途徑:一種NF核因子可以粘附于甲基化的DNA,使粘附點(diǎn)附近的DNA不能被完全甲基化,從而阻斷甲基化酶的作用。主動(dòng)途徑:是由去甲基酶的作用,將DNA的甲基集團(tuán)移去。第26頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因表達(dá)調(diào)控1、“開(kāi)放型”活性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的影響

轉(zhuǎn)錄發(fā)生之前，染色質(zhì)常常在特定的區(qū)域被解旋或松弛，形成自由DNA并發(fā)生DNA局部結(jié)構(gòu)的變化，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，從而使基因轉(zhuǎn)錄。第27頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

在細(xì)胞分裂間期的細(xì)胞核中，染色質(zhì)的形態(tài)不均勻。根據(jù)其形態(tài)及染色特點(diǎn)可分為常染色質(zhì)和異染色質(zhì)兩種類型。常染色質(zhì)：折疊疏松、凝縮程度低，處于伸展?fàn)顟B(tài)，堿性染料染色時(shí)著色淺。異染色質(zhì)：折疊壓縮程度高，處于凝集狀態(tài)，經(jīng)堿性染料染色著色深。第28頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月常染色質(zhì)：呈疏松的環(huán)狀，電鏡下表現(xiàn)為淺染；

異染色質(zhì)：呈現(xiàn)凝縮狀態(tài)，電鏡下表現(xiàn)為深染。

真核細(xì)胞中基因轉(zhuǎn)錄的模板是染色質(zhì)而不是裸露的DNA，因此染色質(zhì)呈疏松或緊密結(jié)構(gòu)，即是否處于活化狀態(tài)是決定RNA聚合酶能否有效行使轉(zhuǎn)錄功能的關(guān)鍵。第29頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.組蛋白和核小體對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的影響組蛋白扮演了非特異性阻遏蛋白的作用。組蛋白與DNA結(jié)合阻止DNA上基因的轉(zhuǎn)錄，去除組蛋白基因又能夠恢復(fù)轉(zhuǎn)錄;核小體結(jié)構(gòu)影響基因轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄活躍的區(qū)域也常缺乏核小體的結(jié)構(gòu)。第30頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)轉(zhuǎn)錄水平的基因表達(dá)調(diào)控（TranscriptionalRegulation）第31頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

真核基因表達(dá)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）和反式作用因子（trans-actingfactor，又稱跨域作用因子）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。引言第32頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、真核生物的順式作用元件定義：指對(duì)基因表達(dá)有調(diào)節(jié)活性的DNA序列，其活性只影響與其自身同處在一個(gè)DNA分子上的基因。例如：?jiǎn)?dòng)子、增強(qiáng)子、沉默子等第33頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、啟動(dòng)子定義：在DNA分子中，RNA聚合酶能夠識(shí)別、結(jié)合并導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄起始的序列。核心啟動(dòng)子和上游啟動(dòng)子元件（Ⅱ類）第34頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、增強(qiáng)子（Enhancer）定義：指能使與它連鎖的基因轉(zhuǎn)錄頻率明顯增加的DNA序列。

作為基因表達(dá)的重要調(diào)節(jié)元件，增強(qiáng)子通常具有下列性質(zhì)：①增強(qiáng)效應(yīng)十分明顯，一般能使基因轉(zhuǎn)錄頻率增加10-200倍；②增強(qiáng)效應(yīng)與其位置和取向無(wú)關(guān)。不論增強(qiáng)子以什么方向排列（5′→3′或3′→5′），甚至和靶基因相距3kb，或在靶基因下游，均表現(xiàn)出增強(qiáng)效應(yīng)；第35頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月③大多為重復(fù)序列，一般長(zhǎng)約50bp，適合與某些蛋白因子結(jié)合。其內(nèi)部常含有一個(gè)核心序列：（G）TGGA/TA/TA/T（G），該序列是產(chǎn)生增強(qiáng)效應(yīng)時(shí)所必需的；④增強(qiáng)效應(yīng)有嚴(yán)密的組織和細(xì)胞特異性，說(shuō)明增強(qiáng)子只有與特定的蛋白質(zhì)（轉(zhuǎn)錄因子）相互作用才能發(fā)揮其功能；⑤沒(méi)有基因?qū)Ｒ恍?，可以在不同的基因組合上表現(xiàn)增強(qiáng)效應(yīng)；⑥許多增強(qiáng)子還受外部信號(hào)的調(diào)控，如：金屬硫蛋白的基因啟動(dòng)區(qū)上游所帶的增強(qiáng)子，就可以對(duì)環(huán)境中的鋅、鎘濃度做出反應(yīng)。第36頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月增強(qiáng)子的作用原理是什么呢？增強(qiáng)子可能有如下3種作用機(jī)制：①影響模板附近的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致DNA雙螺旋彎折或在反式因子的參與下，以蛋白質(zhì)之間的相互作用為媒介形成增強(qiáng)子與啟動(dòng)子之間“成環(huán)”連接，活化基因轉(zhuǎn)錄；第37頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月②將模板固定在細(xì)胞核內(nèi)特定位置，如連接在核基質(zhì)上，有利于DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶改變DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的張力，促進(jìn)RNA聚合酶II在DNA鏈上的結(jié)合和滑動(dòng)；③增強(qiáng)子區(qū)可以作為反式作用因子或RNA聚合酶II進(jìn)入染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的“入口”。第38頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、沉默子（Silencer）

為負(fù)性調(diào)節(jié)元件，當(dāng)其結(jié)合特異蛋白因子時(shí)，對(duì)基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。最早在酵母中發(fā)現(xiàn)，可不受序列方向的影響，也能遠(yuǎn)距離發(fā)揮作用。第39頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5、應(yīng)答元件（Responseelement）

能與某個(gè)（類）專一蛋白因子結(jié)合，從而控制基因特異表達(dá)的DNA上游序列稱為應(yīng)答元件（responseelement）。它們與細(xì)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。

含有短的共有序列；在不同基因中，拷貝相似，有時(shí)有多個(gè)拷貝；與轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)距離不固定，一般位于上游元件或增強(qiáng)子內(nèi)；激應(yīng)答元件（heatshockresponseelement，HSE）糖皮質(zhì)應(yīng)答元件（glucocorticoidresponseelement，GRE）金屬應(yīng)答元件（metalresponseelement，MRE最常見(jiàn)的應(yīng)答元件有：第40頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第41頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、真核生物的反式作用因子

反式作用因子是參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控的蛋白因子，能直接地或間接地識(shí)別或結(jié)合在各類順式作用元件上，與順式作用元件一起對(duì)轉(zhuǎn)錄起調(diào)控作用。通過(guò)蛋白質(zhì)-DNA，蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用是其發(fā)揮功能的基礎(chǔ)。第42頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、反式作用因子中的分類（1）通用反式作用因子：在一般細(xì)胞中普遍存在，主要識(shí)別一些啟動(dòng)子的核心啟動(dòng)成分。如識(shí)別TATA框的TBP；識(shí)別上游啟動(dòng)子CAAT框的CTF/NF-1；識(shí)別GC框的SP1；識(shí)別八聚體核苷酸的Oct-1等；（2）特異反式作用因子：存在于特殊組織與細(xì)胞中的反式作用因子。如：淋巴細(xì)胞中的Oct-2；（3）誘導(dǎo)型因子：和應(yīng)答元件（Responseelements）相結(jié)合的反式作用因子。如：與激素應(yīng)答元件GRE結(jié)合的糖皮質(zhì)激素；與特異性結(jié)合的是熱激因子（HSF）等。第43頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、反式作用因子中的功能結(jié)構(gòu)域三個(gè)主要的功能結(jié)構(gòu)域：（1）DNA識(shí)別結(jié)合域（DNA-bindingdomain）

反式作用因子結(jié)構(gòu)中用來(lái)同順式作用元件結(jié)合的結(jié)構(gòu)區(qū)域，主要起結(jié)合DNA作用。（2）轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域(transcriptionalactivationdomain）

用來(lái)同其他蛋白因子結(jié)合，參與募集啟動(dòng)子結(jié)合蛋白和轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合體，控制基因轉(zhuǎn)錄活化的結(jié)構(gòu)區(qū)域。（3）聯(lián)結(jié)區(qū)域（connector）第44頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第45頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

反式作用因子的DNA結(jié)合域和活化結(jié)構(gòu)域是獨(dú)立發(fā)揮作用的，DNA結(jié)合域的功能只是把活化結(jié)構(gòu)域“拴在”起始復(fù)合體附近，使之能夠發(fā)揮活化轉(zhuǎn)錄的作用。而DNA結(jié)合域和活化結(jié)構(gòu)域之間的聯(lián)結(jié)區(qū)域（connector）是具有足夠柔性的，這樣，不論DNA結(jié)合域所結(jié)合的具體位點(diǎn)在哪里，都能使活化結(jié)構(gòu)域找到其靶蛋白。第46頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、反式作用因子中的DNA識(shí)別結(jié)合域

反式作用因子是能直接或間接地識(shí)別或結(jié)合在各類順式作用元件上，參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的蛋白質(zhì)。螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋（Helix-turn-helix，H-T-H）鋅指（Zincfinger）結(jié)構(gòu)堿性-亮氨酸拉鏈（basic-Leucinezippers）堿性-螺旋-環(huán)-螺旋（basic-helix-loop-helix）第47頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋(H-T-H)結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)域主要包含兩個(gè)或以上α-螺旋區(qū)和螺旋區(qū)中間的轉(zhuǎn)折區(qū)。主要通過(guò)一個(gè)靠C端的α-螺旋與DNA雙螺旋大溝結(jié)合。第48頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月鋅指（Zincfinger）結(jié)構(gòu)

是一種常出現(xiàn)在DNA結(jié)合蛋白中的結(jié)構(gòu)。是由一個(gè)含有大約30個(gè)氨基酸的環(huán)和一個(gè)與環(huán)上的4個(gè)Cys或2個(gè)Cys和2個(gè)His配位的Zn構(gòu)成，形成的結(jié)構(gòu)像手指狀。第49頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Cys2/Cys2鋅指Cys2/His2鋅指見(jiàn)于甾體激素受體見(jiàn)于SP1，TFⅢA等第50頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月具有Cys2/Cys2鋅指區(qū)的轉(zhuǎn)錄因子第51頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月典型的類固醇激素受體結(jié)構(gòu)示意圖第52頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一些具有Cys2/His2鋅指區(qū)的轉(zhuǎn)錄因子和蛋白質(zhì)第53頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)錄因子SP1（GC盒）、連續(xù)的3個(gè)鋅指重復(fù)結(jié)構(gòu)。第54頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月TFIIIA結(jié)構(gòu)域示意圖第55頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月堿性-亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為蛋白形成的α-螺旋結(jié)構(gòu)上每6個(gè)氨基酸就有一個(gè)亮氨酸殘基，這些亮氨酸出現(xiàn)在-螺旋的一個(gè)方向，每?jī)蓚€(gè)蛋白組成一個(gè)二聚體，使亮氨酸相對(duì)排列，形成拉鏈樣結(jié)構(gòu)，在拉鏈區(qū)的氨基端有個(gè)約30個(gè)殘基的堿性區(qū)(富含賴氨酸和精氨酸)。此區(qū)的作用是與DNA結(jié)合，它也形成-螺旋。第56頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月不同轉(zhuǎn)錄因子的亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)氨基酸組成圖第57頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月堿性-螺旋-環(huán)-螺旋（bHLH）蛋白質(zhì)的C端的氨基酸殘基形成兩個(gè)α-螺旋，中間被非螺旋的環(huán)狀結(jié)構(gòu)隔開(kāi)，蛋白質(zhì)的N端是堿性區(qū)，為DNA結(jié)合區(qū)。堿性-螺旋-環(huán)-螺旋類蛋白通常也是組成二聚體的形式，這才具有結(jié)合DNA的能力。第58頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二聚體bHLH蛋白與DNA結(jié)合模式圖第59頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、常見(jiàn)的轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域

一般是DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域以外的30-100氨基酸殘基組成，主要包括以下幾種特征性結(jié)構(gòu)：酸性α-螺旋結(jié)構(gòu)域（acidicα–helixdomain）富含谷氨酰胺結(jié)構(gòu)域（glutamine-richdomain）富含脯氨酸結(jié)構(gòu)域（proline-richdomain）第60頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）酸性α-螺旋(acidicα-helix)/帶負(fù)電荷的螺旋結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)域含有由酸性氨基酸殘基組成的保守序列，多呈帶負(fù)電荷的親脂性α-螺旋。包含這種結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄因子有GAL4、GCN4、糖皮質(zhì)激素受體和AP-1/Jun等。（2）谷氨酰胺豐富區(qū)（glutamine-richdomain）SP1是啟動(dòng)子GC盒的結(jié)合蛋白，共有4個(gè)參與轉(zhuǎn)錄活化的區(qū)域，其中最強(qiáng)的轉(zhuǎn)錄活化域含25%左右的谷氨酰胺。酵母的HAP1、HAP2和GAL2及哺乳動(dòng)物的OCT-1、OCT-2、Jun、AP2和SRF也含有這種結(jié)構(gòu)域。（3）脯氨酸豐富區(qū)（proline-richdomain）CTF家族（包括CTF-1、CTF-2、CTF-3）的C末端與其轉(zhuǎn)錄激活功能有關(guān)，含有20-30%的脯氨酸殘基，其它如Oct2、Jun哺乳動(dòng)物轉(zhuǎn)錄因子中也富含這種結(jié)構(gòu)。第61頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月幾種常見(jiàn)的轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域第62頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的模式

細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位。細(xì)胞通過(guò)DNA的復(fù)制和細(xì)胞分裂將本身所固有的遺傳信息由親代傳至子代，實(shí)現(xiàn)增殖繁衍。同時(shí)，它們還不斷地“感知”環(huán)境變化，并對(duì)環(huán)境變化作出特定的應(yīng)答。第63頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

細(xì)胞應(yīng)答可以分為3個(gè)階段：感知外界信息（信息由細(xì)胞膜至核內(nèi)）

染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變，相應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子的活化

特定基因的表達(dá)過(guò)程問(wèn)題1：信號(hào)是如何順利通過(guò)細(xì)胞膜和核膜的阻隔到達(dá)核內(nèi)，從而影響基因表達(dá)的特定區(qū)域？第64頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

目前認(rèn)為，細(xì)胞表面受體與配體分子的高親和力特異性結(jié)合，能誘導(dǎo)受體蛋白構(gòu)象變化，使細(xì)胞胞外信號(hào)順利通過(guò)質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。受體（receptor）：是細(xì)胞膜上或細(xì)胞內(nèi)能特別識(shí)別生物活性分子并與之結(jié)合的成分。它能把識(shí)別和接受的信號(hào)正確無(wú)誤地放大并傳遞到細(xì)胞內(nèi)部，進(jìn)而引起生物學(xué)效應(yīng)的特殊蛋白質(zhì)，個(gè)別是糖脂。能與受體呈專一性結(jié)合的生物活性分子則稱為配體。配體（ligand）：第65頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月真核細(xì)胞主要跨膜信號(hào)傳導(dǎo)途徑第66頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)胞表面的三類受體示意圖第67頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

胞外信號(hào)通過(guò)細(xì)胞膜和核膜的阻隔到達(dá)核內(nèi)后，反式作用因子被活化而特異性的結(jié)合到特定DNA序列（順式作用元件）上。同時(shí)，通過(guò)自身具有的轉(zhuǎn)錄活化域活化其他相關(guān)因子，從而發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用。問(wèn)題2：反式作用因子是如何被活化呢？第68頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月真核生物反式作用因子活性調(diào)節(jié)的主要方式第69頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、蛋白質(zhì)磷酸化介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)及基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控2、蛋白質(zhì)乙酰化對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的影響3、激素對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的影響4、熱激蛋白對(duì)基因表達(dá)的影響5、金屬硫蛋白基因的多重調(diào)控轉(zhuǎn)錄調(diào)控實(shí)例：第70頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)其他水平上的調(diào)控（GeneRegulationontheotherlevels）第71頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

在真核生物基因表達(dá)的調(diào)控中，DNA水平和轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控占有十分重要的地位，但其他水平上的調(diào)控也不能忽視。這些調(diào)控包括：RNA的加工成熟、RNA由細(xì)胞核轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)、翻譯水平的調(diào)控以及翻譯后水平的調(diào)節(jié)等多個(gè)環(huán)節(jié)的調(diào)控。引言第72頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、轉(zhuǎn)錄后加工的多樣性

真核生物的基因可以按其轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后的加工方式分為兩大類：即簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)錄單位和復(fù)雜轉(zhuǎn)錄單位。（1）簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)錄單位：這類基因只編碼產(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。第一種簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)錄單位：基因沒(méi)有內(nèi)含子，mRNA3′末端沒(méi)有ploy(A)，因此不存在轉(zhuǎn)錄后加工問(wèn)題。如：組蛋白基因。第二種簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)錄單位：基因沒(méi)有內(nèi)含子，所編碼的mRNA不需要剪接，但需要加ploy(A)。如：腺病毒蛋白IX，α-干擾素和許多酵母蛋白質(zhì)基因。第三種簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)錄單位：這類基因都有內(nèi)含子，也需要加ploy(A)，但加工剪接后只產(chǎn)生一個(gè)有功能的mRNA，所以仍然是簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)錄單位。如：大多數(shù)核基因。第73頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)錄單位轉(zhuǎn)錄后加工的3種主要形式第74頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月組成型剪接:

一個(gè)基因的mRNA前體按一種方式剪接，產(chǎn)生一種mRNA，一種蛋白質(zhì)。第75頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）復(fù)雜轉(zhuǎn)錄單位：它們除了含有數(shù)量不等的內(nèi)含子以外，其原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物能通過(guò)多種不同方式加工成兩個(gè)或兩個(gè)以上的mRNA。主要是一些編碼組織和發(fā)育特異性蛋白質(zhì)的基因。①利用多個(gè)5′端轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)第76頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月②選用不同的剪接位點(diǎn)產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)可變剪接（選擇性剪接，alternativesplicing）：有些基因的mRNA前體，按不同方式剪接，產(chǎn)生兩種以上mRNA，翻譯產(chǎn)生多種蛋白質(zhì)。其實(shí)質(zhì)是5′供體與3′受體剪接點(diǎn)的選擇搭配問(wèn)題。第77頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月大鼠肌鈣蛋白（Torponin，T）基因在不同的發(fā)育階段以及不同橫紡肌種類中由于不同的選擇性剪接內(nèi)含子，結(jié)果產(chǎn)生了不同的肌鈣蛋白T。第78頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月既利用多個(gè)5′端轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，又選用不同的剪接位點(diǎn)產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)第79頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月③利用多個(gè)ploy(A)位點(diǎn)和不同的剪接方式產(chǎn)生不同的蛋質(zhì)第80頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月④無(wú)剪接，有多個(gè)轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)或加poly(A)位點(diǎn)的基因

例如：二氫葉酸還原酶基因和酵母乙醇脫氫酶基因都具有不同的5′端和ploy(A)位點(diǎn)。大鼠α-2μ-珠蛋白基因、雞波形蛋白基因、X基因和人N-ras基因均含有多個(gè)ploy(A)位點(diǎn)，而雞溶菌酶基因和酵母蔗糖酶基因則擁有多個(gè)5′端。第81頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、翻譯水平的調(diào)控1、mRNA運(yùn)輸控制2、mRNA穩(wěn)定性的調(diào)控3、mRNA結(jié)構(gòu)4、翻譯的起始調(diào)節(jié)5、選擇性翻譯6、翻譯的自我調(diào)節(jié)第82頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、mRNA運(yùn)輸控制運(yùn)輸控制（transportcontrol）：是對(duì)轉(zhuǎn)錄本從細(xì)胞核運(yùn)送到細(xì)胞質(zhì)中的數(shù)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

合成的RNA大約有1/12能被運(yùn)出核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，50％左右的在核內(nèi)降解，還有一些留在核。第83頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、mRNA的穩(wěn)定性與基因表達(dá)調(diào)控

真核生物能否長(zhǎng)時(shí)間、及時(shí)地利用成熟的mRNA分子翻譯出蛋白質(zhì)以供生長(zhǎng)、發(fā)育的需要，是與mRNA的穩(wěn)定性密切相關(guān)的。高等真核生物迅速生長(zhǎng)的細(xì)胞中mRNA的半衰期平均約為3小時(shí)，不同mRNA降解效率的不同。也就是說(shuō)，在細(xì)胞質(zhì)中所有的RNA都要受到降解控制（Degradationcontrol）。mRNA的選擇性降解主要由于核酸酶和mRNA內(nèi)部結(jié)構(gòu)相互作用的結(jié)果。有時(shí)，加入調(diào)節(jié)物可以增加mRNA穩(wěn)定性，并使相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄速率增加。第84頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月催乳素能明顯延緩酪蛋白（casein）mRNA的降解。不加入催乳素時(shí)，體系中的酪蛋白mRNA在1小時(shí)內(nèi)降解50%，而加入催乳素后40小時(shí)，酪蛋白mRNA才降解50%。第85頁(yè)，課件共92頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例子：人鐵蛋白及轉(zhuǎn)運(yùn)鐵蛋白受體mRNA翻譯調(diào)控轉(zhuǎn)運(yùn)鐵蛋白受體（TfR）和鐵蛋白負(fù)責(zé)鐵吸收和鐵解毒。這兩個(gè)mRNA上存在相似的順式作用元件，稱為鐵應(yīng)答元件（Ironresponseelement，IRE）。IRE與IRE結(jié)合蛋白（