增強子的特點及其作用機制課件

增強子的特點及其作用機制增強子的特點及其作用機制增強子的概念指能夠使基因轉(zhuǎn)錄頻率明顯增加的DNA序列，增強子主要存在于真核生物基因組中。增強子的概念指能夠使基因轉(zhuǎn)錄頻率明顯增加的DNA序列，增強增強子的特點1.具有遠距離效應(yīng)2.無方向性3.具有組織特異性4.有相位性5.須與特定的蛋白質(zhì)因子結(jié)合6.沒有物種和基因的特異性7.有的增強子可以對外部信號產(chǎn)生反應(yīng)增1.具有遠距離效應(yīng)2.無方向性3.具有組織特異性4.有相位增強子的遠距離效應(yīng)一般位于上游-200bp處，但可增強遠處啟動子的轉(zhuǎn)錄，即使相距>10kb也能發(fā)揮作用。最極端的例子是小鼠sonichedgehog(shh)基因中的肢體芽增強子，與啟動子相距1Mb以上。盡管在DNA序列上，增強子距離靶基因有很遠的核苷酸距離，但是在染色質(zhì)三維空間結(jié)構(gòu)上，它們距離啟動子與靶基因卻很近。增強子的遠距離效應(yīng)一般位于上游-200bp處，但可增強遠處啟無方向性無論位于靶基因的上游、下游或者內(nèi)部都可以發(fā)揮增強轉(zhuǎn)錄的作用如T細胞受體α鏈基因的增強子位于啟動子下游69kb以外,而果蠅cut基因座翅緣增強子位于其啟動子上游85kb以外無方向性無論位于靶基因的上游、下游或者內(nèi)部都可以發(fā)揮增強轉(zhuǎn)錄具有組織特異性即在不同種屬細胞中，其增強轉(zhuǎn)錄活性不同。SV40的增強子在3T3細胞（從Swiss系小鼠胎兒里得到的細胞株）中比多瘤病毒的增強子要弱，但在Hela細胞（源自一位美國婦女海莉耶塔?拉克斯的宮頸癌細胞的細胞系）中SV40的增強子比多瘤病毒的要強5倍。有相位性其作用和DNA的構(gòu)象有關(guān)具有組織特異性即在不同種屬細胞中，其增強轉(zhuǎn)錄活性不同。有相位增強子必須與特定的蛋白質(zhì)因子結(jié)合后才能發(fā)揮增強轉(zhuǎn)錄的作用增強子一般具有組織或細胞特異性，許多增強子只在某些細胞或組織中表現(xiàn)活性，是由這些細胞或組織中具有的特異性蛋白質(zhì)因子所決定的。例如，人類胰島素基因5’端上游約250個核苷酸處有一組織特異性增強子。在胰島素p細胞中有一種特異性蛋白因子，可以作用于這個區(qū)域，以增強胰島素基因的轉(zhuǎn)錄。在其他組織細胞中沒有這種蛋白因子，所以也就沒有此作用。這就是為什么胰島素基因只有在胰島素p細胞中才能很好表達的重要原因。增強子必須與特定的蛋白質(zhì)因子結(jié)合后才能發(fā)揮增強轉(zhuǎn)錄的作用增強無物種和基因的特異性可以連接到異源基因上發(fā)揮作用攜帶人類HARE5增強子的小鼠大腦發(fā)育出只有人類大腦才有的褶皺，并且比攜帶有黑猩猩HARE5增強子的小鼠胚胎形成的大腦大12%，通過這一研究，很可能發(fā)現(xiàn)“人之所以為人”的秘密。無物種和基因的特異性可以連接到異源基因上發(fā)揮作用有的增強子可以對外部信號產(chǎn)生反應(yīng)如熱休克基因在高溫下才表達，金屬硫蛋白基因在鎘和鋅的存在下才表達，某些增強子可以被固醇類激素所激活。有的增強子可以對外部信號產(chǎn)生反應(yīng)如熱休克基因在高溫下才表達，增強子的作用機制在哺乳動物基因組中包含大約30000個基因，然而卻存在有數(shù)十萬個增強子，說明每一個細胞類型每一個基因平均約有4個增強子起作用。不同的增強子可能作用于一個或多個靶啟動子。近年來增強子的研究雖然取得了很大的進展,實驗證明增強子所引起的穩(wěn)定轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的增加是由于轉(zhuǎn)錄起始增強所致。也已證明增強子是與細胞因子結(jié)合而起作用的,與對核酸酶敏感的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成有關(guān)。但增強子的詳細作用機理仍然不是很清楚。因此對增強子的作用機制提出了多種預(yù)測和假說。增強子的作用機制在哺乳動物基因組中包含大約30000個基因，成環(huán)模型滑動模型易化追蹤模型拓撲效應(yīng)鏈接模型增強子的作用機制模型成環(huán)模型滑動模型易化追蹤模型拓撲效應(yīng)鏈接模型增強子的作用機制成環(huán)模型(Loopingmodel)DNA折疊成環(huán)，與增強子結(jié)合的蛋白質(zhì)因子與啟動子鄰近區(qū)域結(jié)合的蛋白質(zhì)相遇而相互作用，同時向啟動子區(qū)彎曲靠攏，從而起轉(zhuǎn)錄增強作用。這一模型已得到普遍的認可。EPPELooping成環(huán)模型(Loopingmodel)DNA折疊成環(huán)，與增強增強子的特點及其作用機制課件對于珠蛋白基因簇的介紹對于珠蛋白基因簇的介紹HS5HS4HS3HS1HS1HS2HS4HS5HS3HS2在任何時間，只有一個基因可以與全復(fù)合體相互作用β-珠蛋白基因的轉(zhuǎn)錄γ-珠蛋白基因的轉(zhuǎn)錄HC與每一個核酶敏感位點結(jié)合的蛋白復(fù)合物(HS1-5)有助于形成一個包含基因激活位點的全復(fù)合物啟動子或HS結(jié)合復(fù)合物RNA聚合酶HS5HS4HS3HS1HS1HS2HS4HS5HS3HS2為了克服由于結(jié)合過程中DNA彎曲和纏繞造成的能量損失,一般需要一種稱為“構(gòu)筑蛋白”的轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白參與作用。如LEF-1和MHGI,它們是HMG蛋白（高遷移率族蛋白）家族中兩類序列特異性的DNA彎曲蛋白(DNAbendingprotein)。它們能與DNA小溝結(jié)合,使DNA發(fā)生一定角度的彎曲,以促進ATF、Ets-1等因子與增強子上相應(yīng)識別位點結(jié)合。如果各激活子之間的相互作用足以提供DNA變形所需的能量,“構(gòu)筑蛋白”就不需參與形成增強體。為了克服由于結(jié)合過程中DNA彎曲和纏繞造成的能量損失,增強子成環(huán)作用的證據(jù)有研究認為，染色質(zhì)柔韌性是決定成環(huán)與否的主要特征，而其主要受到組蛋白乙?；约捌渌揎椀恼{(diào)節(jié)，因此，組蛋白修飾狀態(tài)決定了增強子與其調(diào)控基因相互作用的可能性。增強子成環(huán)作用的證據(jù)有研究認為，染色質(zhì)柔韌性是決定成環(huán)與否的成環(huán)機制在DNA持久長度大于150bp或者50nm時很容易自發(fā)形成，并且只需要較小的能量，但是當(dāng)長度小于該值時，DNA近乎呈剛直狀態(tài)，欲使其彎曲需要很大的能量。成環(huán)機制在DNA持久長度大于150bp或者50nm時很容易自

增強子與啟動子的特異選擇生物化學(xué)兼容性空間結(jié)構(gòu)的選擇相互作用絕緣染色質(zhì)環(huán)境

增強子與啟動子的特異選擇生物化學(xué)兼容性空間結(jié)構(gòu)的選擇相互作生物化學(xué)兼容性

增強子E2與目標(biāo)啟動子(P)兼容，但E1不兼容，解釋了E2與p的選擇作用。下游啟動子元件是決定與某些增強子相容的關(guān)鍵因素。但值得注意的是，增強子表現(xiàn)為對某些啟動子的偏好，而不是絕對不相容例如雙胸復(fù)合體的IAB5增強子，優(yōu)先激活含有TATA的啟動子，但是如果沒有含有TATA的啟動子，則可以激活含有dep的啟動子。生物化學(xué)兼容性

增強子E2與目標(biāo)啟動子(P)兼容，但E1不兼空間結(jié)構(gòu)的選擇相互作用雖然E2和E3在生物化學(xué)上都與啟動子兼容，但空間結(jié)構(gòu)決定了只有E2與啟動子相互作用空間結(jié)構(gòu)的選擇相互作用雖然E2和E3在生物化學(xué)上都與啟動子兼絕緣雖然E2與啟動子兼容，但它們的相互作用被絕緣體阻斷，可能是由于3D結(jié)構(gòu)的改變或絕緣體充當(dāng)誘餌絕緣雖然E2與啟動子兼容，但它們的相互作用被絕緣體阻斷，可能染色質(zhì)環(huán)境

P選擇性接觸E1，因為E2與p的相容性被染色質(zhì)環(huán)境改變。染色質(zhì)環(huán)境

P選擇性接觸E1，因為E2與p的相容性被染色質(zhì)環(huán)滑動模型(trackingmodel)轉(zhuǎn)錄因子與增強子結(jié)合，并沿著DNA向下滑動至啟動子，在啟動子中促進普通轉(zhuǎn)錄因子和聚合酶的結(jié)合滑動模型(trackingmodel)轉(zhuǎn)錄因子與增強子結(jié)合增強子的特點及其作用機制課件利用ATP的染色質(zhì)重建因子除了促進DNA結(jié)合因子與增強子之間的相互作用外,還能促進結(jié)合在增強子上的復(fù)合物沿染色質(zhì)模板的追蹤作用這是因為它們能引起特定核小體位置的改變(滑動)，或核小體三維結(jié)構(gòu)的改變，或二者兼有，它們都能改變?nèi)旧|(zhì)對核酶的敏感性。局限性如果是滑動模型，會消耗很多能量，效率是低的。在進化中會受到選擇的壓力。利用ATP的染色質(zhì)重建因子除了促進DNA結(jié)合因子與增強異化追蹤模型（Facilitatedtrackingmodel）是滑動模型和成環(huán)模型的結(jié)合，特異的轉(zhuǎn)錄激活蛋白首先與增強子結(jié)合，之后通過成環(huán)作用再與接近啟動子的上游DNA結(jié)合，然后這些轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子在染色體纖維上通過短距離移動確認目標(biāo)啟動子，進而激活轉(zhuǎn)錄。異化追蹤模型（Facilitatedtrackingmo鏈接模型（Linkingmodel）一連串的蛋白質(zhì)復(fù)合物沿著啟動子上的染色質(zhì)纖維延伸然后介導(dǎo)基因激活EPEPlinking鏈接模型（Linkingmodel）一連串的蛋白質(zhì)復(fù)合物沿Hs5Hs4Hs3Hs2Hs1Hs5Hs4Hs3Hs2Hs1Hs5Hs4Hs3Hs2Hs1CHIP蛋白復(fù)合物同源域轉(zhuǎn)錄因子或其他蛋白質(zhì)LCR高階蛋白復(fù)合物在這個過程中，結(jié)合到將轉(zhuǎn)錄座位的蛋白質(zhì)通過活化非DNA結(jié)合蛋白而相互連接，形成一個從LCR到轉(zhuǎn)錄基因間的數(shù)十kb區(qū)域的蛋白鏈。在基因開關(guān)過程中，前一個基因表達時，其啟動子結(jié)合復(fù)合物可能作為一個邊界元件阻止蛋白鏈進一步延伸至下一個基因。而當(dāng)下一個基因開始表達時(前一個基因失活)，前一個基因的啟動子又成為蛋白鏈的一個連接子而使其延伸至下一個基因Hs5Hs4Hs3Hs2Hs1Hs5Hs4Hs局限性蛋白質(zhì)浪費雖然連接模型很容易理解一類珠蛋白基因表達的發(fā)育階段特異性，但難以解釋動態(tài)的“跳躍一移動”的轉(zhuǎn)錄模式。最初認為增強子只調(diào)控一個鄰近的啟動子，但是過去25年的許多觀察表明，這種相互作用更為復(fù)雜。增強子可以控制多個相鄰基因，有時超過幾百kb，經(jīng)常跳過一個或多個基因。局限性拓撲效應(yīng)

(1)拓撲效應(yīng)說認為增強子的作用是誘導(dǎo)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化，使核小體產(chǎn)生DNaseⅠ敏感區(qū)，因而構(gòu)成RNA聚合酶Ⅱ進入轉(zhuǎn)錄單位的入口處。對果蠅的hsp70基因研究發(fā)現(xiàn)增強子常常與染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的破壞共構(gòu)，表現(xiàn)為DNaseⅠ對消化的超敏反應(yīng)，這是由于100-300bp的DNA短區(qū)域造成的，這些區(qū)域由于轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合而排除了核小體，增強子由轉(zhuǎn)錄因子的同源結(jié)合位點組成，它們既可以影響核小體，又可以彎曲DNA,因而具有核酸酶超敏性。

拓撲效應(yīng)

(1)拓撲效應(yīng)說認為增強子的作用是誘導(dǎo)染色質(zhì)(2)增強子區(qū)有一段富含交替嘌呤和嘧啶的序列，位于沒有核小體的區(qū)域，能夠以負超螺旋的形式生成Z-DNA,也是DnaseⅠ敏感區(qū)實驗還證實缺失3個Z一DNA形成片段的SV40是不能存活的,而除去兩個Z一DNA形成片段的增強子接到β-珠蛋白基因上也失去增強活性(3)超敏感部位或其附近可能含有能從Z一DNA轉(zhuǎn)變?yōu)锽一DNA的順序,這種轉(zhuǎn)換改變DNA螺旋中右手旋轉(zhuǎn)的凈數(shù)值,使它更易打開。這種效應(yīng)能夠沿著DNA螺旋傳遞很長距離，從而影響到RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄處螺旋打開。這些改變涉及核小體結(jié)構(gòu)的解體或重新劃分，或使局部的超螺旋密度發(fā)生改變，這種結(jié)構(gòu)的改變可能有利于轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的形成。(2)增強子區(qū)有一段富含交替嘌呤和嘧啶的序列，位于沒有目前關(guān)于增強子的作用機制尚無一種普遍接受的觀點,已提出的各種機制都能解釋一些現(xiàn)象,很可能增強子本身存在多種作用機制,在不同的細胞環(huán)境下通過不同的機制發(fā)揮作用。目前關(guān)于增強子的作用機制尚無一種普遍接受的觀點,已提出的拓展超級增強子物理學(xué)家組織網(wǎng)2013年10月10日報道，美國懷特黑德生物醫(yī)學(xué)研究所科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一套稱為"超級增強子"的基因調(diào)控器，能控制、影響人類和小鼠的大量細胞型。研究人員指出，超級增強子富集在基因組的變異區(qū)，而這些變異區(qū)與多種疾病譜系密切相關(guān)超級增強子是以一種特別潛伏的方式暗中操作，但控制力卻涵蓋多種癌癥譜系，癌細胞通過組裝它們自己的超級增強子，過度生產(chǎn)惡性致癌基因，表現(xiàn)出增生、入侵和轉(zhuǎn)移的癌癥標(biāo)志特征因此開展腫瘤相關(guān)超級增強子的研究，將有助深入解開腫瘤發(fā)病機制，并且可用于指導(dǎo)抗腫瘤藥物的高效研發(fā)，具有重要的社會意義和經(jīng)濟價值拓展超級增強子超級增強子是以一種特別潛伏的方式暗中操作，但控增強子陷阱將某報道基因與一個精巧的啟動子相連,組成一增強子陷阱重組體,它不會自主起始轉(zhuǎn)錄,而需由被插入的細胞基因組中的增強子幫助才可轉(zhuǎn)錄。若報道基因最終表達,則可推知插入位點附近有增強子,或有基因,即實現(xiàn)了以該增強子陷阱重組體發(fā)現(xiàn)增強子的目的。增強子陷阱將某報道基因與一個精巧的啟動子相連,組成一增強子陷Nature:顛覆增強子傳統(tǒng)認知,揭示驚人穩(wěn)定的遠程關(guān)系在胚胎發(fā)育過程中增強子在它們激活的很早之前就找到了它們的靶標(biāo)Furlong實驗室的博士后研究人員YadGhavi-Helm發(fā)現(xiàn)