第七、八章原核生物、真核生物基因的表達(dá)調(diào)控

1匯報人：AA2024-01-27第七、八章原核生物、真核生物基因的表達(dá)調(diào)控目錄contents原核生物基因表達(dá)調(diào)控真核生物基因表達(dá)調(diào)控原核生物與真核生物基因表達(dá)調(diào)控比較基因表達(dá)調(diào)控與疾病的關(guān)系研究方法和技術(shù)進(jìn)展301原核生物基因表達(dá)調(diào)控03轉(zhuǎn)錄后調(diào)控通過對新生RNA進(jìn)行加工和修飾，如剪切、拼接等，影響其穩(wěn)定性和功能，進(jìn)而調(diào)控基因表達(dá)。01轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控通過特定的轉(zhuǎn)錄因子與啟動子序列結(jié)合，控制RNA聚合酶的活性，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄的起始。02轉(zhuǎn)錄延伸調(diào)控通過影響RNA聚合酶的延伸速率或終止轉(zhuǎn)錄過程，實現(xiàn)對基因表達(dá)的精細(xì)調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控翻譯起始調(diào)控通過影響翻譯起始復(fù)合物的形成或穩(wěn)定性，控制翻譯的起始過程。翻譯延伸調(diào)控通過影響核糖體的延伸速率或提前終止翻譯過程，實現(xiàn)對蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)。翻譯后調(diào)控通過對新生蛋白質(zhì)進(jìn)行修飾和加工，如磷酸化、糖基化等，改變其活性、穩(wěn)定性和定位，進(jìn)而調(diào)控基因表達(dá)。翻譯水平調(diào)控在大腸桿菌中，乳糖操縱子是一個典型的轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控實例。當(dāng)乳糖存在時，乳糖操縱子被激活，促進(jìn)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，從而利用乳糖作為碳源。色氨酸操縱子是一個涉及轉(zhuǎn)錄和翻譯水平調(diào)控的實例。在色氨酸缺乏時，色氨酸操縱子被激活，促進(jìn)色氨酸合成相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)。同時，色氨酸本身也可以作為信號分子，通過影響翻譯起始復(fù)合物的形成來調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的合成。噬菌體感染細(xì)菌后，其基因表達(dá)受到嚴(yán)格的時序調(diào)控。早期基因在感染初期表達(dá)，為噬菌體的復(fù)制提供必要的酶和蛋白質(zhì)；中期基因在DNA復(fù)制后開始表達(dá)，負(fù)責(zé)合成噬菌體的結(jié)構(gòu)蛋白；晚期基因則在感染后期表達(dá)，參與噬菌體的組裝和釋放過程。這種時序性的基因表達(dá)調(diào)控確保了噬菌體能夠高效地完成其生命周期。乳糖操縱子色氨酸操縱子噬菌體感染過程中的基因表達(dá)調(diào)控原核生物基因表達(dá)調(diào)控實例302真核生物基因表達(dá)調(diào)控通過與DNA特定序列結(jié)合，激活或抑制轉(zhuǎn)錄過程。轉(zhuǎn)錄因子染色質(zhì)重塑表觀遺傳學(xué)修飾通過改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)，影響轉(zhuǎn)錄因子與DNA的結(jié)合。如DNA甲基化、組蛋白修飾等，影響基因轉(zhuǎn)錄活性。030201轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控控制翻譯的起始過程。翻譯起始因子影響翻譯的延長過程。翻譯延長因子通過與mRNA結(jié)合，抑制其翻譯過程。microRNA翻譯水平調(diào)控哺乳動物中的激素調(diào)控如胰島素、糖皮質(zhì)激素等激素通過與其受體結(jié)合，影響下游基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯。植物中的光形態(tài)建成光敏色素和隱花色素等光受體通過調(diào)控下游基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯，影響植物的光形態(tài)建成過程。酵母中的葡萄糖感應(yīng)通過轉(zhuǎn)錄因子Snf1和Mig1的調(diào)控，實現(xiàn)葡萄糖代謝相關(guān)基因的表達(dá)。真核生物基因表達(dá)調(diào)控實例303原核生物與真核生物基因表達(dá)調(diào)控比較010405060302原核生物轉(zhuǎn)錄與翻譯偶聯(lián)，調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平。操縱子機(jī)制是原核生物基因表達(dá)調(diào)控的主要方式。真核生物轉(zhuǎn)錄與翻譯分開進(jìn)行，調(diào)控可在多個層次上進(jìn)行，包括轉(zhuǎn)錄前、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后、翻譯和翻譯后水平。真核生物具有復(fù)雜的基因結(jié)構(gòu)和更多的調(diào)控因子。調(diào)控機(jī)制的異同調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合操縱序列，控制RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄活性。阻遏蛋白和激活蛋白分別抑制或促進(jìn)特定基因的轉(zhuǎn)錄。調(diào)控因子的種類和功能調(diào)控因子的種類和功能轉(zhuǎn)錄因子染色質(zhì)重塑因子RNA結(jié)合蛋白改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)，影響基因的可及性。參與mRNA的加工、運輸和穩(wěn)定性調(diào)控。結(jié)合啟動子或增強(qiáng)子，激活或抑制轉(zhuǎn)錄。原核生物適應(yīng)環(huán)境變化，如營養(yǎng)條件、溫度、pH值等?？刂萍?xì)胞周期和細(xì)胞分化?；虮磉_(dá)調(diào)控的生物學(xué)意義02030401基因表達(dá)調(diào)控的生物學(xué)意義真核生物實現(xiàn)細(xì)胞類型多樣性和組織特異性基因表達(dá)。響應(yīng)內(nèi)外環(huán)境變化，維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定?？刂瓢l(fā)育過程，包括胚胎發(fā)生、器官形成和細(xì)胞分化等。304基因表達(dá)調(diào)控與疾病的關(guān)系基因突變01基因突變可能導(dǎo)致基因表達(dá)異常，進(jìn)而引發(fā)疾病。例如，某些遺傳性疾病如囊性纖維化、鐮狀細(xì)胞貧血等，都是由基因突變引起的。基因表達(dá)量異常02基因表達(dá)量的增加或減少也可能導(dǎo)致疾病。例如，癌癥往往與某些原癌基因的過量表達(dá)或抑癌基因的表達(dá)不足有關(guān)。表觀遺傳學(xué)改變03表觀遺傳學(xué)改變?nèi)鏒NA甲基化、組蛋白修飾等，可以影響基因的表達(dá)，進(jìn)而與疾病的發(fā)生相關(guān)。例如，某些腫瘤中存在異常的DNA甲基化模式?；虮磉_(dá)異常與疾病的發(fā)生通過導(dǎo)入正?；蚧蛐迯?fù)缺陷基因，以糾正或補(bǔ)償基因表達(dá)異常，達(dá)到治療疾病的目的。例如，針對某些遺傳性疾病的基因療法正在研究中?；虔煼ㄡ槍μ囟ó惓１磉_(dá)的基因或其產(chǎn)物，設(shè)計靶向藥物，以調(diào)節(jié)基因表達(dá)或抑制異常蛋白的活性。例如，針對癌癥的靶向藥物可以抑制腫瘤細(xì)胞的生長和擴(kuò)散。靶向藥物通過改造細(xì)胞或?qū)刖哂刑囟üδ艿募?xì)胞，以調(diào)節(jié)體內(nèi)基因表達(dá)，治療疾病。例如，干細(xì)胞療法和CAR-T細(xì)胞療法等。細(xì)胞療法基因表達(dá)調(diào)控在疾病治療中的應(yīng)用預(yù)測疾病風(fēng)險通過分析個體的基因表達(dá)譜，可以預(yù)測其患某些疾病的風(fēng)險。這有助于及早采取干預(yù)措施，降低疾病的發(fā)生率。個性化預(yù)防策略針對不同個體的基因表達(dá)特點，制定個性化的預(yù)防策略。例如，針對具有高風(fēng)險基因表達(dá)譜的個體，可以采取更加積極的預(yù)防措施。疫苗研發(fā)通過研究病原體的基因表達(dá)和調(diào)控機(jī)制，可以為疫苗研發(fā)提供新的思路和方法。例如，針對新冠病毒的基因表達(dá)特點，研發(fā)出相應(yīng)的疫苗以保護(hù)人類免受感染?；虮磉_(dá)調(diào)控與疾病預(yù)防的關(guān)系305研究方法和技術(shù)進(jìn)展遺傳學(xué)方法通過突變分析、基因敲除、基因編輯等手段研究基因功能及其表達(dá)調(diào)控。生物化學(xué)方法利用蛋白質(zhì)互作、酶活性測定等技術(shù)揭示基因表達(dá)調(diào)控的分子機(jī)制。組學(xué)方法包括轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)等，用于系統(tǒng)分析基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。研究方法概述030201常用技術(shù)和方法介紹基因芯片技術(shù)利用微陣列技術(shù)檢測全基因組范圍內(nèi)的基因表達(dá)變化。RNA-seq技術(shù)基于高通量測序技術(shù)，對轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行深度測序和分析。ChIP-seq技術(shù)結(jié)合染色質(zhì)免疫共沉淀和高通量測序，研究蛋白質(zhì)與DNA的相互作用。CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)用于精確敲除、敲入或編輯特定基因，研究基因功能及其表達(dá)調(diào)控。揭示單個細(xì)胞內(nèi)基因表達(dá)的異質(zhì)性，為精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)和細(xì)胞治療提供有力支持。單細(xì)胞測序技術(shù)空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)多組學(xué)整合分析人工智能和