醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)課件

1、醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)1 第第 三三 節(jié)節(jié) 真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié) Regulation of Eukaryotic Gene Transcription 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)2 一、真核基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一、真核基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn) （一）真核基因組結(jié)構(gòu)龐大一）真核基因組結(jié)構(gòu)龐大 哺乳類動哺乳類動 物基因組物基因組 DNA DNA 約約 3 3 10 10 9 9 堿基對堿基對 編碼基因編碼基因約約 有有 40000 40000 個個，占總長的占總長的1 %1 % rDNArDNA等重復(fù)基因等重復(fù)基因約約 占占 5% 10%5% 10% 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)3 （

2、二）單順反子二）單順反子 單順反子單順反子(monocistron)(monocistron) 即一個編碼基因轉(zhuǎn)錄生成一個即一個編碼基因轉(zhuǎn)錄生成一個mRNAmRNA分分 子，經(jīng)翻譯生成一條多肽鏈。子，經(jīng)翻譯生成一條多肽鏈。 （ 三）基因不連續(xù)性三）基因不連續(xù)性 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)4 染色體水平染色體水平DNADNA的活化的活化 轉(zhuǎn)錄的起始轉(zhuǎn)錄的起始 hnRNA hnRNA 的剪切和加工的剪切和加工 mRNA mRNA 轉(zhuǎn)移到胞漿轉(zhuǎn)移到胞漿 翻譯翻譯 二、真核基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn)二、真核基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn) 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)5 二、真核基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn)二、真核基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn)

3、（一）多種一）多種RNARNA聚合酶聚合酶 （二）活性染色體結(jié)構(gòu)變化二）活性染色體結(jié)構(gòu)變化 （三三）正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo) （四四）轉(zhuǎn)錄與翻譯分隔進(jìn)行轉(zhuǎn)錄與翻譯分隔進(jìn)行 （五）轉(zhuǎn)錄后修飾、加工五）轉(zhuǎn)錄后修飾、加工 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)6 2. DNA2. DNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化 天然雙鏈天然雙鏈DNADNA均以負(fù)性超螺旋構(gòu)象存在；均以負(fù)性超螺旋構(gòu)象存在； 基因活化后基因活化后 RNA-pol正超螺旋正超螺旋負(fù)超螺旋負(fù)超螺旋 轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向 1. 1. 對核酸酶敏感對核酸酶敏感 活化基因常有超敏位點(diǎn)，位于調(diào)節(jié)蛋活化基因常有超敏位點(diǎn)，位于調(diào)節(jié)蛋 白結(jié)合位點(diǎn)附近。白結(jié)合位點(diǎn)

4、附近。 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)7 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)8 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)9 3. DNA3. DNA堿基修飾變化堿基修飾變化 真核真核DNADNA約有約有5%5%的胞嘧啶被甲基化，的胞嘧啶被甲基化， 甲基化范圍與基因表達(dá)程度呈反比。甲基化范圍與基因表達(dá)程度呈反比。 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)10 DNA Methylation and DNA Methylation and TranscriptionTranscription 53 53 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)11 4. 4. 組蛋白變化組蛋白變化 富含富含LysLys組蛋白水平降低組蛋白水平降低

5、 活性的核小體常缺乏活性的核小體常缺乏H1H1，但卻結(jié)合有非組蛋，但卻結(jié)合有非組蛋 白白 HMGHMG1414和和HMGHMG1717的存在的存在 H2A, H2BH2A, H2B二聚體不穩(wěn)定性增加二聚體不穩(wěn)定性增加 組蛋白修飾組蛋白修飾 H1H1組蛋白磷酸化，對組蛋白磷酸化，對DNADNA親和力低親和力低 核心組蛋白的修飾，乙?；?，磷酸化核心組蛋白的修飾，乙?；姿峄?H3H3組蛋白巰基暴露組蛋白巰基暴露 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)12 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)13 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)14 三、三、RNA pol I RNA pol I 和和pol pol 的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)

6、的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié) RNA pol IRNA pol I轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物只有轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物只有rRNArRNA前體，有前體，有2 2個順式個順式作用元作用元 件（件（-45+20bp-45+20bp核心元件，核心元件，-156-107bp-156-107bp上游控制元件上游控制元件 UCEUCE），需），需兩種轉(zhuǎn)錄因子兩種轉(zhuǎn)錄因子來正確有效地幫助起始轉(zhuǎn)錄來正確有效地幫助起始轉(zhuǎn)錄 （上游結(jié)合因子（上游結(jié)合因子1 1和選擇性因子和選擇性因子1 1）。）。 RNA pol RNA pol 對對tRNAtRNA和和5S rRNA5S rRNA基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)，啟動子基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)，啟動子 在轉(zhuǎn)錄區(qū)內(nèi)。在轉(zhuǎn)錄區(qū)內(nèi)。 tRNAt

7、RNA有有2 2種轉(zhuǎn)錄因子，種轉(zhuǎn)錄因子， 5S rRNA5S rRNA有有3 3種轉(zhuǎn)種轉(zhuǎn) 錄因子，但都只有錄因子，但都只有TFTFB B才是真正的轉(zhuǎn)錄起始因子，在才是真正的轉(zhuǎn)錄起始因子，在 定位定位RNA polRNA pol方面起重要作用。方面起重要作用。 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)15 四、四、RNA pol IIRNA pol II轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié) 1.1.由由10101212個亞基組成個亞基組成 2.2.最大亞基的最大亞基的C C末端含有可磷酸化位點(diǎn)的氨末端含有可磷酸化位點(diǎn)的氨 基酸殘基（基酸殘基（Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Tyr-Ser-Pro-

8、Thr-Ser-Pro- SerSer）重復(fù)序列，稱為）重復(fù)序列，稱為CTDCTD（Carboxyl Carboxyl Terminal DomainTerminal Domain） 3.CTD3.CTD是是TFIITFIIH H的底物，磷酸化后與的底物，磷酸化后與RNARNA鏈鏈 延伸有密切關(guān)系延伸有密切關(guān)系 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)16 （一）順式作用元件一）順式作用元件 1. 1. 啟動子啟動子 真核基因啟動子是真核基因啟動子是RNARNA聚合酶結(jié)合聚合酶結(jié)合 位點(diǎn)周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件，至少位點(diǎn)周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件，至少 包括一個包括一個轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)以及一個以上的以及一

9、個以上的 功能組件功能組件。 TATATATA盒盒 GCGC盒盒 CAATCAAT盒盒 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)17 2. 2. 增強(qiáng)子增強(qiáng)子(enhancer)(enhancer) 指遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)、決定基因的時間、指遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)、決定基因的時間、 空間特異性、增強(qiáng)啟動子轉(zhuǎn)錄活性的空間特異性、增強(qiáng)啟動子轉(zhuǎn)錄活性的DNADNA序列。序列。 3. 3. 沉默子沉默子(silencer)(silencer) 某些基因的負(fù)性調(diào)節(jié)元件，當(dāng)其結(jié)合特異某些基因的負(fù)性調(diào)節(jié)元件，當(dāng)其結(jié)合特異 蛋白因子時，對基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。蛋白因子時，對基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)18 定義

10、：是能直接或間接地識別或結(jié)合在各定義：是能直接或間接地識別或結(jié)合在各 順式作用元件核心序列上，參與調(diào)順式作用元件核心序列上，參與調(diào) 控靶基因轉(zhuǎn)錄速率的一組蛋白質(zhì)。控靶基因轉(zhuǎn)錄速率的一組蛋白質(zhì)。 結(jié)構(gòu)：至少含有結(jié)構(gòu)：至少含有DNADNA結(jié)合域和轉(zhuǎn)錄活性區(qū)域結(jié)合域和轉(zhuǎn)錄活性區(qū)域 （二）反式作用因子二）反式作用因子 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)19 （二）反式作用因子二）反式作用因子 1. 1. 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子分類（按功能特性）轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子分類（按功能特性） * * 基本轉(zhuǎn)錄因子基本轉(zhuǎn)錄因子(general transcription (general transcription factors)f

11、actors) 是是RNARNA聚合酶結(jié)合啟動子所必需的一組蛋聚合酶結(jié)合啟動子所必需的一組蛋 白因子，決定三種白因子，決定三種RNARNA(m(mRNARNA、tRNAtRNA及及rRNA)rRNA)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 錄的類別。錄的類別。 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)20 * * 特異轉(zhuǎn)錄因子特異轉(zhuǎn)錄因子(special transcription (special transcription factors)factors) 為個別基因轉(zhuǎn)錄所必需，決定該基因的為個別基因轉(zhuǎn)錄所必需，決定該基因的 時間、空間特異性表達(dá)。時間、空間特異性表達(dá)。 轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)錄激活因子 轉(zhuǎn)錄抑制因子轉(zhuǎn)錄抑制因子 醫(yī)用分子遺

12、傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)21 1.TFII1.TFIID D：由：由TBPTBP和和8 8種輔助因子（種輔助因子（TAFTAF）結(jié)合的復(fù)合）結(jié)合的復(fù)合 物，物，TBPTBP識別識別TATA boxTATA box，并與上游調(diào)控元件，并與上游調(diào)控元件 調(diào)節(jié)基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄速率有關(guān)。調(diào)節(jié)基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄速率有關(guān)。 2.TFII2.TFIIB B：C C末端直接結(jié)合在末端直接結(jié)合在TBPTBPDNADNA復(fù)合物上，復(fù)合物上，N-N-末末 端具有結(jié)合端具有結(jié)合RNARNA聚合酶的功能。聚合酶的功能。 3.TFII3.TFIIF F：1 1、可直接和聚合酶、可直接和聚合酶 II II 作用，在激活因子作用，在激活因子 作用

13、下，將此復(fù)合物募集到起始復(fù)合物上去。作用下，將此復(fù)合物募集到起始復(fù)合物上去。 2 2、TFIITFIIF F還有解旋的活性還有解旋的活性 4.TFII4.TFIIE E：和：和TBPTBP相互作用，參與調(diào)節(jié)相互作用，參與調(diào)節(jié)TFIITFIIH H的酶活性的酶活性 5.TFII5.TFIIH H：有解旋酶活性，磷酸化：有解旋酶活性，磷酸化RNARNA聚合酶聚合酶 II II 大亞大亞 基基 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)22 1. 1.在無在無TAFTAF的情況下，的情況下，TBPTBP能啟動基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄能啟動基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄 水平。水平。 2.TAF2.TAF將反式作用因子的活性區(qū)域與基礎(chǔ)轉(zhuǎn)將反式作用因子

14、的活性區(qū)域與基礎(chǔ)轉(zhuǎn) 錄復(fù)合物連接。錄復(fù)合物連接。 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)23 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)24 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)25 2. 2. 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子結(jié)構(gòu) DNADNA結(jié)合域結(jié)合域 轉(zhuǎn)錄激活域轉(zhuǎn)錄激活域 TFTF 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)- -蛋白質(zhì)結(jié)合域蛋白質(zhì)結(jié)合域 （二聚化結(jié)構(gòu)域）（二聚化結(jié)構(gòu)域） 谷氨酰胺富含域谷氨酰胺富含域 酸性激活域酸性激活域 脯氨酸富含域脯氨酸富含域 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)26 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)27 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)28 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)29 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)30 醫(yī)

15、用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)31 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)32 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)33 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)34 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)35 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)36 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)37 （三（三）mRNA mRNA 轉(zhuǎn)錄激活及其調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄激活及其調(diào)節(jié) polpol TFHTFHTAFTAF TFFTFF TAFTAF TAFTAF TFATFA TFBTFB TBPTBP 真核真核RNARNA聚合酶聚合酶在轉(zhuǎn)錄因子幫助下，形成的在轉(zhuǎn)錄因子幫助下，形成的 轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。TF II DTF II D是是唯一具有位點(diǎn)特異唯一具有位點(diǎn)特異的的 DNADNA結(jié)合能力的因子。結(jié)合能力的因子。 TATATATA DNA DNA TBPTBP相關(guān)因子相關(guān)因子 是細(xì)胞特異的，與轉(zhuǎn)是細(xì)胞特異的，與轉(zhuǎn) 錄激活因子共同決定錄激活因子共同決定 組織特異性轉(zhuǎn)錄組織特異性轉(zhuǎn)錄 醫(yī)用分子遺傳學(xué)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)38 體外：體外： 1.DNase I 1.DNase I 的敏感位點(diǎn)的敏感位點(diǎn) 2.Gel Shift (EMSA)2.Gel Shift (EMSA) 3.Footprint3.Footprint 體內(nèi)：體內(nèi)： 1.Traisent Transfection1.Traisent Transfec