第2章真核基因表達調(diào)控

1、目目 錄錄目目 錄錄regulation of gene expression in eukaryotes第二十一章第二十一章真核基因表達調(diào)控目目 錄錄1970年，猿猴病毒年，猿猴病毒40(simian virus 40, sv40）的生命周）的生命周期被確定為早、晚兩個階段，使它們成為基因表達調(diào)控期被確定為早、晚兩個階段，使它們成為基因表達調(diào)控的典型模型。的典型模型。 1975年年d. pribonow發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)t7啟動子序列。啟動子序列。 1982年年c. benoist和和p. chambon揭示了揭示了sv40的早期啟動的早期啟動子序列。子序列。 1983年，年，w.s.dynan和和r

2、.tjian分離、鑒定了真核轉(zhuǎn)錄分離、鑒定了真核轉(zhuǎn)錄因子因子ap1。1986年，年，j.clarke和和chambon兩個實驗室同時報告了兩個實驗室同時報告了sv40增強子的多功能元件組成。增強子的多功能元件組成。 1990年代，信號轉(zhuǎn)導(dǎo)年代，信號轉(zhuǎn)導(dǎo)-基因轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)機制成為熱點課題基因轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)機制成為熱點課題。目目 錄錄目目 錄錄目目 錄錄第第 一一 節(jié)節(jié)真核基因表達調(diào)控的特征真核基因表達調(diào)控的特征features of eukaryotic gene regulation目目 錄錄一、順式作用元件是決定真核基因一、順式作用元件是決定真核基因轉(zhuǎn)錄活性的關(guān)鍵因素之一轉(zhuǎn)錄活性的關(guān)鍵因素之一exon

3、1intron1exon nintron n上游上游下游下游轉(zhuǎn)錄起始點轉(zhuǎn)錄起始點增強子增強子沉默子沉默子啟動子啟動子tata盒盒g(shù)c盒盒caat盒盒增強子增強子目目 錄錄（一）（一） 啟動子是啟動子是rna聚合酶結(jié)合并啟動聚合酶結(jié)合并啟動 基因轉(zhuǎn)錄的特異基因轉(zhuǎn)錄的特異dna序列序列目目 錄錄 tata盒盒 caat盒盒 gc盒盒 增強子增強子 順式作用元件順式作用元件 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因-gcgc-caat-tata轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始真核生物啟動子保守序列真核生物啟動子保守序列目目 錄錄1. 近起始點的近起始點的tata盒盒/起始子及起始子及cpg島島 是真核生物啟動子的核心序列是真核生物啟動子的

4、核心序列真核細(xì)胞的啟動子是包括真核細(xì)胞的啟動子是包括轉(zhuǎn)錄起始點（轉(zhuǎn)錄起始點（transcription initiation site或或transcription start site）在內(nèi)的、有通用轉(zhuǎn)在內(nèi)的、有通用轉(zhuǎn)錄因子及錄因子及rna聚合酶組裝、結(jié)合的一段聚合酶組裝、結(jié)合的一段dna序列。序列。 典型的啟動子核心序列（典型的啟動子核心序列（core sequences）是在轉(zhuǎn)錄起始位）是在轉(zhuǎn)錄起始位點上游點上游2535 bp處，有一保守的處，有一保守的tata序列，被稱為序列，被稱為tata盒（盒（tata box），真核細(xì)胞的，真核細(xì)胞的tata盒多為盒多為tataaaa序列。序列。

5、tata盒與原核細(xì)胞的啟動子一樣，對盒與原核細(xì)胞的啟動子一樣，對rna聚合酶聚合酶ii的轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄起始位點起起始位點起定位定位作用。作用。 目目 錄錄|一些真核細(xì)胞基因含有另一種啟動子元件，稱一些真核細(xì)胞基因含有另一種啟動子元件，稱為為起始子起始子(initiator,inr)，決定啟動子的強度。決定啟動子的強度。 |起始子共有序列起始子共有序列為：（為：（5 ）y-y-a+1-n-t/a-y-y-y（3 ）；）；y代表胞嘧啶代表胞嘧啶c或胸腺嘧啶或胸腺嘧啶t，n代表任意堿基，代表任意堿基，t/a代表代表t或或a。 目目 錄錄u有一些編碼蛋白質(zhì)基因的轉(zhuǎn)錄可有多個起始點，有一些編碼蛋白質(zhì)基因的轉(zhuǎn)

6、錄可有多個起始點，可產(chǎn)生含不同可產(chǎn)生含不同5 末端的末端的mrna。u它們不含它們不含tata盒或起始子，多在起始位點上盒或起始子，多在起始位點上游約游約100 bp內(nèi)含有內(nèi)含有20 50個核苷酸的個核苷酸的cg序列，序列，被稱做被稱做cpg島（島（cpg island）。 u這些基因大多為低轉(zhuǎn)錄基因，編碼中間代謝酶這些基因大多為低轉(zhuǎn)錄基因，編碼中間代謝酶的管家基因。的管家基因。目目 錄錄 2. 啟動子中的上游元件協(xié)助真核基因調(diào)節(jié)啟動子中的上游元件協(xié)助真核基因調(diào)節(jié)gc盒盒(gc box) (gggcgg)caat盒盒(caat box) (gccaat )u啟動子上游元件（啟動子上游元件（pr

7、omoter-proximal elements, 或或upstream promoter elements）是一些位于是一些位于tata盒盒上游的上游的dna序列，與調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合，調(diào)節(jié)通用轉(zhuǎn)錄序列，與調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合，調(diào)節(jié)通用轉(zhuǎn)錄因子與因子與tata盒的結(jié)合、盒的結(jié)合、rna聚合酶與啟動子的結(jié)聚合酶與啟動子的結(jié)合，以及轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成，從而決定基因的合，以及轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成，從而決定基因的轉(zhuǎn)錄效率與專一性。轉(zhuǎn)錄效率與專一性。u常見的序列是：常見的序列是：目目 錄錄( (二）增強子決定基因的時空特異性表達二）增強子決定基因的時空特異性表達增強子（增強子（enhancer）是能夠結(jié)合特異基因

8、調(diào)節(jié)蛋白，促進鄰近或是能夠結(jié)合特異基因調(diào)節(jié)蛋白，促進鄰近或遠(yuǎn)隔特定基因表達的遠(yuǎn)隔特定基因表達的dna序列；在酵母中，被稱序列；在酵母中，被稱為為上游活化序列（上游活化序列（upstream activator sequences, uass）。增強子的作用通常與其所處的位置和方向無關(guān)。增強子的作用通常與其所處的位置和方向無關(guān)。目目 錄錄增強子距轉(zhuǎn)錄起始位點的距離變化很大，從增強子距轉(zhuǎn)錄起始位點的距離變化很大，從100 nt到到50,000nt，甚至更大。但總是作用于最近的，甚至更大。但總是作用于最近的啟動子。啟動子。 增強子所處位置增強子所處位置在所調(diào)控基因的上游或下游，但主要位于上游。在所調(diào)

9、控基因的上游或下游，但主要位于上游。下游內(nèi)含子當(dāng)中，乃至下游最后外顯子以外的序下游內(nèi)含子當(dāng)中，乃至下游最后外顯子以外的序列也可含有增強子。列也可含有增強子。很多哺乳動物基因受一個以上的增強子調(diào)控。很多哺乳動物基因受一個以上的增強子調(diào)控。 目目 錄錄（三）沉默子阻遏基因轉(zhuǎn)錄（三）沉默子阻遏基因轉(zhuǎn)錄沉默子沉默子(silencer)是指某些真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)是指某些真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)中抑制或阻遏基因轉(zhuǎn)錄的一段（數(shù)百中抑制或阻遏基因轉(zhuǎn)錄的一段（數(shù)百bp）dna序列。序列。沉默序列促進局部沉默序列促進局部dna的染色質(zhì)形成致密結(jié)構(gòu)，從的染色質(zhì)形成致密結(jié)構(gòu)，從而阻止轉(zhuǎn)錄激活因子結(jié)合而阻止轉(zhuǎn)錄激活因子結(jié)合d

10、na，是基因轉(zhuǎn)錄的負(fù)性，是基因轉(zhuǎn)錄的負(fù)性調(diào)節(jié)因素。調(diào)節(jié)因素。目目 錄錄二、反式作用因子和順式作用蛋白二、反式作用因子和順式作用蛋白 是真核基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白是真核基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白n在真核細(xì)胞核中，有許多蛋白質(zhì)能夠幫助在真核細(xì)胞核中，有許多蛋白質(zhì)能夠幫助rna聚聚合酶轉(zhuǎn)錄合酶轉(zhuǎn)錄rna。這類蛋白質(zhì)統(tǒng)稱。這類蛋白質(zhì)統(tǒng)稱轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子（transcription factors，tf）或）或轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白（transcription regulatory protein）。）。n以反式作用方式調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄因子稱為以反式作用方式調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄因子稱為反反式作用因子式作用因子（t

11、rans-acting factor），以順式作用），以順式作用方式調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄因子稱為方式調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄因子稱為順式作用蛋白順式作用蛋白（cis-acting protein） 。目目 錄錄cdnaadna反式調(diào)節(jié)反式調(diào)節(jié)c順式調(diào)節(jié)順式調(diào)節(jié) mrna c蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)cba mrna蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)aa目目 錄錄（一）（一）pol轉(zhuǎn)錄需要基本轉(zhuǎn)錄因子和特異轉(zhuǎn)錄需要基本轉(zhuǎn)錄因子和特異 轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子 * 基本轉(zhuǎn)錄因子基本轉(zhuǎn)錄因子(general transcription factors) 是是rna聚合酶結(jié)合啟動子所必需的一組聚合酶結(jié)合啟動子所必需的一組蛋白因子，決定三種蛋白因子，決定

12、三種rna(mrna、trna及及rrna)轉(zhuǎn)錄的類別。轉(zhuǎn)錄的類別。目目 錄錄* 特異轉(zhuǎn)錄因子特異轉(zhuǎn)錄因子(special transcription 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。時間、空間特異性表達。轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)錄抑制因子轉(zhuǎn)錄抑制因子目目 錄錄 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)dna結(jié)合域結(jié)合域轉(zhuǎn)錄激活域轉(zhuǎn)錄激活域tf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目目 錄錄（二）轉(zhuǎn)錄因子含有不同的（二）轉(zhuǎn)

13、錄因子含有不同的dna結(jié)合域結(jié)合域n螺旋螺旋-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋螺旋是轉(zhuǎn)錄因子中的常見的是轉(zhuǎn)錄因子中的常見的dna結(jié)合域結(jié)合域 n同源異型域結(jié)構(gòu)同源異型域結(jié)構(gòu)與與hth結(jié)構(gòu)域類似結(jié)構(gòu)域類似 n鋅指結(jié)構(gòu)鋅指結(jié)構(gòu)是一類含鋅離子轉(zhuǎn)錄因子的是一類含鋅離子轉(zhuǎn)錄因子的dna結(jié)合域結(jié)合域 n亮氨酸拉鏈亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域既可介導(dǎo)結(jié)合結(jié)構(gòu)域既可介導(dǎo)結(jié)合dna又可介導(dǎo)蛋白又可介導(dǎo)蛋白質(zhì)二聚體化質(zhì)二聚體化 n堿性螺旋堿性螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋螺旋結(jié)構(gòu)域也可同時介導(dǎo)結(jié)合結(jié)構(gòu)域也可同時介導(dǎo)結(jié)合dna和和蛋白質(zhì)二聚體化蛋白質(zhì)二聚體化 目目 錄錄螺旋螺旋-回折回折-螺旋螺旋（helix-turn-helix，hth） 同源異型域同源異

14、型域（homeodomain，hd）識別識別螺旋螺旋dna大溝大溝dna小溝小溝螺旋螺旋1n端端dna大溝大溝螺旋螺旋3目目 錄錄 鋅指結(jié)構(gòu)是一類含鋅的鋅指結(jié)構(gòu)是一類含鋅的dnadna結(jié)合蛋白質(zhì)模體結(jié)合蛋白質(zhì)模體c2h2型鋅指（型鋅指（zinc finger）目目 錄錄反向平行反向平行片層片層dna大溝大溝螺旋螺旋zn2目目 錄錄 亮氨酸拉鏈同時調(diào)節(jié)亮氨酸拉鏈同時調(diào)節(jié)dna結(jié)合與蛋白質(zhì)二聚體化結(jié)合與蛋白質(zhì)二聚體化leuleuleuleuleuleuleuleudna大溝大溝dna大溝大溝亮氨酸拉鏈亮氨酸拉鏈（leucine zipper）目目 錄錄 堿性螺旋堿性螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)也可調(diào)節(jié)螺旋

15、結(jié)構(gòu)也可調(diào)節(jié)dna結(jié)合及蛋結(jié)合及蛋白質(zhì)二聚體化白質(zhì)二聚體化 堿性螺旋堿性螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋螺旋（basic helix-loop-helix，bhlh） bhlh雙體雙體dna大溝大溝螺螺旋旋螺旋螺旋環(huán)環(huán)目目 錄錄（三）轉(zhuǎn)錄因子含有不同的轉(zhuǎn)錄激活域（三）轉(zhuǎn)錄因子含有不同的轉(zhuǎn)錄激活域目目 錄錄三、正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)的真核基因表達三、正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)的真核基因表達調(diào)控機制更加復(fù)雜調(diào)控機制更加復(fù)雜*不同的不同的dna元件組合可產(chǎn)生多種類型的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)元件組合可產(chǎn)生多種類型的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)方式；方式；* 多種轉(zhuǎn)錄因子又可結(jié)合相同或不同的多種轉(zhuǎn)錄因子又可結(jié)合相同或不同的dna元件；元件；* 轉(zhuǎn)錄因子與轉(zhuǎn)錄因子與dna元

16、件結(jié)合后，對轉(zhuǎn)錄激活過程所元件結(jié)合后，對轉(zhuǎn)錄激活過程所產(chǎn)生的效果各異，有正性調(diào)節(jié)或負(fù)性調(diào)節(jié)之分。產(chǎn)生的效果各異，有正性調(diào)節(jié)或負(fù)性調(diào)節(jié)之分。目目 錄錄第第 二二 節(jié)節(jié)真核基因表達的染色質(zhì)真核基因表達的染色質(zhì)水平調(diào)控水平調(diào)控chromosomal regulation ofeukaryotic gene expression目目 錄錄 基因活化蛋白質(zhì)改變局部染色質(zhì)結(jié)構(gòu)基因活化蛋白質(zhì)改變局部染色質(zhì)結(jié)構(gòu) 異染色質(zhì)（異染色質(zhì)（heterochromatin）是轉(zhuǎn)錄非活性的。是轉(zhuǎn)錄非活性的。 常染色質(zhì)（常染色質(zhì)（euchromatin）中的轉(zhuǎn)錄活性區(qū)域?qū)怂嶂械霓D(zhuǎn)錄活性區(qū)域?qū)怂崦该舾校貏e是轉(zhuǎn)錄基因的酶

17、敏感，特別是轉(zhuǎn)錄基因的5-側(cè)翼區(qū)側(cè)翼區(qū)1000 nt以內(nèi)是以內(nèi)是高敏感位點高敏感位點(hypersensitive sites)。很多高敏感位點是。很多高敏感位點是調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的結(jié)合序列，而這些區(qū)域核小體的相對調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的結(jié)合序列，而這些區(qū)域核小體的相對缺少也使得這些蛋白質(zhì)易于與之結(jié)合。缺少也使得這些蛋白質(zhì)易于與之結(jié)合。 轉(zhuǎn)錄活化染色質(zhì)與非活化染色質(zhì)在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄活化染色質(zhì)與非活化染色質(zhì)在結(jié)構(gòu)上有很大不同。上有很大不同。 目目 錄錄轉(zhuǎn)錄活化染色質(zhì)與非活化染色質(zhì)的組蛋轉(zhuǎn)錄活化染色質(zhì)與非活化染色質(zhì)的組蛋白共價修飾的方式也不相同。白共價修飾的方式也不相同。 核小體的核心組蛋白（核小體的核心組蛋白（h2a，

18、h2b，h3，h4）中）中賴氨酸殘基的非可逆性甲基化，絲氨酸與蘇氨酸殘賴氨酸殘基的非可逆性甲基化，絲氨酸與蘇氨酸殘基的磷酸化，乙?；约胺核鼗嗍寝D(zhuǎn)錄活性染色基的磷酸化，乙?；约胺核鼗嗍寝D(zhuǎn)錄活性染色質(zhì)的特點。質(zhì)的特點。 真核細(xì)胞真核細(xì)胞dna的的cpg序列（序列（cpg島）中的胞嘧啶島）中的胞嘧啶被甲基化為被甲基化為5-甲基胞嘧啶是常見現(xiàn)象，但轉(zhuǎn)錄活性甲基胞嘧啶是常見現(xiàn)象，但轉(zhuǎn)錄活性染色質(zhì)區(qū)域胞嘧啶被甲基化的程度降低。染色質(zhì)區(qū)域胞嘧啶被甲基化的程度降低。目目 錄錄l染色質(zhì)重塑（染色質(zhì)重塑（chromatin remodeling） 基因活化蛋白質(zhì)可以通過改變基因的基因活化蛋白質(zhì)可以通過改變

19、基因的啟動子和調(diào)節(jié)序列區(qū)域的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)來促進啟動子和調(diào)節(jié)序列區(qū)域的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)來促進轉(zhuǎn)錄開始。這種改變局部染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的過程轉(zhuǎn)錄開始。這種改變局部染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的過程被稱為被稱為染色質(zhì)重塑染色質(zhì)重塑 。最主要的兩種方式：最主要的兩種方式： 組蛋白的共價修飾組蛋白的共價修飾 核小體重塑（核小體重塑（nucleosome remodeling）目目 錄錄染染色色質(zhì)質(zhì)重重塑塑目目 錄錄l組蛋白乙?；M蛋白乙酰化 位點：位點：組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶（組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶（histone acetyl transferases, hats），也稱組蛋白乙?；福?，也稱組蛋白乙?；福╤istone acetylase

20、）主要作用于核小體的核心組）主要作用于核小體的核心組蛋白所富含的賴氨酸殘基，降低整個核小體對蛋白所富含的賴氨酸殘基，降低整個核小體對dna的親和性。的親和性。時間：時間：基因活化蛋白質(zhì)結(jié)合在轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)區(qū)域后?；蚧罨鞍踪|(zhì)結(jié)合在轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)區(qū)域后。目目 錄錄作用：作用：使染色質(zhì)進入轉(zhuǎn)錄活性狀態(tài)乙；還可能使染色質(zhì)進入轉(zhuǎn)錄活性狀態(tài)乙；還可能促進或防止與其他轉(zhuǎn)錄或調(diào)節(jié)相關(guān)蛋白的相互促進或防止與其他轉(zhuǎn)錄或調(diào)節(jié)相關(guān)蛋白的相互作用。作用。逆轉(zhuǎn)：逆轉(zhuǎn)：組蛋白脫乙酰化酶組蛋白脫乙?；?histone deacetylase)減減少核小體的乙?；?，使染色質(zhì)恢復(fù)轉(zhuǎn)錄非活性少核小體的乙酰化，使染色質(zhì)恢復(fù)轉(zhuǎn)錄非活性狀態(tài)。

21、狀態(tài)。 目目 錄錄第第 三三 節(jié)節(jié)真核基因表達的轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控真核基因表達的轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控transcriptional regulation of eukaryotic gene expression目目 錄錄基因表達的多級調(diào)控基因表達的多級調(diào)控: :基因基因激活激活轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始 轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄后加工mrna降解降解蛋白質(zhì)降解等蛋白質(zhì)降解等蛋白質(zhì)翻譯蛋白質(zhì)翻譯翻譯后加工修飾翻譯后加工修飾目目 錄錄基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)基本要素基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)基本要素: :v基因的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)基因的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)v細(xì)胞內(nèi)所存在的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白細(xì)胞內(nèi)所存在的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白v生物個體或細(xì)胞所處的內(nèi)、外環(huán)境生物個體或細(xì)胞所處的內(nèi)、

22、外環(huán)境目目 錄錄 真核細(xì)胞基因開關(guān)的分子機制比原核復(fù)雜真核細(xì)胞基因開關(guān)的分子機制比原核復(fù)雜基本共同點：基本共同點：轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)是關(guān)鍵點轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)是關(guān)鍵點根本不同點：根本不同點：原核生物：原核生物：啟動子在缺少轉(zhuǎn)錄因子情況下啟動子在缺少轉(zhuǎn)錄因子情況下就具有天然活性就具有天然活性 真核生物：真核生物：強力啟動子在缺少調(diào)節(jié)蛋白的強力啟動子在缺少調(diào)節(jié)蛋白的情況下往往沒有活性情況下往往沒有活性 目目 錄錄*真核細(xì)胞基因及其調(diào)控區(qū)域受到染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的限制，真核細(xì)胞基因及其調(diào)控區(qū)域受到染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的限制，轉(zhuǎn)錄的活化與轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)域、轉(zhuǎn)錄區(qū)域內(nèi)染色質(zhì)結(jié)轉(zhuǎn)錄的活化與轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)域、轉(zhuǎn)錄區(qū)域內(nèi)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的諸多變化相

23、關(guān)；構(gòu)的諸多變化相關(guān)；*正性調(diào)節(jié)是主要形式。因此，在轉(zhuǎn)錄的基本狀態(tài)受正性調(diào)節(jié)是主要形式。因此，在轉(zhuǎn)錄的基本狀態(tài)受到制約的情況下，使得每個真核細(xì)胞基因需要活化到制約的情況下，使得每個真核細(xì)胞基因需要活化才能被轉(zhuǎn)錄；才能被轉(zhuǎn)錄；*真核細(xì)胞有更大、更為復(fù)雜、種類更多的調(diào)節(jié)蛋白。真核細(xì)胞有更大、更為復(fù)雜、種類更多的調(diào)節(jié)蛋白。單一啟動子可以被分散在單一啟動子可以被分散在dna分子上、數(shù)量近乎無分子上、數(shù)量近乎無限的調(diào)節(jié)序列所控制。限的調(diào)節(jié)序列所控制。真核細(xì)胞對基因表達起始的調(diào)控至少在下面真核細(xì)胞對基因表達起始的調(diào)控至少在下面幾個方面與原核細(xì)胞存在不同：幾個方面與原核細(xì)胞存在不同： 目目 錄錄 一、轉(zhuǎn)錄起

24、始調(diào)控發(fā)生在轉(zhuǎn)錄起始復(fù)一、轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控發(fā)生在轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的組裝過程合物的組裝過程基因活化蛋白質(zhì)與增強子或基因活化蛋白質(zhì)與增強子或uass的結(jié)合；的結(jié)合；通用轉(zhuǎn)錄因子在啟動子處的組裝；通用轉(zhuǎn)錄因子在啟動子處的組裝；輔助激活子輔助激活子(coactivator)和和/或中介子（或中介子（medicator）在通用轉(zhuǎn)錄因子在通用轉(zhuǎn)錄因子/rna聚合酶聚合酶ii復(fù)合物與基因活化復(fù)合物與基因活化蛋白質(zhì)之間的輔助和中介作用。蛋白質(zhì)之間的輔助和中介作用。 rna聚合酶聚合酶ii與啟動子的結(jié)合、啟動轉(zhuǎn)錄需與啟動子的結(jié)合、啟動轉(zhuǎn)錄需要諸多蛋白質(zhì)因子的協(xié)同作用。這通常包括：要諸多蛋白質(zhì)因子的協(xié)同作用。這通常包括

25、：目目 錄錄基因活化蛋白質(zhì)與增強子結(jié)合后，通過與基因活化蛋白質(zhì)與增強子結(jié)合后，通過與全酶復(fù)合體中的中介子相互反應(yīng)，使全酶復(fù)合全酶復(fù)合體中的中介子相互反應(yīng)，使全酶復(fù)合體在空間上更接近啟動子并有效組裝。體在空間上更接近啟動子并有效組裝。此外，多數(shù)全酶復(fù)合體中缺少一些通用轉(zhuǎn)此外，多數(shù)全酶復(fù)合體中缺少一些通用轉(zhuǎn)錄因子，如錄因子，如tfiid與與tfiia，它們需要在啟動，它們需要在啟動子處分別組裝，最后形成穩(wěn)定的子處分別組裝，最后形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物（物（transcription initiation complex），啟動，啟動轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄。目目 錄錄tata盒盒tf iidrna聚

26、合酶聚合酶ii通用轉(zhuǎn)錄因子通用轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向中介子中介子活化蛋白活化蛋白活化蛋白活化蛋白增強子增強子增強子增強子dnatf iia目目 錄錄基因活化蛋白與增強子結(jié)合后如何影響基因活化蛋白與增強子結(jié)合后如何影響到遠(yuǎn)距離的到遠(yuǎn)距離的rna聚合酶結(jié)合位點，有以下幾聚合酶結(jié)合位點，有以下幾種模式：種模式： 通過扭曲作用使通過扭曲作用使dna鏈發(fā)生構(gòu)型變化，更鏈發(fā)生構(gòu)型變化，更適合于通用轉(zhuǎn)錄因子與適合于通用轉(zhuǎn)錄因子與rna聚合酶結(jié)合聚合酶結(jié)合, 并通并通過直接接觸或通過輔活化子過直接接觸或通過輔活化子/中介子而影響通用中介子而影響通用轉(zhuǎn)錄因子和轉(zhuǎn)錄因子和rna聚合酶的組裝。聚合酶的組裝。扭曲（

27、扭曲（twisting）目目 錄錄沿沿dna滑動，直到接觸另一個特異滑動，直到接觸另一個特異dna序列結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子，發(fā)揮作用。序列結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子，發(fā)揮作用。利用利用dna分子的柔曲性彎曲成環(huán)，使增強分子的柔曲性彎曲成環(huán)，使增強子區(qū)域與子區(qū)域與rna聚合酶結(jié)合位點靠近，直接接觸聚合酶結(jié)合位點靠近，直接接觸或通過輔活化子或通過輔活化子/中介子而發(fā)揮作用。中介子而發(fā)揮作用?；瑒樱ɑ瑒樱╯liding）成環(huán)（成環(huán)（looping）目目 錄錄固醇類激素、甲狀腺激素、維甲酸類激素等固醇類激素、甲狀腺激素、維甲酸類激素等激素與細(xì)胞核內(nèi)的特異性受體，即特異基因調(diào)節(jié)激素與細(xì)胞核內(nèi)的特異性受體，即特異基因調(diào)節(jié)蛋

28、白結(jié)合，形成的激素蛋白結(jié)合，形成的激素-受體復(fù)合物結(jié)合到受體復(fù)合物結(jié)合到dna特 定 的 基 因 調(diào) 節(jié) 序 列特 定 的 基 因 調(diào) 節(jié) 序 列 激 素 反 應(yīng) 元 件激 素 反 應(yīng) 元 件(hormone response elements, hres)，再通過與，再通過與其他調(diào)節(jié)因子的相互作用，活化或抑制相鄰基因其他調(diào)節(jié)因子的相互作用，活化或抑制相鄰基因的表達。的表達。目目 錄錄幾種不同的激素反應(yīng)元件幾種不同的激素反應(yīng)元件受體受體男性激素（男性激素（androgen）糖皮質(zhì)激素糖皮質(zhì)激素 (glucocorticoid)維甲酸維甲酸 (retinoic acid)維生素維生素d (vit

29、amin d)甲狀腺激素甲狀腺激素 (thyroid hormone)類維生素類維生素a （retinoid x）共同結(jié)合序列共同結(jié)合序列*gg(a/t)acan2tgttctggtacan3tgttctaggtcan5aggtcaaggtcan3aggtcaaggtcan3aggtcaaggtcanaggtcanaggtcanaggtca目目 錄錄（一）（一）mrna 5端加帽和端加帽和3端加尾修飾端加尾修飾利于利于mrna穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)運穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)運除組蛋白外，所有真核細(xì)胞除組蛋白外，所有真核細(xì)胞mrna都有都有5 端的端的“帽帽”和和3 端的端的poly(a)尾結(jié)構(gòu)尾結(jié)構(gòu) 。5 端的端的“帽

30、帽”和和3 端的端的poly(a)尾均有其尾均有其特有的作用。特有的作用。二、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控涉及修飾、剪接、二、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控涉及修飾、剪接、編輯、定向轉(zhuǎn)運多個環(huán)節(jié)編輯、定向轉(zhuǎn)運多個環(huán)節(jié)目目 錄錄5 加帽的作用在于：加帽的作用在于： 有助于保護有助于保護mrna免于被核糖核酸酶降解；免于被核糖核酸酶降解；5 帽結(jié)合蛋白復(fù)合體參與帽結(jié)合蛋白復(fù)合體參與mrna和核糖體的和核糖體的結(jié)合來起始翻譯結(jié)合來起始翻譯 。促進促進mrna從細(xì)胞核運輸?shù)郊?xì)胞漿；從細(xì)胞核運輸?shù)郊?xì)胞漿；協(xié)助協(xié)助mrna的剪接。在剪接第一個外顯子時，的剪接。在剪接第一個外顯子時，剪接體的形成需要帽結(jié)合蛋白的參與；剪接體的形成需要帽結(jié)合蛋白的

31、參與；目目 錄錄poly(a)尾可結(jié)合一種或多種特殊蛋白，尾可結(jié)合一種或多種特殊蛋白，避免避免mrna被酶降解，并在翻譯過程中具有被酶降解，并在翻譯過程中具有重要作用。許多原核重要作用。許多原核mrna也含有也含有poly(a)尾，尾，但是此尾的功能是促進但是此尾的功能是促進mrna降解，而不是降解，而不是保護保護mrna免于被降解。免于被降解。poly(a)尾的作用：尾的作用：目目 錄錄（二）可變性剪接可使初始轉(zhuǎn)錄本產(chǎn)生不（二）可變性剪接可使初始轉(zhuǎn)錄本產(chǎn)生不同的成熟同的成熟mrna許多初始轉(zhuǎn)錄本可以通過一種以上的選擇性許多初始轉(zhuǎn)錄本可以通過一種以上的選擇性剪接（剪接（alternative

32、rna splicing）方式，去除不）方式，去除不同的內(nèi)含子而被加工形成不同的同的內(nèi)含子而被加工形成不同的mrnas，因而，因而形成不同的多肽。形成不同的多肽。 目目 錄錄人視黃醛還原酶人視黃醛還原酶mrna的選擇性剪接的選擇性剪接mrnapre-mrna同種異型同種異型mrna目目 錄錄初始轉(zhuǎn)錄本含有所有選擇性加工途徑所需初始轉(zhuǎn)錄本含有所有選擇性加工途徑所需要的分子信號。要的分子信號。一種細(xì)胞偏好何種選擇性加工途徑取決于一種細(xì)胞偏好何種選擇性加工途徑取決于加工因子加工因子rna結(jié)合蛋白的特異性。結(jié)合蛋白的特異性。 負(fù)調(diào)節(jié)：負(fù)調(diào)節(jié)：抑制蛋白質(zhì)可以通過與原始轉(zhuǎn)錄本的結(jié)抑制蛋白質(zhì)可以通過與原始轉(zhuǎn)

33、錄本的結(jié)合來防止剪接復(fù)合體切除內(nèi)含子序列。合來防止剪接復(fù)合體切除內(nèi)含子序列。選擇性剪接可以被正負(fù)調(diào)節(jié)分子調(diào)節(jié)：選擇性剪接可以被正負(fù)調(diào)節(jié)分子調(diào)節(jié)：正調(diào)節(jié)：正調(diào)節(jié)：而不能正常剪接的剪接復(fù)合體可以在活而不能正常剪接的剪接復(fù)合體可以在活化蛋白的幫助下發(fā)揮剪接功能。化蛋白的幫助下發(fā)揮剪接功能。目目 錄錄（三）編輯加工可增加（三）編輯加工可增加mrna分子信息的內(nèi)涵分子信息的內(nèi)涵某些某些mrnas在翻譯前被編輯在翻譯前被編輯(editing)。結(jié)果：結(jié)果：轉(zhuǎn)錄后編輯過程插入了轉(zhuǎn)錄后編輯過程插入了4個個u殘基，從而殘基，從而改變了轉(zhuǎn)錄本的翻譯讀碼框。改變了轉(zhuǎn)錄本的翻譯讀碼框。機制：機制：尚不清楚。研究人員已

34、經(jīng)發(fā)現(xiàn)線粒體轉(zhuǎn)錄一尚不清楚。研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)線粒體轉(zhuǎn)錄一類特殊的類特殊的rna分子，其分子，其3 端有一段端有一段 poly(u), 其其5 端序列與端序列與mrnas被編輯的區(qū)域互補，被被編輯的區(qū)域互補，被稱為引導(dǎo)稱為引導(dǎo)rna（guide rna）。引導(dǎo)）。引導(dǎo)rna可可能作為編輯過程的模板，并將其能作為編輯過程的模板，并將其3 端的端的u轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移給被編輯的給被編輯的mrnas。 目目 錄錄 （四）調(diào)解成熟（四）調(diào)解成熟mrna的核外輸出也會的核外輸出也會影響基因表達影響基因表達現(xiàn)象：現(xiàn)象：估計有估計有1/5的核內(nèi)成熟的核內(nèi)成熟mrnas能進入細(xì)胞能進入細(xì)胞漿。留在核內(nèi)的漿。留在核內(nèi)的mr

35、nas約在約在1小時內(nèi)降解。小時內(nèi)降解。mrna通過核膜的過程是一個主動運輸過通過核膜的過程是一個主動運輸過程，常常需要借助于程，常常需要借助于核輸出受體核輸出受體(nuclear export receptors)才可穿過才可穿過9nm的核孔通道。的核孔通道。 機制：機制：調(diào)控調(diào)控rna從核運輸至細(xì)胞漿的機制還不很從核運輸至細(xì)胞漿的機制還不很清楚。清楚。 目目 錄錄（五）某些（五）某些mrna定位于細(xì)胞質(zhì)的特殊區(qū)域定位于細(xì)胞質(zhì)的特殊區(qū)域現(xiàn)象：現(xiàn)象：一些一些mrna分子攜帶有信息，可以在翻分子攜帶有信息，可以在翻譯開始前自我導(dǎo)向定位于細(xì)胞內(nèi)的特定譯開始前自我導(dǎo)向定位于細(xì)胞內(nèi)的特定位置。位置。

36、作用：作用：在細(xì)胞的特定部位集中產(chǎn)生所需要的大在細(xì)胞的特定部位集中產(chǎn)生所需要的大量蛋白質(zhì)。量蛋白質(zhì)。 目目 錄錄機制：機制：導(dǎo)向信號存在于導(dǎo)向信號存在于mrna的的3 端非翻譯區(qū)端非翻譯區(qū)（3 untranslated region, 3 utr）。）。 mrna被連接在附著于細(xì)胞骨架上的動力蛋白被連接在附著于細(xì)胞骨架上的動力蛋白（motor proteins）上，利用其水解）上，利用其水解atp所提供的能量沿所提供的能量沿著骨架成分朝目的方向移動，最終在目的地被錨蛋白著骨架成分朝目的方向移動，最終在目的地被錨蛋白（anchor proteins）固定。）固定。mrna在細(xì)胞漿中隨機擴散并被不

37、斷地降解，只有在細(xì)胞漿中隨機擴散并被不斷地降解，只有碰上錨蛋白才能得到保護。碰上錨蛋白才能得到保護。mrna通過在細(xì)胞漿中的隨機擴散，在其定位處被通過在細(xì)胞漿中的隨機擴散，在其定位處被錨蛋白捕捉、固定。錨蛋白捕捉、固定。第二種情況第二種情況第三種情況第三種情況第一種情況第一種情況目目 錄錄mrna分子的分子的3種不同定位過程種不同定位過程目目 錄錄（六）通過改變（六）通過改變mrna分子的穩(wěn)定性分子的穩(wěn)定性 調(diào)控基因表達調(diào)控基因表達 意義：意義：降解途徑保證降解途徑保證mrna不在細(xì)胞中累積并不在細(xì)胞中累積并避免合成過多的蛋白質(zhì)。避免合成過多的蛋白質(zhì)。不同真核基因的不同真核基因的mrna的降解

38、速率大不相同。的降解速率大不相同。 暫時需要的基因產(chǎn)物：暫時需要的基因產(chǎn)物：半衰期可能僅為幾分鐘、半衰期可能僅為幾分鐘、甚至幾秒鐘。甚至幾秒鐘。 經(jīng)常需要的基因產(chǎn)物：經(jīng)常需要的基因產(chǎn)物：其其mrna 可在多代細(xì)胞可在多代細(xì)胞中穩(wěn)定存在。中穩(wěn)定存在。 目目 錄錄真核細(xì)胞真核細(xì)胞mrna降解有兩種途徑，是由每降解有兩種途徑，是由每種種mrna分子的序列所決定。分子的序列所決定。 poly(a)的逐漸短縮：最常見的途徑的逐漸短縮：最常見的途徑vmrna分子一旦進入細(xì)胞漿中，核酸外切酶會使分子一旦進入細(xì)胞漿中，核酸外切酶會使poly(a)末端逐步短縮，當(dāng)剩下約末端逐步短縮，當(dāng)剩下約30個個a時，時，5

39、 端端發(fā)生脫帽，發(fā)生脫帽，mrna分子被迅速降解。分子被迅速降解。v一些一些mrna分子的分子的3 utr的特殊序列有助于特殊的特殊序列有助于特殊蛋白質(zhì)的結(jié)合，增加或降低蛋白質(zhì)的結(jié)合，增加或降低poly(a)短縮的速度。短縮的速度。 目目 錄錄v可將可將poly(a)直接從直接從mrna分子上切除。這分子上切除。這種切除也有賴于種切除也有賴于mrna分子的分子的3 utr特殊序特殊序列可以被內(nèi)切酶識別。列可以被內(nèi)切酶識別。 另一個途徑始于特殊內(nèi)切酶的作用另一個途徑始于特殊內(nèi)切酶的作用 轉(zhuǎn)鐵蛋白受體轉(zhuǎn)鐵蛋白受體(transferrin receptor, tfr) mrna分子分子 3 utr柄

40、環(huán)（柄環(huán)（stem-loop）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)鐵反應(yīng)元件鐵反應(yīng)元件(iron-response element，ire)。例如：例如：目目 錄錄 ire-bp對轉(zhuǎn)鐵蛋白受體對轉(zhuǎn)鐵蛋白受體mrna穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)低鐵狀態(tài)低鐵狀態(tài)轉(zhuǎn)鐵蛋白受體轉(zhuǎn)鐵蛋白受體mrna5編碼區(qū)編碼區(qū)活化的活化的ire-bp3poly(a)n翻譯翻譯tfr蛋白蛋白ire高鐵狀態(tài)高鐵狀態(tài)轉(zhuǎn)鐵蛋白受體轉(zhuǎn)鐵蛋白受體mrna5編碼區(qū)編碼區(qū)鐵鐵失活的失活的ire-bp3poly(a)nmrna降解降解ire目目 錄錄（七）（七）mrna分子細(xì)胞質(zhì)中添加分子細(xì)胞質(zhì)中添加poly(a) 控制蛋白翻譯控制蛋白翻譯在一些情況下，特殊的在一

41、些情況下，特殊的poly(a)尾端可以尾端可以在細(xì)胞漿得以延伸。在細(xì)胞漿得以延伸。 例：正在成熟中的卵母細(xì)胞與卵細(xì)胞例：正在成熟中的卵母細(xì)胞與卵細(xì)胞 一些存在于細(xì)胞漿的一些存在于細(xì)胞漿的mrna分子的分子的3末端只有末端只有1030個腺苷酸（個腺苷酸（a），它們并不翻譯。在卵母細(xì)胞成），它們并不翻譯。在卵母細(xì)胞成熟和受精后的一個特定時段，當(dāng)需要這些熟和受精后的一個特定時段，當(dāng)需要這些mrna所編所編碼的蛋白質(zhì)時，碼的蛋白質(zhì)時，poly(a)被添加到這些選定的被添加到這些選定的mrna分分子，大大促進它們翻譯的開始。子，大大促進它們翻譯的開始。目目 錄錄（八）無義變化介導(dǎo)的（八）無義變化介導(dǎo)的m

42、rna降解是真核降解是真核mrna的監(jiān)視系統(tǒng)的監(jiān)視系統(tǒng)無義變化介導(dǎo)的無義變化介導(dǎo)的mrna降解降解 (nonsense-mediated mrna decay, nmd）當(dāng)在同一閱讀框架內(nèi)的翻譯終止密碼子當(dāng)在同一閱讀框架內(nèi)的翻譯終止密碼子uaa、uag或或uga提前出現(xiàn)在最后兩個外顯子提前出現(xiàn)在最后兩個外顯子交界處上游約交界處上游約50 nt處時，處時，mrna被迅速降解。被迅速降解。這些錯位終止密碼子被稱為這些錯位終止密碼子被稱為成熟前終止密碼子成熟前終止密碼子（premature termination codons, ptc），可以，可以來自突變、重組、不完全或不正確剪接。來自突變、重組

43、、不完全或不正確剪接。 目目 錄錄無義變化介導(dǎo)的無義變化介導(dǎo)的mrna的降解的降解目目 錄錄意義：意義：v可以使某些異常的可以使某些異常的mrna在被有效地翻譯成蛋在被有效地翻譯成蛋白質(zhì)前得到清除白質(zhì)前得到清除 ，這個，這個mrna監(jiān)視系統(tǒng)可以防監(jiān)視系統(tǒng)可以防止非正常截短的蛋白質(zhì)的合成止非正常截短的蛋白質(zhì)的合成 。vnmd在進化過程中發(fā)揮了重要作用，使真核細(xì)在進化過程中發(fā)揮了重要作用，使真核細(xì)胞更容易探究由于胞更容易探究由于dna重排、突變或不同剪接重排、突變或不同剪接方式所形成的新基因。方式所形成的新基因。v免疫系統(tǒng)細(xì)胞的發(fā)育過程中也很重要，重排基免疫系統(tǒng)細(xì)胞的發(fā)育過程中也很重要，重排基因產(chǎn)

44、生的這類因產(chǎn)生的這類mrna被被nmd系統(tǒng)迅速降解，避系統(tǒng)迅速降解，避免了截短蛋白質(zhì)的細(xì)胞毒作用。免了截短蛋白質(zhì)的細(xì)胞毒作用。目目 錄錄（九）（九）rna干涉是一種基因轉(zhuǎn)錄后沉默機制干涉是一種基因轉(zhuǎn)錄后沉默機制 rna干涉干涉 在高等真核生物中發(fā)現(xiàn)有一類在高等真核生物中發(fā)現(xiàn)有一類小小rnas (small rnas)介導(dǎo)的特殊基因的沉默。這是由于介導(dǎo)的特殊基因的沉默。這是由于此類小此類小rnas與與mrnas（經(jīng)常是（經(jīng)常是3 utr）相互作）相互作用，導(dǎo)致用，導(dǎo)致mrna降解或者翻譯抑制，使降解或者翻譯抑制，使mrna及及其相應(yīng)基因無法表達而沉默（其相應(yīng)基因無法表達而沉默（silence）。）。 控制至少某些生物體的適時發(fā)育。它也是一控制至少某些生物體的適時發(fā)育。它也是一種保護生物體免受種保護生物體免受rna病毒