分子生物學(xué)--真核生物基因表達(dá)調(diào)控ppt課件

1、真核生物基因真核生物基因的表達(dá)調(diào)控的表達(dá)調(diào)控主要內(nèi)容主要內(nèi)容n概述概述n染色體水平上的調(diào)控染色體水平上的調(diào)控n染色質(zhì)水平上的調(diào)控染色質(zhì)水平上的調(diào)控nDNADNA水平上的調(diào)控水平上的調(diào)控n真核細(xì)胞真核細(xì)胞類基因的調(diào)控區(qū)類基因的調(diào)控區(qū)n真核細(xì)胞真核細(xì)胞類基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子類基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子一、概述一、概述DNAhnRNAmRNA蛋白質(zhì)前體蛋白質(zhì)前體活性蛋白質(zhì)活性蛋白質(zhì)mRNA降解物降解物核核細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)染色體、染色質(zhì)、染色體、染色質(zhì)、水平上的調(diào)控水平上的調(diào)控轉(zhuǎn)錄調(diào)控轉(zhuǎn)錄調(diào)控轉(zhuǎn)錄后加工調(diào)控轉(zhuǎn)錄后加工調(diào)控轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)控轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)控翻譯調(diào)控翻譯調(diào)控mRNA降解的調(diào)控降解的調(diào)控翻譯后加工翻譯后加工的調(diào)控的調(diào)控（一

2、真核生物（一真核生物基因表達(dá)多層次性基因表達(dá)多層次性（二真核生物基因表達(dá)調(diào)控的種類（二真核生物基因表達(dá)調(diào)控的種類涉及基因的迅速打開和關(guān)閉，刺激涉及基因的迅速打開和關(guān)閉，刺激信號(hào)主要是激素和生長因子信號(hào)主要是激素和生長因子短期調(diào)控短期調(diào)控或可逆性調(diào)控：或可逆性調(diào)控：長期調(diào)控長期調(diào)控或不可逆性調(diào)控：或不可逆性調(diào)控：基因永久性或半永久性地開啟和基因永久性或半永久性地開啟和關(guān)閉，不可逆地改變細(xì)胞生化特關(guān)閉，不可逆地改變細(xì)胞生化特征，最終導(dǎo)致細(xì)胞分化征，最終導(dǎo)致細(xì)胞分化二、染色體水平上的調(diào)控二、染色體水平上的調(diào)控（一基因丟失（一基因丟失Definition: 在細(xì)胞分化過程中，通過在細(xì)胞分化過程中，通過

3、丟失掉某些基因而去除這些基因的活性。丟失掉某些基因而去除這些基因的活性。（二基因擴(kuò)增（二基因擴(kuò)增Definition: （amplification of gene指基因組中特定基因指基因組中特定基因的拷貝數(shù)專一性大量增加的現(xiàn)象。的拷貝數(shù)專一性大量增加的現(xiàn)象。n典型例子是免疫球蛋白基因的表達(dá)典型例子是免疫球蛋白基因的表達(dá)（三染色體重排（三染色體重排(chromosome rearrangement)輕鏈輕鏈k基因的重排基因的重排三、染色質(zhì)水平上的調(diào)控三、染色質(zhì)水平上的調(diào)控（一染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)（一染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)DNA組蛋白組蛋白核小體核小體染色質(zhì)染色質(zhì) 組蛋白是富含精氨酸和賴氨酸的堿性蛋白，組蛋白是富

4、含精氨酸和賴氨酸的堿性蛋白，有有H1、H2A、H2B、H3和和H4共共5種。種。染色質(zhì)折疊的放射環(huán)模型染色質(zhì)折疊的放射環(huán)模型核小體顆粒的晶體結(jié)構(gòu)核小體顆粒的晶體結(jié)構(gòu) H1的直接功能是阻的直接功能是阻止核小體的移動(dòng)，阻礙止核小體的移動(dòng)，阻礙DNA序列進(jìn)一步暴露。序列進(jìn)一步暴露。 除去除去H1會(huì)活化部分會(huì)活化部分轉(zhuǎn)錄活性，是染色質(zhì)活轉(zhuǎn)錄活性，是染色質(zhì)活化的重要事件化的重要事件n由組蛋白和由組蛋白和DNA組成的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)限制了轉(zhuǎn)組成的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)限制了轉(zhuǎn)錄因子對(duì)錄因子對(duì)DNA的接近與結(jié)合，實(shí)際上起著阻的接近與結(jié)合，實(shí)際上起著阻遏轉(zhuǎn)錄的作用。遏轉(zhuǎn)錄的作用。n基因轉(zhuǎn)錄需要染色質(zhì)發(fā)生一系列重要的變化，基因轉(zhuǎn)

5、錄需要染色質(zhì)發(fā)生一系列重要的變化，如染色質(zhì)去凝集，核小體變成開放式的疏松如染色質(zhì)去凝集，核小體變成開放式的疏松結(jié)構(gòu)，使轉(zhuǎn)錄因子等更容易接近并結(jié)合核小結(jié)構(gòu)，使轉(zhuǎn)錄因子等更容易接近并結(jié)合核小體體DNA。n有兩種方式可以顯著改變有兩種方式可以顯著改變DNA的易接近性：的易接近性：組蛋白的乙酰化和核小體重塑。組蛋白的乙?；秃诵◇w重塑。（二染色質(zhì)的（二染色質(zhì)的3種狀態(tài)種狀態(tài)阻遏狀態(tài)阻遏狀態(tài)活性狀態(tài)活性狀態(tài)激活狀態(tài)激活狀態(tài)（三異染色質(zhì)化（三異染色質(zhì)化常染色質(zhì)常染色質(zhì)（euchromatin）異染色質(zhì)異染色質(zhì)（heterochromatin）組成型異染色質(zhì)組成型異染色質(zhì)兼性異染色質(zhì)兼性異染色質(zhì)著絲粒、端粒

6、、核仁形成區(qū)著絲粒、端粒、核仁形成區(qū)補(bǔ)充：補(bǔ)充：lyon假說假說Definition: 巴氏小體巴氏小體Barr body）：正常雌性哺乳動(dòng)物）：正常雌性哺乳動(dòng)物的核中有一個(gè)高度凝聚的染色質(zhì)團(tuán)，的核中有一個(gè)高度凝聚的染色質(zhì)團(tuán)，它是一個(gè)失活的它是一個(gè)失活的X染色體。染色體。Definition: 指在指在XY性別決定機(jī)制的生物中，性別決定機(jī)制的生物中，使性連鎖基因在兩種性別中有相等使性連鎖基因在兩種性別中有相等或近乎相等的有效劑量的遺傳效應(yīng)?；蚪跸嗟鹊挠行┝康倪z傳效應(yīng)。劑量補(bǔ)償效應(yīng)劑量補(bǔ)償效應(yīng)(dosage compensation effect)n正常雌性哺乳動(dòng)物的體細(xì)胞中，正常雌性哺乳動(dòng)

7、物的體細(xì)胞中，兩條兩條X染色體中只有一條在遺傳上染色體中只有一條在遺傳上有活性的，另一條無活性。有活性的，另一條無活性。n失活是隨機(jī)的。失活是隨機(jī)的。Mary.F.Lyon(1925-)lyon假說假說n失活發(fā)生在胚胎發(fā)育的早期失活發(fā)生在胚胎發(fā)育的早期n雜合體雌性在伴性基因的作雜合體雌性在伴性基因的作用上是嵌合體。用上是嵌合體。Example:玳瑁貓玳瑁貓（四組蛋白的修飾（四組蛋白的修飾（ Histone modification ）n每種核心組蛋白包括一每種核心組蛋白包括一個(gè)個(gè)80個(gè)氨基酸殘基構(gòu)個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成的保守的區(qū)域稱為組成的保守的區(qū)域稱為組蛋白折疊域蛋白折疊域histone fold

8、 domain和一個(gè)突和一個(gè)突出于核小體核心之外、出于核小體核心之外、由由20個(gè)氨基酸殘基組成個(gè)氨基酸殘基組成的的N端尾。端尾。nN端尾的相互作用對(duì)核端尾的相互作用對(duì)核小體的聚集和染色質(zhì)折小體的聚集和染色質(zhì)折疊非常重要，也是組蛋疊非常重要，也是組蛋白的主要修飾部位。白的主要修飾部位。核心組蛋白的修飾核心組蛋白的修飾乙?；阴；?acetylation)甲基化甲基化(methylation)磷酸化磷酸化(phosphorylation)乙?；亲钤绨l(fā)現(xiàn)與轉(zhuǎn)錄有關(guān)的組蛋白修飾方式乙?；亲钤绨l(fā)現(xiàn)與轉(zhuǎn)錄有關(guān)的組蛋白修飾方式組蛋白修飾與基因活性的關(guān)系組蛋白修飾與基因活性的關(guān)系n在含有活性基因的染色體結(jié)

9、構(gòu)域中，組蛋白在含有活性基因的染色體結(jié)構(gòu)域中，組蛋白乙酰化程度增加，組蛋白甲基化程度減少乙?；潭仍黾?，組蛋白甲基化程度減少1.1.核心組蛋白的修飾核心組蛋白的修飾Acetylation occurs in two different circumstancesnduring DNA replication;nwhen genes are activatedduring DNA replicationDNA復(fù)制時(shí)，同時(shí)要合成新的組蛋白。在組蛋白組裝成核小體之前被乙?；M裝完成后又去乙?；痺hen genes are activated組蛋白乙?；?，使組蛋白乙酰化，使基因控制區(qū)與核小基因控制區(qū)

10、與核小體偶聯(lián)變得松弛，體偶聯(lián)變得松弛，使染色質(zhì)變成活性使染色質(zhì)變成活性狀態(tài)。狀態(tài)。n組蛋白乙?；附M蛋白乙酰化酶n (Histone acetyltransferase，HATs)n組蛋白去乙酰化酶組蛋白去乙?；竛 (Histone deacetylase，HDACs)許多組蛋白乙?；甘且酝b定過的許多組蛋白乙?；甘且酝b定過的激活蛋白或輔激活蛋白激活蛋白或輔激活蛋白coactivator）。）。CBP/p300可乙?；梢阴；疕4 的的N 端尾，端尾，PCAF 可乙?；梢阴；疕3 的的N端尾端尾去乙?；c基因活性的阻遏有關(guān)去乙?；c基因活性的阻遏有關(guān) 在酵母中，在酵母中，SIN3SI

11、N3和和Rpd3 Rpd3 與與Ume6 Ume6 形成復(fù)合物，能阻遏該啟形成復(fù)合物，能阻遏該啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄。動(dòng)子轉(zhuǎn)錄。Rpd3 Rpd3 有組蛋白去乙有組蛋白去乙?；富钚怎；富钚?.H12.H1組蛋白磷酸化組蛋白磷酸化H1H1組蛋白對(duì)核小體起裝配作用，確定核小體方向組蛋白對(duì)核小體起裝配作用，確定核小體方向性，并將基本的串珠進(jìn)一步組裝到性，并將基本的串珠進(jìn)一步組裝到30nm30nm的纖的纖維中。維中。H1H1組蛋白磷酸化后與組蛋白磷酸化后與DNADNA親和力下降，造成染色親和力下降，造成染色質(zhì)疏松，可提高染色質(zhì)的活性質(zhì)疏松，可提高染色質(zhì)的活性有絲分裂中有絲分裂中H1H1的磷酸化導(dǎo)致其對(duì)的磷酸化

12、導(dǎo)致其對(duì)DNADNA的親和力下的親和力下降，可能與具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)伸展?fàn)顟B(tài)降，可能與具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)伸展?fàn)顟B(tài)相似。相似。組蛋白修飾與基因活性的關(guān)系組蛋白修飾與基因活性的關(guān)系n1 1、組蛋白、組蛋白H1H1與染色質(zhì)結(jié)合不緊密；與染色質(zhì)結(jié)合不緊密；n2 2、4 4種核內(nèi)組蛋白含量雖然正常，但是乙酰種核內(nèi)組蛋白含量雖然正常，但是乙酰化程度比非活性染色質(zhì)的高；化程度比非活性染色質(zhì)的高；n3 3、活性染色質(zhì)中，組蛋白、活性染色質(zhì)中，組蛋白H2BH2B很少磷酸化；很少磷酸化；n4 4、核小體結(jié)構(gòu)結(jié)合了兩種小分子量的非組蛋、核小體結(jié)構(gòu)結(jié)合了兩種小分子量的非組蛋白白HMG14HMG14和和HMG17H

13、MG17；n5 5、組蛋白、組蛋白H3H3的巰基暴露。的巰基暴露。n6.6.處于轉(zhuǎn)錄活化的染色質(zhì)區(qū)域，對(duì)處于轉(zhuǎn)錄活化的染色質(zhì)區(qū)域，對(duì)DNaseIDNaseI敏敏感性比無轉(zhuǎn)錄活性區(qū)高得多感性比無轉(zhuǎn)錄活性區(qū)高得多活性染色質(zhì)特征活性染色質(zhì)特征（五染色質(zhì)的重塑（五染色質(zhì)的重塑（chromation remodeling）Definition: 染色質(zhì)和單個(gè)核小體內(nèi)染色質(zhì)和單個(gè)核小體內(nèi)發(fā)生的任何可檢測(cè)到的變化發(fā)生的任何可檢測(cè)到的變化兩種改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)的模型兩種改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)的模型占先模型占先模型(Pre-emptive model)動(dòng)力學(xué)模型動(dòng)力學(xué)模型(Dynamic model)占先模型占先模型(Pr

14、e-emptive model) 如果在啟動(dòng)子部位如果在啟動(dòng)子部位形成了核小體，則轉(zhuǎn)錄形成了核小體，則轉(zhuǎn)錄因子和聚合酶不能與因子和聚合酶不能與DNA 結(jié)合，反之亦然。結(jié)合，反之亦然。動(dòng)力學(xué)模型動(dòng)力學(xué)模型(Dynamic model) 在在ATP水解釋放能水解釋放能量的驅(qū)動(dòng)下，各種轉(zhuǎn)錄量的驅(qū)動(dòng)下，各種轉(zhuǎn)錄因子將核小體從因子將核小體從DNA中中置換出來。置換出來。n染色質(zhì)重塑涉及在基因組一個(gè)較短的區(qū)染色質(zhì)重塑涉及在基因組一個(gè)較短的區(qū)域中核小體位置的改變或者結(jié)構(gòu)的改變，域中核小體位置的改變或者結(jié)構(gòu)的改變，是一個(gè)能量依賴的過程，由染色質(zhì)重塑是一個(gè)能量依賴的過程，由染色質(zhì)重塑復(fù)合物復(fù)合物chromati

15、n remodeling complex催化完成。催化完成。染色質(zhì)重塑復(fù)合物染色質(zhì)重塑復(fù)合物nSWI/SNF類復(fù)合物有解旋酶活性，在類復(fù)合物有解旋酶活性，在ATP作作用下，使核小體用下，使核小體DNA螺旋程度降低，組蛋白螺旋程度降低，組蛋白八聚體沿八聚體沿DNA移動(dòng)，核小體結(jié)構(gòu)松散。移動(dòng)，核小體結(jié)構(gòu)松散。染色質(zhì)重塑復(fù)合物的作用機(jī)理染色質(zhì)重塑復(fù)合物的作用機(jī)理染色質(zhì)活化過程染色質(zhì)活化過程（1轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合于轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合于特定序列特定序列（2 2染色質(zhì)重塑染色質(zhì)重塑復(fù)合物結(jié)合復(fù)合物結(jié)合（3轉(zhuǎn)錄因子被釋放轉(zhuǎn)錄因子被釋放轉(zhuǎn)錄因子、組蛋白乙?；负腿旧|(zhì)重塑復(fù)合體的轉(zhuǎn)錄因子、組蛋白乙酰化酶和染色質(zhì)重塑復(fù)合體

16、的結(jié)合順序因啟動(dòng)子的不同而不同。結(jié)合順序因啟動(dòng)子的不同而不同。染色質(zhì)結(jié)構(gòu)重塑染色質(zhì)結(jié)構(gòu)重塑（4 4乙酰化酶復(fù)合物結(jié)合乙?；笍?fù)合物結(jié)合組蛋白被修飾組蛋白被修飾n（5 5新的轉(zhuǎn)錄因子與新的轉(zhuǎn)錄因子與DNADNA結(jié)合。結(jié)合。n（6 6RNARNA聚合酶與聚合酶與DNADNA結(jié)合。結(jié)合。n（7 7轉(zhuǎn)錄起始需要來自于特異性轉(zhuǎn)錄因子經(jīng)轉(zhuǎn)錄起始需要來自于特異性轉(zhuǎn)錄因子經(jīng)中介復(fù)合體傳遞來的正調(diào)控信號(hào)。中介復(fù)合體傳遞來的正調(diào)控信號(hào)。（六活性染色質(zhì)的（六活性染色質(zhì)的DNase敏感性敏感性n處于轉(zhuǎn)錄活化的染色質(zhì)區(qū)域，對(duì)處于轉(zhuǎn)錄活化的染色質(zhì)區(qū)域，對(duì)DNaseI敏感敏感性比無轉(zhuǎn)錄活性區(qū)高得多。性比無轉(zhuǎn)錄活性區(qū)高得多。

17、n是由于此區(qū)域染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變得松散，是由于此區(qū)域染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變得松散， DNaseI易于接觸到易于接觸到DNA。n對(duì)對(duì)DNaseI敏感性只反映該基因具有被轉(zhuǎn)錄的敏感性只反映該基因具有被轉(zhuǎn)錄的潛能。并不反映該基因一定在轉(zhuǎn)錄。潛能。并不反映該基因一定在轉(zhuǎn)錄。nDNaseI超敏感位點(diǎn)（超敏感位點(diǎn)（ DNaseI HyperSensitive Sites，DHSS)：大多位于基因：大多位于基因5 端啟動(dòng)子區(qū)域，端啟動(dòng)子區(qū)域，少數(shù)位于其他部位。少數(shù)位于其他部位。n超敏感位點(diǎn)實(shí)際上是一段超敏感位點(diǎn)實(shí)際上是一段100-200 bp 的的DNA序列特異暴露的區(qū)域，可能被一些非組蛋白序列特異暴露的區(qū)域，可能被一些非

18、組蛋白結(jié)合而抑制了同組蛋白結(jié)合，失去了組蛋白結(jié)合而抑制了同組蛋白結(jié)合，失去了組蛋白的保護(hù)。的保護(hù)。人類人類-珠蛋白基因簇的超敏感位點(diǎn)珠蛋白基因簇的超敏感位點(diǎn)n5端調(diào)控位點(diǎn)，起初級(jí)調(diào)控作用，它即是一簇端調(diào)控位點(diǎn)，起初級(jí)調(diào)控作用，它即是一簇超敏感位點(diǎn)。超敏感位點(diǎn)。n是染色體是染色體DNA上一種順式作用元件，結(jié)構(gòu)域上一種順式作用元件，結(jié)構(gòu)域中含有多種反式作用因子的結(jié)合序列，可能中含有多種反式作用因子的結(jié)合序列，可能參與蛋白質(zhì)因子的協(xié)同作用，使啟動(dòng)子處于參與蛋白質(zhì)因子的協(xié)同作用，使啟動(dòng)子處于無組蛋白狀態(tài)。無組蛋白狀態(tài)。（七染色質(zhì)的功能區(qū)域（七染色質(zhì)的功能區(qū)域1.基因座控制區(qū)基因座控制區(qū)(locus c

19、ontrol region, LCR)nLCR是一種遠(yuǎn)距離順式調(diào)控元件是一種遠(yuǎn)距離順式調(diào)控元件n使使LCR界限之內(nèi)的基因具有潛在活化的可能界限之內(nèi)的基因具有潛在活化的可能n是基因簇中每個(gè)基因表達(dá)所必需的是基因簇中每個(gè)基因表達(dá)所必需的n人類的人類的珠蛋白基因簇長約珠蛋白基因簇長約60 Kb，含有，含有5個(gè)個(gè)功能基因，它們的排列順序是功能基因，它們的排列順序是5 GA3。n其中其中在胚胎早期表達(dá)，在胚胎早期表達(dá)，G和和A在胎兒時(shí)期表在胎兒時(shí)期表達(dá)，達(dá)，和和在成體中表達(dá)。在成體中表達(dá)。n每個(gè)每個(gè)珠蛋白基因都有自己的一套調(diào)控系統(tǒng)，珠蛋白基因都有自己的一套調(diào)控系統(tǒng)，但它們的表達(dá)還要受到基因簇上游但它們的

20、表達(dá)還要受到基因簇上游12 Kb的基的基因座控制區(qū)因座控制區(qū)locus control region, LCR的的控制?？刂?。LCR最初是在研究地中海貧血病的過程中被發(fā)現(xiàn)的，最初是在研究地中海貧血病的過程中被發(fā)現(xiàn)的，地中海貧血是一種由地中海貧血是一種由或或珠蛋白缺陷導(dǎo)致的血液病。珠蛋白缺陷導(dǎo)致的血液病。許多地中海貧血是由珠蛋白基因編碼區(qū)突變?cè)斐傻?，許多地中海貧血是由珠蛋白基因編碼區(qū)突變?cè)斐傻模且灿幸恍┑刂泻Ｘ氀怯捎诘且灿幸恍┑刂泻Ｘ氀怯捎谥榈鞍谆虼厣嫌沃榈鞍谆虼厣嫌?2 Kb的區(qū)域發(fā)生大范圍缺失，導(dǎo)致了整個(gè)基因簇沉默。的區(qū)域發(fā)生大范圍缺失，導(dǎo)致了整個(gè)基因簇沉默。因而，因而，LCR

21、具有增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄的功能。具有增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄的功能。人類人類珠蛋白基因珠蛋白基因LCR的增強(qiáng)子活性已由實(shí)的增強(qiáng)子活性已由實(shí)驗(yàn)證明。將連接或不連接驗(yàn)證明。將連接或不連接LCR的人類的人類珠蛋珠蛋白基因分別轉(zhuǎn)化小鼠細(xì)胞。白基因分別轉(zhuǎn)化小鼠細(xì)胞。研究發(fā)現(xiàn)，如果缺少研究發(fā)現(xiàn)，如果缺少LCR，珠蛋白基因轉(zhuǎn)珠蛋白基因轉(zhuǎn)錄水平通常不到內(nèi)源小鼠錄水平通常不到內(nèi)源小鼠珠蛋白基因的珠蛋白基因的1。若是連接上若是連接上LCR，外源，外源珠蛋白基因的表達(dá)珠蛋白基因的表達(dá)水平與小鼠自身的水平與小鼠自身的珠蛋白基因的表達(dá)水平珠蛋白基因的表達(dá)水平相當(dāng)。相當(dāng)。2.核基質(zhì)結(jié)合區(qū)核基質(zhì)結(jié)合區(qū)（matrtix associated regio

22、n, MAR）Definition: 染色質(zhì)通過染色質(zhì)通過DNA特定序列結(jié)合特定序列結(jié)合在核基質(zhì)蛋白質(zhì)上，形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。在核基質(zhì)蛋白質(zhì)上，形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。這特定的這特定的DNA序列稱為核基質(zhì)結(jié)合區(qū)序列稱為核基質(zhì)結(jié)合區(qū) n在靠近在靠近MAR位點(diǎn)的地方經(jīng)常有拓?fù)洚悩?gòu)酶位點(diǎn)的地方經(jīng)常有拓?fù)洚悩?gòu)酶II的識(shí)別位點(diǎn)，意味著每一個(gè)巨大的環(huán)狀的識(shí)別位點(diǎn)，意味著每一個(gè)巨大的環(huán)狀DNA的超螺旋程度受到獨(dú)立的調(diào)控。增強(qiáng)子以及的超螺旋程度受到獨(dú)立的調(diào)控。增強(qiáng)子以及其他調(diào)控元件也經(jīng)?？拷渌{(diào)控元件也經(jīng)常靠近MAR位點(diǎn)。位點(diǎn)。n在某些情況下，染色質(zhì)重塑也是從在某些情況下，染色質(zhì)重塑也是從MAR位點(diǎn)位點(diǎn)開始的，并且影響整個(gè)

23、染色質(zhì)環(huán)。開始的，并且影響整個(gè)染色質(zhì)環(huán)。MAR功能：限定功能：限定DNA的環(huán)，使環(huán)狀結(jié)構(gòu)成為的環(huán)，使環(huán)狀結(jié)構(gòu)成為 相對(duì)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)功能單位相對(duì)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)功能單位Definition: :可以阻止激活或失活效應(yīng)傳向可以阻止激活或失活效應(yīng)傳向相鄰的結(jié)構(gòu)功能單位的相鄰的結(jié)構(gòu)功能單位的DNA序列序列3.限定子限定子delimiter或絕緣子或絕緣子insulator）n絕緣子是一組在真核生物基因組中建立獨(dú)立絕緣子是一組在真核生物基因組中建立獨(dú)立的轉(zhuǎn)錄活性區(qū)的調(diào)控元件，它具有兩種性質(zhì)。的轉(zhuǎn)錄活性區(qū)的調(diào)控元件，它具有兩種性質(zhì)。n第一，當(dāng)絕緣子位于增強(qiáng)子或者沉默子與啟第一，當(dāng)絕緣子位于增強(qiáng)子或者沉默子與啟動(dòng)子

24、之間時(shí)可以阻斷增強(qiáng)子或者沉默子對(duì)啟動(dòng)子之間時(shí)可以阻斷增強(qiáng)子或者沉默子對(duì)啟動(dòng)子的作用。動(dòng)子的作用。n第二，絕緣子可以使其界定的基因的表達(dá)不第二，絕緣子可以使其界定的基因的表達(dá)不受位置效應(yīng)的影響。受位置效應(yīng)的影響。絕緣子的功能絕緣子的功能增強(qiáng)子屏蔽的活性。在啟動(dòng)子和增強(qiáng)子之間的絕緣增強(qiáng)子屏蔽的活性。在啟動(dòng)子和增強(qiáng)子之間的絕緣子阻止啟動(dòng)子接受增強(qiáng)子的轉(zhuǎn)錄激活影響子阻止啟動(dòng)子接受增強(qiáng)子的轉(zhuǎn)錄激活影響阻礙物活性。在啟動(dòng)子和濃縮、阻礙狀態(tài)的染色質(zhì)阻礙物活性。在啟動(dòng)子和濃縮、阻礙狀態(tài)的染色質(zhì)之間的絕緣子可以阻止啟動(dòng)子受到濃縮染色質(zhì)由之間的絕緣子可以阻止啟動(dòng)子受到濃縮染色質(zhì)由沉默子誘導(dǎo)阻抑基因轉(zhuǎn)錄的影響沉默子

25、誘導(dǎo)阻抑基因轉(zhuǎn)錄的影響滑動(dòng)模型。當(dāng)激活蛋白結(jié)合到增強(qiáng)子上，刺激信號(hào)或激活蛋滑動(dòng)模型。當(dāng)激活蛋白結(jié)合到增強(qiáng)子上，刺激信號(hào)或激活蛋白本身沿白本身沿DNA滑向啟動(dòng)子。而絕緣子可能與一個(gè)或多個(gè)蛋白滑向啟動(dòng)子。而絕緣子可能與一個(gè)或多個(gè)蛋白結(jié)合，阻擋滑向啟動(dòng)子的信號(hào)。結(jié)合，阻擋滑向啟動(dòng)子的信號(hào)。環(huán)化模型。兩個(gè)絕緣子將一個(gè)增強(qiáng)子隔離出來。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)結(jié)環(huán)化模型。兩個(gè)絕緣子將一個(gè)增強(qiáng)子隔離出來。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)結(jié)合到這些絕緣子上后，它們相互作用，將增強(qiáng)子隔離在環(huán)形合到這些絕緣子上后，它們相互作用，將增強(qiáng)子隔離在環(huán)形結(jié)構(gòu)中，從而不能激活附近啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄。結(jié)構(gòu)中，從而不能激活附近啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄。絕緣子活性機(jī)理的兩種假說絕緣子活

26、性機(jī)理的兩種假說果蠅兩個(gè)串聯(lián)基因上的絕緣子效應(yīng)果蠅兩個(gè)串聯(lián)基因上的絕緣子效應(yīng)DNA結(jié)構(gòu)域可能有以下三種位點(diǎn)結(jié)構(gòu)域可能有以下三種位點(diǎn)四、四、DNA水平上的調(diào)控水平上的調(diào)控（一（一DNA的甲基化的甲基化methylation）甲基化位點(diǎn)主要在甲基化位點(diǎn)主要在CpG序列序列半甲基化半甲基化全甲基化全甲基化nHpaII能切割非甲基化的能切割非甲基化的CCGG序列序列DNA甲基化的檢測(cè)甲基化的檢測(cè)nMspI能切割甲基化或非甲基化的能切割甲基化或非甲基化的CCGG序列序列MspIHpaIIMspI酶切酶切HpaII酶切酶切n基因不能表達(dá)的組織中呈甲基化狀態(tài)，基因不能表達(dá)的組織中呈甲基化狀態(tài)，n活性基因低甲

27、基化狀態(tài)活性基因低甲基化狀態(tài)DNA甲基化與基因活性甲基化與基因活性DNA甲基化抑制轉(zhuǎn)錄機(jī)理甲基化抑制轉(zhuǎn)錄機(jī)理n影響染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定染色質(zhì)的失活狀態(tài)，影響染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定染色質(zhì)的失活狀態(tài)，阻止轉(zhuǎn)錄因子的進(jìn)入，防止其活化。阻止轉(zhuǎn)錄因子的進(jìn)入，防止其活化。nDNA甲基化直接干涉轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)子內(nèi)識(shí)別甲基化直接干涉轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)子內(nèi)識(shí)別位點(diǎn)結(jié)合；位點(diǎn)結(jié)合；n抑制作用通過甲基化抑制作用通過甲基化CpG結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白methylated CpG binding proteins, MeCP起作用，這種因起作用，這種因子與轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子競(jìng)爭(zhēng)甲基化子與轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子競(jìng)爭(zhēng)甲基化DNA結(jié)合位點(diǎn)。結(jié)合位點(diǎn)。MeC

28、P-1CH3CH3CH3CH3CH3TFRNA polIIMeCP-1可與多個(gè)甲基化的可與多個(gè)甲基化的CpG位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合MeCP-2CH3CH3CH3CH3CH3SIN3HDACTFRNA polIIMeCP-2能結(jié)合到單個(gè)甲基化的能結(jié)合到單個(gè)甲基化的CpG 堿基對(duì)上，堿基對(duì)上，還結(jié)合還結(jié)合Sin3 阻遏復(fù)合體阻遏復(fù)合體(含含HDAC活性活性)，CpG島（島（ CpG rich islands）富含富含CpG的區(qū)段稱為的區(qū)段稱為CpG島島n幾乎管家基因都含幾乎管家基因都含CpG 島島n一般位于基因的一般位于基因的5端區(qū)域端區(qū)域n大多數(shù)大多數(shù)CpG島是未甲基化的島是未甲基化的nCpG島中的核

29、小體中島中的核小體中H1 含量低，其它組蛋白含量低，其它組蛋白被廣泛乙酰化，并有超敏感位點(diǎn)被廣泛乙酰化，并有超敏感位點(diǎn)n未甲基化未甲基化CpG 島可能說明基因具有潛在活性，島可能說明基因具有潛在活性，五、真核細(xì)胞五、真核細(xì)胞類基因類基因的調(diào)控區(qū)的調(diào)控區(qū)n轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控主要是通過順式作用元件與轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控主要是通過順式作用元件與反式作用因子相互作用來實(shí)現(xiàn)的反式作用因子相互作用來實(shí)現(xiàn)的n順式作用元件順式作用元件(cis-regulating element)(cis-regulating element)n啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、沉默子、絕緣子、應(yīng)答元啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、沉默子、絕緣子、應(yīng)答元件件啟動(dòng)子啟動(dòng)

30、子調(diào)控元件調(diào)控元件增強(qiáng)子增強(qiáng)子enhancer）沉默子（沉默子（ silencer）核心啟動(dòng)子核心啟動(dòng)子(core promotor)上游啟動(dòng)子元件上游啟動(dòng)子元件(upstream promotor element, UPE)基本啟動(dòng)子基本啟動(dòng)子(basal promotor)轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)(Inr)（一啟動(dòng)子（一啟動(dòng)子promotor）核心啟動(dòng)子核心啟動(dòng)子(core promotor)TATA-box： TBP的結(jié)合位點(diǎn)，決定轉(zhuǎn)錄方向、的結(jié)合位點(diǎn)，決定轉(zhuǎn)錄方向、 起始位點(diǎn)起始位點(diǎn)啟動(dòng)子上游元件啟動(dòng)子上游元件(UPE)CCAAT-box: CTF、C/EBP的結(jié)合位點(diǎn)的結(jié)合位點(diǎn)GC-

31、box: sp1的結(jié)合位點(diǎn)的結(jié)合位點(diǎn) UPE影響轉(zhuǎn)錄起始頻率，增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄起始復(fù)影響轉(zhuǎn)錄起始頻率，增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的組裝能力合物的組裝能力在酵母中稱為上游激活元件在酵母中稱為上游激活元件UAS）（二增強(qiáng)子（二增強(qiáng)子（ enhancer ）SV40早期基因調(diào)控區(qū)的結(jié)構(gòu)早期基因調(diào)控區(qū)的結(jié)構(gòu)Definition: 指能使與它連鎖的基因轉(zhuǎn)錄效率指能使與它連鎖的基因轉(zhuǎn)錄效率明顯增加，并且無方向和位置依賴性明顯增加，并且無方向和位置依賴性的的DNA序列。序列。n增強(qiáng)效應(yīng)十分明顯增強(qiáng)效應(yīng)十分明顯n增強(qiáng)子與啟動(dòng)子的相對(duì)位置不固定增強(qiáng)子與啟動(dòng)子的相對(duì)位置不固定, ,可以位于可以位于基因的基因的55端上游、內(nèi)部或端

32、上游、內(nèi)部或33端下游序列中端下游序列中 n可以遠(yuǎn)離基因的可以遠(yuǎn)離基因的InrInr起作用起作用n能在兩個(gè)方向上起作用能在兩個(gè)方向上起作用n一般具有組織和細(xì)胞特異性一般具有組織和細(xì)胞特異性1.1.增強(qiáng)子的特點(diǎn)增強(qiáng)子的特點(diǎn)r2b基因中的增強(qiáng)子元件是無方向和位置效應(yīng)的基因中的增強(qiáng)子元件是無方向和位置效應(yīng)的a.構(gòu)建突變質(zhì)粒：將構(gòu)建突變質(zhì)粒：將X2-X3區(qū)域包含增強(qiáng)子切除后區(qū)域包含增強(qiáng)子切除后通過四種方式重新插到基因中。通過四種方式重新插到基因中。質(zhì)粒質(zhì)粒A和和B： X2-X3片段被正向或反向插到原位置。片段被正向或反向插到原位置。質(zhì)粒質(zhì)粒C和和D： X2-X3片段被正向或反向插到另一個(gè)片段被正向或反

33、向插到另一個(gè)XbaI酶切位點(diǎn)，位于基因上游幾百堿基處。酶切位點(diǎn)，位于基因上游幾百堿基處。b.結(jié)果表明，增強(qiáng)子無方向和位置效應(yīng)。結(jié)果表明，增強(qiáng)子無方向和位置效應(yīng)。2.2.增強(qiáng)子的種類增強(qiáng)子的種類組織和細(xì)胞專一性增強(qiáng)子組織和細(xì)胞專一性增強(qiáng)子誘導(dǎo)性增強(qiáng)子誘導(dǎo)性增強(qiáng)子只在特定組織和細(xì)胞中，特定的轉(zhuǎn)錄因子與之只在特定組織和細(xì)胞中，特定的轉(zhuǎn)錄因子與之結(jié)合，才能發(fā)揮功能。結(jié)合，才能發(fā)揮功能。由于調(diào)控因子本身活性是誘導(dǎo)性的，造成對(duì)增強(qiáng)由于調(diào)控因子本身活性是誘導(dǎo)性的，造成對(duì)增強(qiáng)子的結(jié)合和增強(qiáng)子活性有可誘導(dǎo)性子的結(jié)合和增強(qiáng)子活性有可誘導(dǎo)性3.3.增強(qiáng)子的作用機(jī)理增強(qiáng)子的作用機(jī)理 三種假說三種假說a.拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變

34、。激活因子與增強(qiáng)子結(jié)合，促進(jìn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變。激活因子與增強(qiáng)子結(jié)合，促進(jìn)DNA的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或形狀發(fā)生改變，使啟動(dòng)子向通用轉(zhuǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或形狀發(fā)生改變，使啟動(dòng)子向通用轉(zhuǎn)錄因子敞開。錄因子敞開。b.滑動(dòng)。激活因子與增強(qiáng)子結(jié)合，沿滑動(dòng)。激活因子與增強(qiáng)子結(jié)合，沿DNA滑動(dòng)直至啟滑動(dòng)直至啟動(dòng)子，與啟動(dòng)子直接相互作用激活轉(zhuǎn)錄。動(dòng)子，與啟動(dòng)子直接相互作用激活轉(zhuǎn)錄。c.環(huán)化。激活因子與增強(qiáng)子結(jié)合，使增強(qiáng)子與啟動(dòng)子環(huán)化。激活因子與增強(qiáng)子結(jié)合，使增強(qiáng)子與啟動(dòng)子之間的之間的DNA環(huán)化，促進(jìn)結(jié)合蛋白間的互作并激活轉(zhuǎn)錄。環(huán)化，促進(jìn)結(jié)合蛋白間的互作并激活轉(zhuǎn)錄。增強(qiáng)子功能的要點(diǎn)，實(shí)質(zhì)上是結(jié)合于增強(qiáng)子增強(qiáng)子功能的要點(diǎn)，實(shí)質(zhì)上是結(jié)合

35、于增強(qiáng)子的激活因子與結(jié)合于啟動(dòng)子的普遍性轉(zhuǎn)錄因的激活因子與結(jié)合于啟動(dòng)子的普遍性轉(zhuǎn)錄因子之間的蛋白質(zhì)子之間的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用。蛋白質(zhì)相互作用。n多重增強(qiáng)子能使一個(gè)特定基因?qū)Ω鞣N激多重增強(qiáng)子能使一個(gè)特定基因?qū)Ω鞣N激活因子的不同組合產(chǎn)生應(yīng)答。這種排布活因子的不同組合產(chǎn)生應(yīng)答。這種排布格局使細(xì)胞能對(duì)基因在不同組織或不同格局使細(xì)胞能對(duì)基因在不同組織或不同發(fā)育階段產(chǎn)生精細(xì)的調(diào)控。發(fā)育階段產(chǎn)生精細(xì)的調(diào)控。4.多個(gè)增強(qiáng)子多個(gè)增強(qiáng)子Multiple Enhancers的作用的作用金屬硫蛋白金屬硫蛋白(Metallothionein，MT)基因基因是單一基因受多種不同機(jī)制調(diào)控的例子是單一基因受多種不同機(jī)制調(diào)

36、控的例子金屬應(yīng)答元件金屬應(yīng)答元件(MRE)在應(yīng)答重金屬時(shí)激活基因轉(zhuǎn)錄在應(yīng)答重金屬時(shí)激活基因轉(zhuǎn)錄GC框框:轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)錄激活因子Sp1的應(yīng)答元件的應(yīng)答元件本底水平增強(qiáng)子本底水平增強(qiáng)子(BLE):轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)錄激活因子AP-1的應(yīng)答元件的應(yīng)答元件糖皮質(zhì)激素應(yīng)答元件糖皮質(zhì)激素應(yīng)答元件(GRE):可被糖皮質(zhì)激素和受體組成可被糖皮質(zhì)激素和受體組成的激活因子激活轉(zhuǎn)錄的激活因子激活轉(zhuǎn)錄金屬硫蛋白是真核細(xì)胞中幫助細(xì)胞對(duì)付重金屬中毒的防御性機(jī)制金屬硫蛋白是真核細(xì)胞中幫助細(xì)胞對(duì)付重金屬中毒的防御性機(jī)制海膽海膽Endo16基因的多增強(qiáng)子模塊的排布情況基因的多增強(qiáng)子模塊的排布情況 激活因子的不同組合，就會(huì)在不同細(xì)

37、胞中造成激活因子的不同組合，就會(huì)在不同細(xì)胞中造成基因不同水平的表達(dá)基因不同水平的表達(dá)大號(hào)和中號(hào)的彩色橢圓形和長方形表示激活因子；大號(hào)和中號(hào)的彩色橢圓形和長方形表示激活因子；橙色小橢圓形表示結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄因子；橙色小橢圓形表示結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄因子；增強(qiáng)子成簇排列，分別記為增強(qiáng)子成簇排列，分別記為G,F,E,DC,B和和A；長垂直線代表限定模塊的限制性位點(diǎn)；長垂直線代表限定模塊的限制性位點(diǎn)；BP為基本啟動(dòng)子。為基本啟動(dòng)子。P568海膽海膽Endo16基因中模塊基因中模塊A的綜合功能的綜合功能(a)在早期發(fā)育中在早期發(fā)育中,模塊模塊A是唯一開啟的模塊是唯一開啟的模塊,它通過基本啟動(dòng)子它通過基本啟動(dòng)子(BP)刺激基

38、因轉(zhuǎn)錄刺激基因轉(zhuǎn)錄.(b)在中胚層的晚期發(fā)育中在中胚層的晚期發(fā)育中,模塊模塊A通過整合模塊通過整合模塊G和和B的作用的作用,共同刺共同刺激轉(zhuǎn)錄激轉(zhuǎn)錄.(c)在外胚層的晚期發(fā)育中在外胚層的晚期發(fā)育中,模塊模塊A通過整合模塊通過整合模塊F和和E的作用的作用,阻遏基阻遏基因轉(zhuǎn)錄因轉(zhuǎn)錄.(d)在成骨間質(zhì)細(xì)胞的晚期發(fā)育中在成骨間質(zhì)細(xì)胞的晚期發(fā)育中,模塊模塊A整合模塊整合模塊DC的作用的作用,抑制基抑制基因轉(zhuǎn)錄因轉(zhuǎn)錄.(e)LiCl處理能逆轉(zhuǎn)來自模塊處理能逆轉(zhuǎn)來自模塊A外胚層和成骨間質(zhì)細(xì)胞的阻遏信號(hào)外胚層和成骨間質(zhì)細(xì)胞的阻遏信號(hào),刺刺激基因轉(zhuǎn)錄激基因轉(zhuǎn)錄.Definition: 基因的負(fù)調(diào)控元件，當(dāng)其結(jié)合

39、特異基因的負(fù)調(diào)控元件，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。蛋白因子時(shí)，對(duì)基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。（三沉默子（三沉默子（ silencer ）n沉默子是抑制基因轉(zhuǎn)錄的順式元件。能引起沉默子是抑制基因轉(zhuǎn)錄的順式元件。能引起染色質(zhì)彎曲纏繞，產(chǎn)生類似于異染色質(zhì)的結(jié)染色質(zhì)彎曲纏繞，產(chǎn)生類似于異染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)，致使轉(zhuǎn)錄因子無法與鄰近基因的啟動(dòng)子構(gòu)，致使轉(zhuǎn)錄因子無法與鄰近基因的啟動(dòng)子相結(jié)合，從而使基因處于關(guān)閉沉默狀態(tài)。相結(jié)合，從而使基因處于關(guān)閉沉默狀態(tài)。n有時(shí)同一有時(shí)同一DNA順式元件既能表現(xiàn)出增強(qiáng)子的順式元件既能表現(xiàn)出增強(qiáng)子的活性，又能表現(xiàn)出沉默子的活性，這完全取活性，又能表現(xiàn)出沉默子的活性，這完全取

40、決于與之結(jié)合的蛋白質(zhì)的特性。決于與之結(jié)合的蛋白質(zhì)的特性。（四應(yīng)答元件（四應(yīng)答元件(Response element)n熱激應(yīng)答元件熱激應(yīng)答元件(heat shock response element，HSE)n金屬應(yīng)答元件金屬應(yīng)答元件(metal response element，MRE)n糖皮質(zhì)激素應(yīng)答元件糖皮質(zhì)激素應(yīng)答元件(glucor-ticoid response element，GRE)n血清應(yīng)答元件血清應(yīng)答元件(serum response element，SRE) 能與某個(gè)類專一蛋白因子結(jié)合，從而控制能與某個(gè)類專一蛋白因子結(jié)合，從而控制基因特異表達(dá)的基因特異表達(dá)的DNA上游序列上

41、游序列應(yīng)答元件能被在一些特定情況下表達(dá)的調(diào)控因子識(shí)別應(yīng)答元件能被在一些特定情況下表達(dá)的調(diào)控因子識(shí)別應(yīng)答元件的特點(diǎn)：應(yīng)答元件的特點(diǎn)：n 1. 可以位于啟動(dòng)子或增強(qiáng)子內(nèi)可以位于啟動(dòng)子或增強(qiáng)子內(nèi)n 2. 與轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的位置不固定多在與轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的位置不固定多在-200以以內(nèi)內(nèi);單個(gè)功能充分單個(gè)功能充分,但多為多拷貝但多為多拷貝;可位于啟動(dòng)子可位于啟動(dòng)子/增強(qiáng)子內(nèi)部）增強(qiáng)子內(nèi)部）.n3. 多基因由同一因子調(diào)控如：熱激效應(yīng)）多基因由同一因子調(diào)控如：熱激效應(yīng)）n4. 同一基因由多種途徑調(diào)控如：金屬硫蛋同一基因由多種途徑調(diào)控如：金屬硫蛋白基因）白基因）. n5. 各效應(yīng)元件不論位置如何都有獨(dú)立的活化各效應(yīng)元

42、件不論位置如何都有獨(dú)立的活化功能功能.熱激反應(yīng)是單一因子調(diào)控多個(gè)基因的例子熱激反應(yīng)是單一因子調(diào)控多個(gè)基因的例子n在真核生物中，熱激基因有一個(gè)保守的共有在真核生物中，熱激基因有一個(gè)保守的共有序列序列HSE，被轉(zhuǎn)錄因子，被轉(zhuǎn)錄因子HSTF識(shí)別。識(shí)別。n溫度升高時(shí)，溫度升高時(shí)，HSTF的激活使一組熱激基因起的激活使一組熱激基因起始轉(zhuǎn)錄。始轉(zhuǎn)錄。HSTF (heat shock transcription factor ):熱休克熱休克(基因基因)轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子 六、真核細(xì)胞六、真核細(xì)胞類基因類基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域結(jié)合結(jié)構(gòu)域(DNA binding domain)轉(zhuǎn)錄激活

43、結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域(Transcription activation domains)自身活性的自身活性的調(diào)控結(jié)構(gòu)域調(diào)控結(jié)構(gòu)域調(diào)控因子的結(jié)構(gòu)特性調(diào)控因子的結(jié)構(gòu)特性n螺旋螺旋- -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角- -螺旋（螺旋（ Helix-turn-helix Helix-turn-helix，HTHHTH）n鋅指結(jié)構(gòu)鋅指結(jié)構(gòu)zinc fingerzinc finger）n亮氨酸拉鏈亮氨酸拉鏈leucine zipperleucine zipper）n螺旋螺旋- -環(huán)環(huán)- -螺旋螺旋helix /loop /helixhelix /loop /helix，HLHHLH）（一）（一） DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域結(jié)合結(jié)構(gòu)域（D

44、NA binding domain）螺旋螺旋- -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角- -螺旋（螺旋（ Helix-turn-helix Helix-turn-helix，HTHHTH）識(shí)別螺旋，與靶序列識(shí)別螺旋，與靶序列DNA的大溝結(jié)合的大溝結(jié)合n是一種常出現(xiàn)在是一種常出現(xiàn)在DNA結(jié)結(jié)合蛋白中的結(jié)構(gòu)基元合蛋白中的結(jié)構(gòu)基元n長約長約30個(gè)個(gè)aa，其中，其中4個(gè)個(gè)氨基酸氨基酸Cys或或2個(gè)個(gè)Cys，2個(gè)個(gè)His與一個(gè)與一個(gè)Zn原子原子相結(jié)合。相結(jié)合。n結(jié)構(gòu)像手指狀。結(jié)構(gòu)像手指狀。 鋅指結(jié)構(gòu)鋅指結(jié)構(gòu)zinc fingerzinc finger） Cys2/ Cys2型型Cys2 / His2型型見于甾體激素受體見于甾體激素

45、受體見于見于SP1，TF A等等n含有多個(gè)鋅指單元，含有多個(gè)鋅指單元，n如如SP1有有3個(gè)，個(gè)，TF A有有9個(gè)個(gè)n形成形成-螺旋而插入螺旋而插入DNA的大溝的大溝Cys2 / His2型型鋅指可以形成鋅指可以形成-螺旋而插入螺旋而插入DNA的大溝中的大溝中n甾體激素受體甾體激素受體n含兩個(gè)鋅指含兩個(gè)鋅指Cys2 / Cys2型型GlyGlyGlnSer糖皮質(zhì)激素特異性糖皮質(zhì)激素特異性 雌激素特異性雌激素特異性亮氨酸拉鏈亮氨酸拉鏈leucine zipperleucine zipper）nDNA結(jié)合蛋白質(zhì)和其它蛋白結(jié)合蛋白質(zhì)和其它蛋白質(zhì)中的一種結(jié)構(gòu)基元質(zhì)中的一種結(jié)構(gòu)基元(motif)。n兩個(gè)蛋

46、白質(zhì)的兩個(gè)蛋白質(zhì)的-螺旋之間，螺旋之間，依靠依靠leu周期性側(cè)鏈交錯(cuò)相插，周期性側(cè)鏈交錯(cuò)相插，形成一個(gè)穩(wěn)定的非共價(jià)結(jié)合形成一個(gè)穩(wěn)定的非共價(jià)結(jié)合的拉鏈結(jié)構(gòu)。的拉鏈結(jié)構(gòu)。n可以形成二聚體可以形成二聚體亮氨酸亮氨酸拉鏈拉鏈堿性區(qū)堿性區(qū)C/EBPJunFosGCN4n具有具有DNA結(jié)合和形成結(jié)合和形成二聚體的功能；二聚體的功能；n可形成兩個(gè)可形成兩個(gè)-螺旋，兩螺旋，兩個(gè)螺旋之間由環(huán)狀結(jié)構(gòu)個(gè)螺旋之間由環(huán)狀結(jié)構(gòu)相連；相連；nDNA結(jié)合功能是由一結(jié)合功能是由一個(gè)較短的堿性區(qū)域所決個(gè)較短的堿性區(qū)域所決定的。定的。 螺旋螺旋- -環(huán)環(huán)- -螺旋螺旋helix /loop /helixhelix /loop /h

47、elix，HLHHLH）n轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子主要是活化因子的主要功轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子主要是活化因子的主要功能是依賴于轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域進(jìn)行蛋白質(zhì)能是依賴于轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域進(jìn)行蛋白質(zhì)-蛋白蛋白質(zhì)相互作用，控制轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成和質(zhì)相互作用，控制轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成和調(diào)控其活性。調(diào)控其活性。n一般由一般由DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域外的結(jié)合結(jié)構(gòu)域外的20-100個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸組成組成 （二轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域（二轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域 （Transcription activation domains）1 1酸性結(jié)構(gòu)域酸性結(jié)構(gòu)域(acidic helix domain)(acidic helix domain)n也叫做也叫做“酸斑（酸斑

48、（ acid blobs）”或或“帶負(fù)電的帶負(fù)電的長鏈長鏈 （negative noodles）”n富含酸性氨基酸富含酸性氨基酸n 存在于許多轉(zhuǎn)錄因子的激活結(jié)構(gòu)域中，存在于許多轉(zhuǎn)錄因子的激活結(jié)構(gòu)域中，n 如：如：yeast Gcn4 and Gal4,n 哺乳動(dòng)物的糖皮質(zhì)激素受體的兩個(gè)激活結(jié)構(gòu)哺乳動(dòng)物的糖皮質(zhì)激素受體的兩個(gè)激活結(jié)構(gòu)域域n2富含谷氨酰胺激活結(jié)構(gòu)域富含谷氨酰胺激活結(jié)構(gòu)域(glutamine-rich domain)：n富含谷氨酰胺富含谷氨酰胺n（SP1，OCT1，OCT 2，SRF等）等） n3富含脯氨酸激活結(jié)構(gòu)域富含脯氨酸激活結(jié)構(gòu)域(proline-rich domain)n 富

49、含脯氨酸富含脯氨酸 n 有一個(gè)能激活轉(zhuǎn)錄的連續(xù)脯氨酸殘基鏈有一個(gè)能激活轉(zhuǎn)錄的連續(xù)脯氨酸殘基鏈n （AP2、Jun等）等）n配基結(jié)合產(chǎn)生的活化配基結(jié)合產(chǎn)生的活化n 誘導(dǎo)物作為配基，與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)誘導(dǎo)物作為配基，與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，使無活性的轉(zhuǎn)錄因子改變結(jié)構(gòu)，迅速合，使無活性的轉(zhuǎn)錄因子改變結(jié)構(gòu)，迅速作出應(yīng)答反應(yīng)。作出應(yīng)答反應(yīng)。酵母的酵母的MT基因基因啟動(dòng)子啟動(dòng)子ACE1無活性無活性Cu2+ACE1有活性有活性ACE1（三）（三） 轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子自身活性的調(diào)控轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子自身活性的調(diào)控n蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子的活性蛋白質(zhì)相互作用調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子的活性類固醇激素類固醇激素（如糖皮質(zhì)激素）（如糖皮

50、質(zhì)激素）脂溶性的，脂溶性的，能夠穿過細(xì)胞膜與能夠穿過細(xì)胞膜與類固醇激素受體類固醇激素受體轉(zhuǎn)錄因子相轉(zhuǎn)錄因子相互作用?；プ饔?。steroidGREInhibitor(HSP90)Glucocorticoid receptorDissociation, dimerizationn在沒有類固醇激素時(shí)，該受體與抑制蛋白結(jié)在沒有類固醇激素時(shí)，該受體與抑制蛋白結(jié)合，游離在細(xì)胞質(zhì)中合，游離在細(xì)胞質(zhì)中.n有類固醇激素時(shí)有類固醇激素時(shí), n激素結(jié)合到受體上，出來。將其從阻抑物中激素結(jié)合到受體上，出來。將其從阻抑物中釋放釋放n受體二聚化并轉(zhuǎn)移到核中。受體二聚化并轉(zhuǎn)移到核中。n受體與其特異的受體與其特異的DNA結(jié)合

51、序列結(jié)合結(jié)合序列結(jié)合 (應(yīng)答元應(yīng)答元件件) ，從而激活靶基因。，從而激活靶基因。n蛋白質(zhì)的糖基化，如蛋白質(zhì)的糖基化，如Sp1n磷酸化與去磷酸化磷酸化與去磷酸化調(diào)控因子的核內(nèi)定位調(diào)控因子的核內(nèi)定位與與DNA的結(jié)合活性的結(jié)合活性調(diào)控轉(zhuǎn)錄活性調(diào)控轉(zhuǎn)錄活性GHGH receptorJAKJAKPSTATPSTATTarget geneSTATSTATn細(xì)胞因子與受體結(jié)合，受細(xì)胞因子與受體結(jié)合，受體被活化體被活化n受體二聚化，受體二聚化，JAK聚集，聚集，受體與受體與JAK在膜上相連在膜上相連n鄰近的鄰近的JAK之間自我磷酸之間自我磷酸化，并磷酸化受體中的化，并磷酸化受體中的Tyrn依靠依靠SH2結(jié)構(gòu)域

52、，結(jié)構(gòu)域，STAT蛋白結(jié)合于受體的蛋白結(jié)合于受體的 P-TyrnSTAT的特定的特定Tyr也被也被JAK磷酸化磷酸化nSTAT二聚化二聚化nSTAT轉(zhuǎn)移到核內(nèi)，和特轉(zhuǎn)移到核內(nèi)，和特定順式作用元件結(jié)合，調(diào)定順式作用元件結(jié)合，調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄節(jié)基因轉(zhuǎn)錄JAK-STAT pathway n1.激活因子的二聚化激活因子的二聚化n2.激活因子的遠(yuǎn)距離作用激活因子的遠(yuǎn)距離作用n3.建構(gòu)性轉(zhuǎn)錄因子建構(gòu)性轉(zhuǎn)錄因子n4.中介因子中介因子（四轉(zhuǎn)錄激活因子的作用方式（四轉(zhuǎn)錄激活因子的作用方式n結(jié)合在結(jié)合在DNA上，使上，使DNA調(diào)控區(qū)的形狀調(diào)控區(qū)的形狀發(fā)生改變，以致其他蛋白質(zhì)能夠相互發(fā)生改變，以致其他蛋白質(zhì)能夠相互作用

53、而促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)作用而促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)3.建構(gòu)性轉(zhuǎn)錄因子或結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄因子建構(gòu)性轉(zhuǎn)錄因子或結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄因子architectural transcription factor）人人T細(xì)胞受體細(xì)胞受體鏈鏈TCR ）基因的調(diào)控區(qū)）基因的調(diào)控區(qū)LEF-1是淋巴組織增強(qiáng)子結(jié)合因子是淋巴組織增強(qiáng)子結(jié)合因子lymphoid enhancer binding factor）,本身并不能活化本身并不能活化TCR 基因基因的轉(zhuǎn)錄，它是通過結(jié)合到增強(qiáng)子的小溝內(nèi)，使的轉(zhuǎn)錄，它是通過結(jié)合到增強(qiáng)子的小溝內(nèi)，使DNA彎彎曲約曲約130度而起作用的。度而起作用的。人干擾素人干擾素IFN） 基因上裝配的增強(qiáng)體結(jié)構(gòu)基因上裝配的增強(qiáng)體

54、結(jié)構(gòu)n很多轉(zhuǎn)錄激活因子需要一類輔激活子的很多轉(zhuǎn)錄激活因子需要一類輔激活子的參與才能發(fā)揮激活因子的作用。通過輔參與才能發(fā)揮激活因子的作用。通過輔激活子使激活因子與轉(zhuǎn)錄裝置偶聯(lián)，激激活子使激活因子與轉(zhuǎn)錄裝置偶聯(lián)，激活轉(zhuǎn)錄。因此又被稱為中介因子活轉(zhuǎn)錄。因此又被稱為中介因子4.中介因子中介因子(mediator)或輔激活因子或輔激活因子co-activator ）cAMP應(yīng)答基因應(yīng)答基因RRCC催化亞基催化亞基調(diào)節(jié)亞基調(diào)節(jié)亞基蛋白激酶蛋白激酶APKA）ncAMP productionnPKA activatednPKA translocated into nucleusnCREB (cAMP resp

55、onse element-binding protein) activatednCREB dimerized and bind to CREnGene expression與與CRE元件偶聯(lián)的基因被激活的模型元件偶聯(lián)的基因被激活的模型核受體活化基因的激活模型核受體活化基因的激活模型核受體應(yīng)答基因核受體應(yīng)答基因nCBP直接同核受體的激活結(jié)構(gòu)域相互作用直接同核受體的激活結(jié)構(gòu)域相互作用nCBP結(jié)合于稱為甾體受體輔激活因子結(jié)合于稱為甾體受體輔激活因子SRC的蛋白質(zhì)，同時(shí)的蛋白質(zhì)，同時(shí)CBP接觸基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄裝置接觸基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄裝置（五）（五） 蛋白質(zhì)調(diào)控因子功能的研究方法蛋白質(zhì)調(diào)控因子功能的研究方法電泳遷移后滯

56、分析電泳遷移后滯分析(electrophoresis mobility shift assay, EMSA)1.蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)與DNA的相互作用的相互作用BEMSA原理圖原理圖DNase足跡實(shí)驗(yàn)足跡實(shí)驗(yàn)（footprinting assay）共轉(zhuǎn)錄分析共轉(zhuǎn)錄分析2.轉(zhuǎn)錄激活活性的檢測(cè)轉(zhuǎn)錄激活活性的檢測(cè)構(gòu)建含有待測(cè)轉(zhuǎn)錄因子構(gòu)建含有待測(cè)轉(zhuǎn)錄因子X編碼基因的表達(dá)性質(zhì)粒編碼基因的表達(dá)性質(zhì)粒構(gòu)建含有蛋白構(gòu)建含有蛋白X結(jié)合位結(jié)合位點(diǎn)和報(bào)告基因的質(zhì)粒點(diǎn)和報(bào)告基因的質(zhì)粒X結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)報(bào)告基因報(bào)告基因X編碼基因編碼基因兩種質(zhì)粒同時(shí)兩種質(zhì)粒同時(shí)轉(zhuǎn)染宿主細(xì)胞轉(zhuǎn)染宿主細(xì)胞測(cè)定報(bào)告基測(cè)定報(bào)告基因表達(dá)產(chǎn)物因表達(dá)產(chǎn)物蛋白蛋白X報(bào)告基因報(bào)告基因表達(dá)產(chǎn)物表達(dá)產(chǎn)物酵母雙雜交系統(tǒng)酵母雙雜交系統(tǒng)（yeast two-hybrid assay）n研究蛋白質(zhì)相互作用的非常有效的分子生物研究蛋白質(zhì)相互作用的非常有效的分子生物學(xué)方法學(xué)方法n酵母轉(zhuǎn)錄因子酵母轉(zhuǎn)錄因子Gal4具有兩個(gè)結(jié)構(gòu)上可分的，具有兩個(gè)結(jié)構(gòu)上可分的，功能上相對(duì)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)域：功能上相對(duì)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)域：DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域結(jié)合結(jié)構(gòu)域BD和轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域和轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域AD）基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子啟動(dòng)子啟動(dòng)子UA