eukaryoticgeneregulationwxj

1、Regulation of Gene Expression in Eukaryotes生物化學(xué)與分子生物學(xué)系基因激活基因激活轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 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)降解等翻譯翻譯翻譯后加工翻譯后加工轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始多階段調(diào)控多階段調(diào)控（Multi-stage） 最關(guān)鍵的一步最關(guān)鍵的一步?生物化學(xué)與分子生物學(xué)系基因表達(dá)的時(shí)間特異性基因表達(dá)的時(shí)間特異性生物化學(xué)與分子生物學(xué)系基因表達(dá)的空間特異性基因表達(dá)的空間特異性第第 一一 節(jié)節(jié)Features of Eukaryotic Gene Regulation真核基因表達(dá)調(diào)控的特征生物化學(xué)與分子生物學(xué)系基因表達(dá)調(diào)控生物化學(xué)

2、與分子生物學(xué)系一、順式作用元件exon1intron1exon nintron n上游上游下游下游轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)增強(qiáng)子增強(qiáng)子沉默子沉默子啟動(dòng)子啟動(dòng)子TATA盒盒GC盒盒CAAT盒盒增強(qiáng)子增強(qiáng)子生物化學(xué)與分子生物學(xué)系一、順式作用元件 存在于基因內(nèi)外，與基因表達(dá)調(diào)控相關(guān)、存在于基因內(nèi)外，與基因表達(dá)調(diào)控相關(guān)、能夠被基因調(diào)控蛋白特異性識(shí)別和結(jié)合的特定能夠被基因調(diào)控蛋白特異性識(shí)別和結(jié)合的特定的的DNA序列稱為序列稱為順式作用元件（順式作用元件（cis-acting elements）。主要包括。主要包括啟動(dòng)子啟動(dòng)子 (pomoter)、增強(qiáng)增強(qiáng)子子 (enhancer)和和沉默子沉默子 (sile

3、ncer) 等。等。生物化學(xué)與分子生物學(xué)系（一） 啟動(dòng)子(promoter)生物化學(xué)與分子生物學(xué)系 TATA盒盒 CAAT盒盒 GC盒盒 增強(qiáng)子增強(qiáng)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)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)真核生物啟動(dòng)子保守序列真核生物啟動(dòng)子保守序列生物化學(xué)與分子生物學(xué)系1. TATA box 真核細(xì)胞的啟動(dòng)子是包括真核細(xì)胞的啟動(dòng)子是包括轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)（轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)（transcription initiation site或或transcription start site）在內(nèi)的、有通在內(nèi)的、有通用轉(zhuǎn)錄因子及用轉(zhuǎn)錄因子及RNA聚合酶組裝、結(jié)合的一段聚合酶組裝

4、、結(jié)合的一段DNA序序列。列。 典型的啟動(dòng)子核心序列（典型的啟動(dòng)子核心序列（core sequences）是在轉(zhuǎn)錄起）是在轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游始位點(diǎn)上游2535 bp處，有一保守的處，有一保守的TATA序列，被稱序列，被稱為為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。TATA盒與原核細(xì)胞的啟動(dòng)子一樣，盒與原核細(xì)胞的啟動(dòng)子一樣，對(duì)對(duì)RNA聚合酶聚合酶II的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)起的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)起定位定位作用作用。 生物化學(xué)與分子生物學(xué)系u有一些編碼蛋白質(zhì)基因有一些編碼蛋白質(zhì)基因不含不含TATA盒或起始子，盒或起始子，多在起始位點(diǎn)上游約多在起始位點(diǎn)

5、上游約100bp內(nèi)含有內(nèi)含有20 50個(gè)核苷酸個(gè)核苷酸的的CG序列，被稱做序列，被稱做CpG島（島（CpG island）。 u此種基因可有多個(gè)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)，此種基因可有多個(gè)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)，可產(chǎn)生含不同可產(chǎn)生含不同5 末端的末端的mRNA。u這些基因大多為低轉(zhuǎn)錄基因，編碼中間代謝酶的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。管家基因。2. CpG island生物化學(xué)與分子生物學(xué)系 3. 啟動(dòng)子上游元件啟動(dòng)子上游元件GC盒盒(GC box) (GGGCGG)CAAT盒盒(CAAT box) (GCCAAT )u啟動(dòng)子上游元件（啟動(dòng)子上游元件（promoter-proximal elemen

6、ts, 或或upstream promoter elements）是一些位于是一些位于TATA盒上游盒上游的的DNA序列，與調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合，調(diào)節(jié)通用轉(zhuǎn)錄因子與序列，與調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合，調(diào)節(jié)通用轉(zhuǎn)錄因子與TATA盒的結(jié)合、盒的結(jié)合、RNA聚合酶與啟動(dòng)子的結(jié)合，以及轉(zhuǎn)聚合酶與啟動(dòng)子的結(jié)合，以及轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成，從而決定基因的轉(zhuǎn)錄效率與專錄起始復(fù)合物的形成，從而決定基因的轉(zhuǎn)錄效率與專一性。一性。u常見的序列是：常見的序列是：生物化學(xué)與分子生物學(xué)系|一些真核細(xì)胞基因含有另一種啟動(dòng)子元件，稱一些真核細(xì)胞基因含有另一種啟動(dòng)子元件，稱為為起始子起始子(initiator,Inr)，決定啟動(dòng)子的強(qiáng)度。決定啟動(dòng)子

7、的強(qiáng)度。 |起始子共有序列起始子共有序列為：（為：（5 ）Y-C-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。 生物化學(xué)與分子生物學(xué)系( (二）增強(qiáng)子決定基因的時(shí)空特異性表達(dá)二）增強(qiáng)子決定基因的時(shí)空特異性表達(dá)增強(qiáng)子（增強(qiáng)子（enhancer）是能夠結(jié)合特異基因調(diào)節(jié)蛋白，促進(jìn)鄰近或遠(yuǎn)是能夠結(jié)合特異基因調(diào)節(jié)蛋白，促進(jìn)鄰近或遠(yuǎn)隔特定基因表達(dá)的隔特定基因表達(dá)的DNA序列。在酵母中，被稱為上序列。在酵母中，被稱為上游活化序列（游活化序列（upstream activator sequences, UAS

8、s）。增強(qiáng)子的作用通常與其所處的位置和方）。增強(qiáng)子的作用通常與其所處的位置和方向無關(guān)。向無關(guān)。生物化學(xué)與分子生物學(xué)系增強(qiáng)子距轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)的距離變化很大，從增強(qiáng)子距轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)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(dòng)子。啟動(dòng)子。 增強(qiáng)子所處位置增強(qiáng)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)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(qiáng)子。列也可含有增強(qiáng)子。很多哺乳動(dòng)物基因受一個(gè)以上的增強(qiáng)子調(diào)控。很多哺乳動(dòng)物基因受一個(gè)以上

9、的增強(qiáng)子調(diào)控。 生物化學(xué)與分子生物學(xué)系（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)百區(qū)中抑制或阻遏基因轉(zhuǎn)錄的一段（數(shù)百bp）DNA序列。沉默序列促進(jìn)局部序列。沉默序列促進(jìn)局部DNA的染色質(zhì)形成致密的染色質(zhì)形成致密結(jié)構(gòu)，從而阻止轉(zhuǎn)錄激活因子結(jié)合結(jié)構(gòu)，從而阻止轉(zhuǎn)錄激活因子結(jié)合DNA，是基因，是基因轉(zhuǎn)錄的負(fù)性調(diào)節(jié)因素。轉(zhuǎn)錄的負(fù)性調(diào)節(jié)因素。生物化學(xué)與分子生物學(xué)系n能夠幫助能夠幫助RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄聚合酶轉(zhuǎn)錄RNA的蛋白質(zhì)統(tǒng)稱的蛋白質(zhì)統(tǒng)稱轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄因子（錄因子（transcription fac

10、tors，TF）。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)錄因子稱為反式作用因子（反式作用因子（trans-acting factor），以順式，以順式作用方式調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄因子稱為作用方式調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄因子稱為順式作順式作用蛋白（用蛋白（cis-acting protein） 。二、反式作用因子生物化學(xué)與分子生物學(xué)系 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生物化學(xué)與分子生物學(xué)系general transcription factorsspecial transcription fac

11、tors（一）轉(zhuǎn)錄因子分類（按功能特性）（一）轉(zhuǎn)錄因子分類（按功能特性）生物化學(xué)與分子生物學(xué)系基本轉(zhuǎn)錄因子基本轉(zhuǎn)錄因子(general transcription factors)是是RNA聚合酶聚合酶結(jié)合結(jié)合啟動(dòng)子啟動(dòng)子所必需的所必需的一組蛋一組蛋白 因 子白 因 子 ， 決 定 三 種， 決 定 三 種RNA(mRNA、tRNA及及rRNA)轉(zhuǎn)錄的類別。轉(zhuǎn)錄的類別。生物化學(xué)與分子生物學(xué)系特異轉(zhuǎn)錄因子特異轉(zhuǎn)錄因子(special transcription factors)為個(gè)別基因轉(zhuǎn)錄所必需，決定該基因的為個(gè)別基因轉(zhuǎn)錄所必需，決定該基因的時(shí)空特異性時(shí)空特異性表達(dá)。表達(dá)。轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)錄激活

12、因子-增強(qiáng)子增強(qiáng)子轉(zhuǎn)錄抑制因子轉(zhuǎn)錄抑制因子-沉默子沉默子生物化學(xué)與分子生物學(xué)系轉(zhuǎn)錄因子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄因子結(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生物化學(xué)與分子生物學(xué)系轉(zhuǎn)錄激活可能作用機(jī)制轉(zhuǎn)錄激活可能作用機(jī)制n介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄相關(guān)蛋白的化學(xué)修飾和構(gòu)象改變介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄相關(guān)蛋白的化學(xué)修飾和構(gòu)象改變n改變啟動(dòng)子周圍的染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變啟動(dòng)子周圍的染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)n招募招募RNARNA聚合酶，促其快速準(zhǔn)確定位聚合酶，促其快速準(zhǔn)確定位生物化學(xué)與分子生物學(xué)系參與參與RNA-pol轉(zhuǎn)錄

13、的轉(zhuǎn)錄的基本轉(zhuǎn)錄因子基本轉(zhuǎn)錄因子 生物化學(xué)與分子生物學(xué)系參與參與RNA-pol轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄的基本轉(zhuǎn)錄因子基本轉(zhuǎn)錄因子 TBP: TATA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白, TAF: TBP輔因子輔因子CTD:RNA聚合酶大亞基羧基末端的結(jié)構(gòu)域聚合酶大亞基羧基末端的結(jié)構(gòu)域蛋白激酶活性，使蛋白激酶活性，使CTD磷磷酸化酸化TFHATPase57（a a） 34（b b）TFE解螺旋酶解螺旋酶30，74TFF促進(jìn)促進(jìn)RNA-pol結(jié)合及作結(jié)合及作為其他因子結(jié)合的橋梁為其他因子結(jié)合的橋梁33TFB穩(wěn)定穩(wěn)定TFD-DNA復(fù)合物復(fù)合物12，19，35TFA輔助輔助TBP-DNA結(jié)合結(jié)合TAF*結(jié)合結(jié)合TATA盒盒TBP*

14、38TFD功功能能亞基組成，分子量亞基組成，分子量(kD)轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子蛋白激酶活性，使蛋白激酶活性，使CTD磷磷酸化酸化TFHATPase57（a a） 34（b b）TFE解螺旋酶解螺旋酶30，74TFF促進(jìn)促進(jìn)RNA-pol結(jié)合及作結(jié)合及作為其他因子結(jié)合的橋梁為其他因子結(jié)合的橋梁33TFB穩(wěn)定穩(wěn)定TFD-DNA復(fù)合物復(fù)合物12，19，35TFA輔助輔助TBP-DNA結(jié)合結(jié)合TAF*結(jié)合結(jié)合TATA盒盒TBP* 38TFD功功能能亞基組成，分子量亞基組成，分子量(kD)轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子生物化學(xué)與分子生物學(xué)系（二）轉(zhuǎn)錄因子含有不同的（二）轉(zhuǎn)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

15、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(shí)介導(dǎo)結(jié)合結(jié)構(gòu)域也可同時(shí)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 生物化學(xué)與分子生物學(xué)系螺旋螺旋-回折回折-螺旋螺旋 （helix-turn-helix，HTH） 生物化學(xué)與分子生物學(xué)系Helix-turn-heli

16、x motifsGENEGalRA TIK D V A R LA G V S V A TV S R V IN-croFG Q TK TA K D LG V Y Q S A IN K A IHP22-croG TQ R A V A K A LG IS D A A V S Q W K EPosition123456789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20alpha - helixturnalpha - helixStructure:about 20 amino acids long2 short alpha helicies ( 7 9 amino acids lo

17、ng)DNA recognition helix (binds specific DNA sequence)Recognition helix and 2nd helix form 90 anglevery short turn ( NOT a beta-turn) Often glycine at start of the turn (helix breaker)生物化學(xué)與分子生物學(xué)系How does the lac repressor bind DNA?DNADNA recognition helixturnSecond alpha helix生物化學(xué)與分子生物學(xué)系同源異型域同源異型域 （

18、homeodomain，HD）生物化學(xué)與分子生物學(xué)系 鋅指結(jié)構(gòu)鋅指結(jié)構(gòu)（Zinc finger）C2H2型鋅指型鋅指生物化學(xué)與分子生物學(xué)系反向平行反向平行片層片層DNA大溝大溝螺旋螺旋Zn2生物化學(xué)與分子生物學(xué)系Zinc-Finger MotifsCCHHZnCCHHZnCCHHZnSeveral subtypes (Cys4, Cys2-His2 )Example: Cys2 His2 typeZinc does not interact with DNAUsually multiple zinc-fingers in a row At least some also bind RNACon

19、sensus sequence:Y,F-X-C-X2-4-C-XXX-F-XXXXX-L-XX-H-X3-5-H生物化學(xué)與分子生物學(xué)系 亮氨酸拉鏈（亮氨酸拉鏈（leucine zipper）生物化學(xué)與分子生物學(xué)系Leucine zippers (bZip)Basic region of the protein binds to DNAMainly act as dimers or other sometimes as other multimersSpecial alpha-helices allow formation of coiled-coil structures.Hydrophobi

20、c residues (Leu) align on one side of the helixExample: Jun and Fos7777生物化學(xué)與分子生物學(xué)系堿性螺旋堿性螺旋-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)生物化學(xué)與分子生物學(xué)系三、真核基因表達(dá)調(diào)控正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)n采用負(fù)性調(diào)節(jié)機(jī)制不經(jīng)濟(jì)采用負(fù)性調(diào)節(jié)機(jī)制不經(jīng)濟(jì)n保證基因表達(dá)調(diào)節(jié)的特異性保證基因表達(dá)調(diào)節(jié)的特異性n保證基因表達(dá)調(diào)節(jié)的精確性保證基因表達(dá)調(diào)節(jié)的精確性第第 二二 節(jié)節(jié)Chromosomal Regulation of Eukaryotic

21、Gene Expression真核基因表達(dá)的染色質(zhì)水平調(diào)控生物化學(xué)與分子生物學(xué)系n常染色質(zhì)（常染色質(zhì)（euchromatin）n異染色質(zhì)（異染色質(zhì)（heterochromatin）n組蛋白密碼（組蛋白密碼（histone code）n染色質(zhì)重塑（染色質(zhì)重塑（chromatin remodeling）基本概念生物化學(xué)與分子生物學(xué)系 結(jié)構(gòu)松弛，分散分布在核內(nèi)的染色質(zhì)，對(duì)結(jié)構(gòu)松弛，分散分布在核內(nèi)的染色質(zhì)，對(duì)DNase I敏感，敏感，DNA可降解為約可降解為約200 bp 或其倍數(shù)的片斷；或其倍數(shù)的片斷；基因基因表達(dá)處于活性狀態(tài)，表達(dá)處于活性狀態(tài)，故亦稱為故亦稱為活性染色質(zhì)活性染色質(zhì)。 使用使用DNa

22、se I處理活性染色質(zhì)時(shí)，常會(huì)出現(xiàn)一些高處理活性染色質(zhì)時(shí)，常會(huì)出現(xiàn)一些高敏感位點(diǎn)敏感位點(diǎn)(hypersensitive sites)，通常位于轉(zhuǎn)錄基因的，通常位于轉(zhuǎn)錄基因的5和和3 側(cè)翼轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)的蛋白結(jié)合位點(diǎn)附近的裸露側(cè)翼轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)的蛋白結(jié)合位點(diǎn)附近的裸露DNA上。上。常染色質(zhì)（常染色質(zhì)（euchromatin）生物化學(xué)與分子生物學(xué)系異染色質(zhì)異染色質(zhì)（heterochromatin） 結(jié)構(gòu)高度致密，處于凝聚狀態(tài)的染色質(zhì)，對(duì)結(jié)構(gòu)高度致密，處于凝聚狀態(tài)的染色質(zhì)，對(duì)DNase I不敏感。不敏感?；虮磉_(dá)處于阻遏狀態(tài)基因表達(dá)處于阻遏狀態(tài)。組成性異染色質(zhì)組成性異染色質(zhì) （constitutive he

23、terochromatin） ：所有細(xì)胞，整個(gè)細(xì)胞周期都存在的異染色質(zhì)。其所有細(xì)胞，整個(gè)細(xì)胞周期都存在的異染色質(zhì)。其DNA不含基不含基因，因而一直保持凝聚狀態(tài)。因，因而一直保持凝聚狀態(tài)。兼性異染色質(zhì)（兼性異染色質(zhì)（facultative heterochromatin）：）：在特定細(xì)胞，生長(zhǎng)發(fā)育的特定階段，由常染色質(zhì)凝聚轉(zhuǎn)變成在特定細(xì)胞，生長(zhǎng)發(fā)育的特定階段，由常染色質(zhì)凝聚轉(zhuǎn)變成的異染色質(zhì)。的異染色質(zhì)。生物化學(xué)與分子生物學(xué)系染色質(zhì)重塑（染色質(zhì)重塑（chromatin remodeling） 通過改變基因的啟動(dòng)子和調(diào)節(jié)序列區(qū)域的染色通過改變基因的啟動(dòng)子和調(diào)節(jié)序列區(qū)域的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，稱

24、為質(zhì)結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，稱為染色質(zhì)重塑染色質(zhì)重塑 ,也稱為也稱為核小體重塑核小體重塑 (nucleosome remodeling)。主要包括：主要包括：CpG島甲基化島甲基化 組蛋白共價(jià)修飾組蛋白共價(jià)修飾生物化學(xué)與分子生物學(xué)系 CpG島甲基化使島甲基化使DNA結(jié)構(gòu)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,其甲基化程度與基其甲基化程度與基因表達(dá)活性呈反比關(guān)系因表達(dá)活性呈反比關(guān)系 。1、CpG島甲基化島甲基化生物化學(xué)與分子生物學(xué)系2、組蛋白共價(jià)修飾、組蛋白共價(jià)修飾 組蛋白修飾包括組蛋白的組蛋白修飾包括組蛋白的乙酰化乙?；?、甲基化甲基化、磷酸磷酸化化、泛素化泛素化和和多聚多聚ADP-核糖基化核糖基化。這些多樣化的修。這些多

25、樣化的修飾及其時(shí)空的組合可以使組蛋白與飾及其時(shí)空的組合可以使組蛋白與DNA的親和力改變，的親和力改變，改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而影響生物學(xué)功能。因此被稱改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而影響生物學(xué)功能。因此被稱為為組蛋白密碼（組蛋白密碼（histone code）。生物化學(xué)與分子生物學(xué)系47H2AH4H3H2BH2BH2AH3H4H3H2A生物化學(xué)與分子生物學(xué)系48 Nucleosome Structure Wikipedia生物化學(xué)與分子生物學(xué)系49Anatomy of Nucleosome and Histone Chaperons Ransom (2010) Cell生物化學(xué)與分子生物學(xué)系50Histo

26、ne modification Zhou (2011) Nat Rev Genet 生物化學(xué)與分子生物學(xué)系生物化學(xué)與分子生物學(xué)系核小體重塑：核小體重塑： ATP依賴性核小體重塑復(fù)合體參與的依賴性核小體重塑復(fù)合體參與的核小體的核小體的移位移位、替換替換和和去組裝去組裝改變等。改變等。核小體重塑過程：核小體重塑過程： 基因活化蛋白結(jié)合；基因活化蛋白結(jié)合； ATP依賴性酶蛋白復(fù)合體結(jié)合轉(zhuǎn)錄活性區(qū)；依賴性酶蛋白復(fù)合體結(jié)合轉(zhuǎn)錄活性區(qū)； ATP依賴性酶水解依賴性酶水解ATP，提供能量；，提供能量； 移去或替換核小體。移去或替換核小體。3、核小體重塑（、核小體重塑（nucleosome remodeling

27、）生物化學(xué)與分子生物學(xué)系53Nucleosome Remodeling Kasten (2011) Cell生物化學(xué)與分子生物學(xué)系54Chromatin remodelers are ATP-dependent machines that act to alter the local structure of chromatin by repositioning (or sliding), ejecting or incorporating nucleosomes, histone variant replacing, or to be platform to recruit chromati

28、n-associated proteins such as DNMT, HDAC, etc.During DNA replication, for example, a group of chromatin remodellers act to insert nucleosomes into the newly forming chromatin fiber. SWI/SNF (switch/sucrose nonfermentable) and CHD (chromodomain helicase DNA-binding) family proteins can trigger ejecti

29、on of a nucleosome (top left). ISWI (imitation switch) family proteins, can slide a nucleosome (top right). INO80 (inositol-requiring 80) family proteins exchange histone dimers (histone variants or modified histones), having a local impact on chromatin activity. Modification Types of Nucleosomes du

30、ring Cellular Processes SWI/SNF, Or, CHDINO80ISWIAlexandre (2011) Nat Rev Mol Cell Biol生物化學(xué)與分子生物學(xué)系55Chromatin Remodeling Determines Transcription On / Off Zhou (2011) Nat Rev Genet repositioning 生物化學(xué)與分子生物學(xué)系56Converting between Euchromatin and Heterochromatin Alexandre (2011) Nat Rev Mol Cell Biol Ch

31、romatin Remodeling (Epigenetics) Histone (i) chemical modification : methyl, acetyl, Ub, etc. (ii) histone variant replacement H2AZ, H2AX, H2A, H3.3).DNA methyl modification, CpG.1.Nucleosome repositioning (sliding, ejection, insertion)生物化學(xué)與分子生物學(xué)系57Chromatin in Pluripotent Stem Cell vs Differentiate

32、d CellAlexandre (2011) Nat Rev Mol Cell Biol生物化學(xué)與分子生物學(xué)系58Chromatin Remodeling & Tissue Specificity 4-Types of chromatin remodelersRemodelers vs architecture第第 三三 節(jié)節(jié)Transcriptional Regulation of Eukaryotic Gene Expression真核基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控生物化學(xué)與分子生物學(xué)系 一、轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控一、轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控基因活化蛋白與增強(qiáng)子或基因活化蛋白與增強(qiáng)子或UASs的結(jié)合；的結(jié)合

33、；基本轉(zhuǎn)錄因子在啟動(dòng)子處的組裝；基本轉(zhuǎn)錄因子在啟動(dòng)子處的組裝；輔助激活蛋白輔助激活蛋白(coactivator)和和/或中介子（或中介子（mediator）在基）在基本轉(zhuǎn)錄因子本轉(zhuǎn)錄因子/RNA聚合酶聚合酶II復(fù)合物與基因活化蛋白之間的復(fù)合物與基因活化蛋白之間的輔助和中介作用。輔助和中介作用。 RNA聚合酶聚合酶II與啟動(dòng)子的結(jié)合，即與啟動(dòng)子的結(jié)合，即轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的組裝物的組裝需要諸多蛋白質(zhì)因子的協(xié)同作用。這通常包需要諸多蛋白質(zhì)因子的協(xié)同作用。這通常包括括：生物化學(xué)與分子生物學(xué)系pol-FABPol-FHETBPTAFTATAABTATAHECTD-P參與參與RNA-pol轉(zhuǎn)錄的

34、轉(zhuǎn)錄的基本轉(zhuǎn)錄因子基本轉(zhuǎn)錄因子的組裝的組裝TBPTAF生物化學(xué)與分子生物學(xué)系轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物生物化學(xué)與分子生物學(xué)系生物化學(xué)與分子生物學(xué)系生物化學(xué)與分子生物學(xué)系n修飾修飾n剪接剪接n編輯編輯n定向轉(zhuǎn)運(yùn)定向轉(zhuǎn)運(yùn)n降解降解二、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控二、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控生物化學(xué)與分子生物學(xué)系（一）（一）mRNA 5端加帽和端加帽和3端加尾修飾端加尾修飾除組蛋白外，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端的端的帽帽子子和和3端的端的PolyA尾尾結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 。它們的作用在于：它們的作用在于： 有助于保護(hù)有助于保護(hù)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)

35、合蛋白復(fù)合體參與mRNA和核糖體的結(jié)合來和核糖體的結(jié)合來起始翻譯起始翻譯 。促進(jìn)促進(jìn)mRNA從細(xì)胞核轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞漿；從細(xì)胞核轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞漿；協(xié)助協(xié)助mRNA的剪接。在剪接第一個(gè)外顯子時(shí)，剪接的剪接。在剪接第一個(gè)外顯子時(shí)，剪接體的形成需要帽結(jié)合蛋白的參與；體的形成需要帽結(jié)合蛋白的參與；生物化學(xué)與分子生物學(xué)系（二）選擇性剪接（二）選擇性剪接（alternative RNA splicing）許多初始轉(zhuǎn)錄本可以通過選擇性剪接方式，許多初始轉(zhuǎn)錄本可以通過選擇性剪接方式，去除不同的內(nèi)含子而被加工形成不同的去除不同的內(nèi)含子而被加工形成不同的mRNAs，因而形成不同的多肽。因而形成不同的多肽。 生物化學(xué)與分子生

36、物學(xué)系真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄物選擇性加工的兩種機(jī)制真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄物選擇性加工的兩種機(jī)制 生物化學(xué)與分子生物學(xué)系大鼠降鈣素基因轉(zhuǎn)錄物的選擇性加工大鼠降鈣素基因轉(zhuǎn)錄物的選擇性加工 生物化學(xué)與分子生物學(xué)系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生物化學(xué)與分子生物學(xué)系初始轉(zhuǎn)錄本含有所有選擇性加工途徑所需要初始轉(zhuǎn)錄本含有所有選擇性加工途徑所需要的分子信號(hào)。的分子信號(hào)。一種細(xì)胞偏好何種選擇性加工途徑取決于加一種細(xì)胞偏好何種選擇性加工途徑取決于加工因子工因子RNA結(jié)合蛋白的特異性。結(jié)合蛋白的特異性。 生物化學(xué)與分子生物學(xué)系（三）（三）mRNA編輯編輯n

37、 RNA編輯指轉(zhuǎn)錄后除了選擇性剪接以外的加工導(dǎo)編輯指轉(zhuǎn)錄后除了選擇性剪接以外的加工導(dǎo)致致RNA剪輯序列的改變，導(dǎo)致蛋白質(zhì)產(chǎn)物的氨基剪輯序列的改變，導(dǎo)致蛋白質(zhì)產(chǎn)物的氨基酸序列與基因初級(jí)轉(zhuǎn)錄物的序列不完全對(duì)應(yīng)。酸序列與基因初級(jí)轉(zhuǎn)錄物的序列不完全對(duì)應(yīng)。nRNA編輯最初是在某些原生細(xì)胞線粒體細(xì)胞色素編輯最初是在某些原生細(xì)胞線粒體細(xì)胞色素氧化酶的亞基氧化酶的亞基基因的轉(zhuǎn)錄后加工中發(fā)現(xiàn)，通過基因的轉(zhuǎn)錄后加工中發(fā)現(xiàn)，通過RNA編輯在該基因的初級(jí)轉(zhuǎn)錄物中插入了編輯在該基因的初級(jí)轉(zhuǎn)錄物中插入了4個(gè)尿個(gè)尿嘧啶核苷酸，從而使原來的閱讀框架發(fā)生移動(dòng)。嘧啶核苷酸，從而使原來的閱讀框架發(fā)生移動(dòng)。生物化學(xué)與分子生物學(xué)系原生細(xì)胞線粒體細(xì)胞色素氧化酶亞基基因的轉(zhuǎn)錄后編輯(a)原生細(xì)胞線粒體細(xì)胞色素氧化酶亞基原生細(xì)胞線粒體細(xì)胞色素氧化酶亞基基因的轉(zhuǎn)錄后編輯基因的轉(zhuǎn)錄后編輯(b)指導(dǎo)指導(dǎo)RNA 在在RNA的編輯中的作用的編輯中的作用 (模板作用模板作用)生物化學(xué)與分子生物學(xué)系apo-B基因（載脂蛋白基因（載脂蛋白B基因）的組織特異性表達(dá)基因）的組織特異性表達(dá)5 3 5 3 apo B-100 apo B-48CAAUAA 未編輯的未編輯的RNA 5 3 脫氨基作用的脫氨基作用的RNA編輯編輯（終止密碼子）（終止密碼子）1 4536 1