基因的表達(dá)調(diào)控（課堂PPT）

1、1第七章第七章 基因的表達(dá)調(diào)控基因的表達(dá)調(diào)控2基因的表達(dá)調(diào)控包括 轉(zhuǎn)錄前基因水平的調(diào)控 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控 翻譯水平的調(diào)控 翻譯后蛋白質(zhì)的加工34（一） 轉(zhuǎn)錄前基因水平的調(diào)控 染色質(zhì)的丟失：不可逆 核的全能性（totipotency）：細(xì)胞核內(nèi)保存了個(gè)體發(fā)育所必需的全部基因 基因擴(kuò)增(gene amplification)：增加基因的拷貝數(shù) 非洲爪蟾卵母細(xì)胞rRNA基因卵裂時(shí)，擴(kuò)增2000倍，達(dá)1012個(gè)核糖體 藥物：誘導(dǎo)抗藥性基因的擴(kuò)增；腫瘤細(xì)胞：原癌基因拷貝數(shù)異常增加 基因重排(gene rearrangement)： 如免疫球蛋白基因重排，多樣性一、一、真核生物基因表達(dá)的調(diào)

2、控真核生物基因表達(dá)的調(diào)控567 DNA甲基化(DNA methylation)：mCpG，即“CpG島(CpG-rich islands)” 甲基化(methylated)程度高，基因表達(dá)降低； 去甲基化(undermethylated)：基因表達(dá)增加; 基因組的甲基化模式可影響表型并能通過體影響表型并能通過體細(xì)胞遺傳，但不該變細(xì)胞的基因型，這種現(xiàn)細(xì)胞遺傳，但不該變細(xì)胞的基因型，這種現(xiàn)象稱為象稱為后生遺后生遺 傳（傳（epigenetic）。屬于表觀遺傳現(xiàn)象。 DNA甲基化與基因表達(dá)在兩種水平控制基因的活性;(局部或大范圍) 酵母與果蠅基因組中未能檢測到任何甲基化CpG;（一） 轉(zhuǎn)錄前基因水平

3、的調(diào)控89DNA甲基化與X染色體失活 雌性胎生哺乳動(dòng)物細(xì)胞中兩條X染色體之一在發(fā)育早期隨機(jī)失活（囊胚期），這就是“劑量補(bǔ)償”效應(yīng)。 X染色體失活中心(X-chromosome inactivation center,Xic):包含辨別X染色體數(shù)目的信息和Xist基因(Xi-specific transcript) 染色體失活調(diào)控是一種反義轉(zhuǎn)錄調(diào)控模式。表觀遺傳現(xiàn)象之一XistX染色體其他位點(diǎn)甲基化，不轉(zhuǎn)錄活性去甲基化，活性去甲基化，轉(zhuǎn)錄失活甲基化，失活10基因組通過DNA的甲基化永久性關(guān)閉選定的基因 在個(gè)體發(fā)育與細(xì)胞分化過程中，當(dāng)某些基因已經(jīng)完成預(yù)定的表達(dá)程序后必需永久性關(guān)閉。這一任務(wù)可以通過

4、DNA甲基化促使染色質(zhì)的重建完成。11染色質(zhì)重塑染色質(zhì)重塑 在基因表達(dá)的復(fù)制和重組等過程中，對應(yīng)基因尤其是基因的調(diào)控區(qū)染色質(zhì)的包裝狀態(tài)，核小體和組蛋白及對應(yīng)的DNA分子會(huì)發(fā)生一系列的變化，這些變化就是所謂染色體重塑（chromatin remodeling） 。 染色質(zhì)重塑被廣泛用于描述在基因組調(diào)節(jié)過程中所發(fā)生的一系列染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化。 染色質(zhì)重塑的基本生化特點(diǎn)是染色質(zhì)的一定區(qū)域?qū)怂崦该舾行缘母淖?。對?yīng)的物理改變是核小體的位置和狀態(tài)的改變。 表觀遺傳現(xiàn)象之一。12DNADNA甲基化與染色質(zhì)重建甲基化與染色質(zhì)重建MeCP2與DNA結(jié)合后核小體開始裝配并壓縮間隔DNA，轉(zhuǎn)錄裝置與RNA多聚酶接近

5、MeCP2。MeCP2可能征召轉(zhuǎn)錄抑制因子，或可能征召轉(zhuǎn)錄抑制因子，或者組蛋白去乙?；?，或者其它與者組蛋白去乙?；?，或者其它與核小體互作的染色質(zhì)修飾復(fù)合物使核小體互作的染色質(zhì)修飾復(fù)合物使染色質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邮湛s的狀態(tài)并驅(qū)染色質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邮湛s的狀態(tài)并驅(qū)使轉(zhuǎn)錄裝置與使轉(zhuǎn)錄裝置與RNA多聚酶脫離多聚酶脫離DNA。MeCP2從甲基化DNA區(qū)段向鄰近染色質(zhì)擴(kuò)展，直接將轉(zhuǎn)錄裝置與RNA多聚酶從DNA中排除，使染色質(zhì)處于更為抑制的狀態(tài)。含有甲基化CpG DNA結(jié)合功能域的MeCP2在遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄裝置和RNA多聚酶的位置與裸露DNA中已甲基化的順序結(jié)合。非特異非特異性與性與5-mCpG結(jié)合的結(jié)合的抑制因抑制因子子

6、 13遺傳烙印遺傳烙印 基因組印記（基因組印記（genomic imprinting）或遺傳烙記）或遺傳烙記是一種不符合孟德爾遺傳的表觀遺傳現(xiàn)象表觀遺傳現(xiàn)象。它是指來自父方和母方的等位基因在通過精子和卵子傳遞給子代時(shí)發(fā)生了某種修飾，這種作用使其后代僅表達(dá)父源或母源等位基因的一種。 如老鼠基因組中，編碼IGF-II（insulin-like growth factor II，類胰島素生長因子II）的等位基因如果來自父親可表達(dá)，若來自母親則沉默。原因在于卵子的IGF-II基因被甲基化，而精子IGF-II基因未甲基化，因而接合子中這兩個(gè)等位基因的行為不同。14 迄今為止已在人類及老鼠中鑒定了約30個(gè)

7、具遺傳印記的基因，其中有不少成員在細(xì)胞分化與個(gè)體發(fā)育中起重要作用。 植物中異源多倍體油菜的核仁顯性則決定于不同親本rRNA基因的甲基化狀態(tài)。異源多倍體油菜的一個(gè)親本種B.rapa的rRNA基因在雜種細(xì)胞正常表達(dá)，但B.oleracea的rRNA基因則被抑制。 B.oleracea的rRNA基因沉默起因于甲基化15 DNADNA甲基化與基因組表達(dá)程序化甲基化與基因組表達(dá)程序化 16 基因組去甲基化與肌肉細(xì)胞分化基因組去甲基化與肌肉細(xì)胞分化17甲基化組甲基化組 近年來人們對高等生物基因組甲基化在基因表達(dá)與調(diào)控中的重要作用表現(xiàn)出極大的興趣與關(guān)注，提出了一個(gè)專門的名詞用來描述活細(xì)胞 中 基 因 組 甲

8、 基 化 的 狀 態(tài) 甲 基 化 組（Methylome），并認(rèn)為它們與轉(zhuǎn)錄物組和蛋白質(zhì)組一樣對闡明基因組活性具有同等意義。 18 組蛋白組蛋白修飾修飾 組蛋白修飾是組蛋白修飾是表觀遺傳學(xué)表觀遺傳學(xué)研究的重要內(nèi)容。研究的重要內(nèi)容。 組蛋白中被修飾氨基酸的種類、位置和修飾類型組蛋白中被修飾氨基酸的種類、位置和修飾類型被稱為被稱為組蛋白密碼組蛋白密碼（histone codehistone code），它決定了），它決定了基因表達(dá)調(diào)控的狀態(tài)?；虮磉_(dá)調(diào)控的狀態(tài)。 而且與而且與DNADNA密碼不同，組蛋白密碼和它的解碼機(jī)制密碼不同，組蛋白密碼和它的解碼機(jī)制在動(dòng)物、植物和真菌類中不同。在動(dòng)物、植物和真

9、菌類中不同。 組蛋白的修飾作用包括乙?；⒓谆?、磷酸化、組蛋白的修飾作用包括乙?；?、甲基化、磷酸化、泛素化、類泛素化、糖基化等。泛素化、類泛素化、糖基化等。19 如組蛋白的乙?；腿旧w重塑有直接聯(lián)系。氨如組蛋白的乙?；腿旧w重塑有直接聯(lián)系。氨基酸修飾的結(jié)果使組蛋白的負(fù)電荷改變，減弱其基酸修飾的結(jié)果使組蛋白的負(fù)電荷改變，減弱其與與DNADNA的結(jié)合能力。這些修飾降低了組蛋白對的結(jié)合能力。這些修飾降低了組蛋白對DNADNA的親和性，也減弱了核小體之間的相互作用，從的親和性，也減弱了核小體之間的相互作用，從而使轉(zhuǎn)錄因子易于接觸而使轉(zhuǎn)錄因子易于接觸DNADNA靶位。異染色質(zhì)中的組靶位。異染色質(zhì)中

10、的組蛋白是未乙?；?，因而保持致密結(jié)構(gòu)。蛋白是未乙?；?，因而保持致密結(jié)構(gòu)。 核小體組蛋白修飾不僅涉及基因表達(dá)調(diào)控，而且核小體組蛋白修飾不僅涉及基因表達(dá)調(diào)控，而且在在DNADNA復(fù)制、修復(fù)、染色質(zhì)重塑等中也起重要作用。復(fù)制、修復(fù)、染色質(zhì)重塑等中也起重要作用。 20 真核生物中基因表達(dá)在很大程度上受到染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響，組蛋白及其它包裝蛋白并非只是簡單的結(jié)構(gòu)成分，它們也參與基因的表達(dá)調(diào)控。 染色質(zhì)結(jié)構(gòu)至少在2方面對基因表達(dá)施加影響：1)染色體的某一區(qū)段包裝程度決定該區(qū)段的基因是否表達(dá)；2)假如某一基因可以接觸，基因所在的核小體位置及其周邊環(huán)境會(huì)影響到該基因的表達(dá)。染色質(zhì)染色質(zhì)(chromati

11、n)(chromatin)或染色體或染色體(chromosome)(chromosome)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)對基因表達(dá)的調(diào)控對基因表達(dá)的調(diào)控21位置效應(yīng)位置效應(yīng) 基因的表達(dá)要求轉(zhuǎn)錄因子與調(diào)控順序基因的表達(dá)要求轉(zhuǎn)錄因子與調(diào)控順序結(jié)合，它不僅與核小體的狀態(tài)有關(guān)，也涉結(jié)合，它不僅與核小體的狀態(tài)有關(guān)，也涉及基因所在的染色質(zhì)區(qū)段的高級結(jié)構(gòu)。及基因所在的染色質(zhì)區(qū)段的高級結(jié)構(gòu)。 當(dāng)染色質(zhì)處在致密收縮狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)錄當(dāng)染色質(zhì)處在致密收縮狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)錄因子無法與染色質(zhì)包裹的因子無法與染色質(zhì)包裹的DNADNA接觸，基因接觸，基因被關(guān)閉。這種因染色體不同區(qū)段的結(jié)構(gòu)而被關(guān)閉。這種因染色體不同區(qū)段的結(jié)構(gòu)而影響基因表達(dá)的現(xiàn)象稱為影響基因

12、表達(dá)的現(xiàn)象稱為位置效應(yīng)位置效應(yīng) 或位置或位置效應(yīng)斑，其也屬于一種效應(yīng)斑，其也屬于一種表觀遺傳現(xiàn)象表觀遺傳現(xiàn)象。22 位于正常位置的酵母ADE2基因在所有細(xì)胞中表達(dá)。當(dāng)該基因處在靠近染色體末端時(shí)，該基因在大多數(shù)細(xì)胞中被關(guān)閉。ADE2基因沉默的細(xì)胞腺嘌呤合成受阻，使中間產(chǎn)物積累細(xì)胞變?yōu)榧t色。圖中酵母克隆的邊緣有少量白色細(xì)胞，這是因?yàn)槠渲谐聊珹DE2基因發(fā)生自發(fā)變異重新表達(dá)。 位置效應(yīng)位置效應(yīng)23 果蠅白色基因（white）在野生型時(shí)具有紅眼表型。當(dāng)染色體區(qū)段發(fā)生倒位使white基因靠近異染色質(zhì)時(shí)，果蠅的眼睛變?yōu)榧t白相間。白眼表示white基因已經(jīng)沉默，紅眼說明該基因仍在表達(dá)。因?yàn)楫惾旧|(zhì)對附近基因

13、的抑制效應(yīng)受發(fā)育階段影響，影響減弱時(shí)基因仍具活性24 座位控制區(qū)（座位控制區(qū)（LCRLCR）這是一段100 kb的人類染色體，含有5個(gè)球蛋白基因和一個(gè)座位控制區(qū)（locus control region，LCR）。LCR對下游的球蛋白基因的表達(dá)有重要影響，如果LCR發(fā)生突變可使球蛋白基因沉默。25絕緣子（絕緣子（insulatorinsulator） 由增強(qiáng)子介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄激活是真核生物基因表由增強(qiáng)子介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄激活是真核生物基因表達(dá)調(diào)控的主要方式。達(dá)調(diào)控的主要方式。 增強(qiáng)子的作用有一顯著特點(diǎn)，即可增強(qiáng)子的作用有一顯著特點(diǎn)，即可遠(yuǎn)距離雙遠(yuǎn)距離雙向向控制基因的轉(zhuǎn)錄?？刂苹虻霓D(zhuǎn)錄。 有許多差別表達(dá)的基

14、因彼此相鄰，位于增強(qiáng)有許多差別表達(dá)的基因彼此相鄰，位于增強(qiáng)子可以影響的范圍之內(nèi)。從距離推測，某些增子可以影響的范圍之內(nèi)。從距離推測，某些增強(qiáng)子可能會(huì)不加區(qū)別地作用于其它的基因，但強(qiáng)子可能會(huì)不加區(qū)別地作用于其它的基因，但實(shí)際上這類事件并未發(fā)生?；蚪M采取何種方實(shí)際上這類事件并未發(fā)生?；蚪M采取何種方法來防止這類錯(cuò)誤呢？法來防止這類錯(cuò)誤呢？26染色質(zhì)位置阻隔效應(yīng)染色質(zhì)位置阻隔效應(yīng) 1985 1985年，年，UdvardyUdvardy等在果蠅染色體等在果蠅染色體87A787A7條帶熱激蛋白基條帶熱激蛋白基因 座 的 兩 側(cè) 發(fā) 現(xiàn) 了 兩 段 取 名 為因 座 的 兩 側(cè) 發(fā) 現(xiàn) 了 兩 段 取

15、名 為 s c s s c s 和和scs(specialized chronatin structures, scs(specialized chronatin structures, 特化染特化染色質(zhì)區(qū)色質(zhì)區(qū)) )的順序。的順序。scsscs和和scs scs 長分別為長分別為350 bp 350 bp 和和 200 200 bpbp，對，對DNAase I DNAase I 有高度抗性。這兩個(gè)序列的兩側(cè)均有有高度抗性。這兩個(gè)序列的兩側(cè)均有DNAase IDNAase I超敏位點(diǎn)，各為超敏位點(diǎn)，各為100 bp100 bp27 果蠅絕緣子（果蠅絕緣子（insulatorinsulator）

16、將將scsscs置于控制眼睛顏色的基因兩側(cè)然后導(dǎo)置于控制眼睛顏色的基因兩側(cè)然后導(dǎo)入果蠅，轉(zhuǎn)化的果蠅品系不管轉(zhuǎn)基因位于入果蠅，轉(zhuǎn)化的果蠅品系不管轉(zhuǎn)基因位于何處，均可產(chǎn)生類似的表型，說明何處，均可產(chǎn)生類似的表型，說明scsscs可使可使轉(zhuǎn)基因免受內(nèi)源染色質(zhì)的轉(zhuǎn)基因免受內(nèi)源染色質(zhì)的“位置影響位置影響” ” 。這種可以阻止鄰近位置激活或失活效應(yīng)的這種可以阻止鄰近位置激活或失活效應(yīng)的順序現(xiàn)在稱之為順序現(xiàn)在稱之為絕緣子絕緣子（insulatorinsulator）。）。28 絕緣子HS4具有增強(qiáng)子阻隔效應(yīng)，它將晚期類紅細(xì)胞（erythroid cell）專一性表達(dá)球蛋白調(diào)控順序與早期類紅細(xì)胞（erythr

17、oid cell）專一性表達(dá)葉酸（folate）受體基因的調(diào)控順序相互隔離，并可阻止位于這兩個(gè)基因之間收縮的染色質(zhì)向外擴(kuò)展。位于-球蛋白基因下游的絕緣子3 HS將-球蛋白基因與odorant 受體基因隔離。 雞雞-球蛋白基因座位結(jié)構(gòu)圖球蛋白基因座位結(jié)構(gòu)圖絕緣子具有普遍性絕緣子具有普遍性 29 絕緣子BEAD（blocking element alpha/delta）將差別表達(dá)的TCR 和TCR 基因增強(qiáng)子彼此隔開，互不干擾 人類人類TCR/座位座位30（二）轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 最重要 順式作用元件(cis-acting element) 反式作用因子(trans-acting factor) 轉(zhuǎn)錄

18、起始的調(diào)控31啟動(dòng)子啟動(dòng)子沉默子沉默子增強(qiáng)子增強(qiáng)子a. a. 啟動(dòng)子：啟動(dòng)子：RNARNA聚合酶和基本轉(zhuǎn)錄因子識別和結(jié)合的部位，聚合酶和基本轉(zhuǎn)錄因子識別和結(jié)合的部位， 它們在啟動(dòng)子上組裝成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物它們在啟動(dòng)子上組裝成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物b. b. 增強(qiáng)子：長度為增強(qiáng)子：長度為100-200bp100-200bp的含有特異的重復(fù)的的含有特異的重復(fù)的DNADNA短片短片 段，是一些特異的轉(zhuǎn)錄活化因子結(jié)合部位，可段，是一些特異的轉(zhuǎn)錄活化因子結(jié)合部位，可 增強(qiáng)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄活性。增強(qiáng)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄活性。c. c. 沉默子：為負(fù)性調(diào)控元件。特異的蛋白質(zhì)因子與沉默子沉默子：為負(fù)性調(diào)控元件。特異的蛋白質(zhì)因子

19、與沉默子 結(jié)合后可抑制基因轉(zhuǎn)錄起始。結(jié)合后可抑制基因轉(zhuǎn)錄起始。 順式作用元件: DNA上的一段特定序列，可以和 轉(zhuǎn)錄因子特異性結(jié)合。非編碼序列3233.真核基因啟動(dòng)子真核基因啟動(dòng)子 真核生物有3類RNA聚合酶，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄3類不同的啟動(dòng)子。 34 由RNA聚合酶I負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄的rRNA基因，啟動(dòng)子（I類）比較單一，由轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)附近的兩部分序列構(gòu)成。第一部分是核心啟動(dòng)子（core promoter），由-45+20位核苷酸組成，單獨(dú)存在時(shí)就足以起始轉(zhuǎn)錄。另一部分由-170-107位序列組成，稱為上游調(diào)控元件，能有效地增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄效率。 35 由RNA聚合酶負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄的是5SrRNA、tRNA和某些核內(nèi)小分子

20、RNA（snRNA），其啟動(dòng)子（類）組成較復(fù)雜，又可被分為三個(gè)亞類。兩類5S rRNA和tRNA基因的啟動(dòng)子是內(nèi)部啟動(dòng)子（internal promoter），位于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)的下游，都由兩部分組成。第三類啟動(dòng)子由三個(gè)部分組成，位于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游。 36由RNA聚合酶II負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄的II類基因包括所有蛋白質(zhì)編碼基因和部分snRNA基因，后者的啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)與III類基因啟動(dòng)子中的第三種類型相似，編碼蛋白質(zhì)的II類基因啟動(dòng)子在結(jié)構(gòu)上有共同的保守序列。轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)沒有廣泛的序列同源性，但第一個(gè)堿基為腺嘌呤，而兩側(cè)是嘧啶堿基。這個(gè)區(qū)域被稱為起始子（initiator， Inr），序列可表示為Py2CAP

21、y5。Inr元件位于-3+5。僅由Inr元件組成的啟動(dòng)子是具有可被RNA聚合酶II識別的最簡單啟動(dòng)子形式。多數(shù)II類啟動(dòng)子有一個(gè)被稱為TATA盒的共有序列，通常處于-30區(qū)，相對于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)的位置比較固定。TATA盒存在于所有真核生物中，TATA盒是一個(gè)保守的七堿基對，其序列為： 37 也有一些II類啟動(dòng)子不含有TATA盒，這樣的啟動(dòng)子稱為無TATA盒啟動(dòng)子。 3839401.2 增強(qiáng)子增強(qiáng)子 增強(qiáng)子及其對轉(zhuǎn)錄的影響增強(qiáng)子及其對轉(zhuǎn)錄的影響 增強(qiáng)子是指能使和它連鎖的基因轉(zhuǎn)錄頻率明顯增加的DNA序列。作為基因表達(dá)的重要調(diào)節(jié)元件，增強(qiáng)子通常具有下列性質(zhì)： 1) 增強(qiáng)效應(yīng)十分明顯，一般能使基因轉(zhuǎn)錄頻

22、率增加10-200倍。經(jīng)人巨大細(xì)胞病毒增強(qiáng)子增強(qiáng)后的珠蛋白基因表達(dá)頻率比該基因正常轉(zhuǎn)錄高600-1000倍!2) 增強(qiáng)效應(yīng)與其位置和取向無關(guān)，不論增強(qiáng)子以什么方向排列（53或35），甚至和基因相距3 kp，或在基因下游，均表現(xiàn)出增強(qiáng)效應(yīng)；41 3) 大多為重復(fù)序列，一般長約50bp，適合與某些蛋白因子結(jié)合。其內(nèi)部常含有一個(gè)核心序列：（G）TGGA/TA/TA/T（G），是產(chǎn)生增強(qiáng)效應(yīng)時(shí)所必需的； 4) 增強(qiáng)效應(yīng)有嚴(yán)密的組織和細(xì)胞特異性，說明只有特定的蛋白質(zhì)（轉(zhuǎn)錄因子）參與才能發(fā)揮其功能；5) 沒有基因?qū)Ｒ恍?，可以在不同的基因組合上表現(xiàn)增強(qiáng)效應(yīng)；6) 許多增強(qiáng)子還受外部信號的調(diào)控，如金屬硫蛋白的

23、基因啟動(dòng)區(qū)上游所帶的增強(qiáng)子，就可以對環(huán)境中的鋅、鎘濃度做出反應(yīng)。 42 增強(qiáng)子的作用原理是什么呢？增強(qiáng)子的作用原理是什么呢？一種觀點(diǎn)認(rèn)為，增強(qiáng)子為轉(zhuǎn)錄因子提供進(jìn)入啟動(dòng)子區(qū)的位點(diǎn)。第二種認(rèn)為，增強(qiáng)子能改變?nèi)旧|(zhì)的構(gòu)象。因?yàn)樵鰪?qiáng)子區(qū)域容易發(fā)生從B-DNA到Z-DNA的構(gòu)象變化。 4344 增強(qiáng)子的功能是可以累加的。增強(qiáng)子的功能是可以累加的。SV40增強(qiáng)子序列可以被分為兩半，每一半序列本身作為增強(qiáng)子功能很弱，但合在一起，即使其中間插入一些別的序列，仍然是一個(gè)有效的增強(qiáng)子。因此，要使一個(gè)增強(qiáng)子失活必須在多個(gè)位點(diǎn)上造成突變。對SV40增強(qiáng)子而言，沒有任何單個(gè)的突變可以使其活力降低10倍。 452. 2.

24、 反式作用因子：反式作用因子： 與順式作用元件特異結(jié)合的蛋白質(zhì)，可調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄與順式作用元件特異結(jié)合的蛋白質(zhì)，可調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄活性活性 轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子 啟動(dòng)子啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因增強(qiáng)子增強(qiáng)子沉默子沉默子轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子 RNARNA聚合酶聚合酶IIIImRNAmRNA46反式作用因子(trans-acting factor) 概念：為DNA結(jié)合蛋白，核內(nèi)蛋白，可使鄰近基因開放（正調(diào)控）或關(guān)閉（負(fù)調(diào)控） 通用或基本轉(zhuǎn)錄因子(general transcription factors)RNA聚合酶結(jié)合啟動(dòng)子所必需的一組蛋白因子。 TFA、 TFB、 TFD、 TFE等 特異轉(zhuǎn)錄因子( speci

25、al transcription factors)個(gè)別基因轉(zhuǎn)錄所必需的轉(zhuǎn)錄因子. OCT-2：在淋巴細(xì)胞中特異性表達(dá)，識別Ig基因的啟動(dòng)子和增強(qiáng)子。4748反式作用因子特點(diǎn) 三個(gè)功能結(jié)構(gòu)域：DNA識別結(jié)合域(DNA-binding domain)；轉(zhuǎn)錄活性域(transcriptional activation domain)；結(jié)合其他蛋白的結(jié)合域 能識別并結(jié)合順式作用元件(cis-acting element) 正調(diào)控與負(fù)調(diào)控492.1 DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域結(jié)合結(jié)構(gòu)域基序基序 a. Helix-turn-helix（螺（螺旋旋-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋）。是最早發(fā)螺旋）。是最早發(fā)現(xiàn)于原核生物中的一個(gè)關(guān)鍵現(xiàn)

26、于原核生物中的一個(gè)關(guān)鍵因子，該結(jié)構(gòu)域長約因子，該結(jié)構(gòu)域長約20個(gè)個(gè)aa，主要是兩個(gè)主要是兩個(gè)-螺旋區(qū)和將其螺旋區(qū)和將其隔開的隔開的轉(zhuǎn)角。其中的一個(gè)被轉(zhuǎn)角。其中的一個(gè)被稱為識別螺旋區(qū)，因?yàn)樗７Q為識別螺旋區(qū)，因?yàn)樗３в袛?shù)個(gè)直接與常帶有數(shù)個(gè)直接與DNA序列序列相識別的氨基酸。相識別的氨基酸。 50 b. Zinc finger（鋅指）。長約30個(gè)aa，其中4個(gè)氨基酸（Cys或2個(gè)Cys，兩個(gè)His）與一個(gè)Zinc原子相結(jié)合。與Zinc結(jié)合后鋅指結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定。 51 c. Homeodomain（同源域），最早來自控制軀體發(fā)育的基因，長約60個(gè)氨基酸，其中的DNA結(jié)合區(qū)與 helix-turn-h

27、elix motif相似，人們把該DNA序列稱為homeobox。主要與DNA大溝相結(jié)合。 52d. Leucine zippers（亮氨酸拉鏈）是親脂性（amphipathic）的螺旋，包含有許多集中在螺旋一邊的疏水氨基酸，兩條多肽鏈以此形成二聚體。每隔6個(gè)殘基出現(xiàn)一個(gè)亮氨酸。由賴氨酸（Lys）和精氨酸（Arg）組成DNA結(jié)合區(qū)。 5354e. 堿性螺旋-環(huán)-螺旋（basic helix-loop-helix）該調(diào)控區(qū)長約50個(gè)aa殘基，同時(shí)具有DNA結(jié)合和形成蛋白質(zhì)二聚體的功能，其主要特點(diǎn)是可形成兩個(gè)親脂性-螺旋，兩個(gè)螺旋之間由環(huán)狀結(jié)構(gòu)相連，其DNA結(jié)合功能是由一個(gè)較短的富堿性氨基酸區(qū)所決

28、定的。 552.2 DNA結(jié)合蛋白主要結(jié)合蛋白主要轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域 轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域（transcription activation domains）一般由20-100個(gè)氨基酸殘基組成。如GAL4分子中有2個(gè)這種結(jié)構(gòu)域，分別位于多肽鏈的第147-196位和第768-881位；GCN4的轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域位于多肽鏈的第106-125位。a. 酸性-螺旋(acidic -helix)該結(jié)構(gòu)域含有由酸性氨基酸殘基組成的保守序列，多呈帶負(fù)電荷的親脂性-螺旋，包含這種結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄因子有GAL4、GCN4、糖皮質(zhì)激素受體和AP-1/Jun等。增加激活區(qū)的負(fù)電荷數(shù)能提高激活轉(zhuǎn)錄的水平?？赡苁峭ㄟ^非特

29、異性的相互作用與轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物上的TFIID等因子結(jié)合生成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)錄復(fù)合物而促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。 56 b. 谷氨酰胺豐富區(qū)(glutamine-rich domain)SP1的N末端含有2個(gè)主要的轉(zhuǎn)錄激活區(qū)，氨基酸組成中有25%的谷氨酰胺，很少有帶電荷的氨基酸殘基。酵母的HAP1、HAP2和GAL2及哺乳動(dòng)物的OCT-1、OCT-2、Jun、AP2和SRF也含有這種結(jié)構(gòu)域。 C.脯氨酸豐富區(qū)(proline-rich domain)CTF家族（包括CTF-1、CTF-2、CTF-3）的C末端與其轉(zhuǎn)錄激活功能有關(guān)，含有20%-30%的脯氨酸殘基。 572.3 與已知與已知DNA序列相結(jié)合的反式作用因子序

30、列相結(jié)合的反式作用因子 a. CAAT盒激活因子盒激活因子 CTF（CAAT box transcription factor）家族是能識別CAAT盒的一組轉(zhuǎn)錄因子。這一組因子是由單個(gè)基因通過可變換的剪接而形成的一組mRNA產(chǎn)生的。CTF家族成員對各種CAAT盒有相同的親和力。另一組CAAT區(qū)結(jié)合蛋白被稱為CP，它們是從人的HeLa細(xì)胞中得到的。CP1具有對-球蛋白和腺病毒晚期基因啟動(dòng)子CAAT區(qū)的高親和力，CP2具有對-血纖蛋白原基因啟動(dòng)子CAAT區(qū)的高親和力，而CP3能與腺病毒DNA相結(jié)合。CP族蛋白主要以異源多聚體的形式存在。 58 除了CTF和CP族蛋白能與CAAT區(qū)結(jié)合外，科學(xué)家還從

31、小鼠肝細(xì)胞里發(fā)現(xiàn)兩個(gè)CAAT區(qū)結(jié)合蛋白。CBP對序列GCAAT有較強(qiáng)的親和力，而ACF則對卵清蛋白基因啟動(dòng)子區(qū)的CCAAT有高親和力。因此，在啟動(dòng)區(qū)發(fā)現(xiàn)某個(gè)保守序列，并不等于同一個(gè)蛋白因子參與了該基因的調(diào)控。 對9個(gè)哺乳動(dòng)物類-球蛋白基因和1個(gè)人-球蛋白基因5調(diào)控區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)，幾乎每個(gè)基因都具有CCAAT（-80位左右）區(qū)和TATA（-30左右）區(qū)。 5960 b. TATA區(qū)結(jié)合蛋白 RNA聚合酶II需要與其他轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，才能順利起始轉(zhuǎn)錄。通常把輔助因子需要量最小的啟動(dòng)子稱為一般性啟動(dòng)子（generic promoter），具有組成型表達(dá)特性，這些啟動(dòng)子上游調(diào)控區(qū)及所需轉(zhuǎn)錄因子在絕大多數(shù)甚

32、至全部基因中都是高度保守的。 TBP結(jié)合于DNA的小溝。TBP與DNA的結(jié)合在體外實(shí)驗(yàn)中保護(hù)了大約一圈雙螺旋DNA免受核酸酶的降解，其覆蓋的位置處于-37-25。TAFs的加入延伸了對DNA的覆蓋，整個(gè)TFIID復(fù)合物可覆蓋-45-10區(qū)域。 61 C. GC區(qū)結(jié)合因子 GC區(qū)結(jié)合蛋白SP1是1.0 x105的單體，能與DNA鏈上包括GGGCGG在內(nèi)約20bp的序列特異結(jié)合。在SV40啟動(dòng)子區(qū)，從-70-110的6個(gè)GC區(qū)全部與SP1結(jié)合，所以這個(gè)區(qū)域的DNA不會(huì)被降解。在胸腺嘧啶激酶啟動(dòng)子區(qū)，SP1既與上游的CTF（CAAT區(qū)結(jié)合蛋白）相互作用，又與下游的TFIID緊密相關(guān)。 GC區(qū)對SP1

33、的結(jié)合是必需的，但該序列對于SP1親和力卻很不相同，證明GC區(qū)兩翼序列同樣在SP1的識別及結(jié)合過程中發(fā)揮作用。人們推測GC區(qū)、尤其是多次重復(fù)的GC區(qū)，與基因的永久型表達(dá)有關(guān)。 62 d. 八堿基對元件激活蛋白 八堿基對元件也能被多個(gè)激活蛋白識別。Oct-1是非淋巴樣細(xì)胞中結(jié)合八堿基對元件的轉(zhuǎn)錄激活因子，沒有組織特異性。 Oct-2則是組織特異的激活因子。 一般說來，一個(gè)特定的共有序列元件能被相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子或一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子家族的成員所識別，而相同的元件也能被不同的轉(zhuǎn)錄因子所識別。 633. 轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控 轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成關(guān)鍵： 轉(zhuǎn)錄因子(transcription factor,TF)； 啟

34、動(dòng)子與TF結(jié)合后，才能被RNA pol識別與結(jié)合； -25-30區(qū)：TATA盒64轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控TBP:TATA-binding proteinTAFs:TBP associated factors65轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控 反式作用因子的活性調(diào)節(jié) 合成后即有活性：需要時(shí)合成，可迅速降解 共價(jià)修飾：磷酸化-去磷酸化，糖基化 配體結(jié)合：如激素與受體的結(jié)合 蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用：二聚體 反式作用因子與順式作用元件的結(jié)合66轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控 反式作用因子的作用方式 成環(huán)、扭曲、滑動(dòng)、Oozing等 反式作用因子的組合式調(diào)控作用(conbinatorial gene regulation) 使有限的反式作用因

35、子可以調(diào)控不同基因的表達(dá)67成環(huán)6869反式作用因子與順式作用元件的結(jié)合70組合式調(diào)控作用71(三) 轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控 5端加帽(cap)和3端多聚腺苷酸化(polyA)的調(diào)控意義 使mRNA穩(wěn)定，在轉(zhuǎn)錄過程中不被降解 mRNA的選擇剪接(alternative splicing)對基因表達(dá)的調(diào)控 外顯子選擇(optional exon)、內(nèi)含子選擇(optional intron)、互斥外顯子、內(nèi)部剪接位點(diǎn) mRNA 運(yùn)輸?shù)目刂?、真核生物翻譯多肽的過程是在細(xì)胞質(zhì)中發(fā)生真核生物翻譯多肽的過程是在細(xì)胞質(zhì)中發(fā)生的，所以的，所以受細(xì)胞質(zhì)中調(diào)節(jié)機(jī)制的控制和影響受細(xì)胞質(zhì)中調(diào)節(jié)機(jī)制的控制和影響。如。如果

36、這個(gè)過程被抑制，則已經(jīng)轉(zhuǎn)錄的果這個(gè)過程被抑制，則已經(jīng)轉(zhuǎn)錄的mRNA也不能也不能翻譯成多肽，被迫以失活的狀態(tài)貯存起來。翻譯成多肽，被迫以失活的狀態(tài)貯存起來。二十世紀(jì)五十年代，在遼寧省新金縣出土的已二十世紀(jì)五十年代，在遼寧省新金縣出土的已埋沒千年的古代蓮子，播種后仍能發(fā)芽開花?？陕駴]千年的古代蓮子，播種后仍能發(fā)芽開花?？梢娚徸觾?nèi)的見蓮子內(nèi)的mRNA能長時(shí)間地存活。能長時(shí)間地存活。海膽卵內(nèi)的海膽卵內(nèi)的mRNA在受精前不能進(jìn)行翻譯在受精前不能進(jìn)行翻譯，但一經(jīng)受精，蛋，但一經(jīng)受精，蛋白質(zhì)的合成速度迅即猛增。即使在白質(zhì)的合成速度迅即猛增。即使在放線菌素放線菌素D（阻止（阻止mRNA的轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)錄錄）的作用下，

37、蛋白質(zhì)仍能合成。說明翻譯蛋白質(zhì)的）的作用下，蛋白質(zhì)仍能合成。說明翻譯蛋白質(zhì)的mRNA 模模板早已存在于卵細(xì)胞內(nèi)，受精使之活化了。但當(dāng)海膽受精卵發(fā)育板早已存在于卵細(xì)胞內(nèi)，受精使之活化了。但當(dāng)海膽受精卵發(fā)育到到原腸期后原腸期后，再用放線菌素，再用放線菌素D處理，蛋白質(zhì)的合成就不再進(jìn)行，處理，蛋白質(zhì)的合成就不再進(jìn)行，可見在原腸期以后又重新轉(zhuǎn)錄可見在原腸期以后又重新轉(zhuǎn)錄mRNA了。了。 為什么未受精前海膽卵中的為什么未受精前海膽卵中的mRNA不能進(jìn)行翻譯，受精后又不能進(jìn)行翻譯，受精后又處于活化狀態(tài)？處于活化狀態(tài)？ 據(jù)分析，這種翻譯調(diào)節(jié)機(jī)制之一是據(jù)分析，這種翻譯調(diào)節(jié)機(jī)制之一是卵細(xì)胞卵細(xì)胞mRNA加尾過程

38、加尾過程。許多貯藏在卵細(xì)胞中的許多貯藏在卵細(xì)胞中的mRNA僅具有約僅具有約20個(gè)核苷酸的多聚個(gè)核苷酸的多聚A(poly-A)尾端序列。在生物適宜的發(fā)育時(shí)期，尾端序列。在生物適宜的發(fā)育時(shí)期，被用來翻譯生物被用來翻譯生物所需要的蛋白質(zhì)時(shí)，多聚所需要的蛋白質(zhì)時(shí)，多聚A尾端序列才加長至幾百個(gè)核苷酸。尾端序列才加長至幾百個(gè)核苷酸。受受精過程加長了精過程加長了mRNA多聚多聚A序列，使序列，使mRNA能夠翻譯成蛋白質(zhì)。能夠翻譯成蛋白質(zhì)。742、翻譯起始的調(diào)控、翻譯起始的調(diào)控 阻遏蛋白的調(diào)控：鐵結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白阻遏蛋白的調(diào)控：鐵結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白(regulatory iron-binding protein) 翻譯

39、起始因子的調(diào)控：翻譯起始因子的調(diào)控：eIF-2，血紅素對珠蛋白，血紅素對珠蛋白合成的調(diào)節(jié)合成的調(diào)節(jié) 5AUG對翻譯的調(diào)控作用：減少正常對翻譯的調(diào)控作用：減少正常AUG啟動(dòng)啟動(dòng)翻譯的作用，使翻譯維持在較低水平翻譯的作用，使翻譯維持在較低水平 mRNA 5 端非編碼區(qū)長度對翻譯的影響端非編碼區(qū)長度對翻譯的影響75鐵結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白3376翻譯起始因子(eIF2)的調(diào)控773、mRNA穩(wěn)定性調(diào)節(jié)穩(wěn)定性調(diào)節(jié) 3端非編碼區(qū)結(jié)構(gòu)影響其穩(wěn)定性：端非編碼區(qū)結(jié)構(gòu)影響其穩(wěn)定性：3端富含端富含A和和U的結(jié)構(gòu)，引起的結(jié)構(gòu)，引起mRNA 不穩(wěn)定不穩(wěn)定 蠶蛹羽化成蛾后，需大量蛋白水解酶溶解蠶絲蠶蛹羽化成蛾后，需大量蛋白水解酶

40、溶解蠶絲蛋白，蛋白，mRNA半衰期達(dá)半衰期達(dá)100小時(shí)，其他僅小時(shí)，其他僅2.5小小時(shí)時(shí)4、小分子RNA對翻譯水平的影響5、移碼78 程序性移碼7980蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送（ protein targeting） 蛋白質(zhì)合成后的去向留在胞漿進(jìn)入核、線粒體或其它細(xì)胞器 分泌至體液，輸送至靶器官81二、二、 原核生物基因表達(dá)的調(diào)控原核生物基因表達(dá)的調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控的三個(gè)水平：基因表達(dá)調(diào)控的三個(gè)水平：原核基因表達(dá)調(diào)控主要是在原核基因表達(dá)調(diào)控主要是在轉(zhuǎn)錄水平上轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控。的調(diào)控。82 83原核生物和真核生物轉(zhuǎn)錄的差異原核生物和真核生物轉(zhuǎn)錄的差異 原核生物原核生物 真核生物真核生物 1、一種、一

41、種RNA聚合酶聚合酶 1、多種、多種RNA聚合酶聚合酶2、不同啟動(dòng)子間有相當(dāng)大的同源性、不同啟動(dòng)子間有相當(dāng)大的同源性 2、各種不同啟動(dòng)子間的差異較大、各種不同啟動(dòng)子間的差異較大3、聚合酶直接同啟動(dòng)子結(jié)合、聚合酶直接同啟動(dòng)子結(jié)合 3、聚合酶通過同轉(zhuǎn)錄因子的相互作、聚合酶通過同轉(zhuǎn)錄因子的相互作 用促進(jìn)結(jié)合用促進(jìn)結(jié)合4、沒有增強(qiáng)子、沒有增強(qiáng)子 4、有增強(qiáng)子、有增強(qiáng)子5、轉(zhuǎn)錄的終止由在幾個(gè)、轉(zhuǎn)錄的終止由在幾個(gè)Us前形成莖環(huán)前形成莖環(huán) 5、轉(zhuǎn)錄的終止是靠在轉(zhuǎn)錄過程特殊、轉(zhuǎn)錄的終止是靠在轉(zhuǎn)錄過程特殊 的核酸內(nèi)切酶切割的序列介導(dǎo)的的核酸內(nèi)切酶切割的序列介導(dǎo)的6、啟動(dòng)子通常位于基因的上游、啟動(dòng)子通常位于基因的

42、上游 6、聚合酶、聚合酶的啟動(dòng)子位于被轉(zhuǎn)錄的的啟動(dòng)子位于被轉(zhuǎn)錄的 序列之中序列之中7、轉(zhuǎn)錄單位常常含有多個(gè)基因、轉(zhuǎn)錄單位常常含有多個(gè)基因 7、轉(zhuǎn)錄單位只含一個(gè)基因、轉(zhuǎn)錄單位只含一個(gè)基因84轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的類型轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的類型代謝產(chǎn)物對基因活性的調(diào)節(jié)；代謝產(chǎn)物對基因活性的調(diào)節(jié)； 乳糖操縱子乳糖操縱子弱化子對基因活性的影響；弱化子對基因活性的影響； 如：如：Trp操縱子操縱子降解物對基因活性的調(diào)節(jié)；降解物對基因活性的調(diào)節(jié)； 葡萄糖效應(yīng)（降解物抑制作用）葡萄糖效應(yīng)（降解物抑制作用）細(xì)菌的應(yīng)急反應(yīng)；細(xì)菌的應(yīng)急反應(yīng)；鳥苷四磷酸（鳥苷四磷酸（ppGpp）、）、 鳥苷五磷酸（鳥苷五磷酸（pppGpp）8555P I PP I P操縱序列操縱序列O O終止子終止子33CAPCAP結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)Z ZY YA A阻遏蛋白阻遏蛋白I別乳糖別乳糖（或（或IPTGIPTG）乳糖乳糖mRNAmRNA轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變55P I PP I P操縱序列操縱序列O O終止子終止子33CAPCAP結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)Z ZY YA A阻遏蛋白阻遏蛋白I代謝產(chǎn)物對基因活性的調(diào)節(jié)代謝產(chǎn)物對基因活性的調(diào)節(jié)1.阻遏2.去阻遏86有色氨酸時(shí)，核糖體的移動(dòng)阻止了2、3 莖環(huán)的形成，但3、4莖環(huán)形成，終止轉(zhuǎn)錄無色氨酸時(shí)，核糖體在trp密碼子處停留，形成2、3莖環(huán)，阻止了3、4莖環(huán)的形成，轉(zhuǎn)錄繼續(xù)弱化子