真核生物基因表達(dá)調(diào)控

1、Why study protein expression?(The steps of gene expression control)NucleusCytosolDNAPrimaryRNA transcriptmRNAmRNAproteinModified proteinTranscriptional controlRNA Processing controlRNATransportcontrolInactive mRNARNADegradationcontrolTranslation controlPost-translationalcontrol(Gygi et al., Mol. Cel

2、ll. Biol., 1990, p.1720-1730)真核生物真核生物基因表達(dá)的調(diào)控基因表達(dá)的調(diào)控10.1 10.1 染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因表達(dá)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因表達(dá)染色質(zhì)是細(xì)胞核中基因組染色質(zhì)是細(xì)胞核中基因組DNADNA與蛋白質(zhì)構(gòu)成的復(fù)合體。染色與蛋白質(zhì)構(gòu)成的復(fù)合體。染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位是核小體。質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位是核小體。10 nm10 nm粗的纖維可以進(jìn)一步盤繞粗的纖維可以進(jìn)一步盤繞成成30 nm30 nm粗的纖維。在分裂期，粗的纖維。在分裂期，30 nm30 nm粗纖維再折疊成具有一定粗纖維再折疊成具有一定形態(tài)結(jié)構(gòu)的染色體。分裂期結(jié)束后，染色體又轉(zhuǎn)化為染色質(zhì)。形態(tài)結(jié)構(gòu)的染色體。分裂期結(jié)束后，

3、染色體又轉(zhuǎn)化為染色質(zhì)。按照功能不同，可將染色質(zhì)劃分為按照功能不同，可將染色質(zhì)劃分為活性染色質(zhì)活性染色質(zhì)和和非活性染色質(zhì)非活性染色質(zhì)。前者是指那些具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)，而后者則用于表示缺乏前者是指那些具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)，而后者則用于表示缺乏轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)。轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)。在結(jié)構(gòu)上，活性染色質(zhì)和非活性染色質(zhì)也有很大的差異。具有在結(jié)構(gòu)上，活性染色質(zhì)和非活性染色質(zhì)也有很大的差異。具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)區(qū)域?yàn)橐环N轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)區(qū)域?yàn)橐环N開放、松散開放、松散的結(jié)構(gòu)。而非活性染的結(jié)構(gòu)。而非活性染色質(zhì)呈現(xiàn)一種色質(zhì)呈現(xiàn)一種高度濃縮的形態(tài)高度濃縮的形態(tài)，轉(zhuǎn)錄機(jī)器不能與其中的啟動(dòng)子，轉(zhuǎn)錄機(jī)器不能與其中的啟動(dòng)子

4、結(jié)合，因而沒有轉(zhuǎn)錄活性。異染色質(zhì)就是一種典型的非活性染結(jié)合，因而沒有轉(zhuǎn)錄活性。異染色質(zhì)就是一種典型的非活性染色質(zhì)。色質(zhì)。10.1.1 10.1.1 位置效應(yīng)位置效應(yīng)位置效應(yīng)（位置效應(yīng)（position effectposition effect）是指一個(gè)基因由于在基因組的位置）是指一個(gè)基因由于在基因組的位置發(fā)生改變，而發(fā)生的表達(dá)上的變化。位置效應(yīng)在果蠅中得到了發(fā)生改變，而發(fā)生的表達(dá)上的變化。位置效應(yīng)在果蠅中得到了詳盡的研究。野生型詳盡的研究。野生型w w+ +基因使果蠅的復(fù)眼呈紅色。有一個(gè)果基因使果蠅的復(fù)眼呈紅色。有一個(gè)果蠅品系，由于染色體倒位使蠅品系，由于染色體倒位使w w+ +基因座靠近著

5、絲粒處的異染色基因座靠近著絲粒處的異染色質(zhì)。質(zhì)。10.1.2 10.1.2 活性染色質(zhì)的特征活性染色質(zhì)的特征與非表達(dá)區(qū)域中核小體結(jié)構(gòu)緊密、間隔規(guī)則相比，活性染色質(zhì)與非表達(dá)區(qū)域中核小體結(jié)構(gòu)緊密、間隔規(guī)則相比，活性染色質(zhì)區(qū)域的核小體組裝較為伸展或不規(guī)則。這樣的一種結(jié)構(gòu)有利于區(qū)域的核小體組裝較為伸展或不規(guī)則。這樣的一種結(jié)構(gòu)有利于轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合，以及轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合，以及RNARNA聚合酶沿模板的滑動(dòng)。在轉(zhuǎn)錄起始聚合酶沿模板的滑動(dòng)。在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)以及某些特殊的區(qū)域，核小體的構(gòu)象變化更為明顯，區(qū)以及某些特殊的區(qū)域，核小體的構(gòu)象變化更為明顯，DNaseDNase I I和微球菌核酸酶等非特異性內(nèi)切酶可用于檢測(cè)

6、這種變化和微球菌核酸酶等非特異性內(nèi)切酶可用于檢測(cè)這種變化。在染色質(zhì)中還存在一些短的對(duì)在染色質(zhì)中還存在一些短的對(duì)DNaseDNase I I的消化十分敏感的區(qū)段，的消化十分敏感的區(qū)段，長(zhǎng)度一般介于長(zhǎng)度一般介于5050200 bp200 bp之間之間，可被極微量的，可被極微量的DNaseDNase I I降解，被降解，被稱為稱為DNaseDNase I I超敏感位點(diǎn)超敏感位點(diǎn)（DNaseDNase I hypersensitivity site I hypersensitivity site）。通過）。通過分析很多基因的染色質(zhì)，發(fā)現(xiàn)分析很多基因的染色質(zhì)，發(fā)現(xiàn)DNaseDNase I I超敏感位點(diǎn)廣

7、泛存在。超敏感位點(diǎn)廣泛存在。每個(gè)活躍表達(dá)的基因都有一個(gè)或幾個(gè)超敏感位點(diǎn)，大部分位于每個(gè)活躍表達(dá)的基因都有一個(gè)或幾個(gè)超敏感位點(diǎn)，大部分位于基因的基因的55調(diào)控區(qū)，少數(shù)位于其他部位，如轉(zhuǎn)錄單位的下游。調(diào)控區(qū)，少數(shù)位于其他部位，如轉(zhuǎn)錄單位的下游。非活性基因的非活性基因的55側(cè)翼區(qū)的對(duì)應(yīng)位點(diǎn)不會(huì)表現(xiàn)出對(duì)側(cè)翼區(qū)的對(duì)應(yīng)位點(diǎn)不會(huì)表現(xiàn)出對(duì)DNaseDNase I I的敏的敏感性。感性。超敏感位點(diǎn)代表著開放的染色質(zhì)區(qū)域，由于組蛋白八聚體的解超敏感位點(diǎn)代表著開放的染色質(zhì)區(qū)域，由于組蛋白八聚體的解離或纏繞方式的改變，這段區(qū)域中的離或纏繞方式的改變，這段區(qū)域中的DNA序列暴露，易受到序列暴露，易受到核酸酶的攻擊。核酸

8、酶的攻擊。對(duì)超敏感位點(diǎn)的最初認(rèn)識(shí)來自對(duì)超敏感位點(diǎn)的最初認(rèn)識(shí)來自SV40微小染色微小染色體的研究。體的研究。SV40的的DNA是是5200 bp的環(huán)狀分子，周長(zhǎng)的環(huán)狀分子，周長(zhǎng)1500 nm。在宿主細(xì)胞的細(xì)胞核中，在宿主細(xì)胞的細(xì)胞核中，SV40形成串珠狀核小體。在它的復(fù)形成串珠狀核小體。在它的復(fù)制起點(diǎn)附近，同時(shí)也是晚期轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子的上游，存在一段制起點(diǎn)附近，同時(shí)也是晚期轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子的上游，存在一段DNase I的超敏感區(qū)域，在的超敏感區(qū)域，在電鏡下電鏡下可直接觀察到該區(qū)域在核小可直接觀察到該區(qū)域在核小體組裝上出現(xiàn)空缺。這段空缺長(zhǎng)約體組裝上出現(xiàn)空缺。這段空缺長(zhǎng)約120 nm（約（約350 bp），無核

9、），無核小體結(jié)構(gòu)小體結(jié)構(gòu)。10.1.3 10.1.3 染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)在原核細(xì)胞中，在原核細(xì)胞中，RNARNA聚合酶和調(diào)節(jié)蛋白可以自由地接近聚合酶和調(diào)節(jié)蛋白可以自由地接近DNADNA。在真核細(xì)胞中，由組蛋白和基因組在真核細(xì)胞中，由組蛋白和基因組DNADNA兩部分組成的染色質(zhì)兩部分組成的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)限制了轉(zhuǎn)錄因子對(duì)結(jié)構(gòu)限制了轉(zhuǎn)錄因子對(duì)DNADNA的接近與結(jié)合，實(shí)際上起著阻遏的接近與結(jié)合，實(shí)際上起著阻遏轉(zhuǎn)錄的作用。基因轉(zhuǎn)錄需要染色質(zhì)發(fā)生一系列重要的變化，如轉(zhuǎn)錄的作用?；蜣D(zhuǎn)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結(jié)構(gòu)，使轉(zhuǎn)錄因子等染色質(zhì)去凝集，核小體變

10、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)合核小體更容易接近并結(jié)合核小體DNADNA。有兩種方式可以顯著改變。有兩種方式可以顯著改變DNADNA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。組蛋白的組蛋白的去乙?；?，則可以使染色質(zhì)凝集，引起基因沉默。去乙酰化，則可以使染色質(zhì)凝集，引起基因沉默。10.1.3.1 10.1.3.1 組蛋白組蛋白N N端尾的修飾對(duì)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)及基因轉(zhuǎn)錄的影響端尾的修飾對(duì)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)及基因轉(zhuǎn)錄的影響核心組蛋白保守的折疊結(jié)構(gòu)域和核心組蛋白保守的折疊結(jié)構(gòu)域和N端尾巴端尾巴HistoneHistone fold: fold:8080個(gè)氨基酸

11、殘基構(gòu)成的保守的區(qū)域由個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成的保守的區(qū)域由3 3個(gè)個(gè)螺旋組成，螺旋間由短的無規(guī)則的環(huán)隔開。螺旋組成，螺旋間由短的無規(guī)則的環(huán)隔開。 組蛋白組蛋白N端尾的修飾作用端尾的修飾作用組蛋白尾含有的幾個(gè)賴氨酸殘基是乙?；奈稽c(diǎn)。核心組蛋白組蛋白尾含有的幾個(gè)賴氨酸殘基是乙?；奈稽c(diǎn)。核心組蛋白賴氨酸的乙?；泻土怂恼姾?，降低了組蛋白尾對(duì)帶負(fù)電賴氨酸的乙?；泻土怂恼姾?，降低了組蛋白尾對(duì)帶負(fù)電荷的荷的DNADNA骨架的親和性，導(dǎo)致局部骨架的親和性，導(dǎo)致局部DNADNA與組蛋白八聚體解開與組蛋白八聚體解開纏繞，從而為參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控的各種蛋白質(zhì)因子與纏繞，從而為參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控的各種蛋白質(zhì)因子與DNA

12、DNA的結(jié)合的結(jié)合創(chuàng)造了條件。組蛋白創(chuàng)造了條件。組蛋白N N端尾對(duì)端尾對(duì)30 nm30 nm纖維的形成是必需的，當(dāng)纖維的形成是必需的，當(dāng)N N端尾被乙?；螅瑥暮诵◇w纖維盤繞成端尾被乙?；螅瑥暮诵◇w纖維盤繞成30 nm30 nm粗纖維的過程將粗纖維的過程將被阻止。異染色質(zhì)中的組蛋白一般不被乙?；?，而具有轉(zhuǎn)錄活被阻止。異染色質(zhì)中的組蛋白一般不被乙?；哂修D(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)常常是高度乙?；?，這些清楚地表明這種類型的性的染色質(zhì)常常是高度乙酰化的，這些清楚地表明這種類型的修飾與修飾與DNADNA的包裝相關(guān)。的包裝相關(guān)。經(jīng)過多年的努力，催化向組蛋白添加乙酰基的組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移經(jīng)過多年的努力，催化向組

13、蛋白添加乙?；慕M蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（酶（histone acetyl transferasehistone acetyl transferase, HAT, HAT）終于在）終于在19961996年被分離出來。年被分離出來。許多組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶是以往鑒定過的激活蛋白或輔激活蛋白許多組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶是以往鑒定過的激活蛋白或輔激活蛋白（coactivatorcoactivator）。）。激活蛋白激活蛋白Gcn4募集輔激活蛋白募集輔激活蛋白Gcn5復(fù)合體指導(dǎo)啟動(dòng)子處組蛋復(fù)合體指導(dǎo)啟動(dòng)子處組蛋白白N端尾的乙?；宋驳囊阴；哪はx的四膜蟲的P P5555蛋白質(zhì)是最先發(fā)現(xiàn)的一種乙酰轉(zhuǎn)移酶。蛋白質(zhì)是最先發(fā)現(xiàn)的

14、一種乙酰轉(zhuǎn)移酶。 組蛋白乙酰化為一可逆過程，乙酰化和去乙?；膭?dòng)態(tài)平衡控組蛋白乙酰化為一可逆過程，乙酰化和去乙?；膭?dòng)態(tài)平衡控制著染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)和基因表達(dá)。組蛋白脫乙酰酶（制著染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)和基因表達(dá)。組蛋白脫乙酰酶（histone deacetylase, HDAC）可去除組蛋白上的乙?；种苹虮恚┛扇コM蛋白上的乙?；种苹虮磉_(dá)。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)組蛋白去乙?；笍娜祟惣?xì)胞中被分離出來后，達(dá)。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)組蛋白去乙酰化酶從人類細(xì)胞中被分離出來后，組蛋白的去乙酰化與基因轉(zhuǎn)錄抑制之間的關(guān)系就建立起來了。組蛋白的去乙酰化與基因轉(zhuǎn)錄抑制之間的關(guān)系就建立起來了。抑制子抑制子Ume6指導(dǎo)指導(dǎo)Sin3復(fù)合體的去磷

15、酸化作用復(fù)合體的去磷酸化作用Ume6：抑制子，阻遏蛋白：抑制子，阻遏蛋白10.1.3.2 10.1.3.2 核小體重塑核小體重塑核小體重塑涉及在基因組一個(gè)較短的區(qū)域中核小體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核小體位置的改變或者或者結(jié)構(gòu)的改變結(jié)構(gòu)的改變，是一個(gè)能量依賴的過程，由，是一個(gè)能量依賴的過程，由核小體重塑復(fù)合核小體重塑復(fù)合體體（chromatin remodeling complex）催化完成催化完成。重塑復(fù)合體。重塑復(fù)合體利用利用ATP水解釋放的能量，介導(dǎo)二種主要的反應(yīng)：（水解釋放的能量，介導(dǎo)二種主要的反應(yīng)：（1）組蛋）組蛋白八聚體沿白八聚體沿DNA滑動(dòng)，從而改變核小體的

16、位置，使轉(zhuǎn)錄因子滑動(dòng)，從而改變核小體的位置，使轉(zhuǎn)錄因子能夠與原來無法靠近的啟動(dòng)子序列結(jié)合；（能夠與原來無法靠近的啟動(dòng)子序列結(jié)合；（2）介導(dǎo)組蛋白重）介導(dǎo)組蛋白重排，在不改變位置的情況下使核小體變成一種較為松散的結(jié)構(gòu)。排，在不改變位置的情況下使核小體變成一種較為松散的結(jié)構(gòu)。下面我們具體考察下面我們具體考察激活蛋白激活蛋白、染色質(zhì)重構(gòu)復(fù)合體染色質(zhì)重構(gòu)復(fù)合體、組蛋白乙酰組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶在激活在激活HOHO基因轉(zhuǎn)錄的過程中的作用?；蜣D(zhuǎn)錄的過程中的作用。酵母酵母HOHO基因編碼一基因編碼一種內(nèi)切核酸酶，介導(dǎo)酵母的交配型轉(zhuǎn)換。種內(nèi)切核酸酶，介導(dǎo)酵母的交配型轉(zhuǎn)換。首先轉(zhuǎn)錄因子首先轉(zhuǎn)錄因子SWI5SW

17、I5與與DNADNA結(jié)合，募集結(jié)合，募集Swi/SnfSwi/Snf復(fù)合體，催化染色質(zhì)重構(gòu)。下一步是組復(fù)合體，催化染色質(zhì)重構(gòu)。下一步是組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶SAGASAGA與與Swi/SnfSwi/Snf結(jié)合催化啟動(dòng)子區(qū)域的組蛋白結(jié)合催化啟動(dòng)子區(qū)域的組蛋白乙?；?，染色質(zhì)變得松散，暴露出另一個(gè)活化子乙?；?，染色質(zhì)變得松散，暴露出另一個(gè)活化子SBFSBF的結(jié)合位的結(jié)合位點(diǎn)。點(diǎn)。SWI5SWI5能夠獨(dú)立與能夠獨(dú)立與DNADNA結(jié)合，然而結(jié)合，然而SWI5SWI5的結(jié)合位點(diǎn)距啟動(dòng)子的結(jié)合位點(diǎn)距啟動(dòng)子都比較遠(yuǎn)，最近的一個(gè)結(jié)合位點(diǎn)距啟動(dòng)子也有都比較遠(yuǎn)，最近的一個(gè)結(jié)合位點(diǎn)距啟動(dòng)子也有1 kb1 kb

18、以上以上, ,不能不能直接激活轉(zhuǎn)錄。直接激活轉(zhuǎn)錄。SBFSBF也有幾個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，它們距距啟動(dòng)子都很近，在也有幾個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，它們距距啟動(dòng)子都很近，在SBFSBF的介的介導(dǎo)下轉(zhuǎn)錄裝置與啟動(dòng)子結(jié)合，激活基因表達(dá)。釀酒酵母以出導(dǎo)下轉(zhuǎn)錄裝置與啟動(dòng)子結(jié)合，激活基因表達(dá)。釀酒酵母以出芽的方式進(jìn)行繁殖，即母細(xì)胞出芽產(chǎn)生一個(gè)子細(xì)胞。芽的方式進(jìn)行繁殖，即母細(xì)胞出芽產(chǎn)生一個(gè)子細(xì)胞。SBFSBF只在只在細(xì)胞周期的適當(dāng)階段具有活性，而細(xì)胞周期的適當(dāng)階段具有活性，而SWI5SWI5僅在母細(xì)胞內(nèi)有活性。僅在母細(xì)胞內(nèi)有活性。由于由于HOHO基因的表達(dá)受兩個(gè)調(diào)節(jié)子的控制，所以基因的表達(dá)受兩個(gè)調(diào)節(jié)子的控制，所以HOHO基因僅在母

19、基因僅在母細(xì)胞和細(xì)胞周期特定的階段表達(dá)。細(xì)胞和細(xì)胞周期特定的階段表達(dá)。 10.1.4 10.1.4 染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的區(qū)間性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的區(qū)間性10.1.4.1 10.1.4.1 絕緣子絕緣子絕緣子（絕緣子（insulatorinsulator）序列首先在果蠅中被發(fā)現(xiàn)，以后又在多種）序列首先在果蠅中被發(fā)現(xiàn)，以后又在多種真核生物的基因組中被鑒定出來。真核生物的基因組中被鑒定出來。19851985年，年，UdvadryUdvadry等在果蠅等在果蠅的基因組中檢測(cè)出了兩個(gè)絕緣子序列，的基因組中檢測(cè)出了兩個(gè)絕緣子序列，scsscs和和scsscs（specialized specialized chromat

20、in structurechromatin structure）。）。scsscs和和scsscs分別位于果蠅多線染色體分別位于果蠅多線染色體S7A7S7A7條帶熱激蛋白基因座的兩側(cè)，長(zhǎng)度分別是條帶熱激蛋白基因座的兩側(cè)，長(zhǎng)度分別是350 bp350 bp和和200 bp200 bp。當(dāng)。當(dāng)受到熱激時(shí)，受到熱激時(shí)，hsp70hsp70基因高水平轉(zhuǎn)錄，在多線染色體上形成一基因高水平轉(zhuǎn)錄，在多線染色體上形成一個(gè)膨泡。個(gè)膨泡。scsscs和和scsscs就位于膨泡的兩端，是膨泡的邊界元件。在就位于膨泡的兩端，是膨泡的邊界元件。在scsscs和和scsscs的外側(cè)是異染色質(zhì)區(qū)域，所以絕緣子能夠抵擋異染色

21、質(zhì)對(duì)熱激的外側(cè)是異染色質(zhì)區(qū)域，所以絕緣子能夠抵擋異染色質(zhì)對(duì)熱激蛋白基因座位的影響，使該座位在結(jié)構(gòu)和功能上都是一個(gè)獨(dú)立蛋白基因座位的影響，使該座位在結(jié)構(gòu)和功能上都是一個(gè)獨(dú)立的區(qū)域。的區(qū)域。 350 bp200 bpS7A7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)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)?？卦?，它具有兩種性質(zhì)。第一，當(dāng)絕緣子位于增強(qiáng)子或者沉第一，當(dāng)絕緣子位于增強(qiáng)子或者沉默子與啟動(dòng)子之間時(shí)可以阻斷它們對(duì)啟動(dòng)子的作用；第二，絕默子與啟動(dòng)子之間時(shí)可以阻斷它們對(duì)啟動(dòng)子的作用；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。緣子可以

22、使其界定的基因的表達(dá)不受位置效應(yīng)的影響。在轉(zhuǎn)基在轉(zhuǎn)基因時(shí)，目的基因整合到染色體上的不同位置，因位置效應(yīng)作用因時(shí)，目的基因整合到染色體上的不同位置，因位置效應(yīng)作用基因的表達(dá)水平差異很大。但是，如果在目的基因的兩側(cè)連接基因的表達(dá)水平差異很大。但是，如果在目的基因的兩側(cè)連接上絕緣子，目的基因往往不受染色體位置效應(yīng)的影響。上絕緣子，目的基因往往不受染色體位置效應(yīng)的影響。10.1.4.2 10.1.4.2 基質(zhì)附著區(qū)（基質(zhì)附著區(qū)（matrixmatrix attachment region attachment region， MAR MAR）在細(xì)胞間期，由絲狀蛋白構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)狀的核基質(zhì)附著于核膜的在細(xì)胞

23、間期，由絲狀蛋白構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)狀的核基質(zhì)附著于核膜的內(nèi)表面。內(nèi)表面。DNA借著于基質(zhì)附著區(qū)（借著于基質(zhì)附著區(qū)（matrix attachment region，MAR）與基質(zhì)蛋白結(jié)合。因?yàn)椋┡c基質(zhì)蛋白結(jié)合。因?yàn)镸AR也被用于附著染色體支架，也被用于附著染色體支架，因此也稱為支架附著區(qū)（因此也稱為支架附著區(qū)（scaffold attachment region, SAR）。這）。這些些MAR/SAR位點(diǎn)長(zhǎng)度為位點(diǎn)長(zhǎng)度為2001000 bp，富含，富含AT（占（占70），），但是沒有明顯的一致序列。具有幾個(gè)連續(xù)腺嘌呤的但是沒有明顯的一致序列。具有幾個(gè)連續(xù)腺嘌呤的DNA序列序列有發(fā)生彎曲的趨勢(shì)。與有發(fā)生

24、彎曲的趨勢(shì)。與MAR位點(diǎn)結(jié)合的核蛋白識(shí)別彎曲的位點(diǎn)結(jié)合的核蛋白識(shí)別彎曲的DNA，而不是特定的序列。，而不是特定的序列。10.1.4.3 10.1.4.3 基因座控制位點(diǎn)基因座控制位點(diǎn)人類的人類的 珠蛋白基因簇長(zhǎng)約珠蛋白基因簇長(zhǎng)約60 Kb60 Kb，含有，含有5 5個(gè)功能基因，排列個(gè)功能基因，排列順序是順序是55 G G A A 33。其中。其中 在胚胎早期表達(dá)，在胚胎早期表達(dá)， G G和和 A A在胎兒時(shí)期表達(dá)，在胎兒時(shí)期表達(dá)， 和和 在成體中表達(dá)。每個(gè)在成體中表達(dá)。每個(gè) 珠蛋白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

25、上游上游12 Kb12 Kb的基因座控制位點(diǎn)（的基因座控制位點(diǎn)（locus control region, LCRlocus control region, LCR）的控）的控制。制。 對(duì)非珠蛋白對(duì)非珠蛋白LCRLCR的研究使我們對(duì)的研究使我們對(duì)LCRLCR的結(jié)構(gòu)和功能有了進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)和功能有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。的認(rèn)識(shí)。LCRLCR由一系列組織特異性的由一系列組織特異性的HSHS位點(diǎn)組成。這些位點(diǎn)組成。這些HSHS位位點(diǎn)并非必需像點(diǎn)并非必需像 珠蛋白珠蛋白LCRLCR的的HSHS位點(diǎn)那樣分布在一段連續(xù)的位點(diǎn)那樣分布在一段連續(xù)的DNADNA片段上。它們可以位于基因簇的上游、下游或者基因之片段上。它們

26、可以位于基因簇的上游、下游或者基因之間。每一間。每一HSHS位點(diǎn)包含一個(gè)位點(diǎn)包含一個(gè)150150300 bp300 bp的核心序列，其中有很的核心序列，其中有很多轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)。人類多轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)。人類CD2 LCRCD2 LCR是建立開放的染色質(zhì)結(jié)是建立開放的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)所必需的，但是沒有增強(qiáng)子的功能。構(gòu)所必需的，但是沒有增強(qiáng)子的功能。10.1.4.4 10.1.4.4 沉默子沉默子在釀酒酵母中，在釀酒酵母中，HMLHML和和HMRHMR位點(diǎn)，以及接近端粒的染色質(zhì)區(qū)位點(diǎn)，以及接近端粒的染色質(zhì)區(qū)域，形成一種抑制性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，因此在轉(zhuǎn)錄上是沉默的。域，形成一種抑制性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，因此在轉(zhuǎn)錄

27、上是沉默的。HMHM位點(diǎn)上的沉默效應(yīng)是由位點(diǎn)兩側(cè)、短的被稱為沉默子的特位點(diǎn)上的沉默效應(yīng)是由位點(diǎn)兩側(cè)、短的被稱為沉默子的特異序列起始的。異序列起始的。 HML的沉默子的沉默子沉默子結(jié)合蛋白通過募集沉默子結(jié)合蛋白通過募集SirSir沉默復(fù)合體沉默復(fù)合體起始沉默過程。起始沉默過程。SirSir沉默沉默復(fù)合體由復(fù)合體由Sir2Sir2， Sir3Sir3和和Sir4Sir4構(gòu)成構(gòu)成。Sir2Sir2是一種是一種NADNAD依賴型組蛋白依賴型組蛋白去乙?；?，去乙?；?，Sir3Sir3和和Sir4Sir4為組蛋白結(jié)合蛋白。一旦被募集到沉默為組蛋白結(jié)合蛋白。一旦被募集到沉默子，子，SirSir復(fù)合體使附

28、近的核小體脫乙?；Ｓ捎趶?fù)合體使附近的核小體脫乙?；?。由于SirSir復(fù)合體自身的復(fù)合體自身的相互作用，以及相互作用，以及SirSir復(fù)合體優(yōu)先結(jié)合于乙?；潭鹊偷慕M蛋白，復(fù)合體優(yōu)先結(jié)合于乙?；潭鹊偷慕M蛋白，新的新的SirSir復(fù)合體就會(huì)被募集到剛剛脫去乙?；暮诵◇w上。于是，復(fù)合體就會(huì)被募集到剛剛脫去乙?；暮诵◇w上。于是，新一輪的核小體去乙?；?、新一輪的核小體去乙酰化、SirSir復(fù)合體與去乙?；暮诵◇w結(jié)合復(fù)合體與去乙酰化的核小體結(jié)合的過程又開始了。的過程又開始了。按照這種方式，按照這種方式，SirSir復(fù)合體介導(dǎo)核小體的去乙復(fù)合體介導(dǎo)核小體的去乙?；饔弥饾u地、沿染色質(zhì)擴(kuò)散，導(dǎo)致酰化

29、作用逐漸地、沿染色質(zhì)擴(kuò)散，導(dǎo)致HMHM位點(diǎn)的異染色質(zhì)化。位點(diǎn)的異染色質(zhì)化。 染色體的端粒重復(fù)序列含有一系列染色體的端粒重復(fù)序列含有一系列Rap1p的結(jié)合位點(diǎn)。的結(jié)合位點(diǎn)。Rap1p募集募集Sir復(fù)合體，起始異染色質(zhì)的生成和擴(kuò)散，最終在染色體復(fù)合體，起始異染色質(zhì)的生成和擴(kuò)散，最終在染色體的近端粒區(qū)形成沉默的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)。的近端粒區(qū)形成沉默的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)。10.2 DNA10.2 DNA甲基化與基因組沉默甲基化與基因組沉默10.2.1 10.2.1 真核生物真核生物DNADNA的甲基化的甲基化DNADNA甲基化是指在甲基化是指在DNADNA甲基化酶（甲基化酶（DNA methyltransferase

30、DNA methyltransferase）的）的作用下，以作用下，以S S腺苷甲硫氨酸為甲基供體腺苷甲硫氨酸為甲基供體，將甲基轉(zhuǎn)移到，將甲基轉(zhuǎn)移到DNADNA分子的胞嘧啶堿基上形成分子的胞嘧啶堿基上形成5- 5-甲基胞嘧啶的過程。胞嘧啶的甲基甲基胞嘧啶的過程。胞嘧啶的甲基化作用不是隨機(jī)的。在脊椎動(dòng)物基因組中胞嘧啶甲基化僅限于化作用不是隨機(jī)的。在脊椎動(dòng)物基因組中胞嘧啶甲基化僅限于5-CG-35-CG-3二核苷酸，植物中僅限于二核苷酸，植物中僅限于5-CG-35-CG-3二核苷酸和二核苷酸和5-CNG-35-CNG-3三核苷酸。三核苷酸。DNA的甲基化反應(yīng)分為兩種類型的甲基化反應(yīng)分為兩種類型脊椎

31、動(dòng)物基因組中僅有脊椎動(dòng)物基因組中僅有不到不到1/4的的CpG位點(diǎn)得以位點(diǎn)得以保留。保留。CpG島島在基因組中，在基因組中，CpG二核苷酸并非隨機(jī)分布，基因組的某些區(qū)域二核苷酸并非隨機(jī)分布，基因組的某些區(qū)域其其CpG二核苷酸的水平比平均值高二核苷酸的水平比平均值高1020倍，這些倍，這些CpG富集區(qū)富集區(qū)被定義為被定義為CpG島。島。 10.2.2 DNA10.2.2 DNA甲基化與基因沉默甲基化與基因沉默基因沉默是指細(xì)胞以相對(duì)非特異性的方式關(guān)閉基因的表達(dá)，它基因沉默是指細(xì)胞以相對(duì)非特異性的方式關(guān)閉基因的表達(dá)，它可以影響一個(gè)基因、一個(gè)基因簇、染色體的一個(gè)區(qū)段甚至整條可以影響一個(gè)基因、一個(gè)基因簇、

32、染色體的一個(gè)區(qū)段甚至整條染色體。染色體。 DNADNA甲基化可以引起基因沉默。甲基化可以引起基因沉默。甲基化的生物學(xué)效應(yīng)是由各種甲基化的生物學(xué)效應(yīng)是由各種mCpG結(jié)合蛋白（結(jié)合蛋白（methyl-CpG-binding proteins, MeCP）介導(dǎo)的。）介導(dǎo)的。 10.2.3 DNA10.2.3 DNA甲基化與基因組印記甲基化與基因組印記在一個(gè)二倍體細(xì)胞中，常染色體基因有兩個(gè)拷貝，一個(gè)來自父在一個(gè)二倍體細(xì)胞中，常染色體基因有兩個(gè)拷貝，一個(gè)來自父本，一個(gè)來自母本。多數(shù)情況下，兩個(gè)基因在功能上是等價(jià)，本，一個(gè)來自母本。多數(shù)情況下，兩個(gè)基因在功能上是等價(jià)，它們?cè)诒磉_(dá)水平上具有可比性。但在少數(shù)情

33、況下，二倍體細(xì)胞它們?cè)诒磉_(dá)水平上具有可比性。但在少數(shù)情況下，二倍體細(xì)胞核中同源染色體上的一對(duì)等位基因中只有一個(gè)可以表達(dá)，另一核中同源染色體上的一對(duì)等位基因中只有一個(gè)可以表達(dá)，另一個(gè)因甲基化而沉默，這種現(xiàn)象就是基因印記，就如同基因被打個(gè)因甲基化而沉默，這種現(xiàn)象就是基因印記，就如同基因被打上了親代的印記。對(duì)一些印記基因來說，來源于父本的等位基上了親代的印記。對(duì)一些印記基因來說，來源于父本的等位基因不表達(dá)，來源于母本的基因表達(dá)。對(duì)另一些印記基因來說，因不表達(dá)，來源于母本的基因表達(dá)。對(duì)另一些印記基因來說，情況剛好相反情況剛好相反?！坝∮浻∮洝笔紫缺挥脕砻枋鲆环N遺傳事件。首先被用來描述一種遺傳事件。In

34、 Pseudococcids or In Pseudococcids or mealybugs (Homoptera, Coccoidea)mealybugs (Homoptera, Coccoidea)雌性和雄性都是由受精卵發(fā)育雌性和雄性都是由受精卵發(fā)育來的。在雌體中，所有的染色體都保持常染色質(zhì)狀態(tài)，是有功來的。在雌體中，所有的染色體都保持常染色質(zhì)狀態(tài)，是有功能的。然而，將發(fā)育成雄性個(gè)體的胚胎在第六次卵裂以后，有能的。然而，將發(fā)育成雄性個(gè)體的胚胎在第六次卵裂以后，有一組染色體轉(zhuǎn)變?yōu)楫惾旧|(zhì)，并且，以后在大多數(shù)組織中一直一組染色體轉(zhuǎn)變?yōu)楫惾旧|(zhì)，并且，以后在大多數(shù)組織中一直保持這種狀態(tài)。因此，

35、雄性個(gè)體在功能上是一個(gè)單倍體。在昆保持這種狀態(tài)。因此，雄性個(gè)體在功能上是一個(gè)單倍體。在昆蟲中，印記被用來描述雄性個(gè)體中一個(gè)親本基因組的失活，涉蟲中，印記被用來描述雄性個(gè)體中一個(gè)親本基因組的失活，涉及到性別決定及到性別決定。在人類和小鼠中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了在人類和小鼠中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了100100個(gè)印記基因。研究得比較透徹個(gè)印記基因。研究得比較透徹的兩個(gè)例子是人類的的兩個(gè)例子是人類的Igf2Igf2基因（基因（insulin-like growth facotr-2insulin-like growth facotr-2）和）和H19H19基因。基因。Igf2Igf2編碼胰島素生長(zhǎng)因子編碼胰島素生長(zhǎng)因子2 2

36、，參與細(xì)胞間信號(hào)傳遞，參與細(xì)胞間信號(hào)傳遞，它和它和H19H19位于人類第位于人類第1111號(hào)染色體上相互鄰近的位置。在細(xì)胞內(nèi)，號(hào)染色體上相互鄰近的位置。在細(xì)胞內(nèi)，位于父本來源的同源染色體上的位于父本來源的同源染色體上的Igf2Igf2基因是活化的，位于母本基因是活化的，位于母本來源的來源的Igf2Igf2基因被關(guān)閉?；虮魂P(guān)閉。H19H19基因的情況剛好相反：來自母方基因的情況剛好相反：來自母方的拷貝處于工作狀態(tài)，來自父方的拷貝則處于關(guān)閉狀態(tài)。的拷貝處于工作狀態(tài)，來自父方的拷貝則處于關(guān)閉狀態(tài)?；蚪M印記是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程。哺乳動(dòng)物在配子形成的過程中，基因組印記是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程。哺乳動(dòng)物在配子形成

37、的過程中，整個(gè)基因組要建立新的甲基化模式：首先，整個(gè)基因組去甲基整個(gè)基因組要建立新的甲基化模式：首先，整個(gè)基因組去甲基化；然后，雌、雄配子再分別形成性別特異性的甲基化模式?；蝗缓?，雌、雄配子再分別形成性別特異性的甲基化模式。因此，帶有親代基因組印記的子代個(gè)體，其自身產(chǎn)生的配子會(huì)因此，帶有親代基因組印記的子代個(gè)體，其自身產(chǎn)生的配子會(huì)消除原有的印記并產(chǎn)生新的印記。消除原有的印記并產(chǎn)生新的印記。10.2.4 X10.2.4 X染色體失活染色體失活10.3 10.3 真核生物的特異性轉(zhuǎn)錄因子真核生物的特異性轉(zhuǎn)錄因子真核生物蛋白質(zhì)編碼基因的表達(dá)不但需要通用轉(zhuǎn)錄因子，也需真核生物蛋白質(zhì)編碼基因的表達(dá)不但

38、需要通用轉(zhuǎn)錄因子，也需要特異性轉(zhuǎn)錄因子。特異性轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合于啟動(dòng)子的上游元件，要特異性轉(zhuǎn)錄因子。特異性轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合于啟動(dòng)子的上游元件，或者結(jié)合于遠(yuǎn)離啟動(dòng)子的增強(qiáng)子元件，對(duì)基因的表達(dá)進(jìn)行調(diào)控。或者結(jié)合于遠(yuǎn)離啟動(dòng)子的增強(qiáng)子元件，對(duì)基因的表達(dá)進(jìn)行調(diào)控。一個(gè)典型的特異性轉(zhuǎn)錄因子具有下面一個(gè)典型的特異性轉(zhuǎn)錄因子具有下面3 3個(gè)基本特征：個(gè)基本特征：1. 1. 應(yīng)答一種特異性信號(hào)，激活一個(gè)或者一組基因。應(yīng)答一種特異性信號(hào)，激活一個(gè)或者一組基因。2. 2. 與大多數(shù)蛋白質(zhì)不同，轉(zhuǎn)錄因子能夠進(jìn)入細(xì)胞核，識(shí)別并結(jié)與大多數(shù)蛋白質(zhì)不同，轉(zhuǎn)錄因子能夠進(jìn)入細(xì)胞核，識(shí)別并結(jié)合于合于DNADNA分子上特異性序列。分子上特異

39、性序列。3. 3. 直接或間接地與轉(zhuǎn)錄起始裝置發(fā)生作用。直接或間接地與轉(zhuǎn)錄起始裝置發(fā)生作用。10.3.1 10.3.1 轉(zhuǎn)錄因子的分離、鑒定轉(zhuǎn)錄因子的分離、鑒定10.3.1.1 10.3.1.1 利用生物化學(xué)的方法分離轉(zhuǎn)錄因子利用生物化學(xué)的方法分離轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子能夠與調(diào)控元件特異性結(jié)合，所以一旦分離出基因的轉(zhuǎn)錄因子能夠與調(diào)控元件特異性結(jié)合，所以一旦分離出基因的調(diào)控元件，就可以利用這一性質(zhì)把轉(zhuǎn)錄因子從細(xì)胞核中分離來調(diào)控元件，就可以利用這一性質(zhì)把轉(zhuǎn)錄因子從細(xì)胞核中分離來。應(yīng)用應(yīng)用DNA親和層析法純化轉(zhuǎn)錄因子親和層析法純化轉(zhuǎn)錄因子利用體外轉(zhuǎn)錄技術(shù)檢測(cè)所分離的利用體外轉(zhuǎn)錄技術(shù)檢測(cè)所分離的轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄

40、因子10.3.1.2 10.3.1.2 利用遺傳學(xué)的方法鑒定編碼轉(zhuǎn)錄因子的基因利用遺傳學(xué)的方法鑒定編碼轉(zhuǎn)錄因子的基因以以GAL4GAL4基因的分離為例基因的分離為例在酵母中，編碼轉(zhuǎn)錄因子的基因是通過遺傳分析的手段確定的。在酵母中，編碼轉(zhuǎn)錄因子的基因是通過遺傳分析的手段確定的。下面我們以下面我們以GAL4GAL4基因的分離為例加以說明。當(dāng)酵母菌在含有半基因的分離為例加以說明。當(dāng)酵母菌在含有半乳糖的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)時(shí)，細(xì)胞內(nèi)參與半乳糖代謝的基因的表達(dá)水乳糖的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)時(shí)，細(xì)胞內(nèi)參與半乳糖代謝的基因的表達(dá)水平要升高平要升高10001000倍以上。然而，在倍以上。然而，在gal4gal4突變體中，這些基

41、因的表達(dá)突變體中，這些基因的表達(dá)并不升高。并不升高。 采用突變分析技術(shù)，可以鑒定出半乳糖誘導(dǎo)基因的上游激活序采用突變分析技術(shù)，可以鑒定出半乳糖誘導(dǎo)基因的上游激活序列（列（upstream activation sequence, UASupstream activation sequence, UAS），它們均含有一個(gè)或多），它們均含有一個(gè)或多個(gè)拷貝的個(gè)拷貝的17 bp17 bp序列，該序列被稱為序列，該序列被稱為UASUASGALGAL。當(dāng)把一個(gè)拷貝的。當(dāng)把一個(gè)拷貝的UASUASGALGAL插入到插入到TATATATA盒上游，盒上游，TATATATA盒下游連接一個(gè)盒下游連接一個(gè)LacZLac

42、Z報(bào)道報(bào)道基因，在野生型細(xì)胞中報(bào)道基因的表達(dá)受半乳糖的誘導(dǎo)，然而基因，在野生型細(xì)胞中報(bào)道基因的表達(dá)受半乳糖的誘導(dǎo)，然而在在gal4gal4突變體中突變體中LacZLacZ基因不受半乳糖的誘導(dǎo)。這說明基因不受半乳糖的誘導(dǎo)。這說明UASUASGALGAL是受轉(zhuǎn)錄因子是受轉(zhuǎn)錄因子Gal4Gal4激活的轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件。激活的轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件。通過互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)分離出通過互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)分離出GAL4GAL4基因。利用重組基因。利用重組DNADNA技術(shù)，在大腸桿技術(shù)，在大腸桿菌細(xì)胞中表達(dá)菌細(xì)胞中表達(dá)GAL4GAL4蛋白，發(fā)現(xiàn)蛋白，發(fā)現(xiàn)Gal4Gal4蛋白與蛋白與UASUASGALGAL序列結(jié)合。序列結(jié)合。10.3.2 10

43、.3.2 轉(zhuǎn)錄因子的功能域轉(zhuǎn)錄因子的功能域 一系列的研究表明，一系列的研究表明，Gal4Gal4蛋白有兩種不同的功能域：蛋白有兩種不同的功能域：DNADNA結(jié)結(jié)合域（合域（DNA-binding domainDNA-binding domain）與特異性的）與特異性的DNADNA序列相互作用；序列相互作用；激活域（激活域（activation domainactivation domain）與其他的蛋白質(zhì)相互作用從而刺激）與其他的蛋白質(zhì)相互作用從而刺激從鄰近啟動(dòng)子開始的轉(zhuǎn)錄。在這些實(shí)驗(yàn)中，研究人員檢測(cè)了從鄰近啟動(dòng)子開始的轉(zhuǎn)錄。在這些實(shí)驗(yàn)中，研究人員檢測(cè)了galgal4 4的各種缺失突變對(duì)蛋白質(zhì)

44、的功能產(chǎn)生的影響。實(shí)驗(yàn)所用的的各種缺失突變對(duì)蛋白質(zhì)的功能產(chǎn)生的影響。實(shí)驗(yàn)所用的受體細(xì)胞缺少受體細(xì)胞缺少GAL4GAL4基因，這樣就可以排除內(nèi)源的野生型基因，這樣就可以排除內(nèi)源的野生型Gal4Gal4蛋白對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾。蛋白對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾。有關(guān)有關(guān)Gal4Gal4含有轉(zhuǎn)錄激活區(qū)進(jìn)一步的證據(jù)來自結(jié)構(gòu)域交換實(shí)驗(yàn)含有轉(zhuǎn)錄激活區(qū)進(jìn)一步的證據(jù)來自結(jié)構(gòu)域交換實(shí)驗(yàn)（domain swappingdomain swapping）。把）。把Gal4Gal4激活結(jié)構(gòu)域與大腸桿菌激活結(jié)構(gòu)域與大腸桿菌LexALexA的的DNADNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域融合。結(jié)合結(jié)構(gòu)域融合。LexALexA具有一個(gè)具有一個(gè)N-N-末端末端DNADNA

45、結(jié)合結(jié)構(gòu)域，結(jié)合結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域?qū)Ｒ恍缘嘏c該結(jié)構(gòu)域?qū)Ｒ恍缘嘏clexAlexA操縱序列結(jié)合。在這些研究中，把一操縱序列結(jié)合。在這些研究中，把一個(gè)報(bào)道基因引入酵母細(xì)胞，而報(bào)道基因的上游插入了個(gè)報(bào)道基因引入酵母細(xì)胞，而報(bào)道基因的上游插入了lexAlexA操縱操縱基因。這時(shí)，報(bào)道基因并不表達(dá)基因。這時(shí)，報(bào)道基因并不表達(dá)。 接下來，把編碼接下來，把編碼LexALexA DNA DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域的序列與編碼結(jié)合結(jié)構(gòu)域的序列與編碼Gal4Gal4激活激活結(jié)構(gòu)域的序列連接在一起，構(gòu)成一個(gè)融合基因，并把融合基因結(jié)構(gòu)域的序列連接在一起，構(gòu)成一個(gè)融合基因，并把融合基因?qū)氲浇湍讣?xì)胞。在細(xì)胞內(nèi)，融合基因表達(dá)，產(chǎn)生的融

46、合蛋白導(dǎo)入到酵母細(xì)胞。在細(xì)胞內(nèi)，融合基因表達(dá)，產(chǎn)生的融合蛋白由來自于一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的由來自于一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的DNADNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域和來自于另一轉(zhuǎn)錄因結(jié)合結(jié)構(gòu)域和來自于另一轉(zhuǎn)錄因子的激活結(jié)構(gòu)域構(gòu)成。融合蛋白的子的激活結(jié)構(gòu)域構(gòu)成。融合蛋白的DNADNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域結(jié)合到結(jié)合結(jié)構(gòu)域結(jié)合到LexALexA操縱基因上，它的激活結(jié)構(gòu)域激活報(bào)道基因的轉(zhuǎn)錄。所以，操縱基因上，它的激活結(jié)構(gòu)域激活報(bào)道基因的轉(zhuǎn)錄。所以，轉(zhuǎn)錄激活因子中的轉(zhuǎn)錄激活因子中的DNADNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域和轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域在序列上結(jié)合結(jié)構(gòu)域和轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域在序列上是彼此隔開的，彼此獨(dú)立地折疊成不同的三維結(jié)構(gòu)，并且可以是彼此隔開的，彼此獨(dú)立地折疊成不同的三

47、維結(jié)構(gòu)，并且可以獨(dú)立地發(fā)揮作用。獨(dú)立地發(fā)揮作用。 10.3.2.1 DNA10.3.2.1 DNA結(jié)合域結(jié)合域（1 1）螺旋轉(zhuǎn)角螺旋結(jié)構(gòu)域（）螺旋轉(zhuǎn)角螺旋結(jié)構(gòu)域（helix-turn-helix domain)helix-turn-helix domain) 與很多序列特異性與很多序列特異性DNADNA結(jié)合蛋白一樣，螺旋轉(zhuǎn)角螺旋蛋結(jié)合蛋白一樣，螺旋轉(zhuǎn)角螺旋蛋白也是以二聚體的形式與白也是以二聚體的形式與DNADNA結(jié)合的。二聚體的結(jié)合位點(diǎn)通結(jié)合的。二聚體的結(jié)合位點(diǎn)通常為反向重復(fù)序列，兩個(gè)對(duì)稱的單體分別結(jié)合到一個(gè)半位點(diǎn)上。常為反向重復(fù)序列，兩個(gè)對(duì)稱的單體分別結(jié)合到一個(gè)半位點(diǎn)上。果蠅的同源異型基因（

48、果蠅的同源異型基因（homeotichomeotic genes genes）對(duì)果蠅的胚胎發(fā)育十分）對(duì)果蠅的胚胎發(fā)育十分重要。同源異型基因發(fā)生突變，會(huì)使果蠅身體的一部分轉(zhuǎn)變成重要。同源異型基因發(fā)生突變，會(huì)使果蠅身體的一部分轉(zhuǎn)變成另一部分。同源異型基因編碼的蛋白質(zhì)都有一段保守的由另一部分。同源異型基因編碼的蛋白質(zhì)都有一段保守的由6060個(gè)個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成的序列，被稱為同源異型域（氨基酸殘基構(gòu)成的序列，被稱為同源異型域（homeodomain，HDHD）。同源異性域可以形成螺旋轉(zhuǎn)角螺旋結(jié)構(gòu)。具有）。同源異性域可以形成螺旋轉(zhuǎn)角螺旋結(jié)構(gòu)。具有HDHD的蛋白質(zhì)是真核生物細(xì)胞中第一個(gè)被證實(shí)的螺旋轉(zhuǎn)角螺旋的

49、蛋白質(zhì)是真核生物細(xì)胞中第一個(gè)被證實(shí)的螺旋轉(zhuǎn)角螺旋蛋白，并且含蛋白，并且含HDHD結(jié)構(gòu)的蛋白存在于從酵母到人類幾乎所有的真結(jié)構(gòu)的蛋白存在于從酵母到人類幾乎所有的真核細(xì)胞。核細(xì)胞。（2）鋅指（zinc finger）鋅指為蛋白質(zhì)中一段相對(duì)較短的氨基酸序列圍繞著中央鋅離鋅指為蛋白質(zhì)中一段相對(duì)較短的氨基酸序列圍繞著中央鋅離子折疊，形成的一種相對(duì)獨(dú)立的子折疊，形成的一種相對(duì)獨(dú)立的DNADNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域。鋅指得名結(jié)合結(jié)構(gòu)域。鋅指得名于最初為闡明該結(jié)構(gòu)域的外形而繪制的示意圖：環(huán)形肽段圍于最初為闡明該結(jié)構(gòu)域的外形而繪制的示意圖：環(huán)形肽段圍繞鋅離子形成一手指狀的結(jié)構(gòu)，而鋅離子則是形成和維持這繞鋅離子形成一手指狀

50、的結(jié)構(gòu)，而鋅離子則是形成和維持這一結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵?，F(xiàn)在知道鋅指有著不同的結(jié)構(gòu)形式，也會(huì)出一結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵?，F(xiàn)在知道鋅指有著不同的結(jié)構(gòu)形式，也會(huì)出現(xiàn)在并不與現(xiàn)在并不與DNADNA結(jié)合的蛋白質(zhì)中。結(jié)合的蛋白質(zhì)中。C2H2型鋅指型鋅指鋅鋅C C2 2H H2 2型鋅指蛋白通常有串聯(lián)排列的鋅指，型鋅指蛋白通常有串聯(lián)排列的鋅指，TFIIIATFIIIA含有含有9 9個(gè)鋅個(gè)鋅指，轉(zhuǎn)錄因子指，轉(zhuǎn)錄因子Sp1Sp1的的DNADNA結(jié)合域由結(jié)合域由3 3個(gè)連續(xù)的鋅指組成，每一個(gè)連續(xù)的鋅指組成，每一鋅指的鋅指的 螺旋均嵌入螺旋均嵌入DNADNA分子的大溝之中，以增強(qiáng)與分子的大溝之中，以增強(qiáng)與DNADNA的的親和力。親和力

51、。C2C2型鋅指型鋅指第二種鋅指為第二種鋅指為C C2 2C C2 2型鋅指。細(xì)胞內(nèi)的類固醇激素受體（型鋅指。細(xì)胞內(nèi)的類固醇激素受體（steroid receptor）首先被確定含有這種鋅指，隨后發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)相）首先被確定含有這種鋅指，隨后發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)相似的非類固醇激素受體也含有這種鋅指。因此，這類轉(zhuǎn)錄因子似的非類固醇激素受體也含有這種鋅指。因此，這類轉(zhuǎn)錄因子又通稱為細(xì)胞核受體（又通稱為細(xì)胞核受體（nuclear receptornuclear receptor）。這類蛋白質(zhì)的）。這類蛋白質(zhì)的DNADNA結(jié)結(jié)合結(jié)構(gòu)域的共有序列是合結(jié)構(gòu)域的共有序列是Cys-XCys-X2 2-Cys-X-C

52、ys-X1313-Cys-X-Cys-X2 2-Cys-X-Cys-X14151415-Cys-X-Cys-X5 5- -Cys-XCys-X9 9-Cys-X-Cys-X2 2-Cys-Cys。（3）堿性亮氨酸拉鏈（leucine zipper）亮氨酸拉鏈最初是比較酵母轉(zhuǎn)錄激活因子亮氨酸拉鏈最初是比較酵母轉(zhuǎn)錄激活因子Gcn4Gcn4、哺乳動(dòng)物轉(zhuǎn)、哺乳動(dòng)物轉(zhuǎn)錄因子錄因子C/EBP(CAATC/EBP(CAAT框及框及SV40SV40增強(qiáng)子核心序列結(jié)合蛋白增強(qiáng)子核心序列結(jié)合蛋白) )以及以及癌基因產(chǎn)物癌基因產(chǎn)物FosFos、JunJun和和MycMyc的氨基酸序列時(shí)被發(fā)現(xiàn)的。這些調(diào)的氨基酸序列時(shí)

53、被發(fā)現(xiàn)的。這些調(diào)節(jié)蛋白的羧基端都存在一段富含亮氨酸的序列，易于形成節(jié)蛋白的羧基端都存在一段富含亮氨酸的序列，易于形成 螺旋。螺旋。在在- -螺旋中，每螺旋中，每7 7個(gè)氨基酸殘基就會(huì)有一個(gè)亮氨酸殘基，結(jié)果個(gè)氨基酸殘基就會(huì)有一個(gè)亮氨酸殘基，結(jié)果- -螺旋的某一側(cè)面，每?jī)扇蜁?huì)出現(xiàn)一個(gè)亮氨酸，重復(fù)的亮氨酸螺旋的某一側(cè)面，每?jī)扇蜁?huì)出現(xiàn)一個(gè)亮氨酸，重復(fù)的亮氨酸數(shù)目一般為數(shù)目一般為4 45 5個(gè)。個(gè)。- -螺旋中上的親水氨基酸殘基位于另一面。螺旋中上的親水氨基酸殘基位于另一面。兩個(gè)單體通過兩個(gè)單體通過- -螺旋側(cè)面上的亮氨酸殘基之間的疏水作用力相螺旋側(cè)面上的亮氨酸殘基之間的疏水作用力相互齒合形成二聚體

54、，所以說亮氨酸拉鏈?zhǔn)嵌刍Y(jié)構(gòu)域?；X合形成二聚體，所以說亮氨酸拉鏈?zhǔn)嵌刍Y(jié)構(gòu)域。（4）堿性螺旋環(huán)螺旋（helix-loop-helix）10.3.2.2 10.3.2.2 轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域(1)(1)酸性結(jié)構(gòu)域（酸性結(jié)構(gòu)域（acidic domainacidic domain）人們首先從酵母轉(zhuǎn)錄因子人們首先從酵母轉(zhuǎn)錄因子GCN4GCN4和和GAL4GAL4中鑒定出了轉(zhuǎn)錄激活中鑒定出了轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域，發(fā)現(xiàn)它們富含酸性氨基酸，因此稱為酸性激活結(jié)構(gòu)域。結(jié)構(gòu)域，發(fā)現(xiàn)它們富含酸性氨基酸，因此稱為酸性激活結(jié)構(gòu)域。(2)(2)富含谷氨酰胺結(jié)構(gòu)域（富含谷氨酰胺結(jié)構(gòu)域（glutamine-ric

55、h domainglutamine-rich domain）富含谷氨酰胺結(jié)構(gòu)域是在轉(zhuǎn)錄因子富含谷氨酰胺結(jié)構(gòu)域是在轉(zhuǎn)錄因子SP1SP1中首次發(fā)現(xiàn)的。中首次發(fā)現(xiàn)的。SP1SP1有有4 4個(gè)彼此分開的激活結(jié)構(gòu)域，其中兩個(gè)活性最高的結(jié)構(gòu)域含大個(gè)彼此分開的激活結(jié)構(gòu)域，其中兩個(gè)活性最高的結(jié)構(gòu)域含大約約2525的谷氨酰胺。的谷氨酰胺。 (3)(3)富含脯氨酸結(jié)構(gòu)域（富含脯氨酸結(jié)構(gòu)域（prolineproline-rich domain-rich domain）脯氨酸結(jié)構(gòu)域包括一段連續(xù)的脯氨酸殘基，能夠激活轉(zhuǎn)錄，例脯氨酸結(jié)構(gòu)域包括一段連續(xù)的脯氨酸殘基，能夠激活轉(zhuǎn)錄，例如轉(zhuǎn)錄因子如轉(zhuǎn)錄因子c-Junc-Jun中

56、有一個(gè)能夠激活轉(zhuǎn)錄連續(xù)的脯氨酸殘基。中有一個(gè)能夠激活轉(zhuǎn)錄連續(xù)的脯氨酸殘基。10.4 10.4 轉(zhuǎn)錄因子的作用方式轉(zhuǎn)錄因子的作用方式10.4.1 10.4.1 活化子活化子活化子是一種能夠激活基因表達(dá)的活化子是一種能夠激活基因表達(dá)的DNADNA結(jié)合蛋白。真核生物結(jié)合蛋白。真核生物的活化子可以通過兩種途徑激活轉(zhuǎn)錄：促進(jìn)轉(zhuǎn)錄機(jī)器在啟動(dòng)子的活化子可以通過兩種途徑激活轉(zhuǎn)錄：促進(jìn)轉(zhuǎn)錄機(jī)器在啟動(dòng)子上的裝配；另一種方式是活化子募集核小體的修飾成分來改變上的裝配；另一種方式是活化子募集核小體的修飾成分來改變基因附近染色質(zhì)的性質(zhì)，以利于聚合酶的結(jié)合?；蚋浇旧|(zhì)的性質(zhì)，以利于聚合酶的結(jié)合。促進(jìn)轉(zhuǎn)錄機(jī)器在啟動(dòng)子上

57、的裝配促進(jìn)轉(zhuǎn)錄機(jī)器在啟動(dòng)子上的裝配（原核生物）（原核生物）促進(jìn)轉(zhuǎn)錄機(jī)器在啟動(dòng)子上的裝配促進(jìn)轉(zhuǎn)錄機(jī)器在啟動(dòng)子上的裝配（真核生物）（真核生物）共活化子是指參與基因共活化子是指參與基因表達(dá)調(diào)控、直接與活化表達(dá)調(diào)控、直接與活化子相互作用的蛋白質(zhì)因子相互作用的蛋白質(zhì)因子，被認(rèn)為在活化子和子，被認(rèn)為在活化子和基本轉(zhuǎn)錄機(jī)器之間起著基本轉(zhuǎn)錄機(jī)器之間起著橋梁作用。橋梁作用。TFIIDTFIID是第一個(gè)被鑒定出來具有共活化子性質(zhì)的蛋白質(zhì)復(fù)合體，是第一個(gè)被鑒定出來具有共活化子性質(zhì)的蛋白質(zhì)復(fù)合體，由由TBPTBP和和TBP-TBP-相關(guān)因子（相關(guān)因子（TAFsTAFs）構(gòu)成。）構(gòu)成。TBPTBP與啟動(dòng)子的與啟動(dòng)子的T

58、ATATATA序列結(jié)合，序列結(jié)合，TAFTAF的主要作用是提供基本轉(zhuǎn)錄機(jī)器與活化子的聯(lián)的主要作用是提供基本轉(zhuǎn)錄機(jī)器與活化子的聯(lián)系。系。TFIIDTFIID中不同的中不同的TAFTAF提供了和不同的活化子相互作用的表提供了和不同的活化子相互作用的表面。這種相互作用可以協(xié)作面。這種相互作用可以協(xié)作TFIIDTFIID與啟動(dòng)子與啟動(dòng)子TATATATA序列的結(jié)合。序列的結(jié)合。TAFTAF是細(xì)胞特異的，與活化子一起決定組織特異性轉(zhuǎn)錄。是細(xì)胞特異的，與活化子一起決定組織特異性轉(zhuǎn)錄。激活蛋白激活蛋白Gcn4募集輔激活蛋白募集輔激活蛋白Gcn5復(fù)合體指導(dǎo)啟動(dòng)子處組蛋復(fù)合體指導(dǎo)啟動(dòng)子處組蛋白白N端尾的乙?；宋?/p>

59、的乙?；?0.4.2 10.4.2 抑制子抑制子大多數(shù)真核生物的轉(zhuǎn)錄因子都是促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的活化子。然而，在大多數(shù)真核生物的轉(zhuǎn)錄因子都是促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的活化子。然而，在真核細(xì)胞中也存在著對(duì)轉(zhuǎn)錄有抑制作用的轉(zhuǎn)錄因子，即抑制子。真核細(xì)胞中也存在著對(duì)轉(zhuǎn)錄有抑制作用的轉(zhuǎn)錄因子，即抑制子。 機(jī)制機(jī)制I機(jī)制機(jī)制II機(jī)制機(jī)制III酵母酵母GAL1GAL1基因的抑制基因的抑制10.410.4 轉(zhuǎn)錄因子活性的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子活性的調(diào)節(jié)真核生物基因的轉(zhuǎn)錄受轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控。在多細(xì)胞有機(jī)體中，真核生物基因的轉(zhuǎn)錄受轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控。在多細(xì)胞有機(jī)體中，一個(gè)基因的表達(dá)模式在很大程度是由轉(zhuǎn)錄因子和基因調(diào)控序列一個(gè)基因的表達(dá)模式在很大程度是由轉(zhuǎn)錄因子和基因調(diào)控序列相互作用決定的。因此轉(zhuǎn)錄因子的活性就必須受到控制。相互作用決定的。因此轉(zhuǎn)錄因子的活性就必須受到控制。10.4.2 10.4.2 激素對(duì)轉(zhuǎn)錄因子活性的調(diào)節(jié)激素對(duì)轉(zhuǎn)錄因子活性的調(diào)節(jié)10.4.2.1 10.4.2.1 脂溶性激素對(duì)轉(zhuǎn)錄因子活性的調(diào)節(jié)脂溶性激素對(duì)轉(zhuǎn)錄因子活性的調(diào)節(jié)脂溶性激素脂溶性激素：脂溶性小分子，它們可以穿過細(xì)胞膜和核膜，與：脂溶性小分子，它們可以穿過細(xì)胞膜和核膜，與細(xì)胞內(nèi)的受體結(jié)合。脂溶性激素，包括各種類固醇激素細(xì)胞內(nèi)的受體結(jié)合。脂溶性激素，包括各種類固醇激素(steroid (steroid hormones)hormones)、類視黃醇