真核生物的表達調(diào)控

1、八.基因的表達與調(diào)控(下)真核基因表達調(diào)控的一般規(guī)律1基本概念:1. 順式作用元件 (cis-acting element) (1) 影響自身基因表達活性的DNA序列 (2) 非編碼序列 (3) 包括啟動子、增強子、沉默子2增強子(沉默子)特點無方向, 位置, 距離的限制;具有組織、細胞特異性, 無基因特異性;有時兩者可相互轉(zhuǎn)換（與結(jié)合的反式作用因子有關(guān)）不屬于啟動子,能調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄；增強子之間同源性較低，但存在一個共同的核心保守序列 5 GTGAAG 3。32. 反式作用因子(trans-acting factor)-轉(zhuǎn)錄因子 (1) 概念：為DNA結(jié)合蛋白，核內(nèi)蛋白，可使鄰近基因開放（正

2、調(diào)控）或關(guān)閉（負調(diào)控）(2) 通用或基本轉(zhuǎn)錄因子(general transcription factors)RNA聚合酶結(jié)合啟動子所必需的一組蛋白因子。TFA、 TFB、 TFD、 TFE等(3) 特異轉(zhuǎn)錄因子( special transcription factors)個別基因轉(zhuǎn)錄所必需的轉(zhuǎn)錄因子.OCT-2：在淋巴細胞中特異性表達，識別Ig基因的啟動子和增強子。4(4) 反式作用因子特點三個功能結(jié)構(gòu)域： (1) DNA識別結(jié)合域； (2) 轉(zhuǎn)錄活性域; (3)* 結(jié)合其他因子或蛋白的結(jié)合域.能識別并結(jié)合順式作用元件正調(diào)控與負調(diào)控5順式作用元件 和 反式作用因子的相互作用, 及與基因表達

3、的關(guān)系67功能結(jié)構(gòu)域89反式作用因子結(jié)構(gòu)域的模式DNA結(jié)合域轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域(1) 酸性-螺旋結(jié)構(gòu)域(2) 富含谷氨酰胺結(jié)構(gòu)域(3) 富含脯氨酸結(jié)構(gòu)域(1) 鋅指結(jié)構(gòu)(2) 螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋(HTH)(3) 亮氨酸拉鏈(4) 螺旋-環(huán)-螺旋(HLH)(5) 堿性螺旋10鋅指結(jié)構(gòu)(zinc finger motif)11C2H2 zinc fingerRRRHDNA binding12Zinc fingers13螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋(helix-turn-helix)14亮氨酸拉鏈(leucine zipper)15螺旋-環(huán)-螺旋(helix-loop-helix,HLH)1617 真核生物基因多層次

4、表達調(diào)控一. DNA水平的調(diào)控*二. 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控-最重要三. 轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控*四. 翻譯水平的調(diào)控五. 翻譯后水平的調(diào)控*18一. DNA水平的調(diào)控(1) 染色質(zhì)的丟失(2) 基因擴增(3) 基因重排(4) DNA甲基化 (表達降低, X染色體失活中心)(5) 染色體結(jié)構(gòu) (常染色質(zhì) 和 異染色質(zhì))191. 染色質(zhì)的丟失：不可逆核的全能性：細胞核內(nèi)保存了個體發(fā)育所必需的全部基因2. 基因擴增(gene amplification)：增加基因的拷貝數(shù)非洲爪蟾卵母細胞rRNA基因卵裂時，擴增2000倍，達1012個核糖體藥物：誘導(dǎo)抗藥性基因的擴增；腫瘤細胞：原癌基因拷貝數(shù)異常增加3. 基因重

5、排(gene rearrangement)：如免疫球蛋白基因重排，多樣性20214. DNA甲基化(DNA methylation)：mCpG，即“CpG島(CpG-rich islands)”甲基化(methylated)程度高，基因表達降低； 去甲基化(undermethylated)：基因表達增加5. 染色質(zhì)(chromatin)或染色體(chromosome)結(jié)構(gòu)對基因表達的調(diào)控：22DNA甲基化與X染色體失活雌性胎生哺乳動物細胞中兩條X染色體之一在發(fā)育早期隨機失活X染色體失活中心(X-chromosome inactivation center,Xic):Xist基因(Xi-spec

6、ific transcript)XistX染色體其他位點甲基化，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23常染色質(zhì):結(jié)構(gòu)松散，基因表達異染色質(zhì):結(jié)構(gòu)緊密，基因不表達有基因表達活性的染色質(zhì)DNA對 DNase更敏感，即Dnase的敏感性可作為該基因的轉(zhuǎn)錄活性的標(biāo)志。24二. 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控-最重要轉(zhuǎn)錄起始-反式作用因子活性調(diào)節(jié)順式作用元件 和 反式作用因子的相互作用;以正調(diào)控為主轉(zhuǎn)錄起始2526轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控反式作用因子的活性調(diào)節(jié)反式作用因子與順式作用元件, 通過成環(huán)、扭曲、滑動等方式調(diào)控。反式作用因子間存在組合式調(diào)控（使有限的反式作用因子可以調(diào)控不同基因的表達） .(1) 合成

7、后即有活性：需要時合成，可迅速降解(2) 共價修飾：磷酸化-去磷酸化，糖基化(3) 配體結(jié)合：如激素與受體的結(jié)合(4) 蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用：二聚體2728反式作用因子與順式作用元件的結(jié)合29組合式調(diào)控作用30信號轉(zhuǎn)導(dǎo)對轉(zhuǎn)錄因子活性的影響3132cAMP response elementCRE binding protein33三. 轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控mRNA的選擇性剪接 (1)內(nèi)含子和外顯子的選擇 (2)轉(zhuǎn)錄終止信號的選擇. mRNA 運輸?shù)目刂?. 轉(zhuǎn)錄后的基因沉默（RNA干涉） Posttranscriptional gene silencing (PTGS) = RNA interfe

8、rence(RNAi)3435mRNA的選擇性剪接 (1)內(nèi)含子和外選子的選擇36mRNA的選擇性剪接 (2) 轉(zhuǎn)錄終止信號的選擇37RNAi （RNA干擾）1.線蟲、昆蟲、哺乳動物、植物和真菌 2.機制：dsRNA誘導(dǎo)產(chǎn)生的細胞內(nèi)同源基因表達阻斷3.生物學(xué)功能：細胞內(nèi)免疫，阻止外源病毒和核酸的入侵，阻斷逆轉(zhuǎn)作子的作用。4.應(yīng)用: 反相遺傳工具， 研究基因功能 基因治療38四.翻譯水平的調(diào)控1. 翻譯起始的調(diào)控2. mRNA穩(wěn)定性調(diào)節(jié)3. 小分子RNA對翻譯水平的影響391. 翻譯起始的調(diào)控(1) 未受精卵, 隱蔽mRNA (masked mRNA)；受精：招募因子(recruitment factor)，激活隱蔽mRNA(2) 阻遏蛋白的調(diào)控：鐵結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白 (3) 翻譯起始因子的調(diào)控：eIF-2磷酸化對活性的調(diào)節(jié)(4) 5AUG對翻譯的調(diào)控作用：減少正常AUG啟動翻譯的作用，使翻譯維持在較低水平(5) mRNA5 端非編碼區(qū)長度對翻譯的影響4033鐵結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白41翻譯起始因子(eIF2)的調(diào)控422. mRNA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：重復(fù)AUUUA序列，引起mRNA 不穩(wěn)定;蛋白因子的結(jié)合可改變mRNA的半衰