真核生物的轉(zhuǎn)錄

關于真核生物的轉(zhuǎn)錄第1頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五本節(jié)的主要內(nèi)容：1、真核生物中與轉(zhuǎn)錄相關的順式元件（cis-factors）2、真核生物中與基本轉(zhuǎn)錄相關的轉(zhuǎn)錄因子（trans-factor）3、真核生物轉(zhuǎn)錄的起始；4、真核生物轉(zhuǎn)錄的延伸；5、真核生物轉(zhuǎn)錄的終止；第2頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五一、真核生物與轉(zhuǎn)錄相關的順式元件（cis-factors）第3頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五l

基本水平轉(zhuǎn)錄的

cis-factor：promoterorbasicfactorCorepromoter(Capsite,TATAbox必需因子)

UPE(UpstreamPromoterElement)(CAATbox,GCbox)

部分基因的基本水平的轉(zhuǎn)錄（一）、真核生物中的啟動子元件：

l

特異誘導高效表達的cis-factorEnhancerForluxurygene(inducibleexpression)第4頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五

1、

Promoterforbasictranscription

l

Capsite;initiationpoint(+1)Cappingm7GpppA/G------70±---AUG---(inmRNA)InitiationregionPyAPy（y：嘧啶）

1-4Kb-110-70-30+1

GCislandCAAC/TboxTATAboxCap

EnhancerUPEcorepromoter

Promoter(basicfactor)

第5頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五

Promoterforbasictranscription

l

TATAbox/Hognessbox/Goldberg-Hognessbox(-30)RichATandrichGCflankedrichGC------TATAA(T)AA(T)------richGC8297938563(37)8350(37)1-4Kb-110-70-30+1

GCislandCAAC/TboxTATAboxCap

EnhancerUPEcorepromoter

Promoter(basicfactor)

第6頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五

Promoterforbasictranscription

l

CAATbox(CATboxUPE)(-70---80)

and

GCisland(-80---110)GGGCGGG(T)----CAATCT----Range30bp±1-4Kb-110-80-70-30+1

GCislandCAATCTboxTATAboxCap

EnhancerUPEcorepromoter

Promoter(basicfactor)

第7頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五啟動子中各位點的功能：分析方法：通過對β-珠蛋白啟動子區(qū)域的誘變分析，確認了三個起始轉(zhuǎn)錄所需要的短序列區(qū)(其中心位置在-35，-75，-90)。這些序列與TATA盒、CAAT盒、GC盒分別對應。第8頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五啟動子中各位點的功能：

l

Promoterfunctions

CAATbox(modulator)and(causeGCisland)：控制轉(zhuǎn)錄起始頻率和強度；

TATAbox(selector)：控制轉(zhuǎn)錄精確起始；

1site(initiator)：determinationinitiationandcappingofmRNA

距離：l

、30bpfromTATAboxto+1site（轉(zhuǎn)錄起始位點）isrequired2、TATAbox與相鄰的UPE區(qū)的距離：插入堿基，影響轉(zhuǎn)錄效率。第9頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五應答元件與轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的對應關系GRE:糖皮質(zhì)激素應答元件;TRE:佛波酯應答元件;SRE:血清應答元件；第10頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五人金屬硫蛋白編碼基因上游的復合應答元件結(jié)構(gòu)第11頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五

2、EnhancerEnhanceexpressionBasicexpressionPositionnotbefixedisolatedregion

Bi-directionalelementMono-directionalelement

EnhancerPromoterNoforspecialgeneonlyforspecialgene（1）、Enhancer與Promoter的比較增強子：是指能使和它連鎖的基因轉(zhuǎn)錄頻率明顯增加的DNA序列。第12頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五（2）、發(fā)現(xiàn)：

SV40早期基因轉(zhuǎn)錄單位S-200S

72bp72bp

72bpregiondeletion

Stranscriptiongodown

intoupstreamofβ-globingene

Transcriptionup200X

Cell&tissuespecialtyofEnhancereffectDistanceeffect(over2kb)Orientation（方向）-無方向性

無基因?qū)Ｒ恍裕淮蠖酁橹貜托蛄?；受外部信號的調(diào)控；特點第13頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五★Enhancer的結(jié)構(gòu)----Enhancer由兩個以上的增強子成分(EnhancerElement)組成

----每個EnhancerElement必需由兩個緊密相連的增強子元(Enhanson）組成

----各個Enhanson(cis-factor)與激活蛋白(trans-factor)結(jié)合

增強特異性轉(zhuǎn)錄

促進轉(zhuǎn)錄的復合體+UPE+corepromoter基本轉(zhuǎn)錄復合體第14頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五Enhancer

……..Specificaltransc.Factor(tran-factor)

Specificaltransc.Factor(tran-factor)

++Activation（激活）domainOfEnhancercomplex

Activation（激活）domainofEnhancercomplex

……..……..EnhancerElementEnhancerElement(<100bp)

Enhanson(cis-factor)Enhanson(cis-factor)……..第15頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五ThemodelsofenhancerstoactatadistanceDNAlooping

EPGeneralTFGene-specificfactorRNApolymerase---Enhancercomplex與近啟動子的transcriptionalcomplex構(gòu)型契合第16頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五Loopingofpromoter-enhancerregion第17頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五3、沉寂子（Silencer）：能使和它連鎖的基因轉(zhuǎn)錄效率下降的一段DNA序列；

canactatadistancetomodulatetranscription;

可以雙向起作用；therebypreventingtranscriptionofneighboringgenes；特點：somehowcausethechromatintocoilupintoacondensedform－Inactiveform；作用原理：第18頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五二、與基本轉(zhuǎn)錄相關的轉(zhuǎn)錄因子（trans-factor）1、Trans-factorforbasictranscription

l

TF(I,II,III)TranscriptionalFactorl

TBP(TATAboxBindingProtein)l

TAF(TBPAssociateFactor)l

RAP(RNApol.Associateprotein)真核生物中RNApol的作用必須有其他相關轉(zhuǎn)錄蛋白在啟動子處的先期結(jié)合才能啟動轉(zhuǎn)錄；Cis-factor+

TIC(TranscriptionalInitiateComplex)第19頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五

RNApolymeraseI,II,III2、RNApolymeraseinEukaryotes

RNA聚合酶Ⅰ轉(zhuǎn)錄28s,18s,5.8srRNA；RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄mRNA；RNA聚合酶Ⅲ轉(zhuǎn)錄5srRNA，tRNA和其它小RNA；功能：第20頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五

RNApolymeraseinEukaryotes

RNApol.I,II,IIILwith78%±homologousbetween3RNApol.I,II,IIIIncludingL,L’bigsubunit&7-12smallsubunits進化淵源第21頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五

RNApolII;

---Forpre-mRNAtranscription---Locatedinnucleoplasm

---RNApolIIL’maximumsubunit240kd&havespecificCOOH-endnamedCTD(CarboxylTerminalDomain)CTDonlyinRNApolII

---CTD特征：7aarepeats&highfrequencyphosphorylationTyr—SerP—Pro—ThrP—SerP—Pro—SerP

第22頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五Yeast26XDrosophila果蠅44Xrepeatunitof7aa/inCTDRat&Human52X

較非磷酸化形式提高轉(zhuǎn)錄效率10X

使RNApol易于離開Promoter區(qū)轉(zhuǎn)錄延伸

磷酸化的作用：第23頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五---RNApolII+>20TFIIs

逐級組裝

TIC→轉(zhuǎn)錄啟動(TranscriptionalInitiationComplex)

(TBP)特點：neededforRNApolI,II,III；VeryhighconservedC-enddomainof180aa；BindswithDNAinminorgroove（小溝）&circleit；TFIID：Asortofproteincomplex(TBP&>8TAF)TBP作用：具有識別TATA盒的能力；

DeterminationTranscriptionalinitiationstartingsite；第24頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五TATA+1

circleminorgroove（環(huán)繞DNA小溝）

TFIIATBPofTFIID

pre-TIC

TFIIA：BindstoTFIIDEnhancesTFIIDbindingtoTATAboxStabilizingtheDNA-TFIIDcomplex

第25頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五TFIIB：TFIIBbindstoTBPofTFIIDandRNApol.IITFIIBasalinking

factorallowingrecruitment（招募）ofRNApolIItoTIC；TFIIF：IncludingtwosubunitsofRAP30,RAP70Bindingandrecruiting（招募）RNApolIItoassembleTIC參與DNA雙鏈的溶解；TFIIFRNApolIITFIIB

BasicTIC

第26頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五TFIIH;Helicaseactivity(ATPase)&kinaseactivity

PhosphorylationofCTDofRNApolIIO

DNArepair

TFIIE;AssociatewithTFIIHkinase

completeTIC

EH第27頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五真核RNA聚合酶對DNA模板的識別TFIIE，H第28頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五mRNA

Promoterclearance

TranscriptionstartingFEHBDA大多數(shù)TFⅡ因子在RNA聚合酶Ⅱ離開啟動子前就釋放。但TFⅡF在延伸中也發(fā)揮作用。第29頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五轉(zhuǎn)錄因子分子量（kD)功能TBP30與TATA盒結(jié)合TFⅡ-B33介導RNA聚合酶Ⅱ與TFIID的結(jié)合TFⅡ-F30,74解旋酶TFⅡ-E34,37促進TFIIH的激酶活性TFⅡ-H62,89解旋酶、激酶、DNA的修復TFⅡ-A12,19,35穩(wěn)定TFⅡ-D的結(jié)合TFⅡ-I120促進TFⅡ-D的結(jié)合總結(jié)：各轉(zhuǎn)錄因子的作用第30頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五RNApolI;LocatedinnucleolusForpre-rRNA(—18s—5.8s—28s—)80-85%oftotalRNATwocontroldomainsincludedincis-factorTrans-factorincludingIncluding4subunits1ofTBP(TATAbidingprotein)3ofTAF(TBPassociatefactor)UBF(UPEBindingFactor)SL(Selectivityfactor)UPE(upstreampromoterelement)Corepromoter第31頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五

UBF+UPEUBF+PartofcorepromoterTwoUBFinteractioncausingDNAtoformaloop3TAF1TBPSLUPEcorepromoter

UBF

UBF

RNApolI起始復合物的組裝過程：第32頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五

Pre-rRNA

AllowsRNApolbindingcomplextoinitiate

RNApol

SL作為一個獨立的復合蛋白，它不與啟動子特異性地結(jié)合，但可以與啟動子特異結(jié)合的其它成分相結(jié)合。SL的主要功能是使RNA聚合酶I正確的定位在起始位點。SL的作用：第33頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五RNApolIII：Locatedinnucleoplasm

16ormoresubunitsFor5spre-rRNA；4spre-tRNA；U6snRNA(smallnuclearRNA)；CytosolicRNA；---cis-factorincluding啟動子位于tRNA基因編碼區(qū)內(nèi)：twohighlyconservedregionsliedownstreamfrom+1--Abox;TGGCNNAGTGG(D-loopoftRNA)--Bbox;GGTTCGANNCC(TψC-loopoftRNA)(forpre-tRNA)：第34頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五Tans-factorTFIIIC：bindingtoA,Bbox

TFIIIC

+1AboxBbox

tDNA

TFIIIC是裝配因子，幫助TFⅢB結(jié)合在正確的位置。

tRNA轉(zhuǎn)錄起始復合物的形成過程：第35頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五TFIIIB：特點：

Binding50bpupstreamfromAbox；

其結(jié)合位點沒有序列特異性，而是由TFIIIC的結(jié)合位點決定的；Including3subunits:TFⅢB的功能是作為“定位因子”，負責RNA聚合酶III的正確定位。第36頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五TFIIIBallowsRNApolIIItobindandinitiatetranscription

tRNA

RNApolIII

+1

tRNA轉(zhuǎn)錄起始復合物的形成過程：第37頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五---cis-factorincluding：啟動子位于基因編碼區(qū)內(nèi)；Abox;+50to+65bpCbox;located81-99bpdownstreamfrom+1---Trans-factorTFIIIA：specificCboxbindingprotein&allows

指導TFIIIC結(jié)合到啟動子A區(qū)上TFIIIC：與A區(qū)結(jié)合，指導TFIIIB結(jié)合到啟動子上游；

TFIIIB：指導RNA聚合酶III結(jié)合到5S啟動子上；RNApolIIIfor5spre-rRNA5spre-rRNA轉(zhuǎn)錄起始復合物的形成特點：第38頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五

RNApolIIITFIIIC

TFIIIA

+1AboxCbox

TFIIIB

5SrRNA

5spre-rRNAtranscription5spre-rRNA轉(zhuǎn)錄起始復合物的形成：第39頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五三、反式作用因子（轉(zhuǎn)錄因子）的結(jié)構(gòu)特征：

l

轉(zhuǎn)錄因子多為變構(gòu)蛋白，具有2或3個獨立的功能結(jié)構(gòu)域：DNA結(jié)合域、轉(zhuǎn)錄激活域、連接區(qū)。DNA-bindingdomainactivationdomain一個轉(zhuǎn)錄因子中，行使DNA結(jié)合以及轉(zhuǎn)錄激活功能可能是兩個獨立的結(jié)構(gòu)域。第40頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五l

Cys/Cys,Cys/His(Zincfinger)l

Helix—loop—Helix(HLHorbHLH)

l

Leuzipper(bZIP)1、DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域種類及結(jié)構(gòu)特點：第41頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五鋅指（zincfinger）結(jié)構(gòu)：是指每個重復的“指”狀結(jié)構(gòu)約含23個氨基酸殘基，鋅以4個配價鍵與4個半胱氨酸、或2個半胱氨酸和2個組氨酸相結(jié)合。整個蛋白質(zhì)分子可有2-9個這樣的鋅指重復單位。每一個單位可以其指部伸入DNA雙螺旋的深溝，接觸5個核苷酸。A）、Zincfinger第42頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五23aa/copyonefinger9directrepeats,23aa/copy2Cys/2Hisor2Cys/2Cystypes2Cys(2C)~Zn~2His(2H)toformfingerof1α-helix&1-βsheetPeptidechainA）、Zincfinger第43頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五第44頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五B）、亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)（

Leczipper）定義：是指蛋白質(zhì)分子的肽鏈上每隔6個氨基酸就有一個亮氨酸殘基，結(jié)果就導致亮氨酸殘基都在α螺旋的同一個方向出現(xiàn)。兩個相同的α螺旋的兩排亮氨酸殘基就能以疏水鍵結(jié)合成二聚體，這二聚體的另一端的肽段富含堿性氨基酸殘基，借其正電荷與DNA雙螺旋鏈上帶負電荷的磷酸基團結(jié)合。

若不形成二聚體則對DNA的親和結(jié)合力明顯降低。第45頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五Monomeric&dimericstructureofLeczipperLeczipperdimerization第46頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五第47頁，共53頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五螺旋