真核生物中基因表達水平的分析

第一節(jié)真核生物中基因表達水平的分析一、真核生物基因表達水平分析的方法1、主要通過RNA驅(qū)動的動力學(xué)雜交實驗來分析待測RNA復(fù)雜度待測RNA的Rot1/2球蛋白mRNA復(fù)雜度球蛋白RNA的Rot1/2

=2、豐余度=每細(xì)胞mRNA含量×待測mRNA組分（%）×6×1023待測組分的復(fù)雜度（相對分子質(zhì)量）第二節(jié)染色質(zhì)水平上的基因活化調(diào)節(jié)一、染色質(zhì)的疏松及活性染色質(zhì)的特征基因的轉(zhuǎn)錄是以染色體結(jié)構(gòu)的一系列重要的變化為前提的。二、轉(zhuǎn)錄基因與核小體的結(jié)構(gòu)三、蛋白質(zhì)的修飾與基因活化調(diào)節(jié)（一）蛋白質(zhì)的調(diào)控作用1、核心組蛋白的修飾2、H1組蛋白的磷酸化和去磷酸化（二）非組蛋白的高調(diào)控作用（三）高遷移率群蛋白質(zhì)四、DNA的甲基化和去甲基化與基因活性的關(guān)系五、基因丟失、重排、擴增與基因活性的調(diào)節(jié)一、真核生物的RNA聚合酶有三種RNA聚合酶：RNA聚合酶ⅠRNA聚合酶ⅡRNA聚合酶Ⅲ第三節(jié)真核基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控

二、真核基因順式作用元件（一）、順式作用元件概念指DNA上對基因表達在調(diào)節(jié)活性的某些特定的調(diào)控序列，其活性僅影響其自身處于同一DNA分子上的基因。（二）、種類啟動子、增強子、靜止子1、啟動子的結(jié)構(gòu)和功能啟動子與原核啟動子的含義相同，是指RNA聚合酶結(jié)合并起動轉(zhuǎn)錄的DNA序列。但真核同啟動子間不像原核那樣有明顯共同一致的序列。而且單靠RNA聚合酶難以結(jié)合DNA而起動轉(zhuǎn)錄，而是需要多種蛋白質(zhì)因子的相互協(xié)調(diào)作用。（1）TATA框（TATAframe）：其一致順序為TATAA(T)AA(T)。TATA框中心在-30附近，相當(dāng)于原核的-10序列（pribnowbox）。

對大多數(shù)真核生物來說，RNA聚合酶與TATA框牢固結(jié)合之后才能開始轉(zhuǎn)錄。TATA框的左右富含G┇C序列，這就有利于該框與RNA聚合酶形成開放性啟動子復(fù)合物。RNA聚合酶Ⅱ啟動子結(jié)構(gòu)（2）CAAT框（CAATframe）：位置在-75附近，一致序列為GGC(T)CAATCT。CAAT框可能控制著轉(zhuǎn)錄起始的頻率。（3）GC框在-90bp左右的GGGCGG序列稱為GC框。RNA聚合酶I轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)一個在-30—+15即核心啟動子(corepromoterelement)，另一為上游啟動子區(qū)(upstreampromoterelement)在-150—-50，不同物種的啟動子因子有顯著差異，啟動子區(qū)沒有和mRNA的TATA和CAAT盒順序，故物種間大前體-rRNA基因的轉(zhuǎn)錄起始是不同的?；蜷g間隔含一個或幾個終止信號可終止其之前的基因的轉(zhuǎn)錄而其本身不轉(zhuǎn)錄，間隔區(qū)含多種反向順序可作為增強子結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子。增強子（enhancer）：又稱為遠(yuǎn)上游序列（farupstreamsequence)。它是遠(yuǎn)距離調(diào)節(jié)啟動子以增加轉(zhuǎn)錄速率的DNA序列，其增強作用與序列的方向無關(guān)，與它在基因的上下游位置無關(guān)。增強子有強烈的細(xì)胞類型選擇，即不同細(xì)胞類型，增強作用不同。2、增強子的結(jié)構(gòu)和功能（1）它能通過啟動子大幅度地增加同一條DNA鏈上靶基因轉(zhuǎn)錄的頻率，一般能增加10～200倍，有的甚至可達千倍。（2）增強子的作用對同源或異源的基因同樣有效，如把SV40的增強子連接到兔β-珠蛋白的基因上，可使轉(zhuǎn)錄強度增大100倍；（3）增強子的位置可在基因5′上游、基因內(nèi)或其3′下游的序列中，而其作用與所在基因旁側(cè)部位的方向似無關(guān)系，因為無論正向還是反向，它都具有增強效應(yīng)；（4）增強子所含核苷酸序列大多為重復(fù)序列，其內(nèi)部含有的核心序列，對于它進入到另一宿主之后重新產(chǎn)生增強子效應(yīng)至關(guān)重要；（5）增強子一般都具有組織和細(xì)胞特異性；（6）增強子在DNA雙鏈中沒有5′與3′固定的方向性；（7）增強子可遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點，通常在1～4kb（個別情況可達30kb）外起作用；（8）增強子的活性與其在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中的空間方向性有關(guān)。另外，許多增強子還受到外部信號的調(diào)控，如金屬硫蛋白基因的增強子就可對環(huán)境中的鋅、鎘濃度作出反應(yīng)。3、靜止子類似增強子但起負(fù)調(diào)控作用的順式元件。靜止子與反式作用因子（蛋白質(zhì)）結(jié)合后，使正調(diào)控系統(tǒng)失去作用。三、轉(zhuǎn)錄的起始調(diào)節(jié)（一）轉(zhuǎn)錄起始因子與起始復(fù)合物的裝置

RNA聚合酶需要先分別同SL1、TFⅡD、TFⅢB等一些轉(zhuǎn)錄起始因子結(jié)合，形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物（initiationcomplex）才能開始其轉(zhuǎn)錄活動。轉(zhuǎn)錄因子都屬于多蛋白復(fù)合物，是由TATA結(jié)合蛋白和各自獨有的一套TBP相關(guān)因子組成。類型II基因的轉(zhuǎn)錄因子

普遍性轉(zhuǎn)錄因子:作用于基本核心啟動子如TATAbox、INR(轉(zhuǎn)錄起始區(qū))，每種細(xì)胞類型都必需的，如TFIID/A/B/E/F/G/H/I等。

特異性轉(zhuǎn)錄因子:作用于轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物形成過程的靶分子和控制位點，含DNA特異性序列結(jié)合結(jié)構(gòu)域和激活結(jié)構(gòu)域(有的兩者都有)。普遍性轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)與功能

TFIID的TBP(TATAbindingprotein)結(jié)構(gòu)域結(jié)合啟動子的TATAbox，促進其它轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合。TFIII 結(jié)合INR。許多普遍性轉(zhuǎn)錄因子含有與RNA聚合酶因子相似的結(jié)構(gòu)域，識別特異啟動子起始轉(zhuǎn)錄。RNApol.II的結(jié)構(gòu)與功能：

CTD結(jié)構(gòu)域含YSPTSPS的重復(fù)單位,不同物種重復(fù)數(shù)不同，CTD對轉(zhuǎn)錄活性是必需的，其Ser/Thr可以被不同程度磷酸化在轉(zhuǎn)錄起始與延伸中具有重要作用。例：RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的組裝第一步是轉(zhuǎn)錄因子TFⅡD與TATA框特異性結(jié)合，形成TFⅡD-啟動子復(fù)合體，后者進而指導(dǎo)聚合酶Ⅱ和其他基本轉(zhuǎn)錄因子與啟動子進行有序裝配，最后形成一個穩(wěn)定的起始復(fù)合物。四、調(diào)控轉(zhuǎn)錄的反式作用因子能識別或結(jié)合在順式作用元件核心序列上參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的結(jié)合蛋白，稱為反式作用因子。（一）反式作用因子的結(jié)構(gòu)特征

1、DNA識別或DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域

2、激活基因轉(zhuǎn)錄的功能結(jié)構(gòu)域3、結(jié)合其他蛋白或調(diào)控蛋白的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域

(二)序列特異性DNA結(jié)合蛋白的幾種結(jié)構(gòu)域

1．螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋結(jié)構(gòu)

螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋（helix-turn-helix）

2．鋅指結(jié)構(gòu)

鋅指（zincfinger）是由一小群氨基酸與一個鋅原子結(jié)合，在蛋白質(zhì)中形成相對獨立的一個結(jié)構(gòu)域，故而得名

.亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)

亮氨酸拉鏈（leucinezipper，ZIP）結(jié)構(gòu)也是轉(zhuǎn)錄因子DNA結(jié)合區(qū)的一種結(jié)構(gòu)模式

4．螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)

螺旋-環(huán)-螺旋（helix-loop-helix，HLH）是新近發(fā)現(xiàn)的一種DNA結(jié)合區(qū)的結(jié)構(gòu)模式

多細(xì)胞真核生物的一些基因表達常受體內(nèi)外激素（hormone）的控制，五、真核基因表達的激素調(diào)節(jié)1、激素（hormone）的調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄（1）種類：甾類激素：多肽激系（2）甾體激素作用機制甾體激素與受體蛋白結(jié)合，與靶基因

DNA上激素應(yīng)答成分結(jié)合，再和其他因子協(xié)同作用來調(diào)控該基因的轉(zhuǎn)錄（如下圖

）。六、Britten-Davidson模型

一）Britten-Davidson調(diào)節(jié)模型

在個體發(fā)育期，許多基因可被協(xié)同調(diào)控，且重復(fù)序列在調(diào)控中具有重要的作用。

參與調(diào)控的遺傳因子：1、受體位點，位于結(jié)構(gòu)基因5′端，可被激活因子激活因子激活。2、整合基因，產(chǎn)生激活因子的基因。3、感受位點，接受生物體對基因表達調(diào)控的信號。

通過特定的激活因子可以同時控制不連鎖但含用相應(yīng)受體位點的多個結(jié)構(gòu)基因協(xié)同表達。含有相同受體位點的基因組成一組基因，類似原核生物的一個操縱子。而整合基因類似于調(diào)節(jié)基因，但其轉(zhuǎn)錄受感受位點控制。受體位點類似操縱基因，如果一個結(jié)構(gòu)基因附近具有幾個不同的受體位點，各個受體位點可以被特異的激活因子所識