生物化學(xué)-基因表達(dá)調(diào)控

1961年，法國科學(xué)家F.Jacob和J.Monod通過研究大腸桿菌乳糖代謝的調(diào)節(jié)機(jī)制，提出了著名的操縱子學(xué)說，從而開創(chuàng)了基因表達(dá)調(diào)控研究的新紀(jì)元。對(duì)基因表達(dá)調(diào)控的研究是目前分子生物學(xué)領(lǐng)域最重要的研究內(nèi)容之一。(RegulationofGeneExpression)第十四章基因表達(dá)調(diào)控第一節(jié)基因表達(dá)調(diào)控的概念和原理(Conceptandprinciple：

RegulationofGeneExpression)一、基因表達(dá)調(diào)控的概念

(一)基因表達(dá)(geneexpression)是指基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、翻譯，產(chǎn)生具有特異生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)分子的過程。(二)基因表達(dá)的時(shí)間性及空間性1.時(shí)間特異性某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時(shí)間順序發(fā)生，稱之為基因表達(dá)的時(shí)間特異性。多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時(shí)間特異性又稱階段特異性。2.空間特異性某種基因產(chǎn)物在個(gè)體按不同組織空間順序出現(xiàn)，稱之為基因表達(dá)的空間特異性?？臻g特異性是由細(xì)胞在器官的分布決定的，故又稱細(xì)胞或組織特異性。二、原核生物基因表達(dá)調(diào)控(一)參與原核生物基因表達(dá)調(diào)控的蛋白因子1.RNA聚合酶RNA聚合酶與DNA的親和力，影響轉(zhuǎn)錄。2.σ因子4.

激活蛋白3.

阻遏蛋白主要參與RNA聚合酶對(duì)啟動(dòng)序列的識(shí)別。能夠與特異操縱序列結(jié)合，阻斷基因表達(dá)。

增強(qiáng)RNA聚合酶與啟動(dòng)序列的結(jié)合能力。1.操縱子的結(jié)構(gòu)與功能一個(gè)操縱子=調(diào)節(jié)序列+啟動(dòng)序列+操縱序列+編碼序列⑴調(diào)節(jié)序列(inhibitor,I):編碼一種阻遏蛋白(repressor)

。⑵啟動(dòng)序列(promoter,P):結(jié)合RNA聚合酶，啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。⑶操縱序列(operator,O):阻遏蛋白的結(jié)合位點(diǎn)。⑷編碼序列(codingsequence):編碼功能性蛋白，2~6個(gè)。(二)原核生物基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控模式——操縱子機(jī)制

操縱子(operon)是原核生物中幾個(gè)功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因成簇串聯(lián)排列組成的一個(gè)基因表達(dá)的協(xié)同單位。操縱子的本質(zhì)是DNA序列。2.乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)及其調(diào)節(jié)機(jī)制控制區(qū)CAP結(jié)合位點(diǎn)啟動(dòng)序列操縱序列編碼基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透酶A：乙?；D(zhuǎn)移酶

信息區(qū)調(diào)控序列代謝產(chǎn)物基因激活蛋白(catabolitegeneactivatorprotien,CAP)ZOPDNAIYAC(1)阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)mRNA阻遏蛋白阻遏基因ZOPDNAIYACpol沒有乳糖存在時(shí)mRNA阻遏蛋白有乳糖存在時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄mRNA乳糖半乳糖β-半乳糖苷酶ZOPDNAIYACpol(2)CAP的正性調(diào)節(jié)ZOPDNAIYACCAPcAMP++++轉(zhuǎn)錄CAPCAPCAPCAP無葡萄糖，cAMP濃度高時(shí)有葡萄糖，cAMP濃度低時(shí)CAPCAPCAPCAPRNA-pol(3)阻遏蛋白與CAP的協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)低半乳糖時(shí)(有阻遏蛋白)高半乳糖時(shí)(無阻遏蛋白)葡萄糖濃度低cAMP濃度高(有CAP)葡萄糖濃度高cAMP濃度低(無CAP)OOOOmRNA(一)順式作用元件(cis-actingelement)——可影響自身基因表達(dá)活性的DNA序列三、真核基因基因表達(dá)的調(diào)節(jié)1.啟動(dòng)子真核基因啟動(dòng)子是RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件，至少包括一個(gè)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)以及一個(gè)以上的功能組件。高等真核生物CAAT盒GC盒TATA盒RNA起始點(diǎn)酵母上游激活序列(UAS)TATA盒RNA起始點(diǎn)2.增強(qiáng)子(enhancer)

指遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)、決定基因的時(shí)間、空間特異性、增強(qiáng)啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄活性的DNA序列。3.沉默子(silencer)

某些基因的負(fù)性調(diào)節(jié)元件，當(dāng)其結(jié)合特異蛋白因子時(shí)，對(duì)基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。BADNA編碼序列轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)B：增強(qiáng)子或沉默子A：?jiǎn)?dòng)子(二)反式作用因子(trans-actingfactor)

1.基本轉(zhuǎn)錄因子(generaltranscriptionfactors)是RNA聚合酶結(jié)合啟動(dòng)子所必需的一組蛋白因子，決定三種RNA(mRNA、tRNA及rRNA)轉(zhuǎn)錄的類別。2.特異轉(zhuǎn)錄因子(specialtranscriptionfactors)為個(gè)別基因轉(zhuǎn)錄所必需，決定該基因的時(shí)間、空間特異性表達(dá)。轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)錄抑制因子分為——影響基因表達(dá)的蛋白因子(三)反式作用因子的結(jié)構(gòu)DNA結(jié)合域轉(zhuǎn)錄激活域TF蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)結(jié)合域(二聚化結(jié)構(gòu)域)

谷氨酰胺富含域酸性激活域脯氨酸富含域1.同源結(jié)構(gòu)域3.堿性亮氨酸拉鏈2.鋅指CCHHZnCysHisCH其他氨基酸polⅡ(四)真核生物基因表達(dá)調(diào)控模式TBP2.真核RNA聚合酶Ⅱ在轉(zhuǎn)錄因子幫助下，形成的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。

DNA1.真核生物基因表達(dá)調(diào)控較復(fù)雜，除轉(zhuǎn)錄起始階段受到調(diào)節(jié)外，在轉(zhuǎn)錄后水平、翻譯水平及翻譯后水平等均受調(diào)控。

TFⅡHTAFTFⅡFTAFTAFTFⅡATFⅡBTATAEBP第二節(jié)癌基因與抑癌基因(Oncogenesand,Anti-oncogenes)癌基因抑癌基因細(xì)胞表達(dá)蛋白正調(diào)控負(fù)調(diào)控一、癌基因控制細(xì)胞生長和分化的基因，它的結(jié)構(gòu)或表達(dá)異常，可引起細(xì)胞癌變。分為細(xì)胞癌基因和病毒癌基因。1.病毒癌基因是存在于病毒基因組中的癌基因，它不編碼病毒的結(jié)構(gòu)成分，對(duì)病毒復(fù)制也沒有作用，但可以使細(xì)胞持續(xù)增殖。(一)病毒癌基因(virusoncogene,v-onc)產(chǎn)生病毒核心蛋白產(chǎn)生逆轉(zhuǎn)錄酶和整合酶

產(chǎn)生病毒外膜蛋白產(chǎn)生酪氨酸激酶

調(diào)節(jié)和啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄LTR

gag

pol

env

srcLTR

長末端重復(fù)序列癌基因正常的病毒基因2.病毒基因組結(jié)構(gòu)(二)細(xì)胞癌基因(cellular-oncogene,c-onc)1.細(xì)胞癌基因是存在于生物正常細(xì)胞基因組中的癌基因，或稱原癌基因(proto-oncogenes,pro-onc)。2.細(xì)胞癌基因的特點(diǎn)

(1)廣泛存在于生物界中；

(2)基因序列高度保守；

(3)作用通過其產(chǎn)物蛋白質(zhì)來體現(xiàn)；

(4)被激活后，形成癌性的細(xì)胞轉(zhuǎn)化基因。(三)癌基因的分類與功能根據(jù)表達(dá)產(chǎn)物在細(xì)胞中的定位和功能分為：1.蛋白激酶類2.信息傳遞蛋白類3.生長因子類4.核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子類跨膜生長因子受體膜結(jié)合的酪氨酸蛋白激酶可溶性酪氨酸蛋白激酶胞漿絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶非蛋白激酶受體二、抑癌基因(一)什么是抑癌基因？

抑癌基因又稱腫瘤抑制基因(tumorsuppressorgene)或抗癌基因(anti-oncogene)，是指存在于正常細(xì)胞內(nèi)的一大類可抑制細(xì)胞生長并具有潛在抑癌作用的基因。

P5317p多種腫瘤編碼P53蛋白(轉(zhuǎn)錄因子)P16

9P21黑色素瘤編碼P16蛋白(二)常見的抑癌基因NF17q12.2神經(jīng)纖維瘤GTP酶激活劑名稱染色體定位相關(guān)腫瘤作用

Rb13q14視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤、肺癌編碼P105Rb1蛋白(轉(zhuǎn)錄因子)APC

5q21結(jié)腸癌可能編碼G蛋白DCC18q21結(jié)腸癌編碼表面糖蛋白(細(xì)胞粘著分子)

NF222q神經(jīng)鞘膜瘤、腦膜瘤連接膜與細(xì)胞骨架VHL3p小細(xì)胞肺癌、宮頸癌轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白WT111P13腎母細(xì)胞瘤編碼鋅指蛋白（轉(zhuǎn)錄因子）三、癌基因和抑癌基因與腫瘤的發(fā)生1.點(diǎn)突變2.啟動(dòng)子插入3.增強(qiáng)子插入4.甲基化程度降低5.原癌基因的擴(kuò)散拷貝數(shù)增加6.基因易位或重排(一)癌基因惡性活化的機(jī)制(二)癌基因激活與腫瘤的發(fā)生1.ras基因結(jié)腸癌2.myc基因Burkitt’s淋巴瘤3.bcl-2基因淋巴瘤

腫瘤的發(fā)生是一個(gè)極其復(fù)雜的細(xì)胞惡變過程：①激活的癌基因可能是細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化的內(nèi)在因素。②激活癌基因的協(xié)同作用是使細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵。③原癌基因的激活可能是部分或所有致癌因素導(dǎo)致腫瘤的共同途徑。1.視網(wǎng)