基因的表達(dá)與調(diào)控-真核基因表達(dá)調(diào)控的一般規(guī)律課件

1匯報(bào)人：AA2024-01-28基因的表達(dá)與調(diào)控--真核基因表達(dá)調(diào)控的一般規(guī)律課件目錄contents基因表達(dá)基本概念與過程真核基因表達(dá)調(diào)控層次與機(jī)制順式作用元件和反式作用因子表觀遺傳學(xué)在真核基因表達(dá)調(diào)控中作用細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑對(duì)真核基因表達(dá)影響細(xì)胞周期和發(fā)育階段相關(guān)性表達(dá)模式變化總結(jié)與展望301基因表達(dá)基本概念與過程基因表達(dá)是指基因所攜帶的遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄和翻譯等一系列過程，最終合成具有生物活性的蛋白質(zhì)分子的過程。基因表達(dá)定義基因表達(dá)是生物體生長、發(fā)育、繁殖和應(yīng)對(duì)環(huán)境變化的基礎(chǔ)，對(duì)于理解生物體的生命活動(dòng)及其調(diào)控機(jī)制具有重要意義?；虮磉_(dá)的意義基因表達(dá)定義及意義轉(zhuǎn)錄是以DNA為模板合成RNA的過程，包括啟動(dòng)、延伸和終止三個(gè)階段。在真核生物中，轉(zhuǎn)錄主要在細(xì)胞核內(nèi)進(jìn)行。翻譯是以mRNA為模板，tRNA為運(yùn)載工具，在核糖體上合成蛋白質(zhì)的過程。翻譯包括起始、延長和終止三個(gè)階段。轉(zhuǎn)錄與翻譯過程簡述翻譯轉(zhuǎn)錄真核生物基因結(jié)構(gòu)包括編碼區(qū)和非編碼區(qū)。編碼區(qū)包括外顯子和內(nèi)含子，非編碼區(qū)包括啟動(dòng)子、增強(qiáng)子等調(diào)控序列。真核生物基因具有不連續(xù)性，即外顯子被內(nèi)含子所分隔。在轉(zhuǎn)錄后加工過程中，內(nèi)含子被剪接掉，外顯子連接在一起形成成熟的mRNA。真核生物基因結(jié)構(gòu)特點(diǎn)蛋白質(zhì)合成后修飾蛋白質(zhì)在合成后常常需要經(jīng)過一系列的修飾加工，如磷酸化、糖基化、乙?；龋孕纬删哂猩锘钚缘某墒斓鞍踪|(zhì)。蛋白質(zhì)功能蛋白質(zhì)是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)，參與細(xì)胞的各種生命活動(dòng)，如催化、運(yùn)輸、免疫、調(diào)節(jié)等。蛋白質(zhì)的多樣性決定了生物體功能的多樣性。蛋白質(zhì)合成后修飾及功能302真核基因表達(dá)調(diào)控層次與機(jī)制通過改變?nèi)旧w的空間構(gòu)象，如染色體收縮、膨脹等，影響基因的可接近性和轉(zhuǎn)錄活性。染色體構(gòu)象改變?nèi)旧w修飾染色體重排包括DNA甲基化、組蛋白修飾等，可影響染色體的穩(wěn)定性和基因表達(dá)。通過染色體重排，改變基因的位置和相鄰環(huán)境，從而影響基因的表達(dá)。030201染色體水平調(diào)控通過與DNA結(jié)合，激活或抑制轉(zhuǎn)錄過程，實(shí)現(xiàn)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控。轉(zhuǎn)錄因子通過識(shí)別和結(jié)合啟動(dòng)子，啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄過程，同時(shí)受到多種因子的調(diào)控。RNA聚合酶分別通過增強(qiáng)或抑制轉(zhuǎn)錄因子的活性，影響基因的表達(dá)。增強(qiáng)子和沉默子轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控

轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控RNA加工包括剪接、編輯等過程，可改變RNA的結(jié)構(gòu)和功能，從而影響基因的表達(dá)。RNA運(yùn)輸通過控制RNA在細(xì)胞內(nèi)的運(yùn)輸和定位，實(shí)現(xiàn)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控。RNA穩(wěn)定性通過控制RNA的降解速率，影響其在細(xì)胞內(nèi)的積累量，從而調(diào)控基因的表達(dá)。翻譯及翻譯后水平調(diào)控通過控制翻譯起始復(fù)合物的形成和活性，影響蛋白質(zhì)的合成速率。通過控制翻譯延伸和終止過程，影響蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能。包括磷酸化、糖基化等過程，可改變蛋白質(zhì)的性質(zhì)和功能，從而影響基因的表達(dá)。通過控制蛋白質(zhì)的降解速率，影響其在細(xì)胞內(nèi)的積累量，從而調(diào)控基因的表達(dá)。翻譯起始翻譯延伸和終止蛋白質(zhì)修飾蛋白質(zhì)降解303順式作用元件和反式作用因子啟動(dòng)子增強(qiáng)子沉默子絕緣子順式作用元件類型及功能是RNA聚合酶結(jié)合的位點(diǎn)，能啟動(dòng)基因的轉(zhuǎn)錄過程，包含多種轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)。負(fù)性調(diào)節(jié)元件，可抑制基因轉(zhuǎn)錄，通常與轉(zhuǎn)錄抑制因子結(jié)合而發(fā)揮作用。能顯著增強(qiáng)基因轉(zhuǎn)錄效率的DNA序列，通常位于遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的位置，可作用于真核生物和病毒。能阻斷增強(qiáng)子對(duì)啟動(dòng)子的增強(qiáng)效應(yīng)，使增強(qiáng)子的作用被局限于一定區(qū)域內(nèi)。03反式作用因子的激活與抑制通過與其他轉(zhuǎn)錄因子或輔助因子的相互作用，激活或抑制基因的轉(zhuǎn)錄。01反式作用因子的結(jié)構(gòu)包括DNA結(jié)合域、轉(zhuǎn)錄激活域和結(jié)合其他蛋白的結(jié)構(gòu)域。02反式作用因子與DNA結(jié)合通過特定的結(jié)構(gòu)域與順式作用元件結(jié)合，識(shí)別特定的核苷酸序列。反式作用因子識(shí)別與結(jié)合機(jī)制通過順式作用元件和反式作用因子的相互作用，實(shí)現(xiàn)基因在不同組織和發(fā)育階段的特異性表達(dá)。基因表達(dá)的時(shí)空特異性調(diào)控通過調(diào)節(jié)反式作用因子的濃度或活性，實(shí)現(xiàn)對(duì)基因表達(dá)水平的精細(xì)調(diào)控?；虮磉_(dá)的劑量效應(yīng)調(diào)控環(huán)境信號(hào)通過信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑影響反式作用因子的活性或合成，從而調(diào)控基因的表達(dá)。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與基因表達(dá)的偶聯(lián)許多疾病的發(fā)生與基因表達(dá)調(diào)控異常有關(guān)，研究順式-反式互作有助于揭示疾病的發(fā)生機(jī)制并尋找新的治療方法。疾病發(fā)生與基因表達(dá)調(diào)控異常順式-反式互作在表達(dá)調(diào)控中應(yīng)用304表觀遺傳學(xué)在真核基因表達(dá)調(diào)控中作用表觀遺傳學(xué)定義研究基因的核苷酸序列不發(fā)生改變的情況下，基因表達(dá)的可遺傳的變化的一門遺傳學(xué)分支學(xué)科。研究內(nèi)容包括DNA甲基化、組蛋白修飾、非編碼RNA調(diào)控等。表觀遺傳學(xué)概念及研究內(nèi)容DNA甲基化與去甲基化過程DNA甲基化在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的作用下，將甲基基團(tuán)添加到胞嘧啶的5'位上，形成5-甲基胞嘧啶，通常與基因沉默相關(guān)。去甲基化過程通過特定的去甲基化酶，將5-甲基胞嘧啶的甲基基團(tuán)去除，恢復(fù)胞嘧啶的原始狀態(tài)，與基因激活相關(guān)。通過組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶將乙酰基團(tuán)添加到組蛋白的賴氨酸殘基上，中和正電荷，使DNA與組蛋白的結(jié)合變松，有利于轉(zhuǎn)錄因子與DNA結(jié)合，激活基因轉(zhuǎn)錄。組蛋白乙?；ㄟ^組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶將甲基基團(tuán)添加到組蛋白的精氨酸或賴氨酸殘基上，影響染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和基因表達(dá)。不同位點(diǎn)的甲基化可產(chǎn)生不同的效應(yīng)，如激活或抑制基因轉(zhuǎn)錄。組蛋白甲基化組蛋白修飾對(duì)基因表達(dá)影響microRNA（miRNA）通過與靶mRNA的3'非翻譯區(qū)結(jié)合，導(dǎo)致mRNA降解或翻譯抑制，從而在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因表達(dá)。長鏈非編碼RNA（lncRNA）可通過與DNA、RNA或蛋白質(zhì)相互作用，參與染色質(zhì)修飾、轉(zhuǎn)錄調(diào)控和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控等多種生物學(xué)過程，影響基因表達(dá)。環(huán)狀RNA（circRNA）具有穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，可作為miRNA海綿體吸附并調(diào)控miRNA的活性，間接影響靶基因的表達(dá)。此外，circRNA還可與蛋白質(zhì)相互作用，參與多種生物學(xué)過程。非編碼RNA在表觀遺傳中作用305細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑對(duì)真核基因表達(dá)影響信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑定義指細(xì)胞外信號(hào)分子與細(xì)胞膜上受體結(jié)合后，通過一系列細(xì)胞內(nèi)信號(hào)分子的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，將信號(hào)傳遞至細(xì)胞核內(nèi)，最終調(diào)節(jié)特定基因表達(dá)的過程。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑分類根據(jù)信號(hào)分子的性質(zhì)和受體類型，細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑可分為多種類型，如G蛋白偶聯(lián)受體途徑、酶聯(lián)受體途徑、核受體途徑等。細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑簡介信號(hào)分子對(duì)靶標(biāo)識(shí)別和結(jié)合機(jī)制包括激素、神經(jīng)遞質(zhì)、生長因子等，它們通過與靶細(xì)胞表面或內(nèi)部的受體結(jié)合，傳遞信息并調(diào)節(jié)細(xì)胞功能。信號(hào)分子種類信號(hào)分子與受體的結(jié)合具有高度的特異性和親和力，通過構(gòu)象變化或磷酸化等機(jī)制激活受體，進(jìn)而觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)反應(yīng)。靶標(biāo)識(shí)別和結(jié)合機(jī)制VS信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中涉及多種關(guān)鍵酶，如蛋白激酶、磷酸酶等，它們通過催化底物蛋白的磷酸化或去磷酸化反應(yīng)，調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。受體種類和功能細(xì)胞膜上受體種類繁多，如離子通道受體、G蛋白偶聯(lián)受體等，它們通過與信號(hào)分子結(jié)合并激活細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，調(diào)節(jié)基因表達(dá)。關(guān)鍵酶種類和功能信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中關(guān)鍵酶和受體功能信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)異常類型信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)異常包括受體突變、信號(hào)分子異常、關(guān)鍵酶失調(diào)等，這些異?？赡軐?dǎo)致細(xì)胞增殖失控、分化異常等病理變化。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)異常與疾病關(guān)系多種疾病的發(fā)生與發(fā)展與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)異常密切相關(guān)，如腫瘤、心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病等，因此針對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的藥物研發(fā)具有重要的臨床意義。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)異常與疾病發(fā)生關(guān)系306細(xì)胞周期和發(fā)育階段相關(guān)性表達(dá)模式變化G1期S期G2期M期細(xì)胞周期不同階段表達(dá)模式差異01020304合成RNA和核糖體，表達(dá)與細(xì)胞生長和DNA復(fù)制準(zhǔn)備相關(guān)的基因。DNA復(fù)制，表達(dá)與DNA合成和修復(fù)相關(guān)的基因。準(zhǔn)備有絲分裂，表達(dá)與細(xì)胞分裂相關(guān)的基因。有絲分裂，表達(dá)與細(xì)胞分裂直接相關(guān)的基因。主要進(jìn)行細(xì)胞分裂，表達(dá)與細(xì)胞分裂和胚胎形態(tài)發(fā)生相關(guān)的基因。卵裂期細(xì)胞開始分化，表達(dá)與細(xì)胞命運(yùn)決定和胚胎模式形成相關(guān)的基因。囊胚期形成三個(gè)胚層，表達(dá)與胚層分化和器官原基形成相關(guān)的基因。原腸胚期神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育，表達(dá)與神經(jīng)發(fā)生和神經(jīng)系統(tǒng)構(gòu)建相關(guān)的基因。神經(jīng)胚期胚胎發(fā)育過程中表達(dá)模式變化表達(dá)與代謝、解毒和蛋白質(zhì)合成相關(guān)的基因。肝臟心臟大腦免疫系統(tǒng)表達(dá)與心肌收縮、心臟發(fā)育和血管生成相關(guān)的基因。表達(dá)與神經(jīng)元功能、突觸傳遞和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞支持相關(guān)的基因。表達(dá)與免疫應(yīng)答、抗原識(shí)別和炎癥反應(yīng)相關(guān)的基因。組織器官特異性表達(dá)模式分析營養(yǎng)狀況影響代謝相關(guān)基因的表達(dá)，如饑餓狀態(tài)下脂肪代謝相關(guān)基因的表達(dá)上調(diào)。化學(xué)物質(zhì)通過影響轉(zhuǎn)錄因子活性或DNA甲基化等方式改變基因表達(dá)模式，如致癌物質(zhì)誘導(dǎo)原癌基因的表達(dá)。氧化應(yīng)激誘導(dǎo)抗氧化相關(guān)基因的表達(dá)，如超氧化物歧化酶和過氧化氫酶的表達(dá)上調(diào)。溫度變化影響基因表達(dá)的穩(wěn)定性和效率，如熱休克蛋白的表達(dá)。環(huán)境因素誘導(dǎo)下表達(dá)模式調(diào)整307總結(jié)與展望真核基因表達(dá)具有時(shí)空特異性01不同細(xì)胞類型、不同發(fā)育階段以及不同環(huán)境條件下，基因表達(dá)模式和水平存在顯著差異。多層次、多因素調(diào)控02真核基因表達(dá)受轉(zhuǎn)錄前、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后、翻譯和翻譯后等多個(gè)層次的調(diào)控，涉及DNA甲基化、組蛋白修飾、非編碼RNA等多種因素。調(diào)控網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜且高度動(dòng)態(tài)03真核生物體內(nèi)存在大量相互作用的調(diào)控因子，它們之間形成復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，且隨著內(nèi)外環(huán)境的變化而動(dòng)態(tài)調(diào)整。真核基因表達(dá)調(diào)控規(guī)律總結(jié)123盡管對(duì)真核基因表達(dá)調(diào)控的研究已取得顯著進(jìn)展，但仍有許多調(diào)控機(jī)制的細(xì)節(jié)和內(nèi)在聯(lián)系尚未完全闡明。調(diào)控機(jī)制尚未完全闡明目前用于研究基因表達(dá)調(diào)控的技術(shù)手段如基因敲除、基因編輯等仍存在一定局限性和不足，需要不斷改進(jìn)和完善。技術(shù)手段存在局限性許多疾病的發(fā)生發(fā)展與基因表達(dá)調(diào)控異常密切相關(guān)，但疾病狀態(tài)下的調(diào)控機(jī)制和變化規(guī)律仍不十分清楚。疾病與基因表達(dá)調(diào)控關(guān)系復(fù)雜存在問題及挑戰(zhàn)分析深入研究調(diào)控機(jī)制未來研究將更加注重揭示真核基因表達(dá)調(diào)控的分子機(jī)制和信號(hào)通路，以及不同調(diào)控層次之間的相互作用和協(xié)調(diào)。隨