醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)課件

1、醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)1 第第 三三 節(jié)節(jié) 真核基因轉錄調節(jié)真核基因轉錄調節(jié) Regulation of Eukaryotic Gene Transcription 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)2 一、真核基因組結構特點一、真核基因組結構特點 （一）真核基因組結構龐大一）真核基因組結構龐大 哺乳類動哺乳類動 物基因組物基因組 DNA DNA 約約 3 3 10 10 9 9 堿基對堿基對 編碼基因編碼基因約約 有有 40000 40000 個個，占總長的占總長的1 %1 % rDNArDNA等重復基因等重復基因約約 占占 5% 10%5% 10% 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)3 （

2、二）單順反子二）單順反子 單順反子單順反子(monocistron)(monocistron) 即一個編碼基因轉錄生成一個即一個編碼基因轉錄生成一個mRNAmRNA分分 子，經(jīng)翻譯生成一條多肽鏈。子，經(jīng)翻譯生成一條多肽鏈。 （ 三）基因不連續(xù)性三）基因不連續(xù)性 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)4 染色體水平染色體水平DNADNA的活化的活化 轉錄的起始轉錄的起始 hnRNA hnRNA 的剪切和加工的剪切和加工 mRNA mRNA 轉移到胞漿轉移到胞漿 翻譯翻譯 二、真核基因表達調控特點二、真核基因表達調控特點 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)5 二、真核基因表達調控特點二、真核基因表達調控特點

3、（一）多種一）多種RNARNA聚合酶聚合酶 （二）活性染色體結構變化二）活性染色體結構變化 （三三）正性調節(jié)占主導正性調節(jié)占主導 （四四）轉錄與翻譯分隔進行轉錄與翻譯分隔進行 （五）轉錄后修飾、加工五）轉錄后修飾、加工 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)6 2. DNA2. DNA拓撲結構變化拓撲結構變化 天然雙鏈天然雙鏈DNADNA均以負性超螺旋構象存在；均以負性超螺旋構象存在； 基因活化后基因活化后 RNA-pol正超螺旋正超螺旋負超螺旋負超螺旋 轉錄方向轉錄方向 1. 1. 對核酸酶敏感對核酸酶敏感 活化基因常有超敏位點，位于調節(jié)蛋活化基因常有超敏位點，位于調節(jié)蛋 白結合位點附近。白結合位點

4、附近。 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)7 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)8 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)9 3. DNA3. DNA堿基修飾變化堿基修飾變化 真核真核DNADNA約有約有5%5%的胞嘧啶被甲基化，的胞嘧啶被甲基化， 甲基化范圍與基因表達程度呈反比。甲基化范圍與基因表達程度呈反比。 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)10 DNA Methylation and DNA Methylation and TranscriptionTranscription 53 53 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)11 4. 4. 組蛋白變化組蛋白變化 富含富含LysLys組蛋白水平降低組蛋白水平降低

5、 活性的核小體常缺乏活性的核小體常缺乏H1H1，但卻結合有非組蛋，但卻結合有非組蛋 白白 HMGHMG1414和和HMGHMG1717的存在的存在 H2A, H2BH2A, H2B二聚體不穩(wěn)定性增加二聚體不穩(wěn)定性增加 組蛋白修飾組蛋白修飾 H1H1組蛋白磷酸化，對組蛋白磷酸化，對DNADNA親和力低親和力低 核心組蛋白的修飾，乙?；姿峄诵慕M蛋白的修飾，乙?；?，磷酸化 H3H3組蛋白巰基暴露組蛋白巰基暴露 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)12 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)13 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)14 三、三、RNA pol I RNA pol I 和和pol pol 的轉錄調節(jié)

6、的轉錄調節(jié) RNA pol IRNA pol I轉錄產物只有轉錄產物只有rRNArRNA前體，有前體，有2 2個順式個順式作用元作用元 件（件（-45+20bp-45+20bp核心元件，核心元件，-156-107bp-156-107bp上游控制元件上游控制元件 UCEUCE），需），需兩種轉錄因子兩種轉錄因子來正確有效地幫助起始轉錄來正確有效地幫助起始轉錄 （上游結合因子（上游結合因子1 1和選擇性因子和選擇性因子1 1）。）。 RNA pol RNA pol 對對tRNAtRNA和和5S rRNA5S rRNA基因的轉錄調節(jié)，啟動子基因的轉錄調節(jié)，啟動子 在轉錄區(qū)內。在轉錄區(qū)內。 tRNAt

7、RNA有有2 2種轉錄因子，種轉錄因子， 5S rRNA5S rRNA有有3 3種轉種轉 錄因子，但都只有錄因子，但都只有TFTFB B才是真正的轉錄起始因子，在才是真正的轉錄起始因子，在 定位定位RNA polRNA pol方面起重要作用。方面起重要作用。 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)15 四、四、RNA pol IIRNA pol II轉錄起始的調節(jié)轉錄起始的調節(jié) 1.1.由由10101212個亞基組成個亞基組成 2.2.最大亞基的最大亞基的C C末端含有可磷酸化位點的氨末端含有可磷酸化位點的氨 基酸殘基（基酸殘基（Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Tyr-Ser-Pro-

8、Thr-Ser-Pro- SerSer）重復序列，稱為）重復序列，稱為CTDCTD（Carboxyl Carboxyl Terminal DomainTerminal Domain） 3.CTD3.CTD是是TFIITFIIH H的底物，磷酸化后與的底物，磷酸化后與RNARNA鏈鏈 延伸有密切關系延伸有密切關系 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)16 （一）順式作用元件一）順式作用元件 1. 1. 啟動子啟動子 真核基因啟動子是真核基因啟動子是RNARNA聚合酶結合聚合酶結合 位點周圍的一組轉錄控制組件，至少位點周圍的一組轉錄控制組件，至少 包括一個包括一個轉錄起始點轉錄起始點以及一個以上的以及一

9、個以上的 功能組件功能組件。 TATATATA盒盒 GCGC盒盒 CAATCAAT盒盒 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)17 2. 2. 增強子增強子(enhancer)(enhancer) 指遠離轉錄起始點、決定基因的時間、指遠離轉錄起始點、決定基因的時間、 空間特異性、增強啟動子轉錄活性的空間特異性、增強啟動子轉錄活性的DNADNA序列。序列。 3. 3. 沉默子沉默子(silencer)(silencer) 某些基因的負性調節(jié)元件，當其結合特異某些基因的負性調節(jié)元件，當其結合特異 蛋白因子時，對基因轉錄起阻遏作用。蛋白因子時，對基因轉錄起阻遏作用。 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)18 定義

10、：是能直接或間接地識別或結合在各定義：是能直接或間接地識別或結合在各 順式作用元件核心序列上，參與調順式作用元件核心序列上，參與調 控靶基因轉錄速率的一組蛋白質?？匕谢蜣D錄速率的一組蛋白質。 結構：至少含有結構：至少含有DNADNA結合域和轉錄活性區(qū)域結合域和轉錄活性區(qū)域 （二）反式作用因子二）反式作用因子 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)19 （二）反式作用因子二）反式作用因子 1. 1. 轉錄調節(jié)因子分類（按功能特性）轉錄調節(jié)因子分類（按功能特性） * * 基本轉錄因子基本轉錄因子(general transcription (general transcription factors)f

11、actors) 是是RNARNA聚合酶結合啟動子所必需的一組蛋聚合酶結合啟動子所必需的一組蛋 白因子，決定三種白因子，決定三種RNARNA(m(mRNARNA、tRNAtRNA及及rRNA)rRNA)轉轉 錄的類別。錄的類別。 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)20 * * 特異轉錄因子特異轉錄因子(special transcription (special transcription factors)factors) 為個別基因轉錄所必需，決定該基因的為個別基因轉錄所必需，決定該基因的 時間、空間特異性表達。時間、空間特異性表達。 轉錄激活因子轉錄激活因子 轉錄抑制因子轉錄抑制因子 醫(yī)用分子遺

12、傳學真核基因轉錄調節(jié)21 1.TFII1.TFIID D：由：由TBPTBP和和8 8種輔助因子（種輔助因子（TAFTAF）結合的復合）結合的復合 物，物，TBPTBP識別識別TATA boxTATA box，并與上游調控元件，并與上游調控元件 調節(jié)基礎轉錄速率有關。調節(jié)基礎轉錄速率有關。 2.TFII2.TFIIB B：C C末端直接結合在末端直接結合在TBPTBPDNADNA復合物上，復合物上，N-N-末末 端具有結合端具有結合RNARNA聚合酶的功能。聚合酶的功能。 3.TFII3.TFIIF F：1 1、可直接和聚合酶、可直接和聚合酶 II II 作用，在激活因子作用，在激活因子 作用

13、下，將此復合物募集到起始復合物上去。作用下，將此復合物募集到起始復合物上去。 2 2、TFIITFIIF F還有解旋的活性還有解旋的活性 4.TFII4.TFIIE E：和：和TBPTBP相互作用，參與調節(jié)相互作用，參與調節(jié)TFIITFIIH H的酶活性的酶活性 5.TFII5.TFIIH H：有解旋酶活性，磷酸化：有解旋酶活性，磷酸化RNARNA聚合酶聚合酶 II II 大亞大亞 基基 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)22 1. 1.在無在無TAFTAF的情況下，的情況下，TBPTBP能啟動基礎轉錄能啟動基礎轉錄 水平。水平。 2.TAF2.TAF將反式作用因子的活性區(qū)域與基礎轉將反式作用因子

14、的活性區(qū)域與基礎轉 錄復合物連接。錄復合物連接。 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)23 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)24 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)25 2. 2. 轉錄調節(jié)因子結構轉錄調節(jié)因子結構 DNADNA結合域結合域 轉錄激活域轉錄激活域 TFTF 蛋白質蛋白質- -蛋白質結合域蛋白質結合域 （二聚化結構域）（二聚化結構域） 谷氨酰胺富含域谷氨酰胺富含域 酸性激活域酸性激活域 脯氨酸富含域脯氨酸富含域 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)26 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)27 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)28 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)29 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)30 醫(yī)

15、用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)31 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)32 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)33 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)34 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)35 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)36 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)37 （三（三）mRNA mRNA 轉錄激活及其調節(jié)轉錄激活及其調節(jié) polpol TFHTFHTAFTAF TFFTFF TAFTAF TAFTAF TFATFA TFBTFB TBPTBP 真核真核RNARNA聚合酶聚合酶在轉錄因子幫助下，形成的在轉錄因子幫助下，形成的 轉錄起始復合物。轉錄起始復合物。TF II DTF II D是是唯一具有位點特異唯一具有位點特異的的 DNADNA結合能力的因子。結合能力的因子。 TATATATA DNA DNA TBPTBP相關因子相關因子 是細胞特異的，與轉是細胞特異的，與轉 錄激活因子共同決定錄激活因子共同決定 組織特異性轉錄組織特異性轉錄 醫(yī)用分子遺傳學真核基因轉錄調節(jié)38 體外：體外： 1.DNase I 1.DNase I 的敏感位點的敏感位點 2.Gel Shift (EMSA)2.Gel Shift (EMSA) 3.Footprint3.Footprint 體內：體內： 1.Traisent Transfection1.Traisent Transfec