第八章真核生物基因達調(diào)控

1、第八章第八章 真核生物基因真核生物基因 表達調(diào)控表達調(diào)控教學目的：教學目的：了解真核基因表達調(diào)控的特點了解轉錄前的調(diào)控，掌握增強子的作用特點掌握反式作用因子的dna結合域的結構花式；了解轉錄后加工水平的調(diào)控方式，掌握可變剪接、反式剪接、rna編輯的概念；了解翻譯水平的調(diào)控方式及特點。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 轉錄水平轉錄水平的調(diào)控的調(diào)控第三節(jié)第三節(jié) 轉錄后加工水平轉錄后加工水平的調(diào)控的調(diào)控第四節(jié)第四節(jié) 翻譯的調(diào)控翻譯的調(diào)控第一節(jié)第一節(jié) 概述概述原核與真核生物基因表達的差異原核與真核生物基因表達的差異 重復序列重復序列 重疊基因重疊基因 割裂基因割裂基因 無內(nèi)含子無內(nèi)含子 rna轉錄后

2、加工轉錄后加工 轉錄和翻譯同步進行轉錄和翻譯同步進行真核生物真核生物 原核生物原核生物 dna + 組蛋白組蛋白 核小體核小體 裸露的裸露的 dna 單順反子單順反子 多順反子（操縱子）多順反子（操縱子）染色質結構染色質結構dna的甲基化的甲基化第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 轉錄水平的調(diào)控轉錄水平的調(diào)控第三節(jié)第三節(jié) 轉錄后加工水平的調(diào)控轉錄后加工水平的調(diào)控第四節(jié)第四節(jié) 翻譯的調(diào)控翻譯的調(diào)控1 順式作用元件順式作用元件2 反式作用因子反式作用因子第二節(jié)第二節(jié) 真核基因轉錄水平的調(diào)控真核基因轉錄水平的調(diào)控 1 基因轉錄的順式作用元件基因轉錄的順式作用元件(cis-acting element

3、s)順式作用元件：順式作用元件：對基因表達有調(diào)節(jié)活性的對基因表達有調(diào)節(jié)活性的dna序列序列，其活性只影響與其自身同處在一個，其活性只影響與其自身同處在一個dna分子上的基因；分子上的基因；通常不編碼蛋白質，多位于基因旁側或內(nèi)含子通常不編碼蛋白質，多位于基因旁側或內(nèi)含子中。中。包括包括: 啟動子、終止子、增強子、沉默子、靜息啟動子、終止子、增強子、沉默子、靜息子、轉座子、效應元件等。子、轉座子、效應元件等。 1.1 啟動子啟動子啟動子（啟動子（promoter）：）：是一段提供是一段提供rna聚合酶識別和結合聚合酶識別和結合的的dna序列，它位于基因的上游。序列，它位于基因的上游。rna聚合酶正

4、是通過與它的結合而啟動基因的轉錄。聚合酶正是通過與它的結合而啟動基因的轉錄。*啟動子的特征啟動子的特征序列特異性序列特異性方向性方向性位置特性位置特性種屬特異性種屬特異性ttgacatataat轉錄起始點轉錄起始點53-35-1016-19 bp5-9 bpt80a95t45a60a50t96t82t84g78a65c54a45原核生物的promoterii型啟動子組成型啟動子組成(1) 核心啟動子成分，核心啟動子成分，如如tata框；框；(2) 上游啟動子成分上游啟動子成分（upe），如，如caat框，框， gc框，八聚體（框，八聚體（octameramer）等；）等；(3) 轉錄起始子（轉

5、錄起始子（inr）真核啟動子含有不同的序列，不同序列的位置、種類、真核啟動子含有不同的序列，不同序列的位置、種類、距離和方向都不完全相同；距離和方向都不完全相同；sv40 早期啟動子早期啟動子胸苷激酶胸苷激酶組蛋白組蛋白h2b -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 +1oct caat gc tata 170 160 150 140 130 120 110.60 50 40 30 20 10 1 10 20 上游控制區(qū)上游控制區(qū) 核心啟動子核心啟動子 基因內(nèi)啟動子 起始位點 boxa boxc 基因內(nèi)啟動子 boxa boxb 基因外啟動子 oct pse tata 圖

6、 12-23 真核 rna pol 的基因內(nèi)啟動子和基因外啟動子 i 型型ii 型型iii型型 型啟動子型啟動子型啟動子型啟動子1.2 增強子增強子 又稱遠端上游序列遠端上游序列（far upstream sequence）。最早最早sv40病毒中發(fā)現(xiàn)，可使旁側基因轉錄提高病毒中發(fā)現(xiàn)，可使旁側基因轉錄提高100倍。倍。組成：組成：100-200bp，單拷貝或多拷貝串連形式，單拷貝或多拷貝串連形式存在。存在。正性調(diào)控元件，轉錄因子結合，促進轉錄。正性調(diào)控元件，轉錄因子結合，促進轉錄。增強子的作用特點：增強子的作用特點：促進基因的轉錄效率遠距離發(fā)揮作用促進基因的轉錄效率遠距離發(fā)揮作用 (10050

7、0bp，10kb)促進轉錄，不具有啟動子專一性促進轉錄，不具有啟動子專一性功能與方向、位置無關功能與方向、位置無關具有組織或細胞特異性具有組織或細胞特異性對同源或異源基因均有功能。對同源或異源基因均有功能。1.3 沉默子沉默子 silencersilencer負性調(diào)控元件負性調(diào)控元件， 轉錄因子結合抑制轉錄。轉錄因子結合抑制轉錄。作用特點作用特點：不受序列方向的影響不受序列方向的影響，能能遠距離發(fā)揮遠距離發(fā)揮作用，作用，并可對并可對異源基因異源基因的表達起作用。的表達起作用。1.4 轉座子轉座子轉座子-跳躍基因跳躍基因的移動，有時候能夠的移動，有時候能夠激活或抑制某些結構基因的表達。激活或抑制

8、某些結構基因的表達。v一組受到共同調(diào)控的基因，都有一個相同的元件（序一組受到共同調(diào)控的基因，都有一個相同的元件（序列），此元件能與某一個列），此元件能與某一個(類類)專一蛋白因子結合，使基因專一蛋白因子結合，使基因對其作出反應。對其作出反應。1.5 效應元件效應元件(response element):表表 真核生物的效應元件和相應的蛋白因子真核生物的效應元件和相應的蛋白因子調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)劑效應效應元件元件保守序列保守序列dnadna長度長度因子因子大小大小(dada)熱激熱激hsehsecnngaanntccnngcnngaanntccnng27bp27bphstfhstf93,00093,00

9、0糖皮質激素糖皮質激素gregretggtacaaatgttcttggtacaaatgttct20bp20bp受體受體94,00094,000弗波酯弗波酯tretretgactcatgactca22bp22bpap1ap139,00039,000血清血清sresreccatattaggccatattagg20bp20bpsrfsrf52,00052,000效應元件的特點：效應元件的特點：有短的保守順序；有短的保守順序；是啟動子或增強子的上游元件。是啟動子或增強子的上游元件。在不同基因中，拷貝相似，有時有多個拷在不同基因中，拷貝相似，有時有多個拷貝；貝；與轉錄起點距離不固定。與轉錄起點距離不固定

10、。類固醇激素信號類固醇激素信號接受金屬刺激接受金屬刺激增強子增強子應答佛波酯應答佛波酯應答元件應答元件腫瘤誘導劑腫瘤誘導劑1 順式作用元件順式作用元件2 反式作用因子反式作用因子第二節(jié)第二節(jié) 真核基因轉錄水平的調(diào)控真核基因轉錄水平的調(diào)控 2 反式作用因子（反式作用因子（trans-acting factors）反式作用因子反式作用因子：通過擴散自身表達產(chǎn)物（酶、：通過擴散自身表達產(chǎn)物（酶、調(diào)節(jié)蛋白）控制其他基因的表達，其編碼基因調(diào)節(jié)蛋白）控制其他基因的表達，其編碼基因與其識別或結合的靶序列不在同一個與其識別或結合的靶序列不在同一個dna分子分子上。上。包括：包括：轉錄因子、轉錄因子、rna聚合

11、酶、調(diào)控蛋白等。聚合酶、調(diào)控蛋白等。2.1 反式作用因子的分類反式作用因子的分類2.2 反式作用因子的調(diào)控作用反式作用因子的調(diào)控作用2.1 反式作用因子的分類：反式作用因子的分類：(1) 通用因子通用因子，在一般細胞中普遍存在，在一般細胞中普遍存在，表表 哺乳動物哺乳動物rna pol啟動子上游轉錄因子結合的序列元件啟動子上游轉錄因子結合的序列元件組件組件保守順序保守順序dna長長度度轉錄因子轉錄因子大?。ù笮。╠a）豐度（豐度（/細細胞）胞）分布分布tata boxtataaaa10bptbp27,000?普遍普遍caat boxggccaatct22bpctf/nf160,000300,0

12、00普遍普遍gc boxgggcgg20bpsp1165,00060,000普遍普遍octameratttgcat20bpoct-176,000?普遍普遍octameratttgcat 23bpoct-252,000?淋巴細胞淋巴細胞kbgggactttcc10bpnfkb44,000?淋巴細胞淋巴細胞(2) 特異作用因子：特異作用因子：特殊組織與細胞中的，如淋巴細胞中的特殊組織與細胞中的，如淋巴細胞中的 oct-2 還包括：還包括：轉錄激活因子轉錄激活因子（結合增強子結合增強子）和）和轉錄抑制因子轉錄抑制因子（結結合沉默子合沉默子）。）。(3) 誘導型因子：誘導型因子：和和效應元件效應元件（

13、特異調(diào)控序列特異調(diào)控序列）結合的結合的蛋白因子蛋白因子。表表 真核生物的效應元件真核生物的效應元件調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)劑元件元件保守順序保守順序dnadna長度長度作用因子作用因子大小大小(dada)熱激熱激hsehsecnngaanntccnngcnngaanntccnng27bp27bphstfhstf93,00093,000糖皮質激素糖皮質激素gregretggtacaaatgttcttggtacaaatgttct20bp20bp受體受體94,00094,000弗波酯弗波酯tretretgactcatgactca22bp22bpap1ap139,00039,000血清血清sresreccatatt

14、aggccatattagg20bp20bpsrfsrf52,00052,000蛋白質和蛋白質和dna相互作用；相互作用；蛋白質和配基結合；蛋白質和配基結合；蛋白質之間的相互作用蛋白質之間的相互作用;蛋白質的修飾。蛋白質的修飾。2.2 反式作用因子的調(diào)控作用反式作用因子的調(diào)控作用dna結合域結合域，binding domain，bd：100aa， 大溝大溝轉錄激活域轉錄激活域，active domain，ad：30-100aa2.2.1 蛋白質和蛋白質和dna相互作用相互作用（1） 轉錄激活域轉錄激活域帶負電荷的螺旋結構帶負電荷的螺旋結構 如如gcn4，gal4rich-gln 如如sp1, a

15、p2, oct1, oct2rich-pro 如如ctf/nf1（2） dna結合域的結構花式結合域的結構花式/ /基元（基元（ motif）鋅指結構（鋅指結構（zinc finger ）螺旋螺旋-轉角轉角-螺旋結構螺旋結構（helix-turn-helix，hth）同源異形結構域同源異形結構域（homeodomains，hd）螺旋螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋結構螺旋結構（helix-loop-helix，hlh）亮氨酸亮氨酸“拉鏈拉鏈” （leucine zipper ） 鋅指（鋅指（zinc finger）由一小組保守的由一小組保守的氨基酸氨基酸和鋅離子和鋅離子結合，形成了結合，形成了相對獨立的功能域

16、，像相對獨立的功能域，像一根根手指伸向一根根手指伸向dna的的大溝大溝。有兩種基本構型；有兩種基本構型；- -螺旋螺旋-折疊折疊 23aa，兩指間，兩指間7-8aa共有序列：共有序列： cys-x2-4-cys-x3-phe- x5-leu-x2-his-x3-his串聯(lián)重復排列，串聯(lián)重復排列，鋅指數(shù)目多少不等鋅指數(shù)目多少不等a a. cys2/his2sp1sp1與與gc盒結合的轉錄因子盒結合的轉錄因子sp1中有連續(xù)中有連續(xù)的的3個鋅指重復結構。個鋅指重復結構。表表 帶有帶有cis/his鋅指結構的轉錄因子和鋅指結構的轉錄因子和dna結合蛋白結合蛋白蛋白蛋白來源來源大小大小指指結合的結合的d

17、na靶靶啟動子啟動子功能功能tfa哺乳動物哺乳動物37,000950bp5s基因基因pol 5s基因轉錄因子基因轉錄因子sp1哺乳動物哺乳動物105,000310bpgc boxpol ii一般的轉錄因子一般的轉錄因子adr1果蠅果蠅150,000222bpadh2基因基因pol ii激活激活adh基因基因kruppel果蠅果蠅60,0005?？胚的分化胚的分化b. cys2/cys2b. cys2/cys2zn2+與與4個個cys結合結合共有序列：共有序列：cys- x2- cys-x13- cys- x2- cys無大量重復性鋅指無大量重復性鋅指 表表 cys2/cys2型的作用因子型的作

18、用因子蛋白蛋白大小大小指指靶靶糖皮質激素受體糖皮質激素受體94,0002gre中中20bp雌激素受體雌激素受體66,0002ere中中20bpgal4(酵母酵母)99,0001uas中中17bp例如：甾類激素受體家族例如：甾類激素受體家族糖皮質激素特異性糖皮質激素特異性雌激素特異性雌激素特異性v 甾類激素受體以二聚體形式發(fā)甾類激素受體以二聚體形式發(fā)揮其促進轉錄的作用。揮其促進轉錄的作用。v 兩個鋅指的功能不同：兩個鋅指的功能不同：與與dna結合結合形成二聚體形成二聚體（2） dna結合域的結構花式結合域的結構花式/ /基元（基元（ motif）鋅指結構（鋅指結構（zinc finger ）螺旋

19、螺旋-轉角轉角-螺旋結構（螺旋結構（helix-turn-helix，hth）同源異形結構域同源異形結構域（homeodomains，hd）螺旋螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋結構螺旋結構（helix-loop-helix，hlh）亮氨酸亮氨酸“拉鏈拉鏈” （leucine zipper ） 螺旋螺旋-轉角轉角-螺旋螺旋（helix-turn-helix，hth）至少有兩個至少有兩個螺旋，其間由短肽段形成的螺旋，其間由短肽段形成的轉角連接，轉角連接，二聚體形式存在，二聚體形式存在，距離正好相當于距離正好相當于dna一個螺距（一個螺距（3.4nm），兩個），兩個螺旋剛螺旋剛好分別嵌入好分別嵌入dna的深溝。的深

20、溝。許多調(diào)控蛋白都有許多調(diào)控蛋白都有hthhthlaco的阻抑蛋白的阻抑蛋白阻遏蛋白與阻遏蛋白與cro蛋白蛋白cap酵母接合型調(diào)控蛋白酵母接合型調(diào)控蛋白1，2玉米的玉米的kn1水稻的水稻的osh1 （2） dna結合域的結構花式結合域的結構花式/ /基元（基元（ motif）鋅指結構（鋅指結構（zinc finger ）螺旋螺旋-轉角轉角-螺旋結構螺旋結構（helix-turn-helix，hth）同源異形結構域（同源異形結構域（homeodomains，hd）螺旋螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋結構螺旋結構（helix-loop-helix，hlh）亮氨酸亮氨酸“拉鏈拉鏈” （leucine zipper

21、）編碼編碼60aa的序列，幾乎存在于所的序列，幾乎存在于所有真核生物中；有真核生物中；有有3個個 -helix,h1與與h2平行平行h3位于大溝中，與位于大溝中，與dna特異結合特異結合n端多余臂部分與小溝結合，穩(wěn)定端多余臂部分與小溝結合，穩(wěn)定性高。性高。同源異形結構域（同源異形結構域（homeodomains，hd） hd與與hth的不同：的不同：（1）hd的的c端由端由3個個-螺旋構成，螺旋螺旋構成，螺旋3結合于結合于大溝；大溝； 而而hth至少至少2個個-螺旋構成螺旋構成；（2）hd以單體形式與以單體形式與dna結合，靶序列不是回結合，靶序列不是回文結構，文結構， 而而hth以二聚體形式

22、與以二聚體形式與dna結合，靶序列結合，靶序列是回文結構。是回文結構。 （2） dna結合域的結構花式結合域的結構花式/ /基元（基元（ motif）鋅指結構（鋅指結構（zinc finger ）螺旋螺旋-轉角轉角-螺旋結構螺旋結構（helix-turn-helix，hth）同源異形結構域同源異形結構域（homeodomains，hd）螺旋螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋結構（螺旋結構（helix-loop-helix，hlh）亮氨酸亮氨酸“拉鏈拉鏈” （leucine zipper ）螺旋螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋結構（螺旋結構（helix-loop-helix，hlh）4050aa含含2個個 -helix（1516

23、aa）, 由連接由連接區(qū)（區(qū)（1228aa）連接；）連接；兩親性；通過疏水面作用形成二聚兩親性；通過疏水面作用形成二聚體；體；nh2端為端為dna結合區(qū)，結合區(qū)，16aa，其其中中6aa6aa為保守序列為保守序列。 hooc cooh hooc cooh ll ll ll ll + + + + + + + + + + + + nh2 nh2 + + nh2 nh2 亮氨酸拉鏈 螺旋環(huán)螺旋(hlh)-cooh，每隔，每隔7個氨基酸出現(xiàn)一個氨基酸出現(xiàn)一個個leu，所有，所有l(wèi)eu出現(xiàn)在同一側出現(xiàn)在同一側面，成直線排列，形成疏水面面，成直線排列，形成疏水面依靠依靠leu的疏水作用的疏水作用, 2個個

24、helix 相互纏繞，相互纏繞，形成拉鏈結構形成拉鏈結構-nh2，富含堿性氨基酸，富含堿性氨基酸,螺旋狀螺旋狀, +, dna結合域，結合域， 與與dna雙螺旋鏈上帶負雙螺旋鏈上帶負電荷的磷酸基團結合電荷的磷酸基團結合堿性堿性-亮氨酸拉鏈亮氨酸拉鏈（leucine zipper，zip）zip motif y形結構形結構 hooc cooh hooc cooh ll ll ll ll + + + + + + + + + + + + nh2 nh2 + + nh2 nh2 亮氨酸拉鏈 螺旋環(huán)螺旋(hlh)在真核生物中廣泛存在在真核生物中廣泛存在c/ebp 家族：家族：與增強子與增強子、caat盒

25、結合gcn4 酵母激活因子酵母激活因子creb（camp應答元件結合應答元件結合蛋白）蛋白）2.2 反式作用因子的調(diào)控方式反式作用因子的調(diào)控方式(1) 蛋白質和蛋白質和dna相互作用相互作用 各種各種轉錄因子和順式作用元件轉錄因子和順式作用元件的相互識別、相互的相互識別、相互作用。作用。表表 哺乳動物哺乳動物rna pol啟動子上游轉錄因子結合的序列元件啟動子上游轉錄因子結合的序列元件順式作用順式作用元件元件保守順序保守順序dna長度長度轉錄因子轉錄因子大?。ù笮。╠a） 豐度（豐度（/細細胞）胞）分布分布tata boxtataaaa10bptbp27,000?普遍普遍caat boxggc

26、caatct22bpctf/nf160,000300,000普遍普遍gc boxgggcgg20bpsp1165,00060,000普遍普遍octameratttgcat20bpoct-176,000?普遍普遍octameratttgcat 23bpoct-252,000?淋巴細胞淋巴細胞kbgggactttcc10bpnfkb44,000?淋巴細胞淋巴細胞 通常轉錄因子與通常轉錄因子與dna的大溝內(nèi)的堿基或磷酸的大溝內(nèi)的堿基或磷酸接觸，通過接觸，通過a-螺旋的一個區(qū)域與螺旋的一個區(qū)域與dna結合。結合。鋅指結構鋅指結構螺旋螺旋-轉角轉角-螺旋結構螺旋結構同源異形結構域同源異形結構域螺旋螺旋-

27、環(huán)環(huán)-螺旋結構螺旋結構亮氨酸亮氨酸“拉鏈拉鏈” 2.2 反式作用因子的調(diào)控方式反式作用因子的調(diào)控方式蛋白質和蛋白質和dna相互作用；相互作用；蛋白質和配基結合；蛋白質和配基結合；蛋白質之間的相互作用蛋白質之間的相互作用;蛋白質的修飾。蛋白質的修飾。(2) 蛋白質和配基的結合蛋白質和配基的結合有的調(diào)節(jié)蛋白并不直接與有的調(diào)節(jié)蛋白并不直接與dna接觸，而先和配基結接觸，而先和配基結合被活化，如甾類受體蛋白等。合被活化，如甾類受體蛋白等。 激素激素-受體復合受體復合物進入細胞核，物進入細胞核，與增強子結合從與增強子結合從而激活啟動子，而激活啟動子，開始轉錄。開始轉錄。甾類激素作為甾類激素作為配基配基進

28、入細胞，與相應進入細胞，與相應受體蛋白受體蛋白結合；結合； 甾類激素對轉錄的調(diào)控甾類激素對轉錄的調(diào)控甾類受體蛋白通常有三個功能區(qū)甾類受體蛋白通常有三個功能區(qū)2.2 反式作用因子的調(diào)控方式反式作用因子的調(diào)控方式蛋白質和蛋白質和dna相互作用；相互作用；蛋白質和配基結合；蛋白質和配基結合；蛋白質之間的相互作用蛋白質之間的相互作用;蛋白質的修飾。蛋白質的修飾。(3) (3) 蛋白質之間的相互作用蛋白質之間的相互作用 酵母半乳糖代謝中酵母半乳糖代謝中gal80gal80和和gal4gal4的相互作用。的相互作用。(4) 蛋白質的修飾蛋白質的修飾蛋白質的磷酸化和去磷酸化是其轉錄活性調(diào)節(jié)的一種蛋白質的磷酸

29、化和去磷酸化是其轉錄活性調(diào)節(jié)的一種普遍形式。普遍形式。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 轉錄水平的調(diào)控轉錄水平的調(diào)控第三節(jié)第三節(jié) 轉錄后加工水平的調(diào)控轉錄后加工水平的調(diào)控第四節(jié)第四節(jié) 翻譯的調(diào)控翻譯的調(diào)控1 rrna和和trna的加工：剪切和修飾的加工：剪切和修飾2 mrna加工成熟：加工成熟： 第三節(jié)第三節(jié) 轉錄后加工水平的調(diào)控轉錄后加工水平的調(diào)控真核真核trna的加工的加工: 剪切、修剪和剪接剪切、修剪和剪接； 甲基修飾；甲基修飾； 3-oh連接連接-cca結構。結構。 剪接內(nèi)含子；剪接內(nèi)含子；1 rrna和和trna的加工：剪切和修飾的加工：剪切和修飾2 mrna加工成熟：加工成熟：

30、1）mrna前體的可變剪接前體的可變剪接 2）mrna前體的反式剪接前體的反式剪接 3）rna編輯編輯第三節(jié)第三節(jié) 轉錄后加工水平的調(diào)控轉錄后加工水平的調(diào)控2.1 mrna前體的可變剪接前體的可變剪接1） mrna剪接的種類：剪接的種類：組成型拼接組成型拼接: 一個基因的一個基因的mrna前體按一種方式前體按一種方式剪切，產(chǎn)生一種剪切，產(chǎn)生一種mrna，一種蛋白質。，一種蛋白質?？勺兗艚涌勺兗艚樱ㄟx擇性拼接選擇性拼接，alternative splicing） ：有些基因的有些基因的mrna前體，按不同方式剪切，產(chǎn)生前體，按不同方式剪切，產(chǎn)生兩種以上兩種以上mrna，翻譯產(chǎn)生多種蛋白質。，翻譯

31、產(chǎn)生多種蛋白質?？勺兗艚涌勺兗艚舆x用不同的剪接位點產(chǎn)生不同的蛋白質選用不同的剪接位點產(chǎn)生不同的蛋白質組成型剪接組成型剪接2） 可變剪接的方式：可變剪接的方式：（1）選用）選用不同的起始位點不同的起始位點，得到不同的蛋白質；（，得到不同的蛋白質；（酵酵母蔗糖酶母蔗糖酶suc基因基因 ，小鼠小鼠-淀粉酶淀粉酶基因基因）；）；（2）選用）選用不同的加尾位點不同的加尾位點產(chǎn)生不同的蛋白質（如免疫產(chǎn)生不同的蛋白質（如免疫球蛋白）；球蛋白）；（3）選用）選用不同的剪接位點不同的剪接位點；（4）同時采用以上）同時采用以上兩種方式兩種方式；v酵母蔗糖酶基因，有兩種不同形式酵母蔗糖酶基因，有兩種不同形式:v胞內(nèi)

32、酶的合成胞內(nèi)酶的合成不受葡萄糖存在的影響，但含量低；不受葡萄糖存在的影響，但含量低；v胞外酶的合成胞外酶的合成受到葡萄糖的抑制。受到葡萄糖的抑制。v胞外酶僅多了信號序列，經(jīng)切除后胞外酶比胞內(nèi)酶在胞外酶僅多了信號序列，經(jīng)切除后胞外酶比胞內(nèi)酶在n-n-端僅多了一個端僅多了一個serser。不同的起始位點不同的起始位點大鼠肌鈣蛋白基因大鼠肌鈣蛋白基因在不同的發(fā)育階段以及不同橫紋肌種類中由于在不同的發(fā)育階段以及不同橫紋肌種類中由于不同的選擇性剪接內(nèi)含子，結果產(chǎn)生了不同的肌鈣蛋白不同的選擇性剪接內(nèi)含子，結果產(chǎn)生了不同的肌鈣蛋白。不同的剪接位點不同的剪接位點選擇不同外顯子選擇不同外顯子剪接選擇不同的剪接選

33、擇不同的5端和外顯子端和外顯子剪接選擇不同的剪接選擇不同的3端和外顯子端和外顯子3) 可變剪接的調(diào)控機制可變剪接的調(diào)控機制實質是實質是5供體與供體與3受體剪接點的選擇搭配受體剪接點的選擇搭配如何選擇不同的位點？如何選擇不同的位點？sr蛋白家族蛋白家族：sf2剪接因子，與剪接因子，與mrna 結合，決定結合，決定5剪接位點剪接位點rnp的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)：hnrnp-a1, u5-snrnp人類編碼蛋白的基因約人類編碼蛋白的基因約27000個，蛋白種類約個，蛋白種類約90000。 4060人類編碼蛋白的基因發(fā)生可變剪接；人類編碼蛋白的基因發(fā)生可變剪接； 高等真核生物基因組很大，完全能容納更多的基高等真

34、核生物基因組很大，完全能容納更多的基因。因。 為什么一方面它的許多基因非常分散，而另一方為什么一方面它的許多基因非常分散，而另一方面它又使一個基因產(chǎn)生出多種產(chǎn)物？面它又使一個基因產(chǎn)生出多種產(chǎn)物？4) 可變剪接的意義可變剪接的意義令人不解令人不解 ！？！？1 rrna和和trna的加工：剪切和修飾的加工：剪切和修飾2 mrna加工成熟：加工成熟： 1）mrna前體的可變剪接前體的可變剪接 2）mrna前體的反式剪接前體的反式剪接 3）rna編輯編輯2.2 mrna前體的反式剪接前體的反式剪接順式剪接（順式剪接（cis-splicing）：內(nèi)含子的剪接一般都：內(nèi)含子的剪接一般都是發(fā)生在同一個基因內(nèi)

35、，切除內(nèi)含子，相鄰的外是發(fā)生在同一個基因內(nèi)，切除內(nèi)含子，相鄰的外顯子彼此連接。顯子彼此連接。反式剪接（反式剪接（trans-splicing）：不同基因的外顯子：不同基因的外顯子剪接后相互連接。剪接后相互連接。反式剪接的反式剪接的典型例子是典型例子是錐蟲表面糖蛋白基因錐蟲表面糖蛋白基因vsg，線蟲線蟲肌動蛋白基因肌動蛋白基因和和衣藻葉綠體衣藻葉綠體dna中的中的psa基因基因。錐蟲錐蟲表面糖蛋白基因表面糖蛋白基因vsg中許多中許多mrna的的5端都有共端都有共同的同的35b前導序列，但在每個轉錄單位上游并未編碼前導序列，但在每個轉錄單位上游并未編碼這個前導序列，這個前導序列， 來源于基因組中位

36、于別處序列轉錄的小片段來源于基因組中位于別處序列轉錄的小片段rna，通過通過反式剪接反式剪接，將，將35nt的前導序列加到的前導序列加到 mrna的的5端。端。 v 反式剪接產(chǎn)生的反式剪接產(chǎn)生的5端外顯子稱為端外顯子稱為剪接前導剪接前導rna （spliced leader rna，sl rna）。）。vsl rnas存在于幾存在于幾種錐蟲和線蟲中，具種錐蟲和線蟲中，具有共同的特點；有共同的特點；其結構類似于其結構類似于u1，即即sl rna和和u1 snrna一樣具有可以一樣具有可以和內(nèi)含子和內(nèi)含子5端剪接位端剪接位點識別和結合的功能點識別和結合的功能。轉酯反應轉酯反應1 rrna和和trn

37、a的加工：剪切和修飾的加工：剪切和修飾2 mrna加工成熟：加工成熟： 1）mrna前體的可變剪接前體的可變剪接 2）mrna前體的反式剪接前體的反式剪接 3）rna編輯編輯2.3 rna 編輯編輯1) 定義定義 rna編輯（編輯（editing） 指遺傳信息在指遺傳信息在mrna水平上發(fā)生改水平上發(fā)生改變的過程。變的過程。rna的編碼序列與轉錄產(chǎn)生它的的編碼序列與轉錄產(chǎn)生它的dna序列不序列不同，轉錄后的同，轉錄后的rna在編碼區(qū)發(fā)生在編碼區(qū)發(fā)生堿基的加入，丟失或轉換堿基的加入，丟失或轉換等現(xiàn)象。等現(xiàn)象。 1986年年r.benne在研究錐蟲線粒體在研究錐蟲線粒體mrna轉錄加工時發(fā)現(xiàn)轉錄加

38、工時發(fā)現(xiàn)mrna的多個編碼位置上加入或丟失尿苷酸，的多個編碼位置上加入或丟失尿苷酸，1990年在高等動物和病毒中也發(fā)現(xiàn)了編輯現(xiàn)象。年在高等動物和病毒中也發(fā)現(xiàn)了編輯現(xiàn)象。錐蟲細胞色素氧化酶亞基錐蟲細胞色素氧化酶亞基(coxii) 基因的編輯基因的編輯 tuauauguuuuguuguuuauuaugugauuaugguuuuguuuuuuauugguauuuuuuauauuuauuuaauuuguugauaaauacauuuuauuuguuuguuaauuuuuuuguuuuguguuuuugguu tt ttttuagguuuuuuuguuguuguuguuuuguauuaugauugaguu

39、uguuguuugguuuuuuguuuu tt ttttuugugaaaccaguuaugagaguuugcauuguuauuuauuacauuaaguugguguuuuugguuc 圖 13-44 錐蟲 (t.brucei) cox基因的部分 rna 順序。很多 u(紅色)在 dna 中未編碼，而另一些在 dna 中編碼的 t(紫色)在 mrna 中被刪除了。(參考 b.lewin:genes ,1997，fig31.16)2) 編輯的生物學意義：編輯的生物學意義：(1) 校正作用；校正作用；(2) 調(diào)控翻譯；調(diào)控翻譯；(3) 擴充遺傳信息。擴充遺傳信息。 tuauauguuuuguugu

40、uuauuaugugauuaugguuuuguuuuuuauugguauuuuuuauauuuauuuaauuuguugauaaauacauuuuauuuguuuguuaauuuuuuuguuuuguguuuuugguu tt ttttuagguuuuuuuguuguuguuguuuuguauuaugauugaguuuguuguuugguuuuuuguuuu tt ttttuugugaaaccaguuaugagaguuugcauuguuauuuauuacauuaaguugguguuuuugguuc 圖 13-44 錐蟲 (t.brucei) cox基因的部分 rna 順序。很多 u(紅色)在

41、dna 中未編碼，而另一些在 dna 中編碼的 t(紫色)在 mrna 中被刪除了。(參考 b.lewin:genes ,1997，fig31.16)擴充遺傳信息擴充遺傳信息錐蟲錐蟲coxcoxii的的mrnamrna上上158158個位點插放了個位點插放了394394核苷酸；核苷酸；在在9 9個位點刪去了個位點刪去了1818個尿苷酸，個尿苷酸，實際增加了實際增加了376376個核苷酸，使個核苷酸，使coxiicoxii的長度增加了的長度增加了55%55%。因此因此coxcoxii的基因比成熟的的基因比成熟的mrnamrna小了很多，故稱其小了很多，故稱其隱匿基因隱匿基因。 apob 基因有

42、29 個外顯子 caa 第 2153 個密碼子編碼 glu 編輯 caa uaa 翻譯 翻譯 在肝中剪接后的 mrna 腸中的 mrna 經(jīng)編輯 編碼了4563aa 的載脂蛋白 產(chǎn)生了終止密碼子，在 2153aa 處終止合成 圖 13-42 載脂蛋白的基因 apob 在腸中經(jīng)過編輯， 引入終止密碼子，不能翻譯成完整的載脂蛋白。 (參考 b.lewin:genes,1997，fig31.14) 編輯的調(diào)控作用編輯的調(diào)控作用 基因組中編碼 i s s l c i k v e n l v g v m dna 序列 ata tca agt tta gct tat aaa gta ga g a ac c

43、tg gta ggt gta at 480 400 500 移框 1 個堿基 rna 序列 aua uca agu uua ggu aua aaa gua gau ugu aua ccu ggu agg ugu aau蛋白質順序 i s s l g i k v d c i p g r c n圖 13-43 錐蟲 cox基因片斷及其產(chǎn)物順序的比較。核酸序列的數(shù)字是以起始密碼子 aug 的 a 開始編號。蛋白質以單個字母表示。方框表示與酵母、人類同源的氨基酸。黑體表示編輯位點。 (參考 b.lewin:genes ,1997，fig31.15)編輯的校正作用編輯的校正作用3) 編輯的機制編輯的機制

44、1990年年l.simpsom等等指導指導rna（guide grna）：一類小分子：一類小分子rna，對，對mrna前前體分子的編輯起了指導作用。體分子的編輯起了指導作用。特點：特點： 55-70nt 3端有端有5-25個個u 5端與端與mrna轉錄產(chǎn)物互補：轉錄產(chǎn)物互補：非常規(guī)的互補，非常規(guī)的互補，g-u配對配對。插入插入u 的兩步轉酯反應的兩步轉酯反應grna的的3oh攻擊攻擊mrna產(chǎn)生產(chǎn)生5端與端與grna3相連相連5端的端的3-oh攻擊攻擊grna的的u-u生成生成rna編輯產(chǎn)物編輯產(chǎn)物(插入一個插入一個u) grna（少一個（少一個u）rna編輯相繼在真核生物和病毒中發(fā)現(xiàn)編輯相繼

45、在真核生物和病毒中發(fā)現(xiàn): 如小鼠腦中的谷氨酸受體，如小鼠腦中的谷氨酸受體， 哺乳動物載脂蛋白哺乳動物載脂蛋白b， 植物線粒體中的細胞色素氧化酶亞基。植物線粒體中的細胞色素氧化酶亞基。生物學意義生物學意義 生物適應中的保護措施之一生物適應中的保護措施之一 中心法則的發(fā)展：中心法則的發(fā)展：第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 轉錄水平的調(diào)控轉錄水平的調(diào)控第三節(jié)第三節(jié) 轉錄后加工水平的調(diào)控轉錄后加工水平的調(diào)控第四節(jié)第四節(jié) 翻譯的調(diào)控翻譯的調(diào)控第四節(jié)第四節(jié) 翻譯水平的調(diào)控翻譯水平的調(diào)控1 mrna運輸控制運輸控制2 mrna穩(wěn)定性的調(diào)控穩(wěn)定性的調(diào)控3 mrna結構結構4 翻譯的起始調(diào)節(jié)翻譯的起始調(diào)節(jié)5

46、選擇性翻譯選擇性翻譯 6 反義反義rna調(diào)控調(diào)控7 翻譯的自我調(diào)節(jié)翻譯的自我調(diào)節(jié)1 mrna運輸控制運輸控制 運輸控制（運輸控制（transport control）是對初始轉錄產(chǎn)物是對初始轉錄產(chǎn)物從細胞核運送到細胞質中的數(shù)量進行調(diào)節(jié)。從細胞核運送到細胞質中的數(shù)量進行調(diào)節(jié)。 合成的合成的rna大約有大約有1/12能被運出核進入細胞質，能被運出核進入細胞質，50左右的在核內(nèi)降解，還有一些留在核。左右的在核內(nèi)降解，還有一些留在核。 2 mrna穩(wěn)定性的調(diào)控穩(wěn)定性的調(diào)控 mrna的壽命；的壽命；原核生物原核生物mrna的半衰期很短，平均大約的半衰期很短，平均大約3min。高等真核生物迅速生長的細胞中

47、高等真核生物迅速生長的細胞中mrna的半衰期平均的半衰期平均3h。在高度分化的終端細胞中許多在高度分化的終端細胞中許多mrna極其穩(wěn)定，有的壽命極其穩(wěn)定，有的壽命長達數(shù)天。長達數(shù)天。3 mrna的結構的結構3.1 mrna53.1 mrna5前導序列對翻譯水平的影響前導序列對翻譯水平的影響 5 5 m7m7g g帽結構帽結構是否存在是否存在起始密碼子的位置和其側翼的序列起始密碼子的位置和其側翼的序列的影響。的影響。 55端端utrutr的長度的長度也會影響到翻譯的效率和起始的精確性，也會影響到翻譯的效率和起始的精確性，當此區(qū)長度在當此區(qū)長度在171780nt80nt之間時，體外翻譯效率與其長度

48、之間時，體外翻譯效率與其長度變成正比。變成正比。5 5utrutr中存在堿基配對區(qū)形成中存在堿基配對區(qū)形成二級結構二級結構時，會阻止核糖時，會阻止核糖體體40s40s亞基的遷移，對翻譯起始有抑制作用。亞基的遷移，對翻譯起始有抑制作用。3.2 mrna33.2 mrna3端的結構對翻譯速率和端的結構對翻譯速率和mrnamrna壽命的影響壽命的影響mrna 3端的端的poly(a)不僅和不僅和mrna穿越核膜穿越核膜的能力有的能力有關，而且影響到關，而且影響到mrna的的穩(wěn)定性和翻譯效率穩(wěn)定性和翻譯效率。poly(a)越長，越長，mrna作為模板的使用的半作為模板的使用的半衰期越長衰期越長。4 翻譯的起始調(diào)節(jié)翻譯的起始調(diào)節(jié)-翻譯起始因子的磷酸化翻譯起始因子的磷酸化翻譯起始因子翻譯起始因子efi-2磷酸化磷酸化，磷酸化后不能重，磷酸化后不能重復利用，從而選擇性的復利用，從而選擇性的降低或加強降低或加強一些一些mrna的翻譯。的翻譯。 80s gt