基因的表達調(diào)控（課堂PPT）

1、1第七章第七章 基因的表達調(diào)控基因的表達調(diào)控2基因的表達調(diào)控包括 轉錄前基因水平的調(diào)控 轉錄水平的調(diào)控 轉錄后水平的調(diào)控 翻譯水平的調(diào)控 翻譯后蛋白質(zhì)的加工34（一） 轉錄前基因水平的調(diào)控 染色質(zhì)的丟失：不可逆 核的全能性（totipotency）：細胞核內(nèi)保存了個體發(fā)育所必需的全部基因 基因擴增(gene amplification)：增加基因的拷貝數(shù) 非洲爪蟾卵母細胞rRNA基因卵裂時，擴增2000倍，達1012個核糖體 藥物：誘導抗藥性基因的擴增；腫瘤細胞：原癌基因拷貝數(shù)異常增加 基因重排(gene rearrangement)： 如免疫球蛋白基因重排，多樣性一、一、真核生物基因表達的調(diào)

2、控真核生物基因表達的調(diào)控567 DNA甲基化(DNA methylation)：mCpG，即“CpG島(CpG-rich islands)” 甲基化(methylated)程度高，基因表達降低； 去甲基化(undermethylated)：基因表達增加; 基因組的甲基化模式可影響表型并能通過體影響表型并能通過體細胞遺傳，但不該變細胞的基因型，這種現(xiàn)細胞遺傳，但不該變細胞的基因型，這種現(xiàn)象稱為象稱為后生遺后生遺 傳（傳（epigenetic）。屬于表觀遺傳現(xiàn)象。 DNA甲基化與基因表達在兩種水平控制基因的活性;(局部或大范圍) 酵母與果蠅基因組中未能檢測到任何甲基化CpG;（一） 轉錄前基因水平

3、的調(diào)控89DNA甲基化與X染色體失活 雌性胎生哺乳動物細胞中兩條X染色體之一在發(fā)育早期隨機失活（囊胚期），這就是“劑量補償”效應。 X染色體失活中心(X-chromosome inactivation center,Xic):包含辨別X染色體數(shù)目的信息和Xist基因(Xi-specific transcript) 染色體失活調(diào)控是一種反義轉錄調(diào)控模式。表觀遺傳現(xiàn)象之一XistX染色體其他位點甲基化，不轉錄活性去甲基化，活性去甲基化，轉錄失活甲基化，失活10基因組通過DNA的甲基化永久性關閉選定的基因 在個體發(fā)育與細胞分化過程中，當某些基因已經(jīng)完成預定的表達程序后必需永久性關閉。這一任務可以通過

4、DNA甲基化促使染色質(zhì)的重建完成。11染色質(zhì)重塑染色質(zhì)重塑 在基因表達的復制和重組等過程中，對應基因尤其是基因的調(diào)控區(qū)染色質(zhì)的包裝狀態(tài)，核小體和組蛋白及對應的DNA分子會發(fā)生一系列的變化，這些變化就是所謂染色體重塑（chromatin remodeling） 。 染色質(zhì)重塑被廣泛用于描述在基因組調(diào)節(jié)過程中所發(fā)生的一系列染色質(zhì)的結構變化。 染色質(zhì)重塑的基本生化特點是染色質(zhì)的一定區(qū)域?qū)怂崦该舾行缘母淖?。對應的物理改變是核小體的位置和狀態(tài)的改變。 表觀遺傳現(xiàn)象之一。12DNADNA甲基化與染色質(zhì)重建甲基化與染色質(zhì)重建MeCP2與DNA結合后核小體開始裝配并壓縮間隔DNA，轉錄裝置與RNA多聚酶接近

5、MeCP2。MeCP2可能征召轉錄抑制因子，或可能征召轉錄抑制因子，或者組蛋白去乙?；?，或者其它與者組蛋白去乙酰化酶，或者其它與核小體互作的染色質(zhì)修飾復合物使核小體互作的染色質(zhì)修飾復合物使染色質(zhì)轉變?yōu)楦邮湛s的狀態(tài)并驅(qū)染色質(zhì)轉變?yōu)楦邮湛s的狀態(tài)并驅(qū)使轉錄裝置與使轉錄裝置與RNA多聚酶脫離多聚酶脫離DNA。MeCP2從甲基化DNA區(qū)段向鄰近染色質(zhì)擴展，直接將轉錄裝置與RNA多聚酶從DNA中排除，使染色質(zhì)處于更為抑制的狀態(tài)。含有甲基化CpG DNA結合功能域的MeCP2在遠離轉錄裝置和RNA多聚酶的位置與裸露DNA中已甲基化的順序結合。非特異非特異性與性與5-mCpG結合的結合的抑制因抑制因子子

6、 13遺傳烙印遺傳烙印 基因組印記（基因組印記（genomic imprinting）或遺傳烙記）或遺傳烙記是一種不符合孟德爾遺傳的表觀遺傳現(xiàn)象表觀遺傳現(xiàn)象。它是指來自父方和母方的等位基因在通過精子和卵子傳遞給子代時發(fā)生了某種修飾，這種作用使其后代僅表達父源或母源等位基因的一種。 如老鼠基因組中，編碼IGF-II（insulin-like growth factor II，類胰島素生長因子II）的等位基因如果來自父親可表達，若來自母親則沉默。原因在于卵子的IGF-II基因被甲基化，而精子IGF-II基因未甲基化，因而接合子中這兩個等位基因的行為不同。14 迄今為止已在人類及老鼠中鑒定了約30個

7、具遺傳印記的基因，其中有不少成員在細胞分化與個體發(fā)育中起重要作用。 植物中異源多倍體油菜的核仁顯性則決定于不同親本rRNA基因的甲基化狀態(tài)。異源多倍體油菜的一個親本種B.rapa的rRNA基因在雜種細胞正常表達，但B.oleracea的rRNA基因則被抑制。 B.oleracea的rRNA基因沉默起因于甲基化15 DNADNA甲基化與基因組表達程序化甲基化與基因組表達程序化 16 基因組去甲基化與肌肉細胞分化基因組去甲基化與肌肉細胞分化17甲基化組甲基化組 近年來人們對高等生物基因組甲基化在基因表達與調(diào)控中的重要作用表現(xiàn)出極大的興趣與關注，提出了一個專門的名詞用來描述活細胞 中 基 因 組 甲

8、 基 化 的 狀 態(tài) 甲 基 化 組（Methylome），并認為它們與轉錄物組和蛋白質(zhì)組一樣對闡明基因組活性具有同等意義。 18 組蛋白組蛋白修飾修飾 組蛋白修飾是組蛋白修飾是表觀遺傳學表觀遺傳學研究的重要內(nèi)容。研究的重要內(nèi)容。 組蛋白中被修飾氨基酸的種類、位置和修飾類型組蛋白中被修飾氨基酸的種類、位置和修飾類型被稱為被稱為組蛋白密碼組蛋白密碼（histone codehistone code），它決定了），它決定了基因表達調(diào)控的狀態(tài)?；虮磉_調(diào)控的狀態(tài)。 而且與而且與DNADNA密碼不同，組蛋白密碼和它的解碼機制密碼不同，組蛋白密碼和它的解碼機制在動物、植物和真菌類中不同。在動物、植物和真

9、菌類中不同。 組蛋白的修飾作用包括乙?；?、甲基化、磷酸化、組蛋白的修飾作用包括乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、類泛素化、糖基化等。泛素化、類泛素化、糖基化等。19 如組蛋白的乙?；腿旧w重塑有直接聯(lián)系。氨如組蛋白的乙酰化和染色體重塑有直接聯(lián)系。氨基酸修飾的結果使組蛋白的負電荷改變，減弱其基酸修飾的結果使組蛋白的負電荷改變，減弱其與與DNADNA的結合能力。這些修飾降低了組蛋白對的結合能力。這些修飾降低了組蛋白對DNADNA的親和性，也減弱了核小體之間的相互作用，從的親和性，也減弱了核小體之間的相互作用，從而使轉錄因子易于接觸而使轉錄因子易于接觸DNADNA靶位。異染色質(zhì)中的組靶位。異染色質(zhì)中

10、的組蛋白是未乙?；模蚨３种旅芙Y構。蛋白是未乙酰基化的，因而保持致密結構。 核小體組蛋白修飾不僅涉及基因表達調(diào)控，而且核小體組蛋白修飾不僅涉及基因表達調(diào)控，而且在在DNADNA復制、修復、染色質(zhì)重塑等中也起重要作用。復制、修復、染色質(zhì)重塑等中也起重要作用。 20 真核生物中基因表達在很大程度上受到染色質(zhì)結構的影響，組蛋白及其它包裝蛋白并非只是簡單的結構成分，它們也參與基因的表達調(diào)控。 染色質(zhì)結構至少在2方面對基因表達施加影響：1)染色體的某一區(qū)段包裝程度決定該區(qū)段的基因是否表達；2)假如某一基因可以接觸，基因所在的核小體位置及其周邊環(huán)境會影響到該基因的表達。染色質(zhì)染色質(zhì)(chromati

11、n)(chromatin)或染色體或染色體(chromosome)(chromosome)結構結構對基因表達的調(diào)控對基因表達的調(diào)控21位置效應位置效應 基因的表達要求轉錄因子與調(diào)控順序基因的表達要求轉錄因子與調(diào)控順序結合，它不僅與核小體的狀態(tài)有關，也涉結合，它不僅與核小體的狀態(tài)有關，也涉及基因所在的染色質(zhì)區(qū)段的高級結構。及基因所在的染色質(zhì)區(qū)段的高級結構。 當染色質(zhì)處在致密收縮狀態(tài)時，轉錄當染色質(zhì)處在致密收縮狀態(tài)時，轉錄因子無法與染色質(zhì)包裹的因子無法與染色質(zhì)包裹的DNADNA接觸，基因接觸，基因被關閉。這種因染色體不同區(qū)段的結構而被關閉。這種因染色體不同區(qū)段的結構而影響基因表達的現(xiàn)象稱為影響基因

12、表達的現(xiàn)象稱為位置效應位置效應 或位置或位置效應斑，其也屬于一種效應斑，其也屬于一種表觀遺傳現(xiàn)象表觀遺傳現(xiàn)象。22 位于正常位置的酵母ADE2基因在所有細胞中表達。當該基因處在靠近染色體末端時，該基因在大多數(shù)細胞中被關閉。ADE2基因沉默的細胞腺嘌呤合成受阻，使中間產(chǎn)物積累細胞變?yōu)榧t色。圖中酵母克隆的邊緣有少量白色細胞，這是因為其中沉默ADE2基因發(fā)生自發(fā)變異重新表達。 位置效應位置效應23 果蠅白色基因（white）在野生型時具有紅眼表型。當染色體區(qū)段發(fā)生倒位使white基因靠近異染色質(zhì)時，果蠅的眼睛變?yōu)榧t白相間。白眼表示white基因已經(jīng)沉默，紅眼說明該基因仍在表達。因為異染色質(zhì)對附近基因

13、的抑制效應受發(fā)育階段影響，影響減弱時基因仍具活性24 座位控制區(qū)（座位控制區(qū)（LCRLCR）這是一段100 kb的人類染色體，含有5個球蛋白基因和一個座位控制區(qū)（locus control region，LCR）。LCR對下游的球蛋白基因的表達有重要影響，如果LCR發(fā)生突變可使球蛋白基因沉默。25絕緣子（絕緣子（insulatorinsulator） 由增強子介導的轉錄激活是真核生物基因表由增強子介導的轉錄激活是真核生物基因表達調(diào)控的主要方式。達調(diào)控的主要方式。 增強子的作用有一顯著特點，即可增強子的作用有一顯著特點，即可遠距離雙遠距離雙向向控制基因的轉錄?？刂苹虻霓D錄。 有許多差別表達的基

14、因彼此相鄰，位于增強有許多差別表達的基因彼此相鄰，位于增強子可以影響的范圍之內(nèi)。從距離推測，某些增子可以影響的范圍之內(nèi)。從距離推測，某些增強子可能會不加區(qū)別地作用于其它的基因，但強子可能會不加區(qū)別地作用于其它的基因，但實際上這類事件并未發(fā)生?；蚪M采取何種方實際上這類事件并未發(fā)生?；蚪M采取何種方法來防止這類錯誤呢？法來防止這類錯誤呢？26染色質(zhì)位置阻隔效應染色質(zhì)位置阻隔效應 1985 1985年，年，UdvardyUdvardy等在果蠅染色體等在果蠅染色體87A787A7條帶熱激蛋白基條帶熱激蛋白基因 座 的 兩 側 發(fā) 現(xiàn) 了 兩 段 取 名 為因 座 的 兩 側 發(fā) 現(xiàn) 了 兩 段 取

15、名 為 s c s s c s 和和scs(specialized chronatin structures, scs(specialized chronatin structures, 特化染特化染色質(zhì)區(qū)色質(zhì)區(qū)) )的順序。的順序。scsscs和和scs scs 長分別為長分別為350 bp 350 bp 和和 200 200 bpbp，對，對DNAase I DNAase I 有高度抗性。這兩個序列的兩側均有有高度抗性。這兩個序列的兩側均有DNAase IDNAase I超敏位點，各為超敏位點，各為100 bp100 bp27 果蠅絕緣子（果蠅絕緣子（insulatorinsulator）

16、將將scsscs置于控制眼睛顏色的基因兩側然后導置于控制眼睛顏色的基因兩側然后導入果蠅，轉化的果蠅品系不管轉基因位于入果蠅，轉化的果蠅品系不管轉基因位于何處，均可產(chǎn)生類似的表型，說明何處，均可產(chǎn)生類似的表型，說明scsscs可使可使轉基因免受內(nèi)源染色質(zhì)的轉基因免受內(nèi)源染色質(zhì)的“位置影響位置影響” ” 。這種可以阻止鄰近位置激活或失活效應的這種可以阻止鄰近位置激活或失活效應的順序現(xiàn)在稱之為順序現(xiàn)在稱之為絕緣子絕緣子（insulatorinsulator）。）。28 絕緣子HS4具有增強子阻隔效應，它將晚期類紅細胞（erythroid cell）專一性表達球蛋白調(diào)控順序與早期類紅細胞（erythr

17、oid cell）專一性表達葉酸（folate）受體基因的調(diào)控順序相互隔離，并可阻止位于這兩個基因之間收縮的染色質(zhì)向外擴展。位于-球蛋白基因下游的絕緣子3 HS將-球蛋白基因與odorant 受體基因隔離。 雞雞-球蛋白基因座位結構圖球蛋白基因座位結構圖絕緣子具有普遍性絕緣子具有普遍性 29 絕緣子BEAD（blocking element alpha/delta）將差別表達的TCR 和TCR 基因增強子彼此隔開，互不干擾 人類人類TCR/座位座位30（二）轉錄水平的調(diào)控 最重要 順式作用元件(cis-acting element) 反式作用因子(trans-acting factor) 轉錄

18、起始的調(diào)控31啟動子啟動子沉默子沉默子增強子增強子a. a. 啟動子：啟動子：RNARNA聚合酶和基本轉錄因子識別和結合的部位，聚合酶和基本轉錄因子識別和結合的部位， 它們在啟動子上組裝成轉錄起始復合物它們在啟動子上組裝成轉錄起始復合物b. b. 增強子：長度為增強子：長度為100-200bp100-200bp的含有特異的重復的的含有特異的重復的DNADNA短片短片 段，是一些特異的轉錄活化因子結合部位，可段，是一些特異的轉錄活化因子結合部位，可 增強相關基因的轉錄活性。增強相關基因的轉錄活性。c. c. 沉默子：為負性調(diào)控元件。特異的蛋白質(zhì)因子與沉默子沉默子：為負性調(diào)控元件。特異的蛋白質(zhì)因子

19、與沉默子 結合后可抑制基因轉錄起始。結合后可抑制基因轉錄起始。 順式作用元件: DNA上的一段特定序列，可以和 轉錄因子特異性結合。非編碼序列3233.真核基因啟動子真核基因啟動子 真核生物有3類RNA聚合酶，負責轉錄3類不同的啟動子。 34 由RNA聚合酶I負責轉錄的rRNA基因，啟動子（I類）比較單一，由轉錄起始位點附近的兩部分序列構成。第一部分是核心啟動子（core promoter），由-45+20位核苷酸組成，單獨存在時就足以起始轉錄。另一部分由-170-107位序列組成，稱為上游調(diào)控元件，能有效地增強轉錄效率。 35 由RNA聚合酶負責轉錄的是5SrRNA、tRNA和某些核內(nèi)小分子

20、RNA（snRNA），其啟動子（類）組成較復雜，又可被分為三個亞類。兩類5S rRNA和tRNA基因的啟動子是內(nèi)部啟動子（internal promoter），位于轉錄起始位點的下游，都由兩部分組成。第三類啟動子由三個部分組成，位于轉錄起始位點上游。 36由RNA聚合酶II負責轉錄的II類基因包括所有蛋白質(zhì)編碼基因和部分snRNA基因，后者的啟動子結構與III類基因啟動子中的第三種類型相似，編碼蛋白質(zhì)的II類基因啟動子在結構上有共同的保守序列。轉錄起始位點沒有廣泛的序列同源性，但第一個堿基為腺嘌呤，而兩側是嘧啶堿基。這個區(qū)域被稱為起始子（initiator， Inr），序列可表示為Py2CAP

21、y5。Inr元件位于-3+5。僅由Inr元件組成的啟動子是具有可被RNA聚合酶II識別的最簡單啟動子形式。多數(shù)II類啟動子有一個被稱為TATA盒的共有序列，通常處于-30區(qū)，相對于轉錄起始位點的位置比較固定。TATA盒存在于所有真核生物中，TATA盒是一個保守的七堿基對，其序列為： 37 也有一些II類啟動子不含有TATA盒，這樣的啟動子稱為無TATA盒啟動子。 3839401.2 增強子增強子 增強子及其對轉錄的影響增強子及其對轉錄的影響 增強子是指能使和它連鎖的基因轉錄頻率明顯增加的DNA序列。作為基因表達的重要調(diào)節(jié)元件，增強子通常具有下列性質(zhì)： 1) 增強效應十分明顯，一般能使基因轉錄頻

22、率增加10-200倍。經(jīng)人巨大細胞病毒增強子增強后的珠蛋白基因表達頻率比該基因正常轉錄高600-1000倍!2) 增強效應與其位置和取向無關，不論增強子以什么方向排列（53或35），甚至和基因相距3 kp，或在基因下游，均表現(xiàn)出增強效應；41 3) 大多為重復序列，一般長約50bp，適合與某些蛋白因子結合。其內(nèi)部常含有一個核心序列：（G）TGGA/TA/TA/T（G），是產(chǎn)生增強效應時所必需的； 4) 增強效應有嚴密的組織和細胞特異性，說明只有特定的蛋白質(zhì)（轉錄因子）參與才能發(fā)揮其功能；5) 沒有基因?qū)Ｒ恍裕梢栽诓煌幕蚪M合上表現(xiàn)增強效應；6) 許多增強子還受外部信號的調(diào)控，如金屬硫蛋白的

23、基因啟動區(qū)上游所帶的增強子，就可以對環(huán)境中的鋅、鎘濃度做出反應。 42 增強子的作用原理是什么呢？增強子的作用原理是什么呢？一種觀點認為，增強子為轉錄因子提供進入啟動子區(qū)的位點。第二種認為，增強子能改變?nèi)旧|(zhì)的構象。因為增強子區(qū)域容易發(fā)生從B-DNA到Z-DNA的構象變化。 4344 增強子的功能是可以累加的。增強子的功能是可以累加的。SV40增強子序列可以被分為兩半，每一半序列本身作為增強子功能很弱，但合在一起，即使其中間插入一些別的序列，仍然是一個有效的增強子。因此，要使一個增強子失活必須在多個位點上造成突變。對SV40增強子而言，沒有任何單個的突變可以使其活力降低10倍。 452. 2.

24、 反式作用因子：反式作用因子： 與順式作用元件特異結合的蛋白質(zhì)，可調(diào)節(jié)基因轉錄與順式作用元件特異結合的蛋白質(zhì)，可調(diào)節(jié)基因轉錄活性活性 轉錄因子轉錄因子 啟動子啟動子結構基因結構基因增強子增強子沉默子沉默子轉錄因子轉錄因子 RNARNA聚合酶聚合酶IIIImRNAmRNA46反式作用因子(trans-acting factor) 概念：為DNA結合蛋白，核內(nèi)蛋白，可使鄰近基因開放（正調(diào)控）或關閉（負調(diào)控） 通用或基本轉錄因子(general transcription factors)RNA聚合酶結合啟動子所必需的一組蛋白因子。 TFA、 TFB、 TFD、 TFE等 特異轉錄因子( speci

25、al transcription factors)個別基因轉錄所必需的轉錄因子. OCT-2：在淋巴細胞中特異性表達，識別Ig基因的啟動子和增強子。4748反式作用因子特點 三個功能結構域：DNA識別結合域(DNA-binding domain)；轉錄活性域(transcriptional activation domain)；結合其他蛋白的結合域 能識別并結合順式作用元件(cis-acting element) 正調(diào)控與負調(diào)控492.1 DNA結合結構域結合結構域基序基序 a. Helix-turn-helix（螺（螺旋旋-轉角轉角-螺旋）。是最早發(fā)螺旋）。是最早發(fā)現(xiàn)于原核生物中的一個關鍵現(xiàn)

26、于原核生物中的一個關鍵因子，該結構域長約因子，該結構域長約20個個aa，主要是兩個主要是兩個-螺旋區(qū)和將其螺旋區(qū)和將其隔開的隔開的轉角。其中的一個被轉角。其中的一個被稱為識別螺旋區(qū)，因為它常稱為識別螺旋區(qū)，因為它常常帶有數(shù)個直接與常帶有數(shù)個直接與DNA序列序列相識別的氨基酸。相識別的氨基酸。 50 b. Zinc finger（鋅指）。長約30個aa，其中4個氨基酸（Cys或2個Cys，兩個His）與一個Zinc原子相結合。與Zinc結合后鋅指結構較穩(wěn)定。 51 c. Homeodomain（同源域），最早來自控制軀體發(fā)育的基因，長約60個氨基酸，其中的DNA結合區(qū)與 helix-turn-h

27、elix motif相似，人們把該DNA序列稱為homeobox。主要與DNA大溝相結合。 52d. Leucine zippers（亮氨酸拉鏈）是親脂性（amphipathic）的螺旋，包含有許多集中在螺旋一邊的疏水氨基酸，兩條多肽鏈以此形成二聚體。每隔6個殘基出現(xiàn)一個亮氨酸。由賴氨酸（Lys）和精氨酸（Arg）組成DNA結合區(qū)。 5354e. 堿性螺旋-環(huán)-螺旋（basic helix-loop-helix）該調(diào)控區(qū)長約50個aa殘基，同時具有DNA結合和形成蛋白質(zhì)二聚體的功能，其主要特點是可形成兩個親脂性-螺旋，兩個螺旋之間由環(huán)狀結構相連，其DNA結合功能是由一個較短的富堿性氨基酸區(qū)所決

28、定的。 552.2 DNA結合蛋白主要結合蛋白主要轉錄激活結構域轉錄激活結構域 轉錄激活結構域（transcription activation domains）一般由20-100個氨基酸殘基組成。如GAL4分子中有2個這種結構域，分別位于多肽鏈的第147-196位和第768-881位；GCN4的轉錄激活結構域位于多肽鏈的第106-125位。a. 酸性-螺旋(acidic -helix)該結構域含有由酸性氨基酸殘基組成的保守序列，多呈帶負電荷的親脂性-螺旋，包含這種結構域的轉錄因子有GAL4、GCN4、糖皮質(zhì)激素受體和AP-1/Jun等。增加激活區(qū)的負電荷數(shù)能提高激活轉錄的水平?？赡苁峭ㄟ^非特

29、異性的相互作用與轉錄起始復合物上的TFIID等因子結合生成穩(wěn)定的轉錄復合物而促進轉錄。 56 b. 谷氨酰胺豐富區(qū)(glutamine-rich domain)SP1的N末端含有2個主要的轉錄激活區(qū)，氨基酸組成中有25%的谷氨酰胺，很少有帶電荷的氨基酸殘基。酵母的HAP1、HAP2和GAL2及哺乳動物的OCT-1、OCT-2、Jun、AP2和SRF也含有這種結構域。 C.脯氨酸豐富區(qū)(proline-rich domain)CTF家族（包括CTF-1、CTF-2、CTF-3）的C末端與其轉錄激活功能有關，含有20%-30%的脯氨酸殘基。 572.3 與已知與已知DNA序列相結合的反式作用因子序

30、列相結合的反式作用因子 a. CAAT盒激活因子盒激活因子 CTF（CAAT box transcription factor）家族是能識別CAAT盒的一組轉錄因子。這一組因子是由單個基因通過可變換的剪接而形成的一組mRNA產(chǎn)生的。CTF家族成員對各種CAAT盒有相同的親和力。另一組CAAT區(qū)結合蛋白被稱為CP，它們是從人的HeLa細胞中得到的。CP1具有對-球蛋白和腺病毒晚期基因啟動子CAAT區(qū)的高親和力，CP2具有對-血纖蛋白原基因啟動子CAAT區(qū)的高親和力，而CP3能與腺病毒DNA相結合。CP族蛋白主要以異源多聚體的形式存在。 58 除了CTF和CP族蛋白能與CAAT區(qū)結合外，科學家還從

31、小鼠肝細胞里發(fā)現(xiàn)兩個CAAT區(qū)結合蛋白。CBP對序列GCAAT有較強的親和力，而ACF則對卵清蛋白基因啟動子區(qū)的CCAAT有高親和力。因此，在啟動區(qū)發(fā)現(xiàn)某個保守序列，并不等于同一個蛋白因子參與了該基因的調(diào)控。 對9個哺乳動物類-球蛋白基因和1個人-球蛋白基因5調(diào)控區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)，幾乎每個基因都具有CCAAT（-80位左右）區(qū)和TATA（-30左右）區(qū)。 5960 b. TATA區(qū)結合蛋白 RNA聚合酶II需要與其他轉錄因子結合，才能順利起始轉錄。通常把輔助因子需要量最小的啟動子稱為一般性啟動子（generic promoter），具有組成型表達特性，這些啟動子上游調(diào)控區(qū)及所需轉錄因子在絕大多數(shù)甚

32、至全部基因中都是高度保守的。 TBP結合于DNA的小溝。TBP與DNA的結合在體外實驗中保護了大約一圈雙螺旋DNA免受核酸酶的降解，其覆蓋的位置處于-37-25。TAFs的加入延伸了對DNA的覆蓋，整個TFIID復合物可覆蓋-45-10區(qū)域。 61 C. GC區(qū)結合因子 GC區(qū)結合蛋白SP1是1.0 x105的單體，能與DNA鏈上包括GGGCGG在內(nèi)約20bp的序列特異結合。在SV40啟動子區(qū)，從-70-110的6個GC區(qū)全部與SP1結合，所以這個區(qū)域的DNA不會被降解。在胸腺嘧啶激酶啟動子區(qū)，SP1既與上游的CTF（CAAT區(qū)結合蛋白）相互作用，又與下游的TFIID緊密相關。 GC區(qū)對SP1

33、的結合是必需的，但該序列對于SP1親和力卻很不相同，證明GC區(qū)兩翼序列同樣在SP1的識別及結合過程中發(fā)揮作用。人們推測GC區(qū)、尤其是多次重復的GC區(qū)，與基因的永久型表達有關。 62 d. 八堿基對元件激活蛋白 八堿基對元件也能被多個激活蛋白識別。Oct-1是非淋巴樣細胞中結合八堿基對元件的轉錄激活因子，沒有組織特異性。 Oct-2則是組織特異的激活因子。 一般說來，一個特定的共有序列元件能被相應的轉錄因子或一個轉錄因子家族的成員所識別，而相同的元件也能被不同的轉錄因子所識別。 633. 轉錄起始的調(diào)控 轉錄起始復合物的形成關鍵： 轉錄因子(transcription factor,TF)； 啟

34、動子與TF結合后，才能被RNA pol識別與結合； -25-30區(qū)：TATA盒64轉錄起始的調(diào)控TBP:TATA-binding proteinTAFs:TBP associated factors65轉錄起始的調(diào)控 反式作用因子的活性調(diào)節(jié) 合成后即有活性：需要時合成，可迅速降解 共價修飾：磷酸化-去磷酸化，糖基化 配體結合：如激素與受體的結合 蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用：二聚體 反式作用因子與順式作用元件的結合66轉錄起始的調(diào)控 反式作用因子的作用方式 成環(huán)、扭曲、滑動、Oozing等 反式作用因子的組合式調(diào)控作用(conbinatorial gene regulation) 使有限的反式作用因

35、子可以調(diào)控不同基因的表達67成環(huán)6869反式作用因子與順式作用元件的結合70組合式調(diào)控作用71(三) 轉錄后水平的調(diào)控 5端加帽(cap)和3端多聚腺苷酸化(polyA)的調(diào)控意義 使mRNA穩(wěn)定，在轉錄過程中不被降解 mRNA的選擇剪接(alternative splicing)對基因表達的調(diào)控 外顯子選擇(optional exon)、內(nèi)含子選擇(optional intron)、互斥外顯子、內(nèi)部剪接位點 mRNA 運輸?shù)目刂?、真核生物翻譯多肽的過程是在細胞質(zhì)中發(fā)生真核生物翻譯多肽的過程是在細胞質(zhì)中發(fā)生的，所以的，所以受細胞質(zhì)中調(diào)節(jié)機制的控制和影響受細胞質(zhì)中調(diào)節(jié)機制的控制和影響。如。如果

36、這個過程被抑制，則已經(jīng)轉錄的果這個過程被抑制，則已經(jīng)轉錄的mRNA也不能也不能翻譯成多肽，被迫以失活的狀態(tài)貯存起來。翻譯成多肽，被迫以失活的狀態(tài)貯存起來。二十世紀五十年代，在遼寧省新金縣出土的已二十世紀五十年代，在遼寧省新金縣出土的已埋沒千年的古代蓮子，播種后仍能發(fā)芽開花?？陕駴]千年的古代蓮子，播種后仍能發(fā)芽開花?？梢娚徸觾?nèi)的見蓮子內(nèi)的mRNA能長時間地存活。能長時間地存活。海膽卵內(nèi)的海膽卵內(nèi)的mRNA在受精前不能進行翻譯在受精前不能進行翻譯，但一經(jīng)受精，蛋，但一經(jīng)受精，蛋白質(zhì)的合成速度迅即猛增。即使在白質(zhì)的合成速度迅即猛增。即使在放線菌素放線菌素D（阻止（阻止mRNA的轉的轉錄錄）的作用下，

37、蛋白質(zhì)仍能合成。說明翻譯蛋白質(zhì)的）的作用下，蛋白質(zhì)仍能合成。說明翻譯蛋白質(zhì)的mRNA 模模板早已存在于卵細胞內(nèi)，受精使之活化了。但當海膽受精卵發(fā)育板早已存在于卵細胞內(nèi)，受精使之活化了。但當海膽受精卵發(fā)育到到原腸期后原腸期后，再用放線菌素，再用放線菌素D處理，蛋白質(zhì)的合成就不再進行，處理，蛋白質(zhì)的合成就不再進行，可見在原腸期以后又重新轉錄可見在原腸期以后又重新轉錄mRNA了。了。 為什么未受精前海膽卵中的為什么未受精前海膽卵中的mRNA不能進行翻譯，受精后又不能進行翻譯，受精后又處于活化狀態(tài)？處于活化狀態(tài)？ 據(jù)分析，這種翻譯調(diào)節(jié)機制之一是據(jù)分析，這種翻譯調(diào)節(jié)機制之一是卵細胞卵細胞mRNA加尾過程

38、加尾過程。許多貯藏在卵細胞中的許多貯藏在卵細胞中的mRNA僅具有約僅具有約20個核苷酸的多聚個核苷酸的多聚A(poly-A)尾端序列。在生物適宜的發(fā)育時期，尾端序列。在生物適宜的發(fā)育時期，被用來翻譯生物被用來翻譯生物所需要的蛋白質(zhì)時，多聚所需要的蛋白質(zhì)時，多聚A尾端序列才加長至幾百個核苷酸。尾端序列才加長至幾百個核苷酸。受受精過程加長了精過程加長了mRNA多聚多聚A序列，使序列，使mRNA能夠翻譯成蛋白質(zhì)。能夠翻譯成蛋白質(zhì)。742、翻譯起始的調(diào)控、翻譯起始的調(diào)控 阻遏蛋白的調(diào)控：鐵結合調(diào)節(jié)蛋白阻遏蛋白的調(diào)控：鐵結合調(diào)節(jié)蛋白(regulatory iron-binding protein) 翻譯

39、起始因子的調(diào)控：翻譯起始因子的調(diào)控：eIF-2，血紅素對珠蛋白，血紅素對珠蛋白合成的調(diào)節(jié)合成的調(diào)節(jié) 5AUG對翻譯的調(diào)控作用：減少正常對翻譯的調(diào)控作用：減少正常AUG啟動啟動翻譯的作用，使翻譯維持在較低水平翻譯的作用，使翻譯維持在較低水平 mRNA 5 端非編碼區(qū)長度對翻譯的影響端非編碼區(qū)長度對翻譯的影響75鐵結合調(diào)節(jié)蛋白3376翻譯起始因子(eIF2)的調(diào)控773、mRNA穩(wěn)定性調(diào)節(jié)穩(wěn)定性調(diào)節(jié) 3端非編碼區(qū)結構影響其穩(wěn)定性：端非編碼區(qū)結構影響其穩(wěn)定性：3端富含端富含A和和U的結構，引起的結構，引起mRNA 不穩(wěn)定不穩(wěn)定 蠶蛹羽化成蛾后，需大量蛋白水解酶溶解蠶絲蠶蛹羽化成蛾后，需大量蛋白水解酶

40、溶解蠶絲蛋白，蛋白，mRNA半衰期達半衰期達100小時，其他僅小時，其他僅2.5小小時時4、小分子RNA對翻譯水平的影響5、移碼78 程序性移碼7980蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送（ protein targeting） 蛋白質(zhì)合成后的去向留在胞漿進入核、線粒體或其它細胞器 分泌至體液，輸送至靶器官81二、二、 原核生物基因表達的調(diào)控原核生物基因表達的調(diào)控基因表達調(diào)控的三個水平：基因表達調(diào)控的三個水平：原核基因表達調(diào)控主要是在原核基因表達調(diào)控主要是在轉錄水平上轉錄水平上的調(diào)控。的調(diào)控。82 83原核生物和真核生物轉錄的差異原核生物和真核生物轉錄的差異 原核生物原核生物 真核生物真核生物 1、一種、一

41、種RNA聚合酶聚合酶 1、多種、多種RNA聚合酶聚合酶2、不同啟動子間有相當大的同源性、不同啟動子間有相當大的同源性 2、各種不同啟動子間的差異較大、各種不同啟動子間的差異較大3、聚合酶直接同啟動子結合、聚合酶直接同啟動子結合 3、聚合酶通過同轉錄因子的相互作、聚合酶通過同轉錄因子的相互作 用促進結合用促進結合4、沒有增強子、沒有增強子 4、有增強子、有增強子5、轉錄的終止由在幾個、轉錄的終止由在幾個Us前形成莖環(huán)前形成莖環(huán) 5、轉錄的終止是靠在轉錄過程特殊、轉錄的終止是靠在轉錄過程特殊 的核酸內(nèi)切酶切割的序列介導的的核酸內(nèi)切酶切割的序列介導的6、啟動子通常位于基因的上游、啟動子通常位于基因的

42、上游 6、聚合酶、聚合酶的啟動子位于被轉錄的的啟動子位于被轉錄的 序列之中序列之中7、轉錄單位常常含有多個基因、轉錄單位常常含有多個基因 7、轉錄單位只含一個基因、轉錄單位只含一個基因84轉錄調(diào)節(jié)的類型轉錄調(diào)節(jié)的類型代謝產(chǎn)物對基因活性的調(diào)節(jié)；代謝產(chǎn)物對基因活性的調(diào)節(jié)； 乳糖操縱子乳糖操縱子弱化子對基因活性的影響；弱化子對基因活性的影響； 如：如：Trp操縱子操縱子降解物對基因活性的調(diào)節(jié)；降解物對基因活性的調(diào)節(jié)； 葡萄糖效應（降解物抑制作用）葡萄糖效應（降解物抑制作用）細菌的應急反應；細菌的應急反應；鳥苷四磷酸（鳥苷四磷酸（ppGpp）、）、 鳥苷五磷酸（鳥苷五磷酸（pppGpp）8555P I PP I P操縱序列操縱序列O O終止子終止子33CAPCAP結合位點結合位點Z ZY YA A阻遏蛋白阻遏蛋白I別乳糖別乳糖（或（或IPTGIPTG）乳糖乳糖mRNAmRNA轉變轉變55P I PP I P操縱序列操縱序列O O終止子終止子33CAPCAP結合位點結合位點Z ZY YA A阻遏蛋白阻遏蛋白I代謝產(chǎn)物對基因活性的調(diào)節(jié)代謝產(chǎn)物對基因活性的調(diào)節(jié)1.阻遏2.去阻遏86有色氨酸時，核糖體的移動阻止了2、3 莖環(huán)的形成，但3、4莖環(huán)形成，終止轉錄無色氨酸時，核糖體在trp密碼子處停留，形成2、3莖環(huán)，阻止了3、4莖環(huán)的形成，轉錄繼續(xù)弱化子