生物化學(xué)課件第1章基因表達(dá)調(diào)控

1、2022-3-27第十六章 基因表達(dá)調(diào)控 Regulation of Gene Expression2022-3-27本章內(nèi)容本章內(nèi)容基因表達(dá)調(diào)控的基本概念基因表達(dá)調(diào)控的基本概念基因表達(dá)調(diào)控的基本原理基因表達(dá)調(diào)控的基本原理原核基因表達(dá)調(diào)節(jié)原核基因表達(dá)調(diào)節(jié)真核基因表達(dá)調(diào)節(jié)真核基因表達(dá)調(diào)節(jié)2022-3-27 基因表達(dá)，基因表達(dá)， 基因，基因組基因，基因組 基因表達(dá)的時(shí)空特異性基因表達(dá)的時(shí)空特異性 基因表達(dá)方式基因表達(dá)方式 組成性表達(dá)（管家基因）組成性表達(dá)（管家基因） 誘導(dǎo)或阻遏表達(dá)（奢侈基因誘導(dǎo)或阻遏表達(dá)（奢侈基因, luxury gene） 協(xié)調(diào)表達(dá)協(xié)調(diào)表達(dá)2022-3-27負(fù)載特定遺傳信息的負(fù)

2、載特定遺傳信息的DNA片段。片段。2022-3-27概概 念念原核生物：環(huán)狀染色體全部基因原核生物：環(huán)狀染色體全部基因2022-3-27 染色體染色體基因組基因組，一般的，一般的定義定義是是單倍體單倍體細(xì)胞細(xì)胞中的中的全套全套染色體染色體為一個(gè)基因?yàn)橐粋€(gè)基因組，或是單倍體細(xì)胞中組，或是單倍體細(xì)胞中的全部基因?yàn)橐粋€(gè)基因的全部基因?yàn)橐粋€(gè)基因組。組。 線粒體基因組線粒體基因組 葉綠體基因組葉綠體基因組真核生物基因組真核生物基因組 每種真核生物的單倍體基因組中的每種真核生物的單倍體基因組中的全部全部DNADNA量稱為量稱為C C值值 (C-Value)(C-Value)。 C C值大小基本上反應(yīng)生物進(jìn)

3、化程度的差異。值大小基本上反應(yīng)生物進(jìn)化程度的差異。 生物體的進(jìn)化程度與基因組大小不完全成生物體的進(jìn)化程度與基因組大小不完全成比例的現(xiàn)象。比例的現(xiàn)象。 C值矛盾主要是由于各種生物基因組的結(jié)值矛盾主要是由于各種生物基因組的結(jié)構(gòu)特征的差異造成的，低等和高等生物差構(gòu)特征的差異造成的，低等和高等生物差別明顯。別明顯。基因組大小與基因組大小與C C值矛盾值矛盾 N值矛盾值矛盾：基因組中的基因數(shù)目與生物進(jìn)：基因組中的基因數(shù)目與生物進(jìn)化程度或復(fù)雜程度的不對(duì)稱性?；潭然驈?fù)雜程度的不對(duì)稱性。 例：人類基因總數(shù)：例：人類基因總數(shù)：3萬萬 水稻基因總數(shù)：水稻基因總數(shù)：5萬萬 生物體結(jié)構(gòu)與功能的復(fù)雜程度不僅取決于一定

4、的生物體結(jié)構(gòu)與功能的復(fù)雜程度不僅取決于一定的基因數(shù)量，基因數(shù)量，更重要的是在于基因功能及其相互作更重要的是在于基因功能及其相互作用網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和精確性。用網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和精確性。基因總數(shù)與基因總數(shù)與N N值矛盾值矛盾2022-3-273. 基因表達(dá)基因表達(dá) (gene expression) 基因轉(zhuǎn)錄及翻譯的過程?；蜣D(zhuǎn)錄及翻譯的過程。并非所有基因表達(dá)過程都產(chǎn)生蛋白質(zhì)。并非所有基因表達(dá)過程都產(chǎn)生蛋白質(zhì)。如如 基因轉(zhuǎn)錄生成基因轉(zhuǎn)錄生成 rRNA，tRNA2022-3-27概概 念念2022-3-272022-3-27人珠蛋白基因表達(dá)的時(shí)間特異性人珠蛋白基因表達(dá)的時(shí)間特異性 胚胎期血紅蛋白： HbE

5、 = z2 e2 ，另有a2 e2和z2 g2胎兒期血紅蛋白： HbF = a2 g2 成人血紅蛋白： HbA =a2 b2 （95%） HbA2 = a2 d2 （5%）2022-3-272022-3-27 2022-3-272022-3-272022-3-272022-3-272022-3-272022-3-27 基因表達(dá)調(diào)控的基本原理基因表達(dá)調(diào)控的基本原理2022-3-27 基因表達(dá)調(diào)控基本控制點(diǎn)：轉(zhuǎn)錄起始基因表達(dá)調(diào)控基本控制點(diǎn)：轉(zhuǎn)錄起始2022-3-272022-3-27 2022-3-27 2022-3-27操縱序列操縱序列2 操縱序列操縱序列2022-3-272022-3-27順式

6、作用元件順式作用元件 非編碼序列非編碼序列 不一定都位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游不一定都位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游 真核基因的順式作用元件分為：真核基因的順式作用元件分為： 啟動(dòng)子啟動(dòng)子、增強(qiáng)子增強(qiáng)子、沉默子沉默子2022-3-272. 2. 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白影響轉(zhuǎn)錄活性轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白影響轉(zhuǎn)錄活性原核生物原核生物 特異因子特異因子：決定：決定RNA聚合酶對(duì)一個(gè)或一套聚合酶對(duì)一個(gè)或一套啟動(dòng)序列的特異性識(shí)別和結(jié)合能力。即啟動(dòng)序列的特異性識(shí)別和結(jié)合能力。即因因子子 阻遏蛋白阻遏蛋白負(fù)性調(diào)節(jié)負(fù)性調(diào)節(jié) 激活蛋白激活蛋白正性調(diào)節(jié)正性調(diào)節(jié)2022-3-27aDNA反式調(diào)節(jié)反式調(diào)節(jié)C順式調(diào)節(jié)順式調(diào)節(jié)cDNA mRNA C蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)

7、CBA mRNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)AA2022-3-272022-3-273. RNA聚合酶聚合酶 2022-3-27 調(diào)節(jié)蛋白與調(diào)節(jié)蛋白與RNA聚合酶活性聚合酶活性 特異調(diào)節(jié)蛋白在適當(dāng)環(huán)境信號(hào)刺激下表達(dá)特異調(diào)節(jié)蛋白在適當(dāng)環(huán)境信號(hào)刺激下表達(dá)，然后通過然后通過DNA-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互蛋白質(zhì)相互作用影響作用影響RNA聚合酶活性，從而使基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄聚合酶活性，從而使基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄頻率發(fā)生改變，出現(xiàn)表達(dá)水平變化。頻率發(fā)生改變，出現(xiàn)表達(dá)水平變化。3. RNA聚合酶聚合酶2022-3-27原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)2022-3-272022-3-27 2022-3-27mRNA阻遏蛋白阻遏蛋

8、白IDNAZYAOPpol沒有乳糖存在時(shí)沒有乳糖存在時(shí)阻遏基因阻遏基因2022-3-27mRNAIDNAZYAOPpolmRNAFIGURE 12.6 Addition of inducer results in rapid induction of lac mRNA, and is followed after a short lag by synthesis of the enzymes2022-3-27+ + + + + + + + ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP2022-3-27 當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時(shí)，當(dāng)阻遏蛋白封閉轉(zhuǎn)錄時(shí)，CAP對(duì)該系統(tǒng)不能對(duì)該系統(tǒng)不能發(fā)揮作用；

9、發(fā)揮作用； 如無如無CAP存在，即使沒有阻遏蛋白與操縱存在，即使沒有阻遏蛋白與操縱序列結(jié)合，操縱子仍無轉(zhuǎn)錄活性。序列結(jié)合，操縱子仍無轉(zhuǎn)錄活性。2022-3-27 單純?nèi)樘谴嬖跁r(shí)，細(xì)菌利用乳糖作碳源單純?nèi)樘谴嬖跁r(shí)，細(xì)菌利用乳糖作碳源? 若有葡萄糖或葡萄糖若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時(shí)，細(xì)菌首先乳糖共同存在時(shí)，細(xì)菌首先利用葡萄糖利用葡萄糖?2022-3-27mRNA RNA-polOOOO2022-3-27異丙基硫代半乳糖苷 異丙基硫代半乳糖苷異丙基硫代半乳糖苷基因工程?；蚬こ坛Ｓ谜T導(dǎo)劑用誘導(dǎo)劑異丙基硫代半乳糖苷異丙基硫代半乳糖苷別乳糖（乳糖異構(gòu)體）別乳糖（乳糖異構(gòu)體）2022-3-27 轉(zhuǎn)

10、錄終止機(jī)制：轉(zhuǎn)錄終止機(jī)制： 依賴依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止 不依賴不依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止因子的轉(zhuǎn)錄終止 終止調(diào)節(jié)方式：終止調(diào)節(jié)方式： 衰減衰減導(dǎo)致導(dǎo)致RNA鏈的過早終止；鏈的過早終止； 抗終止抗終止阻止衰減的發(fā)生，使下游基因得以表達(dá)。阻止衰減的發(fā)生，使下游基因得以表達(dá)。2022-3-27 調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合mRNA靶位點(diǎn)，阻止核蛋白體靶位點(diǎn)，阻止核蛋白體識(shí)別翻譯起始區(qū)，從而阻斷翻譯。調(diào)節(jié)蛋白識(shí)別翻譯起始區(qū)，從而阻斷翻譯。調(diào)節(jié)蛋白一般作用于自身一般作用于自身mRNA，抑制自身的合成，抑制自身的合成，稱為稱為自我控制自我控制（autogenous control)。2022-

11、3-27（二）反義（二）反義RNA對(duì)翻譯的調(diào)節(jié)作用對(duì)翻譯的調(diào)節(jié)作用 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)RNA：可調(diào)節(jié)基因表達(dá)的可調(diào)節(jié)基因表達(dá)的RNA分子。分子。 反義反義RNA含有與特定含有與特定mRNA翻譯起始部位互補(bǔ)的翻譯起始部位互補(bǔ)的序列，通過與序列，通過與mRNA雜交阻斷雜交阻斷30S小亞基對(duì)起始小亞基對(duì)起始密碼子的識(shí)別及與密碼子的識(shí)別及與SD序列的結(jié)合，抑制翻譯起始，序列的結(jié)合，抑制翻譯起始，稱為稱為反義控制反義控制 (antisense control)。2022-3-27小小 結(jié)結(jié) 概念：概念： 基因表達(dá)，看家基因，奢侈基因，操縱基因表達(dá)，看家基因，奢侈基因，操縱子，子， 順式作用元件，順式作用元件， 反

12、式作用因子反式作用因子 基因表達(dá)具有基因表達(dá)具有時(shí)空特異性時(shí)空特異性 基因表達(dá)分為基因表達(dá)分為組成性表達(dá)組成性表達(dá)及及可誘導(dǎo)或阻遏表達(dá)可誘導(dǎo)或阻遏表達(dá) 基因表達(dá)調(diào)控是多級(jí)多水平調(diào)控，尤其以基因表達(dá)調(diào)控是多級(jí)多水平調(diào)控，尤其以轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控為基本控制點(diǎn)起始調(diào)控為基本控制點(diǎn) 原核基因表達(dá)特點(diǎn)原核基因表達(dá)特點(diǎn)因子決定特異基因轉(zhuǎn)錄因子決定特異基因轉(zhuǎn)錄 操縱子結(jié)構(gòu)的普遍性操縱子結(jié)構(gòu)的普遍性 阻遏蛋白與阻遏機(jī)制的普遍性（即負(fù)性調(diào)控為主）阻遏蛋白與阻遏機(jī)制的普遍性（即負(fù)性調(diào)控為主）2022-3-27真核基因表達(dá)調(diào)節(jié)真核基因表達(dá)調(diào)節(jié)基基 本本 內(nèi)內(nèi) 容容1. 真核基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)真核基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)6. 轉(zhuǎn)錄后

13、水平的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)7. 翻譯水平的調(diào)節(jié)翻譯水平的調(diào)節(jié)2022-3-272022-3-272022-3-27 2022-3-27 2022-3-272022-3-27基因組印跡基因組印跡 基因組印跡（基因組印跡（genomic imprinting): 源于父母雙方源于父母雙方的同一對(duì)等位基因的選擇性差異表達(dá)的現(xiàn)象。的同一對(duì)等位基因的選擇性差異表達(dá)的現(xiàn)象。 指在配子或合子發(fā)生期間，來自親本的等位基因或指在配子或合子發(fā)生期間，來自親本的等位基因或染色體在發(fā)育過程中產(chǎn)生專一性的加工修飾，導(dǎo)致染色體在發(fā)育過程中產(chǎn)生專一性的加工修飾，導(dǎo)致后代體細(xì)胞中兩個(gè)親本來源的等位基因有不同的表后代體細(xì)胞中兩

14、個(gè)親本來源的等位基因有不同的表達(dá)活性，又稱達(dá)活性，又稱遺傳印跡遺傳印跡或或親代印跡親代印跡或或配子印跡配子印跡。具。具有這種差異的基因被稱為有這種差異的基因被稱為印跡基因印跡基因（imprinted genes) 與甲基化修飾尤其是與甲基化修飾尤其是CpG島的胞嘧啶的甲基化有關(guān)島的胞嘧啶的甲基化有關(guān)基因組印跡的分子機(jī)理基因組印跡的分子機(jī)理 研究發(fā)現(xiàn)印跡基因與研究發(fā)現(xiàn)印跡基因與DNA中胞嘧啶甲基化尤其中胞嘧啶甲基化尤其是是CpG島的甲基化密切相關(guān)，另外還有特殊的島的甲基化密切相關(guān)，另外還有特殊的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和反義轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物等可能都是基因印染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和反義轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物等可能都是基因印跡產(chǎn)生和維持的重要因素

15、。跡產(chǎn)生和維持的重要因素。 基因印跡中，卵子和精子對(duì)同一基因的不同程基因印跡中，卵子和精子對(duì)同一基因的不同程度的甲基化，幾乎所有的印跡基因都有一些序度的甲基化，幾乎所有的印跡基因都有一些序列成份在兩個(gè)不同親本來源的等位基因中僅有列成份在兩個(gè)不同親本來源的等位基因中僅有一方是甲基化，這些序列被稱為一方是甲基化，這些序列被稱為“差異甲基化差異甲基化區(qū)域區(qū)域”2022-3-27Acetylation of H3 and H4 is associated with active chromatin, whereas methylation is associated with inactive chr

16、omatin. 2022-3-27 采用正性調(diào)節(jié)機(jī)制更精準(zhǔn)采用正性調(diào)節(jié)機(jī)制更精準(zhǔn) 采用負(fù)性調(diào)節(jié)不經(jīng)濟(jì)采用負(fù)性調(diào)節(jié)不經(jīng)濟(jì)2022-3-27（一）（一）RNA pol轉(zhuǎn)錄體系的控制轉(zhuǎn)錄體系的控制 tRNA和和5S rRNA基因的轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子位于轉(zhuǎn)錄起始基因的轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)下游即轉(zhuǎn)錄區(qū)內(nèi)，稱點(diǎn)下游即轉(zhuǎn)錄區(qū)內(nèi)，稱內(nèi)部控制區(qū)內(nèi)部控制區(qū)（internal control regions, ICR)（二）（二）RNA pol 轉(zhuǎn)錄體系的控制轉(zhuǎn)錄體系的控制2022-3-272022-3-27典型的真核啟動(dòng)典型的真核啟動(dòng)子通常含有子通常含有TATA盒、盒、CAAT盒、盒、GC盒等盒等多種順式反應(yīng)原件多種

17、順式反應(yīng)原件的不同組合。的不同組合。2022-3-272022-3-272022-3-27參與參與RNA-pol轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄的TF 蛋白激酶活性，使蛋白激酶活性，使CTD磷磷酸化酸化TFHATPase57（a a） 34（b b）TFE解螺旋酶解螺旋酶30，74TFF促進(jìn)促進(jìn)RNA-pol結(jié)合及作結(jié)合及作為其他因子結(jié)合的橋梁為其他因子結(jié)合的橋梁33TFB穩(wěn)定穩(wěn)定TFD-DNA復(fù)合物復(fù)合物12，19，35TFA輔助輔助TBP-DNA結(jié)合結(jié)合TAF*結(jié)合結(jié)合TATA盒盒TBP* 38TFD功功能能亞基組成，分子量亞基組成，分子量(kD)轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子蛋白激酶活性，使蛋白激酶活性，使CTD磷磷酸化酸

18、化TFHATPase57（a a） 34（b b）TFE解螺旋酶解螺旋酶30，74TFF促進(jìn)促進(jìn)RNA-pol結(jié)合及作結(jié)合及作為其他因子結(jié)合的橋梁為其他因子結(jié)合的橋梁33TFB穩(wěn)定穩(wěn)定TFD-DNA復(fù)合物復(fù)合物12，19，35TFA輔助輔助TBP-DNA結(jié)合結(jié)合TAF*結(jié)合結(jié)合TATA盒盒TBP* 38TFD功功能能亞基組成，分子量亞基組成，分子量(kD)轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子2022-3-272022-3-27轉(zhuǎn)錄激活域轉(zhuǎn)錄激活域2022-3-27常見常見DNA結(jié)合域結(jié)合域 鋅指結(jié)構(gòu)鋅指結(jié)構(gòu)(zinc finger) 螺旋螺旋-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋螺旋 (helix-turn-helix, HTH) 螺

19、旋螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋螺旋 (helix-loop-helix,HLH) 堿性亮氨酸拉鏈堿性亮氨酸拉鏈 (basic leucine zipper, bZIP)2022-3-27鋅指結(jié)構(gòu)鋅指結(jié)構(gòu)(zinc finger) 最早發(fā)現(xiàn)于結(jié)合最早發(fā)現(xiàn)于結(jié)合GC盒的盒的SP1因子因子,由由30個(gè)個(gè)氨基酸組成氨基酸組成, 其中有其中有2個(gè)個(gè)Cys 和和2個(gè)個(gè)His, 四四個(gè)氨基酸殘基分別位于正四面體的頂角個(gè)氨基酸殘基分別位于正四面體的頂角,與與四面體中心的的四面體中心的的Zn+結(jié)合結(jié)合,穩(wěn)定鋅指的結(jié)構(gòu)。穩(wěn)定鋅指的結(jié)構(gòu)。在在Cys和和His之間，有之間，有12個(gè)氨基酸殘基，個(gè)氨基酸殘基，其中數(shù)個(gè)為保守的堿性殘

20、基。其中數(shù)個(gè)為保守的堿性殘基。 常結(jié)合常結(jié)合GC boxC2H2型鋅指結(jié)構(gòu)型鋅指結(jié)構(gòu)鋅指結(jié)構(gòu)與鋅指結(jié)構(gòu)與DNA的結(jié)合的結(jié)合2022-3-27螺旋螺旋-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋及螺旋螺旋及螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋螺旋 這類結(jié)構(gòu)至少有兩個(gè)這類結(jié)構(gòu)至少有兩個(gè)螺旋，其間由短螺旋，其間由短肽段形成的轉(zhuǎn)角或環(huán)連接，兩個(gè)這樣的肽段形成的轉(zhuǎn)角或環(huán)連接，兩個(gè)這樣的motif結(jié)構(gòu)以結(jié)構(gòu)以二聚體二聚體形式相連，距離正好形式相連，距離正好相當(dāng)于相當(dāng)于DNA一個(gè)螺距一個(gè)螺距(3.4nm)，兩個(gè)，兩個(gè)螺螺旋剛好分別嵌入旋剛好分別嵌入DNA的深溝。的深溝。2022-3-27螺旋螺旋-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋螺旋motif 數(shù)百種數(shù)百種DNA結(jié)合蛋白中

21、有這種模體結(jié)構(gòu)，結(jié)合蛋白中有這種模體結(jié)構(gòu)，比如比如 l l 阻遏蛋白阻遏蛋白, 色氨酸阻遏蛋白色氨酸阻遏蛋白, 分解代分解代謝物激活蛋白謝物激活蛋白 (CAP), 八聚體轉(zhuǎn)錄因子八聚體轉(zhuǎn)錄因子 (Oct-1) 和熱休克因子和熱休克因子 (HSF)l l 阻遏蛋白二聚體與阻遏蛋白二聚體與 DNA的相互作用的相互作用 2022-3-27堿性螺旋堿性螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋螺旋 堿性螺旋堿性螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋（螺旋（basic helix-loop-helix,bHLH) 勿將此結(jié)構(gòu)與勿將此結(jié)構(gòu)與 “螺旋螺旋-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋螺旋”混淆?；煜?。 雖然名稱類似，這兩種結(jié)構(gòu)其實(shí)差別很大。雖然名稱類似，這兩種結(jié)構(gòu)其實(shí)

22、差別很大。螺旋螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋看起來更象螺旋看起來更象“亮氨酸拉鏈亮氨酸拉鏈”轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子 MyoD中的螺旋中的螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋螺旋2022-3-27堿性亮氨酸拉鏈堿性亮氨酸拉鏈(bZIP) 肽鏈上肽鏈上每隔每隔6個(gè)氨基酸就有一個(gè)亮氨酸殘基個(gè)氨基酸就有一個(gè)亮氨酸殘基，這些，這些亮氨酸殘基都在亮氨酸殘基都在螺旋的同一個(gè)方向出現(xiàn)。螺旋的同一個(gè)方向出現(xiàn)。 兩個(gè)相同結(jié)構(gòu)的兩排亮氨酸殘基能以疏水鍵結(jié)合成兩個(gè)相同結(jié)構(gòu)的兩排亮氨酸殘基能以疏水鍵結(jié)合成二聚體二聚體 該二聚體的另一端肽段富含該二聚體的另一端肽段富含堿性氨基酸殘基堿性氨基酸殘基，借其，借其正電荷與正電荷與DNA雙螺旋鏈上帶負(fù)電荷的磷酸基團(tuán)結(jié)合

23、。雙螺旋鏈上帶負(fù)電荷的磷酸基團(tuán)結(jié)合。若不形成二聚體則對(duì)若不形成二聚體則對(duì)DNA的親和結(jié)合力明顯降低。的親和結(jié)合力明顯降低。轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子 AP-1與與DNA結(jié)合結(jié)合 2022-3-27polTFHTAFTFFTAFTAFTFATFBTBPTATA DNATBP相關(guān)因子相關(guān)因子EBP2022-3-27（一）（一）HIV基因組轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié)基因組轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié) 抗終止蛋白抗終止蛋白Tat Tat，抗終止蛋白，與，抗終止蛋白，與mRNA5端結(jié)合端結(jié)合（二）熱休克蛋白基因的轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié)（二）熱休克蛋白基因的轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié) 熱休克時(shí)停止大多數(shù)基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯熱休克時(shí)停止大多數(shù)基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯2022-3-2

24、7六、轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)六、轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)（一）（一）hnRNA加工成熟的調(diào)節(jié)加工成熟的調(diào)節(jié) 1. 加帽加帽 2. 加尾加尾 3. 剪接剪接 4. 編輯編輯2022-3-27六、轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)六、轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)（二）（二）mRNA運(yùn)輸、胞漿內(nèi)穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)運(yùn)輸、胞漿內(nèi)穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)2022-3-27某些某些mRNA分子的分子的3-UTR含有能影響含有能影響mRNA穩(wěn)定穩(wěn)定性的特殊序列，例：性的特殊序列，例： 鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白受體（鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白受體（TfR）mRNA穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)決穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)決定于定于mRNA分子中分子中3 UTR特定的重復(fù)序列，特定的重復(fù)序列， 稱為稱為鐵反應(yīng)元件（鐵反應(yīng)元件（iron

25、-response element, IRE)。高鐵濃度時(shí)，高鐵濃度時(shí)，IRE可促進(jìn)可促進(jìn)TfR mRNA的降解。的降解。六、轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)六、轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié) IRE-BP對(duì)轉(zhuǎn)鐵蛋白受體對(duì)轉(zhuǎn)鐵蛋白受體mRNA穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)低鐵狀態(tài)低鐵狀態(tài)轉(zhuǎn)鐵蛋白受體轉(zhuǎn)鐵蛋白受體mRNA5編碼區(qū)編碼區(qū)活化的活化的IRE-BP3poly(A)n翻譯翻譯TfR蛋白蛋白IRE高鐵狀態(tài)高鐵狀態(tài)轉(zhuǎn)鐵蛋白受體轉(zhuǎn)鐵蛋白受體mRNA5編碼區(qū)編碼區(qū)鐵鐵失活的失活的IRE-BP3poly(A)nmRNA降解降解IRE2022-3-27 在過去十多年里，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一些從不會(huì)成為蛋白質(zhì)在過去十多年里，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一

26、些從不會(huì)成為蛋白質(zhì)的新型的新型RNA分子，將之稱為非編碼分子，將之稱為非編碼RNA （small nonconding RNA，ncRNA) 。越來越多的證據(jù)顯示，非。越來越多的證據(jù)顯示，非編碼編碼RNA 在基因表達(dá)的調(diào)節(jié)中扮演關(guān)鍵角色，例如在基因表達(dá)的調(diào)節(jié)中扮演關(guān)鍵角色，例如microRNA和和siRNA ncRNA的主要功能有：參與的主要功能有：參與mRNA的穩(wěn)定及翻譯的調(diào)節(jié)、的穩(wěn)定及翻譯的調(diào)節(jié)、參與蛋白質(zhì)的運(yùn)輸、參與參與蛋白質(zhì)的運(yùn)輸、參與RNA的加工和修飾、影響染色體的加工和修飾、影響染色體的結(jié)構(gòu)等。的結(jié)構(gòu)等。（三）（三） 小分子小分子RNA對(duì)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)2022-3-

27、27 短鏈非編碼短鏈非編碼RNA的序列都比較短，不超過的序列都比較短，不超過40 nt。 短鏈非編碼短鏈非編碼RNA 可分為三類，這些短鏈非編碼可分為三類，這些短鏈非編碼RNA的發(fā)生機(jī)制、生理功能，及其調(diào)控作用各的發(fā)生機(jī)制、生理功能，及其調(diào)控作用各不相同：不相同：microRNAs( miRNAs，約，約22 nt) 、內(nèi)源性的小干擾內(nèi)源性的小干擾RNAs ( endo-siRNA，約，約21 nt ) Piwi-interactingRNAs( piRNAs，24 31 nt) 2022-3-27非編碼單鏈非編碼單鏈RNA，長度約，長度約2025nt。由一段。由一段具有發(fā)夾環(huán)結(jié)構(gòu)，長度為具有

28、發(fā)夾環(huán)結(jié)構(gòu)，長度為7090個(gè)堿基的發(fā)夾狀單個(gè)堿基的發(fā)夾狀單鏈鏈RNA 前體前體(pre-miRNA)在胞漿經(jīng)在胞漿經(jīng)Dicer酶剪切酶剪切后后形成。形成。 而而pre-miRNA 又可由又可由pri-miRNA 在核內(nèi)在核內(nèi)經(jīng)經(jīng)RNase 核酸酶核酸酶Drosha 而成而成1微小微小RNA (microRNA, miRNA)（三）（三） 小分子小分子RNA對(duì)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)2022-3-27miRNA的特點(diǎn)的特點(diǎn) 一般為一般為2025nt； 不同生物普遍存在；不同生物普遍存在； 序列有一定的保守性；序列有一定的保守性； 表達(dá)有時(shí)間特異性、空間特異性；表達(dá)有時(shí)間特異性、空間特異性；

29、 多位于基因間隔區(qū)多位于基因間隔區(qū) 與靶與靶mRNA的的3端非編碼區(qū)互補(bǔ)，切割或抑制端非編碼區(qū)互補(bǔ)，切割或抑制該該mRNA分子，從而抑制該分子，從而抑制該mRNA的翻譯的翻譯 一個(gè)一個(gè)miRNA可調(diào)節(jié)數(shù)百個(gè)靶基因包括轉(zhuǎn)錄因子、可調(diào)節(jié)數(shù)百個(gè)靶基因包括轉(zhuǎn)錄因子、細(xì)胞因子、受體等，幾種細(xì)胞因子、受體等，幾種miRNAs也可以聯(lián)合也可以聯(lián)合調(diào)控單一基因的表達(dá)，調(diào)控單一基因的表達(dá)，miRNAs和靶基因組成和靶基因組成了復(fù)雜的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)了復(fù)雜的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)miRNA 的生成及作用機(jī)制的生成及作用機(jī)制2022-3-27Nezha has three heads and six arms equipped with

30、 a sword for mRNA cleavage, a cosmic ring for translational repression, and a flag for DNA methylation. /2022-3-27 當(dāng)病毒基因、人工轉(zhuǎn)入基因、轉(zhuǎn)座子等外源性基當(dāng)病毒基因、人工轉(zhuǎn)入基因、轉(zhuǎn)座子等外源性基因隨機(jī)整合到宿主細(xì)胞基因組內(nèi)，并利用宿主細(xì)因隨機(jī)整合到宿主細(xì)胞基因組內(nèi)，并利用宿主細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)錄時(shí)，常產(chǎn)生一些胞進(jìn)行轉(zhuǎn)錄時(shí)，常產(chǎn)生一些dsRNA。宿主細(xì)胞對(duì)。宿主細(xì)胞對(duì)這些這些dsRNA迅即產(chǎn)生反應(yīng)，胞質(zhì)中的核酸內(nèi)切酶迅即產(chǎn)生反應(yīng)，胞質(zhì)中的核酸內(nèi)

31、切酶Dicer將將dsRNA切割成多個(gè)具有特定長度和結(jié)構(gòu)切割成多個(gè)具有特定長度和結(jié)構(gòu)的小片段的小片段RNA（大約（大約2123 bp），即），即siRNA。 參與構(gòu)成參與構(gòu)成RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體（誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體（RISC），），與與特異的靶特異的靶mRNA完全互補(bǔ)結(jié)合，導(dǎo)致靶完全互補(bǔ)結(jié)合，導(dǎo)致靶mRNA降降解，阻斷翻譯過程。解，阻斷翻譯過程。2小干擾小干擾RNA (siRNA)2022-3-27概念：概念：由由siRNA介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄后基因表達(dá)抑制作用被介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄后基因表達(dá)抑制作用被稱為稱為RNA干擾干擾(RNA interference，RNAi)。 RNAi是真核生物中普遍存在的抵抗病毒入

32、侵、是真核生物中普遍存在的抵抗病毒入侵、抑制轉(zhuǎn)座子活動(dòng)、調(diào)控基因表達(dá)的監(jiān)控機(jī)制抑制轉(zhuǎn)座子活動(dòng)、調(diào)控基因表達(dá)的監(jiān)控機(jī)制. 方便、快速地研究特定基因的功能方便、快速地研究特定基因的功能 目前，目前，利用利用siRNA 來沉默目標(biāo)基因來沉默目標(biāo)基因的表的表達(dá)，已經(jīng)成為基因操作中非常有用的方法達(dá)，已經(jīng)成為基因操作中非常有用的方法之一。之一。基因治療基因治療藥物靶點(diǎn)篩選藥物靶點(diǎn)篩選細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)通路分析細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)通路分析 2022-3-27siRNAmiRNA前體前體內(nèi)源或外源長雙內(nèi)源或外源長雙鏈鏈RNA內(nèi)源發(fā)夾環(huán)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄內(nèi)源發(fā)夾環(huán)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物產(chǎn)物結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)雙鏈分子雙鏈分子單鏈分子單鏈分子功能功能降解

33、降解mRNA阻遏阻遏mRNA翻譯翻譯靶靶mRNA 結(jié)合結(jié)合需完全互補(bǔ)需完全互補(bǔ)不需完全互補(bǔ)不需完全互補(bǔ)生物學(xué)效生物學(xué)效應(yīng)應(yīng)抑制轉(zhuǎn)座子活性抑制轉(zhuǎn)座子活性和病毒感染和病毒感染發(fā)育過程的調(diào)節(jié)發(fā)育過程的調(diào)節(jié)siRNA 和和miRNA的差異比較的差異比較2022-3-27 “研究顯示研究顯示, 哺乳動(dòng)物基因組序列中哺乳動(dòng)物基因組序列中1%產(chǎn)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)錄本是可編碼蛋白生的轉(zhuǎn)錄本是可編碼蛋白, 而有而有4% 9%產(chǎn)生的轉(zhuǎn)錄本是產(chǎn)生的轉(zhuǎn)錄本是lncRNA（長非編碼（長非編碼RNA，通常通常200nt以上）以上）, 其中許多其中許多l(xiāng)ncRNA僅在僅在特定的發(fā)育階段出現(xiàn)特定的發(fā)育階段出現(xiàn), 或具有組織或細(xì)胞或具有組織或細(xì)胞特異性特異性” 2022-3-27（一）翻譯起始因子（一）翻譯起始因子（eIF）活性的調(diào)節(jié)）活性的調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成速率的快速變化很大程度上取決于起始水蛋白質(zhì)合成速率的快速變化很大程度上取決于起始水平，通過平，通過磷酸化調(diào)節(jié)起始因子活性磷酸化調(diào)節(jié)