第二章真核基因表達(dá)與調(diào)控_第1頁
第二章真核基因表達(dá)與調(diào)控_第2頁
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文檔簡介

1、第五章第五章 真核基因表達(dá)調(diào)控真核基因表達(dá)調(diào)控真核基因表達(dá)調(diào)控的基本特點(diǎn)真核基因表達(dá)調(diào)控的基本特點(diǎn) (管家基因)組成性表達(dá);(奢侈基因)(管家基因)組成性表達(dá);(奢侈基因)可變性表達(dá)(誘導(dǎo)和阻遏)可變性表達(dá)(誘導(dǎo)和阻遏) 時間(發(fā)育相關(guān)性)和空間特異性(組時間(發(fā)育相關(guān)性)和空間特異性(組織細(xì)胞相關(guān)性)織細(xì)胞相關(guān)性) 正性調(diào)控為主正性調(diào)控為主一、順式作用元件一、順式作用元件(cis-acting element)BADNA編碼序列編碼序列轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)概念概念: 真核生物中能夠被基因調(diào)控蛋白特異性識別和結(jié)真核生物中能夠被基因調(diào)控蛋白特異性識別和結(jié)合,并對自身基因轉(zhuǎn)錄起始有調(diào)節(jié)作用的合,并

2、對自身基因轉(zhuǎn)錄起始有調(diào)節(jié)作用的DNA序列序列。第二節(jié)第二節(jié) 真核基因表達(dá)調(diào)控的分子機(jī)制真核基因表達(dá)調(diào)控的分子機(jī)制 真核生物的順式作用元件包括三類:真核生物的順式作用元件包括三類: 類順式作用元件類順式作用元件類啟動子類啟動子RNA pol 類順式作用元件類順式作用元件類啟動子類啟動子RNA pol 類順式作用元件類順式作用元件 類啟動子類啟動子RNA pol 類順式作用元件調(diào)控的基因主要是編碼蛋白質(zhì)的基類順式作用元件調(diào)控的基因主要是編碼蛋白質(zhì)的基因,少數(shù)是因,少數(shù)是snRNA基因?;?。 類順式作用元件包括:類順式作用元件包括: 核心啟動子核心啟動子( Core promoter),增強(qiáng)子,增

3、強(qiáng)子(enhancer),沉,沉默子(默子(silencer ),及各種反應(yīng)元件等。),及各種反應(yīng)元件等。1. 核心啟動子核心啟動子( Core promoter) 類啟動子的核心啟動子常類啟動子的核心啟動子常由由TATA盒盒、位于、位于TATA盒上游的的盒上游的的上游啟動子元件上游啟動子元件、以轉(zhuǎn)錄點(diǎn)、以轉(zhuǎn)錄點(diǎn)為中心的為中心的起始子起始子和和下游啟動子元件下游啟動子元件,4個元件個元件組合而成。組合而成。 一般位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的一般位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的-60 bp +40 bp 。 通常一個基因的核心啟動子只含有通常一個基因的核心啟動子只含有2個或個或3個個元件。元件。 TATA盒盒 (TATA

4、box) 類啟動子的類啟動子的TATA盒盒其中最主要的結(jié)構(gòu),位其中最主要的結(jié)構(gòu),位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游-30bp處;處; TATA盒盒和部分上游啟動子元件組成;是和部分上游啟動子元件組成;是TF D識別部位識別部位。一般是含一般是含TATA序列的序列的6-7 bp的核心序列:的核心序列: TATA(A/T)(A/T),在不同基因,在不同基因中有差異中有差異 但某些但某些類基因無類基因無TATA盒,如管家基因等;盒,如管家基因等; 功能:功能:確保轉(zhuǎn)錄精確而有效地從轉(zhuǎn)錄起始序確保轉(zhuǎn)錄精確而有效地從轉(zhuǎn)錄起始序列開始列開始起始子起始子(initiator, inr) 以轉(zhuǎn)錄點(diǎn)為中心的的保

5、守序列,以轉(zhuǎn)錄點(diǎn)為中心的的保守序列, 共有序列為共有序列為PyPyAN(A/T) PyPy,Py-嘧啶,嘧啶, 功能:是某些基因最佳轉(zhuǎn)錄所需的功能:是某些基因最佳轉(zhuǎn)錄所需的下游啟動子元件下游啟動子元件(down stream promotor element, DPE) 常位于轉(zhuǎn)錄點(diǎn)下游約常位于轉(zhuǎn)錄點(diǎn)下游約+30bp處,處, 共有序列為共有序列為G(A/T)CG, 功能:可以補(bǔ)償功能:可以補(bǔ)償TATA盒缺失導(dǎo)致的轉(zhuǎn)錄抑制盒缺失導(dǎo)致的轉(zhuǎn)錄抑制上游啟動子元件上游啟動子元件 (down stream promotor element, DPE) 概念:概念:是一些位于是一些位于TATA盒上游的可調(diào)節(jié)

6、基因轉(zhuǎn)錄盒上游的可調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄DNA序列。序列。 主要包括:主要包括: 1)CAAT盒盒 能與能與CAAT結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子(結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子(CTF)和)和CAAT/增強(qiáng)子結(jié)合蛋白(增強(qiáng)子結(jié)合蛋白(C/EBP)結(jié)合)結(jié)合 2)GC盒盒 以以CCGCCAAT為序列特征,能與反式作為序列特征,能與反式作用因子用因子Sp1結(jié)合。結(jié)合。 特點(diǎn):特點(diǎn):一般位于啟始位點(diǎn)一般位于啟始位點(diǎn)-40-110bp之間,有方向之間,有方向性并與距離有關(guān)。性并與距離有關(guān)。 作用機(jī)制:作用機(jī)制:調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)TATA因子與因子與TATA的結(jié)合、的結(jié)合、 RNA pol 與啟動子的結(jié)合、轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成等。與啟動子的結(jié)合、轉(zhuǎn)錄起始復(fù)

7、合物的形成等。核心啟動子構(gòu)成核心啟動子構(gòu)成2. 增強(qiáng)子增強(qiáng)子 概念:概念:能增強(qiáng)啟動子活性的能增強(qiáng)啟動子活性的DNA序列。序列。 特點(diǎn):特點(diǎn): 1)能遠(yuǎn)距離增強(qiáng)啟動子的活性;)能遠(yuǎn)距離增強(qiáng)啟動子的活性; 2)無方向性,在啟動子的上游和下游均起作用;)無方向性,在啟動子的上游和下游均起作用; 3)對啟動子的影響無嚴(yán)格的專一性。)對啟動子的影響無嚴(yán)格的專一性。 作用機(jī)制:作用機(jī)制:可能通過與某些調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)合改變可能通過與某些調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)合改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)而發(fā)揮作用。染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)而發(fā)揮作用。3. 反應(yīng)元件 概念:概念:能抑制啟動子活性的能抑制啟動子活性的DNA序列。序列。 特點(diǎn):特點(diǎn):與增強(qiáng)子相似

8、;沉默子與增強(qiáng)子的角色可因與增強(qiáng)子相似;沉默子與增強(qiáng)子的角色可因調(diào)控基因而轉(zhuǎn)換。調(diào)控基因而轉(zhuǎn)換。4. 沉默子 概念:概念:某些反式作用因子與特定刺激信號結(jié)合后,某些反式作用因子與特定刺激信號結(jié)合后,能與某些上游啟動子元件和增強(qiáng)子所結(jié)合,調(diào)節(jié)基能與某些上游啟動子元件和增強(qiáng)子所結(jié)合,調(diào)節(jié)基因表達(dá),這類順式作用元件即特稱中因表達(dá),這類順式作用元件即特稱中。 種類:種類:激素反應(yīng)元件、金屬離子反應(yīng)元件、激素反應(yīng)元件、金屬離子反應(yīng)元件、TPA反反應(yīng)元件、血清反應(yīng)元件等。應(yīng)元件、血清反應(yīng)元件等。+1結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因其他反其他反應(yīng)元件應(yīng)元件增強(qiáng)子增強(qiáng)子或或 沉默子沉默子RNA pol II 轉(zhuǎn)錄體系的轉(zhuǎn)錄體

9、系的順式作用元件順式作用元件CAAT盒盒 GC盒盒 上游啟動子上游啟動子-110-40TATA 盒盒啟動子啟動子-30還有個別蛋白質(zhì)因子可特異識別、結(jié)合還有個別蛋白質(zhì)因子可特異識別、結(jié)合自身基因的調(diào)節(jié)序列自身基因的調(diào)節(jié)序列,調(diào)節(jié)自身基因的表達(dá),調(diào)節(jié)自身基因的表達(dá),稱稱順式作用順式作用。由某一基因表達(dá)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)因子,通由某一基因表達(dá)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)因子,通過與另一基因的特異的順式作用元件相互作過與另一基因的特異的順式作用元件相互作用,調(diào)節(jié)其表達(dá)。用,調(diào)節(jié)其表達(dá)。這種調(diào)節(jié)作用稱為這種調(diào)節(jié)作用稱為反式作用反式作用。 二、反式作用因子二、反式作用因子(trans-acting factor) cDNAa

10、DNA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) mRNA C蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)CbA mRNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)AA(一)(一) 反式作用因子的主要特點(diǎn)反式作用因子的主要特點(diǎn) 一般具有三個結(jié)構(gòu)域:一般具有三個結(jié)構(gòu)域:DNA識別結(jié)構(gòu)域、轉(zhuǎn)識別結(jié)構(gòu)域、轉(zhuǎn)錄活性域和蛋白質(zhì)錄活性域和蛋白質(zhì)-蛋白相互作用結(jié)構(gòu)域蛋白相互作用結(jié)構(gòu)域; 能識別并結(jié)合調(diào)控區(qū)的順式作用元件;能識別并結(jié)合調(diào)控區(qū)的順式作用元件; 對基因表達(dá)有對基因表達(dá)有正性調(diào)節(jié)正性調(diào)節(jié)(激活)和(激活)和負(fù)性調(diào)節(jié)負(fù)性調(diào)節(jié)(抑制)二種方式。(抑制)二種方式。 其調(diào)節(jié)機(jī)制涉及順式作用元件、其調(diào)節(jié)機(jī)制涉及順式作用元件、RNA聚合酶聚合酶和其它調(diào)節(jié)蛋白。和其它調(diào)節(jié)蛋白。(二

11、)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子分類(二)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子分類 (按功能特性)(按功能特性)* 基本轉(zhuǎn)錄因子基本轉(zhuǎn)錄因子是是RNA聚合酶結(jié)合啟動子所必需的一組聚合酶結(jié)合啟動子所必需的一組蛋白因子,決定三種蛋白因子,決定三種RNA(mRNA、tRNA及及rRNA)轉(zhuǎn)錄的類別。轉(zhuǎn)錄的類別。TF I;TF II;TF IIITF(轉(zhuǎn)錄因子)(轉(zhuǎn)錄因子)參與參與RNA-pol 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子功功 能能TF A穩(wěn)定穩(wěn)定TF D結(jié)合結(jié)合TF B促進(jìn)促進(jìn)pol 結(jié)合結(jié)合TF D辨認(rèn)辨認(rèn)TATA盒盒TF EATPaseTF F解旋酶解旋酶特異轉(zhuǎn)錄因子特異轉(zhuǎn)錄因子(special transcription factors

12、)為個別基因轉(zhuǎn)錄所必需,決定該基因的時間、為個別基因轉(zhuǎn)錄所必需,決定該基因的時間、空間特異性表達(dá)??臻g特異性表達(dá)。 轉(zhuǎn)錄激活因子:轉(zhuǎn)錄激活因子:通常為增強(qiáng)子結(jié)合蛋白通常為增強(qiáng)子結(jié)合蛋白 轉(zhuǎn)錄抑制因子:轉(zhuǎn)錄抑制因子:通常沉默子結(jié)合蛋白通常沉默子結(jié)合蛋白分類分類1 輔激活因子輔激活因子 :起聯(lián)結(jié)和中介作用起聯(lián)結(jié)和中介作用 上游因子:上游因子:協(xié)助基本轉(zhuǎn)錄因子,提高轉(zhuǎn)協(xié)助基本轉(zhuǎn)錄因子,提高轉(zhuǎn)錄效率和專一性錄效率和專一性 可誘導(dǎo)因子:可誘導(dǎo)因子:時間和空間(組織)特異時間和空間(組織)特異性地調(diào)控轉(zhuǎn)錄性地調(diào)控轉(zhuǎn)錄 分類分類2 指的是反式作用因子與順式作用元件之間指的是反式作用因子與順式作用元件之間的特

13、異識別及結(jié)合。通常是非共價結(jié)合,的特異識別及結(jié)合。通常是非共價結(jié)合,被識別的被識別的DNA結(jié)合位點(diǎn)通常呈對稱、或不結(jié)合位點(diǎn)通常呈對稱、或不完全對稱結(jié)構(gòu)。完全對稱結(jié)構(gòu)。 絕大多數(shù)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)合絕大多數(shù)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)合DNA前,需通過前,需通過蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用,形成蛋白質(zhì)相互作用,形成二聚體二聚體(dimer)或或多聚體多聚體(polymer)。(三)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白通過與(三)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白通過與DNA或與蛋白質(zhì)或與蛋白質(zhì)相互作用對轉(zhuǎn)錄起始進(jìn)行調(diào)節(jié)相互作用對轉(zhuǎn)錄起始進(jìn)行調(diào)節(jié)(四)反式作用因子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(四)反式作用因子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)三三個個結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)域域蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)結(jié)合域蛋白質(zhì)結(jié)合域(二聚化結(jié)

14、構(gòu)域)(二聚化結(jié)構(gòu)域)轉(zhuǎn)錄激活域轉(zhuǎn)錄激活域 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DNA結(jié)合域結(jié)合域堿性堿性-螺旋螺旋鋅指鋅指(zinc finger)堿性亮氨酸拉鏈堿性亮氨酸拉鏈堿性螺旋堿性螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋螺旋常見的常見的DNA結(jié)合域結(jié)合域(DNA-binging domain) 1. 鋅指結(jié)構(gòu)鋅指結(jié)構(gòu)(zinc finger motif)常結(jié)合常結(jié)合GC盒盒含含1個個螺旋,螺旋,2個個反向平行的反向平行的折迭;折迭;與與Zn2+結(jié)合結(jié)合C CysH HisN NC C鋅指N NC C 在亮氨酸拉鏈近在亮氨酸拉鏈近N-端有富含端有富含堿性堿性(帶正電荷帶正電

15、荷)氨氨基酸殘基的區(qū)域,是基酸殘基的區(qū)域,是DNA的結(jié)合區(qū)的結(jié)合區(qū)。 亮氨酸拉鏈亮氨酸拉鏈?zhǔn)且粋€高亮氨酸組成的是一個高亮氨酸組成的螺旋,每螺旋,每兩個兩個螺圈出現(xiàn)一個亮氨酸,形成拉鏈的一邊。螺圈出現(xiàn)一個亮氨酸,形成拉鏈的一邊。 兩個蛋白質(zhì)因子的兩個蛋白質(zhì)因子的螺旋通過螺旋通過亮氨酸亮氨酸的疏水作用的疏水作用結(jié)合在一起形成結(jié)合在一起形成拉鏈結(jié)構(gòu)拉鏈結(jié)構(gòu) (二聚體化二聚體化)2. 亮氨酸拉鏈亮氨酸拉鏈(Leu zipper)亮氨酸拉鏈亮氨酸拉鏈3. 3. 堿性螺旋堿性螺旋- -環(huán)環(huán)- -螺旋螺旋 4. 堿性堿性-螺旋螺旋常結(jié)合常結(jié)合CAAT盒盒由堿性氨基酸殘由堿性氨基酸殘基組成?;M成。反式作用因

16、子與順式作用元件之間的特異識別反式作用因子與順式作用元件之間的特異識別及結(jié)合,通常是非共價結(jié)合,被識別的及結(jié)合,通常是非共價結(jié)合,被識別的DNA結(jié)合位結(jié)合位點(diǎn)通常呈對稱、或不完全對稱結(jié)構(gòu)。點(diǎn)通常呈對稱、或不完全對稱結(jié)構(gòu)。絕大多數(shù)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)合絕大多數(shù)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)合DNA前,需通過蛋白前,需通過蛋白質(zhì)質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用,形成蛋白質(zhì)相互作用,形成二聚體二聚體(dimer)或或多聚體多聚體(polymer),最常見的是二異聚體化。,最常見的是二異聚體化。(五)(五)DNA - 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的相互作用的相互作用第三節(jié)第三節(jié) 真核基因表達(dá)的調(diào)控真核基因表達(dá)的調(diào)控基因表達(dá)的多級

17、調(diào)控基因表達(dá)的多級調(diào)控基因數(shù)目基因數(shù)目基因激活基因激活轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始 轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄后加工mRNA降解降解蛋白質(zhì)降解等蛋白質(zhì)降解等蛋白質(zhì)翻譯蛋白質(zhì)翻譯翻譯后加工修飾翻譯后加工修飾一、一、DNA和和染色體結(jié)構(gòu)對轉(zhuǎn)錄的調(diào)控染色體結(jié)構(gòu)對轉(zhuǎn)錄的調(diào)控1. DNA堿基修飾變化堿基修飾變化 真核真核DNA約有約有5%的胞嘧啶被甲基化的胞嘧啶被甲基化,降低轉(zhuǎn)錄降低轉(zhuǎn)錄活性;活性;甲基化范圍與基因表達(dá)程度呈反比。甲基化范圍與基因表達(dá)程度呈反比。2. 組蛋白變化組蛋白變化 活性染色質(zhì)活性染色質(zhì): 富含富含Lys組蛋白水平降低,組蛋白水平降低, H2A, 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

18、(乙酰組蛋白修飾(乙?;?,化), H3組蛋白巰基暴露。組蛋白巰基暴露。3. DNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化天然雙鏈天然雙鏈DNA均以負(fù)性超螺旋構(gòu)象存在;均以負(fù)性超螺旋構(gòu)象存在;基因活化后基因活化后RNA-pol正超螺旋正超螺旋負(fù)超螺旋負(fù)超螺旋轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向活化基因活化基因側(cè)冀區(qū)側(cè)冀區(qū)常有常有DNaseIDNaseI超敏位點(diǎn),超敏位點(diǎn),對對核酸酶敏感,核酸酶敏感,位于調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合位點(diǎn)附近。位于調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合位點(diǎn)附近。(一)(一) RNA pol I 轉(zhuǎn)錄體系的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄體系的調(diào)節(jié)RNA pol I 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物: 45S rRNArDNA基因的啟動子基因的啟動子核心元件(核心核心元件(核心啟

19、動子)啟動子)上游調(diào)控元件上游調(diào)控元件(UCE):增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄所需轉(zhuǎn)錄因子所需轉(zhuǎn)錄因子上游結(jié)合因子上游結(jié)合因子1:結(jié)合二個元件結(jié)合二個元件選擇性因子選擇性因子1:后結(jié)合二個元件后結(jié)合二個元件二、轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控二、轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控UBFUBFUCECoreTBPTAFsSL1TBPTAFsUBFUBFRNA polTBPTAFsUBFUBFRNA polRNA pol I 轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始UBFrDNAUCE (-156-10720)Core (-45+20)+1 轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)GC豐富豐富(二)(二) RNA pol III 轉(zhuǎn)錄體系的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄體系的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物: tRNA和和5S

20、 rRNA啟動子特點(diǎn):啟動子特點(diǎn):基因的啟動子位于轉(zhuǎn)錄區(qū)基因的啟動子位于轉(zhuǎn)錄區(qū)tRNA基因所需轉(zhuǎn)錄因子:基因所需轉(zhuǎn)錄因子:TF IIIC和和TF IIIBtRNA基因啟動子:基因啟動子:A盒和盒和B盒盒5SRNA基因所需轉(zhuǎn)錄因子:基因所需轉(zhuǎn)錄因子:TF IIIC和和TF IIIB 還需還需TF IIIARNA聚合酶聚合酶III的轉(zhuǎn)錄起始的轉(zhuǎn)錄起始A box (+10+20)A box (+10+20)TF III CTF III CTF III BTF III CTF III BRNA pol IIITF III CTF III BRNA pol III調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)基因表達(dá)水平基因表達(dá)水平?jīng)Q定基因

21、決定基因表達(dá)的基表達(dá)的基礎(chǔ)水平礎(chǔ)水平與與RNA pol II 結(jié)合結(jié)合,決定轉(zhuǎn),決定轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的精錄起始點(diǎn)的精確定位確定位+1結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因決定基因表達(dá)的決定基因表達(dá)的時空特異性。時空特異性。激素,金屬離子激素,金屬離子等反應(yīng)元件。等反應(yīng)元件。其他反其他反應(yīng)元件應(yīng)元件使轉(zhuǎn)錄使轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)增強(qiáng)或或減弱減弱增強(qiáng)子增強(qiáng)子或或 沉默子沉默子維持維持基本基本的表達(dá)水平的表達(dá)水平(三)(三) RNA pol II 轉(zhuǎn)錄體系的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄體系的調(diào)節(jié)CAAT盒盒 GC盒盒 上游啟動子上游啟動子-110-40TATA 盒盒啟動子啟動子-25TFTFD DTF TF A A TFTFB BRNA poly/TFRNA

22、poly/TFF FTFTFE EPICPICDTATABFEDNA起始前復(fù)合物起始前復(fù)合物(Pre-Initiation Complex,PIC)ARNA polyTATATATA起始前復(fù)合物起始前復(fù)合物(PICPIC)的生成的生成真核生物的轉(zhuǎn)錄起始真核生物的轉(zhuǎn)錄起始:模板理論模板理論(piecing theory) 一個真核生物基因的轉(zhuǎn)錄需要一個真核生物基因的轉(zhuǎn)錄需要3至至5個轉(zhuǎn)個轉(zhuǎn)錄因子。轉(zhuǎn)錄因子之間不同方案組合,生成錄因子。轉(zhuǎn)錄因子之間不同方案組合,生成有活性、專一性的復(fù)合物,再與有活性、專一性的復(fù)合物,再與RNA聚合酶聚合酶搭配而有針對性地結(jié)合、轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的基因。搭配而有針對性地結(jié)合、

23、轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的基因。 按不同組合,人類約按不同組合,人類約.萬個基因,估萬個基因,估計需轉(zhuǎn)錄因子余個即可。計需轉(zhuǎn)錄因子余個即可。(四)轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控模式(四)轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控模式 表達(dá)式調(diào)節(jié)表達(dá)式調(diào)節(jié): 需要時才合成需要時才合成, 隨即被降解隨即被降解; 共價修飾共價修飾: 作用時間較長,常見有磷酸化作用時間較長,常見有磷酸化/去磷酸化、去磷酸化、糖基化,都作用于糖基化,都作用于Ser和和Thr,有競爭排斥;,有競爭排斥; 配體結(jié)合:配體結(jié)合:如激素受體類反式作用因子,只有當(dāng)與如激素受體類反式作用因子,只有當(dāng)與激素結(jié)合才有活性;激素結(jié)合才有活性; 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用:如堿性亮氨酸拉鏈的二蛋白質(zhì)

24、相互作用:如堿性亮氨酸拉鏈的二異聚體化異聚體化主要通過調(diào)節(jié)反式作用因子的活性控制轉(zhuǎn)錄起始;主要通過調(diào)節(jié)反式作用因子的活性控制轉(zhuǎn)錄起始;反式作用因子(反式作用因子(有活性有活性) 反式作用因子(反式作用因子(無活性無活性)1. 反式作用因子的活性調(diào)節(jié)反式作用因子的活性調(diào)節(jié)2. 反式作用因子與順式作用元件的結(jié)合反式作用因子與順式作用元件的結(jié)合 多數(shù):先激活后結(jié)合多數(shù):先激活后結(jié)合; 少數(shù):先結(jié)合后激活。少數(shù):先結(jié)合后激活。3. 反式作用因子的作用模式反式作用因子的作用模式 增強(qiáng)子與調(diào)基因可以很遠(yuǎn),上游啟動子增強(qiáng)子與調(diào)基因可以很遠(yuǎn),上游啟動子亦相隔數(shù)十個堿基,亦相隔數(shù)十個堿基,如何起作用?如何起作用

25、? 作用模式:扭曲、滑動、成環(huán)等作用模式:扭曲、滑動、成環(huán)等PEEP扭曲扭曲成環(huán)成環(huán)EP滑動滑動4. 中介因子對轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控中介因子對轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控 某些反式作用因子是間接通過中介因子起作用某些反式作用因子是間接通過中介因子起作用PTFBCREB(cAMP反應(yīng)元反應(yīng)元件結(jié)合蛋白件結(jié)合蛋白)CBPP5. 多重增強(qiáng)子作用多重增強(qiáng)子作用 金屬硫蛋白基因:金屬硫蛋白基因:有有4個金屬反應(yīng)元件,個金屬反應(yīng)元件,2個基礎(chǔ)水個基礎(chǔ)水平增強(qiáng)子(與激活蛋白平增強(qiáng)子(與激活蛋白AP1反應(yīng)),反應(yīng)),1個糖皮質(zhì)激素個糖皮質(zhì)激素反應(yīng)元件,這些增強(qiáng)子不同組合產(chǎn)生不同效應(yīng);反應(yīng)元件,這些增強(qiáng)子不同組合產(chǎn)生不同效應(yīng); 組

26、合式基因調(diào)控:組合式基因調(diào)控:有限的反式作用因子,可以通過有限的反式作用因子,可以通過不同組合調(diào)控不同基因表達(dá)。不同組合調(diào)控不同基因表達(dá)。DABB基因關(guān)閉基因關(guān)閉CBA基因表達(dá)基因表達(dá)A三、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控三、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控 5帽子結(jié)構(gòu)的作用:帽子結(jié)構(gòu)的作用: 防止防止mRNA被被5 3核酸酶降解核酸酶降解; 能被帽結(jié)合蛋白識別,增強(qiáng)能被帽結(jié)合蛋白識別,增強(qiáng)mRNA的可翻譯的可翻譯性,沒帽子結(jié)構(gòu),翻譯效率降低;性,沒帽子結(jié)構(gòu),翻譯效率降低; 促進(jìn)促進(jìn)mRNA從核到胞漿的運(yùn)輸過程;從核到胞漿的運(yùn)輸過程; 增強(qiáng)增強(qiáng)mRNA的剪接效率的剪接效率, 帽對帽對exon1的剪接尤的剪接尤為重要,需要為重要,需要2個

27、帽結(jié)合蛋白參與(個帽結(jié)合蛋白參與(CBP80和和CBP20)(一)(一)mRNA加帽和加尾的調(diào)控意義加帽和加尾的調(diào)控意義 Poly(A)尾的作用尾的作用 延長延長mRNA的半衰期限:的半衰期限: 實際上是一個核酸水解酶降解與實際上是一個核酸水解酶降解與Poly(A)聚合酶聚合酶不斷添加不斷添加A的一種平衡,總趨勢是胞漿內(nèi)的一種平衡,總趨勢是胞漿內(nèi)Poly(A)逐漸縮短。逐漸縮短。 促進(jìn)翻譯效率促進(jìn)翻譯效率: Poly(A)與與Poly(A)結(jié)合蛋白(結(jié)合蛋白(PABP)結(jié)合;)結(jié)合; 人為除去二者或其一,均降低翻譯效率;機(jī)制人為除去二者或其一,均降低翻譯效率;機(jī)制不詳;不詳; 有些有些mRNA

28、可通過除去可通過除去Poly(A)降低翻譯水平。降低翻譯水平。(二) mRNA選擇剪接的調(diào)控作用選擇剪接的調(diào)控作用1. mRNA的剪接的剪接 真核生物中約真核生物中約5%的的pre-mRNA可以有二種或以上可以有二種或以上的剪接方式,形成多種成熟的剪接方式,形成多種成熟mRNA,翻譯成不同,翻譯成不同的蛋白質(zhì)。的蛋白質(zhì)。 選擇剪接方式:選擇剪接方式: 外顯子選擇:外顯子選擇:也稱外顯跳躍,選擇不同的外顯子也稱外顯跳躍,選擇不同的外顯子進(jìn)行剪接,成熟進(jìn)行剪接,成熟mRNA中外顯子數(shù)目不同;中外顯子數(shù)目不同; 內(nèi)含子選擇:內(nèi)含子選擇:在不同的成熟在不同的成熟mRNA中,內(nèi)含子可中,內(nèi)含子可全無或保

29、留某一個;全無或保留某一個; 相斥外顯子:相斥外顯子:二個外顯在不同成熟二個外顯在不同成熟mRNA中只能中只能出現(xiàn)其一,而不能共存;出現(xiàn)其一,而不能共存; 內(nèi)部剪接點(diǎn)內(nèi)部剪接點(diǎn):剪接點(diǎn)異常,導(dǎo)致成熟:剪接點(diǎn)異常,導(dǎo)致成熟mRNA出現(xiàn)出現(xiàn)的只是某個外顯子或內(nèi)含子的一部分的只是某個外顯子或內(nèi)含子的一部分。2. 剪接對基因表達(dá)的調(diào)控剪接對基因表達(dá)的調(diào)控 凋亡蛋白凋亡蛋白Bax基因的選擇剪接:基因的選擇剪接: 同一基因產(chǎn)生同一基因產(chǎn)生、等蛋白質(zhì);等蛋白質(zhì);型型mRNA中保留全部中保留全部6個個exon,編碼,編碼192個個aa;(正常剪接;(正常剪接)型型mRNA中保留中保留6個個exon及及intr

30、on5;編碼;編碼218個個aa;(內(nèi)含子選擇)(內(nèi)含子選擇) 型型mRNA中只保留中只保留5個個exon,少了,少了exon2,僅編碼僅編碼151個個aa。 選擇剪接產(chǎn)生選擇剪接產(chǎn)生IB: IB通過選擇剪接,產(chǎn)生通過選擇剪接,產(chǎn)生C端截短了的二種端截短了的二種異構(gòu)體異構(gòu)體IB 1和和 IB 2( mRNA缺失缺失178個個codes),缺少),缺少PKA磷酸化位點(diǎn);磷酸化位點(diǎn); 形成的形成的NF-B/IB 1和和 NF-B/ IB 2,不,不能解離出活性的能解離出活性的NF-B。 正常的正常的NF-B PKANF-B/ IB NF-B(有活性)(有活性) +IB -P(三)(三)RNA編輯的

31、調(diào)控作用編輯的調(diào)控作用RNA編輯編輯(RNA editing) 是指轉(zhuǎn)錄后成熟的是指轉(zhuǎn)錄后成熟的RNA分子的修飾和加工,使得分子的修飾和加工,使得RNA所攜帶的遺傳信息發(fā)生改變的過程。所攜帶的遺傳信息發(fā)生改變的過程。 RNA編輯有核苷的插入或刪除(編輯有核苷的插入或刪除(n個核苷酸)編輯個核苷酸)編輯和堿基替換編輯(和堿基替換編輯(CU常見)兩種類型。常見)兩種類型。 在真核生物的在真核生物的tRNA、rRNA和和mRNA中都有中都有RNA編輯。編輯。 RNA編輯有多種機(jī)制,不同生物的編輯需要不同編輯有多種機(jī)制,不同生物的編輯需要不同的的RNA編輯酶。編輯酶。 影響基因的表達(dá),生成不同的氨基酸

32、或新的影響基因的表達(dá),生成不同的氨基酸或新的ORF。 編輯可在多種水平被調(diào)節(jié),且與人類疾?。[瘤、編輯可在多種水平被調(diào)節(jié),且與人類疾?。[瘤、AS等)有一定的相關(guān)性。等)有一定的相關(guān)性。 RNA編輯作用說明,基因的編碼序列經(jīng)過轉(zhuǎn)錄后加編輯作用說明,基因的編碼序列經(jīng)過轉(zhuǎn)錄后加工,是可有多用途分化的,因此也稱為分化加工工,是可有多用途分化的,因此也稱為分化加工(differential RNA processing)。5. mRNA的編輯的編輯(mRNA editing) 人類人類apo B基因基因 mRNA(14500個核苷酸)個核苷酸)肝臟肝臟apo B100(分子量為(分子量為500 000

33、)腸道細(xì)胞腸道細(xì)胞apo B48(分子量為(分子量為240 000)mRNA編輯編輯 mRNAs的半衰期,如的半衰期,如- -珠蛋白在珠蛋白在10h10h以上,生長以上,生長因子、原癌基因等可能僅因子、原癌基因等可能僅30min30min或更短;或更短; 真核真核mRNA穩(wěn)定性常穩(wěn)定性常由由特異的去穩(wěn)定元件特異的去穩(wěn)定元件控制;控制; 常見于常見于3-端非翻譯區(qū)(端非翻譯區(qū)( 3-UTR) 一為特殊的一為特殊的莖莖-環(huán)結(jié)構(gòu)環(huán)結(jié)構(gòu) 另為約另為約50nt的的AU-豐富序列豐富序列(AU-rich sequence,ARE),一致性序列為一致性序列為(AUUUA)5。 這種序列引入可致這種序列引入可

34、致mRNA的快速降解,去除則不的快速降解,去除則不一定會增加一定會增加mRNA的穩(wěn)定性。的穩(wěn)定性。(四)(四)mRNA穩(wěn)定性調(diào)控穩(wěn)定性調(diào)控 轉(zhuǎn)鐵蛋白轉(zhuǎn)鐵蛋白3-UTR長達(dá)長達(dá)2.6kb,含,含10個莖個莖-環(huán)環(huán)結(jié)構(gòu),其中結(jié)構(gòu),其中5個為鐵反應(yīng)蛋白元件(個為鐵反應(yīng)蛋白元件(IRE);); 如去除這些如去除這些IRE,則,則mRNA穩(wěn)定性降低;穩(wěn)定性降低; 當(dāng)當(dāng)IRE與鐵反應(yīng)蛋白結(jié)合,可抑制鄰近的與鐵反應(yīng)蛋白結(jié)合,可抑制鄰近的特異的去穩(wěn)定序列;特異的去穩(wěn)定序列; 當(dāng)細(xì)胞內(nèi)當(dāng)細(xì)胞內(nèi)Fe2+濃度升高,濃度升高, 并與鐵反應(yīng)蛋白并與鐵反應(yīng)蛋白結(jié)合并使之與結(jié)合并使之與IRE解離,轉(zhuǎn)鐵蛋白解離,轉(zhuǎn)鐵蛋白mR

35、NA首先在距首先在距3-末端約末端約1000nt處被酶切,隨后處被酶切,隨后迅速被降解。迅速被降解。 生長因子生長因子mRNA的的3-UTR多有導(dǎo)致不穩(wěn)定多有導(dǎo)致不穩(wěn)定的的AU-豐富序列豐富序列; 若通過體外重組將此序列引入很穩(wěn)定的若通過體外重組將此序列引入很穩(wěn)定的- -珠珠蛋白蛋白mRNA 3-UTR ,則其半衰期會從十幾個,則其半衰期會從十幾個小時降至幾十分鐘;小時降至幾十分鐘; 組蛋白組蛋白mRNA 的的3-UTR有特殊的莖有特殊的莖-環(huán)結(jié)環(huán)結(jié)構(gòu),其穩(wěn)定性受構(gòu),其穩(wěn)定性受DNA合成的調(diào)節(jié);合成的調(diào)節(jié); 非非DNA合成期,多余的組蛋白與這種莖合成期,多余的組蛋白與這種莖-環(huán)結(jié)環(huán)結(jié)構(gòu)結(jié)合,導(dǎo)

36、致構(gòu)結(jié)合,導(dǎo)致mRNA降解,半衰退期僅降解,半衰退期僅十余十余分鐘分鐘; DNA合成期,組蛋白與染色體合成期,組蛋白與染色體DNA結(jié)合,而結(jié)合,而不與莖環(huán)結(jié)構(gòu)結(jié)合,不與莖環(huán)結(jié)構(gòu)結(jié)合,mRNA穩(wěn)定,半衰退期穩(wěn)定,半衰退期約約1小時小時。四、翻譯的可調(diào)控性及調(diào)控方式四、翻譯的可調(diào)控性及調(diào)控方式 翻譯起始復(fù)合物翻譯起始復(fù)合物80SMet-tRNAimRNA形成之前的形成之前的各個環(huán)節(jié)均可進(jìn)行調(diào)節(jié);各個環(huán)節(jié)均可進(jìn)行調(diào)節(jié); 如如mRNA的的5非翻譯區(qū)(非翻譯區(qū)( 5 UTR),各種起始因),各種起始因子(子(eIF2、eIF-4E),起始),起始AUG的位置和數(shù)量等均的位置和數(shù)量等均可進(jìn)行調(diào)節(jié)。可進(jìn)行調(diào)

37、節(jié)。1. 5AUG對翻譯的調(diào)控:對翻譯的調(diào)控: 90%以上的真核以上的真核mRNA翻譯始于最近翻譯始于最近5端的第一個端的第一個AUG; 但有的但有的mRNA 的的5UTR有多個有多個AUG(稱(稱5AUG ),會),會干擾正常的干擾正常的ORF。某些癌基因存在這類調(diào)節(jié)某些癌基因存在這類調(diào)節(jié)!翻譯起始的調(diào)節(jié)翻譯起始的調(diào)節(jié)2. 5 UTR長度的影響長度的影響: 太短會導(dǎo)致太短會導(dǎo)致40S小亞基不易識別起始小亞基不易識別起始AUG; 5 UTR少于少于12nt時時, 50%以上在以上在40S小亞基起始小亞基起始時會滑起始時會滑起始AUG; AUG前前5 UTR以以1780nt最適宜最適宜,翻譯效率

38、與長度翻譯效率與長度呈正相關(guān)呈正相關(guān).3. 阻遏蛋白通過阻遏蛋白通過5 UTR調(diào)控翻譯調(diào)控翻譯: (以鐵蛋白為例)(以鐵蛋白為例)5AUGUAA5AUGUAA翻譯翻譯鐵結(jié)合調(diào)鐵結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白節(jié)蛋白無翻譯無翻譯五、翻譯后加工的調(diào)控意義五、翻譯后加工的調(diào)控意義 主要因素:主要因素:肽鏈中蛋白酶識別位點(diǎn),決定肽鏈中蛋白酶識別位點(diǎn),決定肽鏈的降解速度;肽鏈的降解速度; 另一個因素:另一個因素:N-末端氨基酸性質(zhì)末端氨基酸性質(zhì) 穩(wěn)定化氨基酸穩(wěn)定化氨基酸Met, Ser,Thr, Ala, Val, Cys, Gly和和Pro,共,共8種;胞漿中蛋白都如此類;種;胞漿中蛋白都如此類; 去穩(wěn)定化氨基酸去穩(wěn)定化氨基酸其余其余12種;種; N-末端氨基酸是肽鏈合成后加入的。末端氨基酸是肽鏈合成后加入的。(一)(一)新生新生肽鏈的水解和肽鏈的水解和N-末端修飾末端修飾 去除新和肽鏈去除新和肽鏈N末端蛋氨酸殘基并加入一末端蛋氨酸殘基并加入一個決定肽鏈穩(wěn)定性的氨基酸個決定肽鏈穩(wěn)定性的氨基酸Met新和肽鏈新和肽鏈氨基肽酶氨基肽酶氨基酰氨基酰-tRNA蛋白轉(zhuǎn)移酶

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