真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控

關(guān)于真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控第1頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五第一節(jié)真核生物表達調(diào)控特點真核生物基因的表達調(diào)控系統(tǒng)遠比原核生物復(fù)雜第2頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五真核生物和原核生物由于基本生活方式不同所決定基因表達調(diào)控上的巨大差別。原核生物的調(diào)控系統(tǒng)就是要在一個特定的環(huán)境中為細胞創(chuàng)造高速生長的條件，或使細胞在受到損傷時，盡快得到修復(fù)，所以，原核生物基因表達的開關(guān)經(jīng)常是通過控制轉(zhuǎn)錄的起始來調(diào)節(jié)的。

第3頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五真核生物（除酵母、藻類和原生動物等單細胞類之外）主要由多細胞組成，每個真核細胞所攜帶的基因數(shù)量及總基因組中蘊藏的遺傳信息量都大大高于原核生物。人類細胞單倍體基因組就包含有3×109bp總DNA，約為大腸桿菌總DNA的1000倍，是噬菌體總DNA的10萬倍左右！第4頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五真核基因表達調(diào)控的最顯著特征是能在特定時間、特定的細胞中激活特定的基因，從而實現(xiàn)"預(yù)定"的、有序的、不可逆轉(zhuǎn)的分化、發(fā)育過程，并使生物的組織和器官在一定的環(huán)境條件范圍內(nèi)保持正常功能。第5頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五真核生物基因調(diào)控，根據(jù)其性質(zhì)可分為兩大類：

第一類是瞬時調(diào)控或稱可逆性調(diào)控，它相當(dāng)于原核細胞對環(huán)境條件變化所做出的反應(yīng)，包括某種底物或激素水平升降及細胞周期不同階段中酶活性和濃度的調(diào)節(jié)。

第6頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五

第二類是發(fā)育調(diào)控或稱不可逆調(diào)控，是真核基因調(diào)控的精髓部分，它決定了真核細胞生長、分化、發(fā)育的全部進程。第7頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五原核生物真核生物

操縱元調(diào)控。

多樣化調(diào)控，更為復(fù)雜。

基因組小，大腸桿菌：總長4.6×106bp,編碼4288個基因,每個基因約1100bp。

基因組大，人類基因組全長3×109bp，編碼10萬個基因，其余為重復(fù)序列。

基因分布在同一染色體上，操縱元控制。

DNA與組蛋白結(jié)合成染色質(zhì)，染色質(zhì)的變化調(diào)控基因表達；基因分布在不同的染色體上，存在不同染色體間基因的調(diào)控問題。

適應(yīng)外界環(huán)境，操縱元調(diào)控表達。

基因差別表達是細胞分化和功能的核心。

轉(zhuǎn)錄和翻譯同時進行，大部分為轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控。

轉(zhuǎn)錄和翻譯在時間和空間上均不同，從DNA到蛋白質(zhì)的各層次上都有調(diào)控，但多數(shù)為轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控真核生物與原核生物的調(diào)控差異第8頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五一、真核基因表達調(diào)控的特點

(一)真核基因表達調(diào)控的環(huán)節(jié)更多基因表達是基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、翻譯、產(chǎn)生有生物活性的蛋白質(zhì)的整個過程。同原核生物一樣，轉(zhuǎn)錄依然是真核生物基因表達調(diào)控的主要環(huán)節(jié)。但真核基因轉(zhuǎn)錄發(fā)生在細胞核(線粒體基因的轉(zhuǎn)錄在線粒體內(nèi))，翻譯則多在胞漿，兩個過程是分開的，因此其調(diào)控增加了更多的環(huán)節(jié)和復(fù)雜性，轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控占有了更多的分量。

第9頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五第10頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五(二)真核基因的轉(zhuǎn)錄與染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化相關(guān)。真核基因組DNA絕大部分都在細胞核內(nèi)與組蛋白等結(jié)合成染色質(zhì)。染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)、染色質(zhì)中DNA和組蛋白的結(jié)合狀態(tài)都影響轉(zhuǎn)錄，有以下特點：

1.染色質(zhì)結(jié)構(gòu)影響基因轉(zhuǎn)錄染色體結(jié)構(gòu)復(fù)雜由DNA、組蛋白、非組蛋白等大分子組成；DNA序列重復(fù)；基因不連續(xù)性，真核生物基因的不連續(xù)性和轉(zhuǎn)錄后加工是真核基因有別于原核基因的重要特征。第11頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五2、存在許多基因家族(genefamily)

來源相同、結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的基因組成單一的基因簇或稱基因家族。同一家族中的成員有時緊密地排列在一起，成為一個基因簇；更多的時候，它們卻分散在同一染色體的不同部位，甚至位于不同的染色體上，具有各自不同的表達調(diào)控模式。第12頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五3、組蛋白的作用：組蛋白與DNA結(jié)合阻止DNA上基因的轉(zhuǎn)錄，去除組蛋白基因又能夠轉(zhuǎn)錄。組蛋白是堿性蛋白質(zhì)，帶正電荷，可與DNA鏈上帶負電荷的磷酸基相結(jié)合，從而遮蔽了DNA分子，妨礙了轉(zhuǎn)錄，可能扮演了非特異性阻遏蛋白的作用；染色質(zhì)中的非組蛋白成分具有組織細胞特異性，可能消除組蛋白的阻遏，起到特異性的去阻遏促轉(zhuǎn)錄作用。

第13頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五4.轉(zhuǎn)錄活躍的區(qū)域也常缺乏核小體的結(jié)構(gòu)。這表明核小體結(jié)構(gòu)影響基因轉(zhuǎn)錄。

5.轉(zhuǎn)錄活躍區(qū)域?qū)怂崦缸饔妹舾卸仍黾印?/p>

活躍進行轉(zhuǎn)錄的染色質(zhì)區(qū)域受DNaseⅠ消化常出現(xiàn)100－200bp的DNA片段，且長短不均一，說明其DNA受組蛋白掩蓋的結(jié)構(gòu)有變化，出現(xiàn)了對DNaseⅠ高敏感點(hypersensitivesite)。這種高敏感點常出現(xiàn)在轉(zhuǎn)錄基因的5′側(cè)區(qū)、3′末端或在基因上，多在調(diào)控蛋白結(jié)合位點的附近，分析該區(qū)域核小體的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，可能有利于調(diào)控蛋白結(jié)合而促進轉(zhuǎn)錄。第14頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五6.DNA堿基修飾變化：真核DNA中的胞嘧啶約有5%被甲基化為5-甲基胞嘧啶(5methylcytidine,m5C)，而活躍轉(zhuǎn)錄的DNA段落中胞嘧啶甲基化程度常較低。這種甲基化最常發(fā)生在某些基因5′側(cè)區(qū)的CG序列中實驗表明這段序列甲基化可使其后的基因不能轉(zhuǎn)錄，甲基化可能阻礙轉(zhuǎn)錄因子與DNA特定部位的結(jié)合從而影響轉(zhuǎn)錄。如果用基因打靶的方法除去主要的DNA甲基化酶，小鼠的胚胎就不能正常發(fā)育而死亡，可見DNA的甲基化對基因表達調(diào)控是重要的。由此可見，染色質(zhì)中的基因轉(zhuǎn)錄前先要有一個被激活的過程，但目前對激活機制還缺乏認識。第15頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五(三)真核基因表達以正性調(diào)控為主真核RNA聚合酶對啟動子的親和力很低，基本上不依靠自身來起始轉(zhuǎn)錄，需要依賴多種激活蛋白的協(xié)同作用。真核基因調(diào)控中雖然也發(fā)現(xiàn)有負性調(diào)控元件，但其存在并不普遍；第16頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五真核基因轉(zhuǎn)錄表達的調(diào)控蛋白也有起阻遏和激活作用或兼有兩種作用者，但總的是以激活蛋白的作用為主。即多數(shù)真核基因在沒有調(diào)控蛋白作用時是不轉(zhuǎn)錄的，需要表達時就要有激活的蛋白質(zhì)來促進轉(zhuǎn)錄。因此，真核基因表達以正性調(diào)控為主導(dǎo)。第17頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五三、真核基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控真核細胞的三種RNA聚合酶(Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ)中，只有RNA聚合酶Ⅱ能轉(zhuǎn)錄生成mRNA，以下主要討論RNA聚合酶Ⅱ的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。(一)順式作用元件(cisactingelements)

真核基因的順式調(diào)控元件是基因周圍能與特異轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合而影響轉(zhuǎn)錄的DNA序列。其中主要是起正性調(diào)控作用的順式作用元件，包括啟動子(promoter)、增強子(enhancer)；近年又發(fā)現(xiàn)起負性調(diào)控作用的元件靜止子(silencer)第18頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五1.啟動子

與原核啟動子的含義相同，是指RNA聚合酶結(jié)合并啟動轉(zhuǎn)錄的DNA序列。但真核啟動子間不像原核那樣有明顯共同一致的序列，而且單靠RNA聚合酶難以結(jié)合DNA而起動轉(zhuǎn)錄，而是需要多種蛋白質(zhì)因子的相互協(xié)調(diào)作用。不同蛋白質(zhì)因子又能與不同DNA序列相互作用；不同基因轉(zhuǎn)錄起始及其調(diào)控所需的蛋白因子也不完全相同，因而不同啟動子序列也很不相同，要比原核更復(fù)雜、序列也更長。

第19頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五真核啟動子一般包括轉(zhuǎn)錄起始點及其上游約100－200bp序列，包含有若干具有獨立功能的DNA序列元件，每個元件約長7－30bp。最常見的哺乳類RNA聚合酶Ⅱ啟動子中的元件序列見下表。第20頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五元件名稱共同序列結(jié)合的蛋白因子名稱分子量結(jié)合DNA長度TATAboxTATAAAATBP30,000～10bpGCboxGGGCGGSP-1105,000～20bpCAATboxGGCCAATCTCTF/NF160,000～22bpOctamerATTTGCATOct-176,000～10bp

Oct-253,000～20bpkBGGGACTTTCCNFkB44,000～10bpATFGTGACGTAFT?20bp哺乳類RNA聚合酶Ⅱ啟動子中的元件序列第21頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五啟動子中的元件可以分為兩種：①核心啟動子元件(corepromoterelement)

指RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄所必需的最小的DNA序列，包括轉(zhuǎn)錄起始點及其上游－25/－30bp處的TATA盒。核心元件單獨起作用時只能確定轉(zhuǎn)錄起始位點和產(chǎn)生基礎(chǔ)水平的轉(zhuǎn)錄。第22頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五②上游啟動子元件(upstreampromoterelement)

包括通常位于－70bp附近的CAAT盒和GC盒、以及距轉(zhuǎn)錄起始點更遠的上游元件。這些元件與相應(yīng)的蛋白因子結(jié)合能提高或改變轉(zhuǎn)錄效率。不同基因具有不同的上游啟動子元件，其位置也不相同，這使得不同的基因表達分別有不同的調(diào)控。第23頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五2.增強子

是一種能夠提高轉(zhuǎn)錄效率的順式調(diào)控元件，最早是在SV40病毒中發(fā)現(xiàn)的長約200bp的一段DNA，可使旁側(cè)的基因轉(zhuǎn)錄提高100倍。其后在多種真核生物，甚至在原核生物中都發(fā)現(xiàn)了增強子。增強子通常占100－200bp長度，也和啟動子一樣由若干組件構(gòu)成，基本核心組件常為8－12bp，可以單拷貝或多拷貝串連形式存在。第24頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五增強子的作用有以下特點：①增強子提高同一條DNA鏈上基因轉(zhuǎn)錄效率，可以遠距離作用，通?？删嚯x1－4kb、個別情況下離開所調(diào)控的基因30kb仍能發(fā)揮作用，而且在基因的上游或下游都能起作用。②增強子作用與其序列的正反方向無關(guān)，將增強子方向倒置依然能起作用。而將啟動子倒就不能起作用，可見增強子與啟動子是很不相同的。第25頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五③增強子要有啟動子才能發(fā)揮作用，沒有啟動子存在，增強子不能表現(xiàn)活性。但增強子對啟動子沒有嚴(yán)格的專一性，同一增強子可以影響不同類型啟動子的轉(zhuǎn)錄。例如當(dāng)含有增強子的病毒基因組整合入宿主細胞基因組時，能夠增強整合區(qū)附近宿主某些基因的轉(zhuǎn)錄；當(dāng)增強子隨某些染色體段落移位時，也能提高移到的新位置周圍基因的轉(zhuǎn)錄。使某些癌基因轉(zhuǎn)錄表達增強，可能是腫瘤發(fā)生的因素之一。第26頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五④增強子的作用機理雖然還不明確，但與其他順式調(diào)控元件一樣，必須與特定的蛋白質(zhì)結(jié)合后才能發(fā)揮增強轉(zhuǎn)錄的作用。增強子一般具有組織或細胞特異性，許多增強子只在某些細胞或組織中表現(xiàn)活性，是由這些細胞或組織中具有的特異性蛋白質(zhì)因子所決定的。第27頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五增強子可能有如下3種作用機制：①影響模板附近的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致DNA雙螺旋彎折或在反式因子的參與下，以蛋白質(zhì)之間的相互作用為媒介形成增強子與啟動子之間“成環(huán)”連接，活化基因轉(zhuǎn)錄；第28頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五②將模板固定在細胞核內(nèi)特定位置，如連接在核基質(zhì)上，有利于DNA拓撲異構(gòu)酶改變DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的張力，促進RNA聚合酶II在DNA鏈上的結(jié)合和滑動；③增強子區(qū)可以作為反式作用因子或RNA聚合酶II進入染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的“入口”。第29頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五3.靜止子

最早在酵母中發(fā)現(xiàn)，以后在T淋巴細胞的T抗原受體基因的轉(zhuǎn)錄和重排中證實這種負調(diào)控順式元件的存在。靜止子的作用可不受序列方向的影響，也能遠距離發(fā)揮作用，并可對異源基因的表達起作用。目前對這種在基因轉(zhuǎn)錄降低或關(guān)閉中起作用的序列研究還不多。第30頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五第二節(jié)真核生物DNA水平上的基因表達調(diào)控第31頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五一、真核生物DNA水平上的基因表達調(diào)控特點

分子生物學(xué)的最新研究表明，在個體發(fā)育過程中，用來合成RNA的DNA模板也會發(fā)生規(guī)律性變化，從而控制基因表達和生物體的發(fā)育。

第32頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五

高度重復(fù)基因的形成通常與個體分化階段DNA的某些變化有關(guān)。例如，一個成熟的紅細胞能產(chǎn)生大量的可翻譯出成熟珠蛋白的mRNA，而其前體細胞卻不產(chǎn)生珠蛋白。許多情況下，這種變化是由于基因本身或它的拷貝數(shù)發(fā)生了永久性變化。

第33頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五

這種DNA水平的調(diào)控是真核生物發(fā)育調(diào)控的一種形式，它包括了基因丟失、擴增、重排和移位等方式，通過這些方式可以消除或變換某些基因并改變它們的活性。這些調(diào)控方式與轉(zhuǎn)錄及翻譯水平的調(diào)控是不同的，因為它使基因組發(fā)生了改變。第34頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五二、“開放”型活性染色質(zhì)（activechromatin）結(jié)構(gòu)對轉(zhuǎn)錄的影響

真核基因的活躍轉(zhuǎn)錄是在常染色質(zhì)上進行的。轉(zhuǎn)錄發(fā)生之前，染色質(zhì)常常會在特定的區(qū)域被解旋松弛，形成自由DNA。這種變化可能包括核小體結(jié)構(gòu)的消除或改變，DNA本身局部結(jié)構(gòu)的變化等，這些變化可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)基因暴露，促進轉(zhuǎn)錄因子與啟動區(qū)DNA的結(jié)合，誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄。第35頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五用DNA酶I處理各種組織的染色質(zhì)時，發(fā)現(xiàn)處于活躍狀態(tài)的基因比非活躍狀態(tài)的DNA更容易被DNA酶I所降解。

雞成紅細胞（erythroblast）染色質(zhì)中，β-血紅蛋白基因比卵清蛋白基因更容易被DNA酶I切割降解。

雞輸卵管細胞的染色質(zhì)中被DNA酶I優(yōu)先降解的是卵清蛋白基因，而不是β-血紅蛋白基因。第36頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五存在于“燈刷型”染色體（lampbrush）上的環(huán)形結(jié)構(gòu)可能與基因的活性轉(zhuǎn)錄有關(guān)?！盁羲⑿汀比旧w只有在兩棲類動物卵細胞發(fā)生減數(shù)分裂時才能被觀察到，它是染色體充分伸展時的一種形態(tài)。高倍電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，燈刷型染色體上存在許多突起的“泡”狀或“環(huán)”狀結(jié)構(gòu)，有時還能看到RNP沿著這些突起結(jié)構(gòu)移動，表明這些DNA正在被RNA聚合酶所轉(zhuǎn)錄。第37頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五第38頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五三、基因擴增

基因擴增是指某些基因的拷貝數(shù)專一性大量增加的現(xiàn)象，它使細胞在短期內(nèi)產(chǎn)生大量的某個基因產(chǎn)物以滿足生長發(fā)育的需要，是基因活性調(diào)控的一種方式。第39頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五

兩棲類和昆蟲卵母細胞rRNA基因的擴增非洲爪蟾的染色體上有約450拷貝編碼18SrRNA和28SrRNA的DNA，在卵母細胞中它們的拷貝數(shù)擴大了1000倍。一旦卵母細胞成熟，多余的rDNA就沒有用了，將被逐漸降解。受精之后，染色體DNA開始復(fù)制，并通過有絲分裂的方式，不斷擴大細胞群體。在此期間，多余的rDNA繼續(xù)被降解，直到分裂產(chǎn)生幾百個細胞時，rDNA的過?，F(xiàn)象就不復(fù)存在了。第40頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五四、基因重排

將一個基因從遠離啟動子的地方移到距它很近的位點從而啟動轉(zhuǎn)錄，這種方式被稱為基因重排。真核生物最典型的例子是免疫球蛋白在成熟過程中的重排以及酵母的交配型轉(zhuǎn)變。第41頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五V、C和J基因片段在胚胎細胞中相隔較遠。編碼產(chǎn)生免疫球蛋白的細胞發(fā)育分化時，通過染色體內(nèi)DNA重組把4個相隔較遠的基因片段連接在一起，從而產(chǎn)生了具有表達活性的免疫球蛋白基因。第42頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五五、DNA甲基化與基因活性的調(diào)控1、DNA的甲基化DNA甲基化是最早發(fā)現(xiàn)的修飾途徑之一，它可能存在于所有高等生物中并與基因表達調(diào)控密切相關(guān)。研究表明，DNA甲基化能關(guān)閉某些基因的活性，去甲基化則誘導(dǎo)了基因的重新活化和表達。DNA甲基化能引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、DNA構(gòu)象、DNA穩(wěn)定性及DNA與蛋白質(zhì)相互作用方式的改變，從而控制基因表達。CpG二核苷酸中胞嘧啶的甲基化導(dǎo)致了人體1/3以上由于堿基轉(zhuǎn)換而引起的遺傳病。第43頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五DNA甲基化修飾現(xiàn)象廣泛存在于多種有機體中。實驗證明，這個過程不但與DNA復(fù)制起始及錯誤修正時的定位有關(guān)，還通過改變基因的表達參與細胞的生長、發(fā)育過程及X染色體失活等的調(diào)控。第44頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五DNA甲基化主要形成5-甲基胞嘧啶（5-mC）和少量的N6-甲基腺嘌呤（N6-mA）及7-甲基鳥嘌呤（7-mG）。在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出現(xiàn)在CpG序列、CpXpG、CCA/TGG和GATC中。因為高等生物CpG二核苷酸序列中的C通常是甲基化的，極易自發(fā)脫氨，生成胸腺嘧啶。由于這些CpG二核苷酸通常成串出現(xiàn)在DNA上，這段序列往往被稱為CpG島。第45頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五2、真核生物細胞內(nèi)存在兩種甲基化酶活性：一種為日常型甲基轉(zhuǎn)移酶、另一種是從頭合成型甲基轉(zhuǎn)移酶日常型主要在甲基化母鏈（模板鏈）指導(dǎo)下使處于半甲基化的DNA雙鏈分子上與甲基胞嘧啶相對應(yīng)的胞嘧啶甲基化。該酶催化特異性極強，對半甲基化的DNA有較高的親和力，使新生的半甲基化DNA迅速甲基化，從而保證DNA復(fù)制及細胞分裂后甲基化模式不變。從頭合成型甲基轉(zhuǎn)移酶催化未甲基化的CpG成為mCpG，它不需要母鏈指導(dǎo)，但速度很慢。第46頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五第47頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五3、DNA甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機理DNA甲基化導(dǎo)致某些區(qū)域DNA構(gòu)象變化，從而影響了蛋白質(zhì)與DNA的相互作用，抑制了轉(zhuǎn)錄因子與啟動區(qū)DNA的結(jié)合效率。當(dāng)組蛋白H1與含CCGG序列的甲基化或非甲基化DNA分別形成復(fù)合體時，DNA的構(gòu)型存在著很大的差別，甲基化達到一定程度時會發(fā)生從常規(guī)的B-DNA向Z-DNA的過渡。由于Z-DNA結(jié)構(gòu)收縮，螺旋加深，使許多蛋白質(zhì)因子賴以結(jié)合的元件縮入大溝而不利于基因轉(zhuǎn)錄的起始。第48頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五有實驗用序列相同但甲基化水平不同的DNA為材料，比較其作為RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄模板的活性，發(fā)現(xiàn)甲基的引入不利于模板與RNA聚合酶的結(jié)合，降低了其體外轉(zhuǎn)錄活性。第49頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五

5-甲基胞嘧啶在DNA上并不是隨機分布的，基因的5‘端和3’端往往富含甲基化位點，而啟動區(qū)DNA分子上的甲基化密度與基因轉(zhuǎn)錄受抑制的程度密切相關(guān)。

第50頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五

對于弱啟動子來說，稀少的甲基化就能使其完全失去轉(zhuǎn)錄活性。當(dāng)這一類啟動子被增強時（帶有增強子），即使不去甲基化也可以恢復(fù)其轉(zhuǎn)錄活性。若進一步提高甲基化密度，即使增強后的啟動子仍無轉(zhuǎn)錄活性。因為甲基化對轉(zhuǎn)錄的抑制強度與MeCPl（methylCpG-bindingproteinl）結(jié)合DNA的能力成正相關(guān)，甲基化CpG的密度和啟動子強度之間的平衡決定了該啟動子是否具有轉(zhuǎn)錄活性。第51頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五4、DNA甲基化與X染色體失活

X染色體失活是發(fā)育過程中獨特的調(diào)節(jié)機制。雌性胎生哺乳類動物細胞中兩條X染色體之一在發(fā)育早期隨機失活，以確保與只有一條X染色體的雄性個體內(nèi)X染色體基因的劑量相同。一旦發(fā)生X染色體失活，這個信息便能夠穩(wěn)定地傳遞給子代細胞，使該細胞有絲分裂所產(chǎn)生的后代都保持同一條X染色體失活。第52頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五第三節(jié)反式作用因子

(transactingfactors)

第53頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五一、反式作用因子(transactingfactors)由不同染色體上基因座位編碼的、能直接或間接地識別或結(jié)合在各順式作用元件8－12bp核心序列上并參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的這些結(jié)合蛋白，稱作反式作用因子(transactingfactor)。第54頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五反式作用因子在轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)中具有特殊的重要性。這類DNA結(jié)合蛋白有多種，能特異性識別這類蛋白的序列也有多種。正是不同的DNA結(jié)合蛋白與不同識別序列之間在空間結(jié)構(gòu)上的相互作用，以及蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間的相互作用，構(gòu)成了復(fù)雜的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制的基礎(chǔ)。第55頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五

真核生物啟動子和增強子是由若干DNA序列元件組成的，由于它們常與特定的功能基因連鎖在一起，因此被稱為順式作用元件。這些序列組成基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控區(qū)，影響基因的表達。

反式作用因子是能直接或間接地識別或結(jié)合在各類順式作用元件核心序列上，參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的蛋白質(zhì)。第56頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五如果某個蛋白是體外轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)中起始RNA合成所必需的，它就是轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的一部分。根據(jù)各個蛋白成分在轉(zhuǎn)錄中的作用，將整個復(fù)合物分為3部分：①參與所有或某些轉(zhuǎn)錄階段的RNA聚合酶亞基，不具有基因特異性。第57頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五②與轉(zhuǎn)錄的起始或終止有關(guān)的輔助因子，不具有基因特異性。③與特異調(diào)控序列結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子。它們中有些被認為是轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的一部分，因為所有或大部分基因的啟動區(qū)都含有這一特異序列。更多的則是基因或啟動子特異性結(jié)合調(diào)控蛋白，它們是起始某個（類）基因轉(zhuǎn)錄所必需的。第58頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五二、反式作用因子可以分為3類

(1)

通用反式作用因子，主要識別啟動子的核心啟動成分（2）特殊組織與細胞中的反式作用因子（3）和反應(yīng)性元件（responseelenents）相結(jié)合的反式作用因子。如HSE（熱休克反應(yīng)元件，heatshockresponseelement），

GRE（糖皮質(zhì)激素反應(yīng)元件glucocorticoidresponseelement）；MRE（金屬反應(yīng)元件，metalresponseelement）；TRE（腫瘤誘導(dǎo)劑反應(yīng)元件，tumorgenicagentresponseelement);第59頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五三、DNA結(jié)合蛋白的共同特性：

（1）具有一些與DNA結(jié)合的螺旋區(qū)（2）能形成二聚體（3）有一個共同的基本序列第60頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五DNA結(jié)合蛋白基本序列由40—50個氨基酸組成，含有2個兩親的(既有極性基也有非極性基)螺旋，由2個長度不等的連接區(qū)(環(huán))相連。通過兩條螺旋對應(yīng)位置上的疏水性氨基酸殘基之間的相互作用，可以生成同源二聚體或異源二聚體。每個螺旋區(qū)長15一16個氨基酸，其中有幾個氨基酸殘基是保守的。兩個螺旋區(qū)之間的環(huán)使兩個螺旋區(qū)可以彼此獨立地相互作用。第61頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五DNA結(jié)合蛋白第62頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五第四節(jié)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的主要模式第63頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五一、蛋白質(zhì)磷酸化、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及基因表達

蛋白質(zhì)的磷酸化是指由蛋白質(zhì)激酶催化的把ATP或GTP上γ位的磷酸基轉(zhuǎn)移到底物蛋白質(zhì)氨基酸殘基上的過程，其逆轉(zhuǎn)過程是由蛋白質(zhì)磷酸酶催化的，稱為蛋白質(zhì)脫磷酸化。

第64頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五蛋白質(zhì)的磷酸化

蛋白質(zhì)的磷酸化反應(yīng)是生物體內(nèi)存在的一種普遍的調(diào)節(jié)方式，在細胞信號的傳遞過程中占有極其重要的地位。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在人體內(nèi)有多達2000個左右的蛋白質(zhì)激酶和1000個左右的蛋白質(zhì)磷酸酶基因。第65頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五蛋白質(zhì)的磷酸化與去磷酸化過程是生物體內(nèi)普遍存在的信息傳導(dǎo)調(diào)節(jié)方式，幾乎涉及所有的生理及病理過程，如糖代謝、光合作用、細胞的生長發(fā)育、神經(jīng)遞質(zhì)的合成與釋放甚至癌變等等。第66頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五蛋白激酶的種類根據(jù)底物蛋白質(zhì)被磷酸化的氨基酸殘基的種類可分為三大類：

1、絲氨酸/蘇氨酸型。這類蛋白激酶使底物蛋白質(zhì)的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化。2、酪氨酸型。被磷酸化的是底物的酪氨酸殘基。

第67頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五3、是“雙重底物特異性蛋白激酶（dual-specificityproteinkinase），既可使絲氨酸和蘇氨酸殘基磷酸化又可使酪氨酸殘基磷酸化。細胞受刺激以后，通過蛋白質(zhì)磷酸化及一系列級聯(lián)放大過程將胞外信號轉(zhuǎn)化為細胞內(nèi)信號，從而引起廣泛的生理反應(yīng)。第68頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五二、激素的調(diào)控作用：

激素誘導(dǎo)模式：真核生物內(nèi)的調(diào)控信號來自體內(nèi)激素，這些可擴散的物質(zhì)稱反式作用因子。許多類固醇激素（如雌激素、孕激素、醛固酮、糖皮質(zhì)激素和雄激素）以及一般代謝性激素（如胰島素）的調(diào)控作用都是通過啟始基因轉(zhuǎn)錄而實現(xiàn)的。第69頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五

三、作用機制：

靶細胞具有專一的細胞質(zhì)受體，可與激素形成復(fù)合物，導(dǎo)致三維結(jié)構(gòu)甚至化學(xué)性質(zhì)的變化。經(jīng)修飾的受體與激素復(fù)合物通過核膜進入細胞核內(nèi)，并與染色質(zhì)的特定區(qū)域相結(jié)合，導(dǎo)致基因轉(zhuǎn)錄的起始或關(guān)閉。研究發(fā)現(xiàn)，體內(nèi)存在的許多糖皮質(zhì)類激素應(yīng)答基因都有一段大約20bp的順式作用元件（激素應(yīng)答元件），該序列具有類似增強子的作用，其活性受激素制約。

第70頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五靶細胞中含有大量激素受體蛋白，而非靶細胞中沒有或很少有這類受體，這是激素調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄組織特異性的根本原因。所有固醇類激素的受體蛋白分子都有相同的結(jié)構(gòu)框架，包括保守性極高的、位于分子中央的DNA結(jié)合區(qū)，位于C端的有較強同源性的激素結(jié)合區(qū)和保守性較小的N端。該區(qū)的具體功能不詳，但它的存在保證了轉(zhuǎn)錄的高效進行。第71頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五研究還發(fā)現(xiàn)，如果糖皮質(zhì)激素受體蛋白激素結(jié)合區(qū)的某個部分丟失，就變成一種永久型的活性分子，即無需激素誘導(dǎo)也有激活基因轉(zhuǎn)錄的作用。第72頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五第五節(jié)基因轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控第73頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五一、不同剪接方式可產(chǎn)生不同的mRNA：

組成型剪接、交替剪接；

組成型剪接：大多數(shù)前體mRNA都含有多個內(nèi)含子，他們常被有序的逐一切除，形成一個由各外顯子連接而成的成熟mRNA，這種剪接方式稱~。第74頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五交替剪接（alternativesplicing)：來自同一個基因的前體mRNA中某個內(nèi)含子5’端供點又可在特定條件下與另一個內(nèi)含子的3’端受點進行剪接，從而刪除這兩個內(nèi)含子及其中間的全部外顯子和內(nèi)含子。這樣，一個前體mRNA就可因剪接方式不同產(chǎn)生多種mRNA，轉(zhuǎn)譯出多個不同蛋白質(zhì).剪接方式有3類類型1：不同5‘末端交替剪接類型2：不同3‘末端類型3：不同剪接方式第75頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五二、RNA編輯：定義：轉(zhuǎn)錄后的RNA在編碼區(qū)發(fā)生堿基插入，缺失或轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象。

意義：糾正某些移碼突變；構(gòu)建或刪除起始密碼子、終止密碼子；增減核苷酸擴充遺傳信息。第76頁，共88頁，2022年，5月20日，13點33分，星期五三、基因翻譯水平的調(diào)控1.翻譯多肽過程的調(diào)控：

真核生物的許多組織或細胞中，經(jīng)轉(zhuǎn)錄mRNA受抑制不能翻譯成多肽，以失活的狀態(tài)貯存。如植物種子在發(fā)芽的早期階段，雖沒有mRNA的合成，但有蛋白質(zhì)的合成。海膽卵內(nèi)mRNA在受精前不能進行翻譯，受精后的蛋白質(zhì)合成速率猛增。第77頁，共