基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控轉(zhuǎn)錄激活

基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控轉(zhuǎn)錄激活第一頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控——轉(zhuǎn)錄激活第二頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日在高等真核生物中，各種細(xì)胞的表型的差異很大程度上取決于那些有RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄的可編碼蛋白質(zhì)的基因表達(dá)上的不同。原則上，這些基因的表達(dá)可以在任何一段上被調(diào)控。我們至少可以將它們分為5個(gè)調(diào)控位點(diǎn)，這一系列的過(guò)程如下所示：基因結(jié)構(gòu)的激活轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄加工向細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)mRNA的翻譯。第三頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日在真核生物中基因表達(dá)常在轉(zhuǎn)錄起始時(shí)受到調(diào)控。對(duì)于大多數(shù)基因來(lái)說(shuō)這是主要調(diào)控點(diǎn)，它包挎啟動(dòng)子中染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變，同時(shí)，基本轉(zhuǎn)錄復(fù)合體也結(jié)合到啟動(dòng)子上。組織特異性基因表達(dá)調(diào)控也是在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中進(jìn)行的，那么生物體通過(guò)什么樣的調(diào)控方式進(jìn)行呢？轉(zhuǎn)錄因子的參與或許可能很好的解釋這些調(diào)控機(jī)制。第四頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日一、轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子：一群能與基因5`端上游特定序列專一性結(jié)合，從而保證目的基因以特定的強(qiáng)度在特定的時(shí)間與空間表達(dá)的質(zhì)蛋白分子。主要包挎三類：基本轉(zhuǎn)錄因子：和RNA聚合酶一起結(jié)合于起始點(diǎn)和TATA盒激活劑：是特異性識(shí)別短共有序列元件的轉(zhuǎn)錄因子，他們通過(guò)增加基本轉(zhuǎn)錄復(fù)合體結(jié)合于啟動(dòng)子的第五頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日效率而起作用，因此增加轉(zhuǎn)錄頻率，是啟動(dòng)子充分起作用所必須的。輔激活劑：與轉(zhuǎn)錄效率有關(guān)的另一組因子自身并不與DNA結(jié)合，而是通過(guò)連接激活劑和基本轉(zhuǎn)錄復(fù)合體。它們通過(guò)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用起來(lái)反應(yīng)。其他：此外一些調(diào)節(jié)因子可使染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變。第六頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日第七頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日激活劑結(jié)構(gòu)：激活劑有著獨(dú)立的DNA結(jié)合域和轉(zhuǎn)錄激活域。兩者有著功能的獨(dú)立性，DNA結(jié)合域負(fù)責(zé)結(jié)合DNA，并將轉(zhuǎn)錄激活域帶到啟動(dòng)子的鄰近區(qū)域；轉(zhuǎn)錄激活域則負(fù)責(zé)激活轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄激活域和基本轉(zhuǎn)錄復(fù)合體相互作用，這種作用與DNA結(jié)合域的取向和具體定位無(wú)關(guān)。第八頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日第九頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日在研究蛋白質(zhì)相互作用時(shí)候，可以利用激活劑的兩個(gè)結(jié)構(gòu)域獨(dú)立性的特點(diǎn)進(jìn)行研究。第十頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日二、結(jié)合域與DNA結(jié)合激活劑要發(fā)揮激活作用，首先是它能夠識(shí)別DNA上的特異序列，如識(shí)別啟動(dòng)子（或增強(qiáng)子）元件。能夠引起基因?qū)@種因子產(chǎn)生反應(yīng)的元件稱為“應(yīng)答元件”。常見的應(yīng)答元件有熱激應(yīng)答元件（HSE）糖皮質(zhì)激素應(yīng)答元件（GRE）血清應(yīng)答元件（SRE)等。第十一頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日在激活劑與DNA結(jié)合過(guò)程中，轉(zhuǎn)錄因子的應(yīng)答元件可能位于啟動(dòng)子或者增強(qiáng)子中，而且，每個(gè)應(yīng)答元件能被特異的激活劑所識(shí)別。由單一因子調(diào)控多條基因的例子是熱激反應(yīng)，這種反應(yīng)是很多原核與真核生物所共有的，它包括基因表達(dá)的多種調(diào)控：溫度升高會(huì)關(guān)閉某些基因的轉(zhuǎn)錄，而開啟熱激基因的轉(zhuǎn)錄，從而導(dǎo)致mRNA翻譯的第十二頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日變化。金屬硫蛋白（MT）基因提供了單一基因受多種不同機(jī)制調(diào)控的例子。第十三頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日金屬硫蛋白保護(hù)細(xì)胞免受過(guò)多的金屬損傷，它能與重金屬結(jié)合，并將其排出體外。此基因僅表達(dá)基礎(chǔ)水平，可被金屬離子（如鎘例子）或糖皮質(zhì)激素（GR）誘導(dǎo)出很高的水平。第十四頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日正如前面所說(shuō)，激活劑具有DNA結(jié)合域和轉(zhuǎn)錄激活域，不同的轉(zhuǎn)錄因子其DNA結(jié)合域也是有所差別的，因此可以根據(jù)DNA結(jié)合域?qū)⒓せ顒┻M(jìn)行分型。這些分型包括：鋅指基序、類固醇受體、螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋、螺旋-環(huán)-螺旋以及亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)。第十五頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日1.鋅指基序鋅指包含約由23個(gè)氨基酸殘基組成的環(huán)，它伸出鋅結(jié)合位點(diǎn)，而鋅結(jié)合位點(diǎn)由2個(gè)半胱氨酸和2個(gè)組氨酸組成。鋅指蛋白通常含有多個(gè)鋅指，典型“鋅指蛋白”含有一連串鋅指。第十六頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日第十七頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日鋅指蛋白中，每一個(gè)鋅指形成兩個(gè)螺旋，N端形成β折疊，C端形成α-螺旋。在與DNA結(jié)合過(guò)程中，三個(gè)α-螺旋正好與DNA一個(gè)大溝結(jié)合，每一個(gè)α-螺旋中，都有兩個(gè)特異性序列與DNA結(jié)合。第十八頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日鋅指存在于輔助RNA聚合酶Ⅱ和Ⅲ的轉(zhuǎn)錄因子中因此，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)含有多個(gè)鋅指，至少我們可以將它作為轉(zhuǎn)錄因子去研究其作用。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)僅含有單個(gè)鋅指時(shí)，鋅指可能參與RNA的結(jié)合而不與DNA結(jié)合，或它與任何核酸結(jié)合活性均無(wú)關(guān)。如原型鋅指蛋白TFⅡA，它既結(jié)合5SrRNA基因又結(jié)合其產(chǎn)物5SrRNA。第十九頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日2、類固醇受體類固醇激素是在一系列神經(jīng)內(nèi)分泌的刺激下合成的，它主要影響生長(zhǎng)、組織發(fā)育和動(dòng)物世界的軀體穩(wěn)態(tài)。類固醇激素發(fā)揮作用的中介就是類固醇受體。類固醇受體蛋白質(zhì)的中心部分是DNA結(jié)合域，它在各種固醇受體都有較強(qiáng)的相關(guān)性。第二十頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日受體的N端顯示了最低的保守性，他們包含轉(zhuǎn)錄激活的其他區(qū)域。C端結(jié)構(gòu)域結(jié)合激素，它們?cè)陬惞檀际荏w家族中有30%-57%的相關(guān)性，反應(yīng)了各種激素的特異性。第二十一頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日類固醇受體的DNA結(jié)合域也是一類鋅指，但是它只含有Cys而沒有His殘基。在與DNA結(jié)合過(guò)程中，它所發(fā)揮的功能僅僅是識(shí)別DNA序列以及提供DNA結(jié)合空間。第二十二頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日類固醇的應(yīng)答元件是含有兩個(gè)半位點(diǎn)的回文結(jié)構(gòu)或者同向重復(fù)結(jié)構(gòu)。第二十三頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日在轉(zhuǎn)錄激活過(guò)程中，類固醇受體通過(guò)與配體的結(jié)合而被激活，激活的類固醇受體的第一個(gè)鋅指識(shí)別應(yīng)答元件的半位點(diǎn)序列，而第二個(gè)鋅指則負(fù)責(zé)二聚化，決定亞基之間的距離。最后各個(gè)亞基在第二鋅指處形成二聚體，通過(guò)形成二聚體的方式而結(jié)合DNA。對(duì)DNA的結(jié)合調(diào)節(jié)也是通過(guò)不同亞基之間形成親和力不同的二聚體進(jìn)行調(diào)節(jié)。第二十四頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日3、同源域同源域是一個(gè)DNA結(jié)合域，它由60個(gè)氨基酸組成，形成3個(gè)α-螺旋。其中，C端的α-螺旋有17個(gè)氨基酸，負(fù)責(zé)結(jié)合DNA大溝，N端臂插入DNA小溝中。該結(jié)構(gòu)存在許多甚至所有真核生物蛋白質(zhì)中，其名稱最早來(lái)源于在果蠅中所發(fā)現(xiàn)的同源異型基因座。在生物體內(nèi)，同源域存在于與發(fā)育調(diào)節(jié)有關(guān)的許多基因中。第二十五頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日同源域負(fù)責(zé)DNA的結(jié)合，在蛋白質(zhì)之間交換同源域的實(shí)驗(yàn)表明，DNA識(shí)別特異性取決于同源盒。同源域的C端與原核生物阻抑物的螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋結(jié)構(gòu)有相關(guān)性。其結(jié)合DNA方式如右圖。第二十六頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日另一組包含同源域的蛋白質(zhì)是一系列Hox蛋白，它們以相當(dāng)?shù)偷男蛄刑禺愋越Y(jié)合DNA。Hox蛋白與DNA結(jié)合時(shí)是作為異源二聚體以其偶合體結(jié)合DNA

.同源域蛋白可以是轉(zhuǎn)錄激活劑或阻抑物，這些因子本質(zhì)是依賴于其他結(jié)構(gòu)域的，其本身僅負(fù)責(zé)結(jié)合DNA.第二十七頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日4、螺旋-環(huán)-螺旋螺旋-環(huán)-螺旋蛋白質(zhì)有一個(gè)由40-50個(gè)氨基酸殘基組成的序列，含有兩個(gè)兩性α-螺旋。每一個(gè)α-螺旋由15-16個(gè)氨基酸殘基組成，兩個(gè)α-螺旋被環(huán)隔開。兩個(gè)螺旋形成兩個(gè)面，一面代表著疏水氨基酸，另一個(gè)面代表著帶電氨基酸。這組蛋白質(zhì)通過(guò)兩個(gè)螺旋相應(yīng)表面的疏水殘基的相互作用，可以形成同源二聚體和異源二聚體。第二十八頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日大多數(shù)HLH蛋白在HLH基序附近有一個(gè)強(qiáng)堿性的，對(duì)DNA結(jié)合非常重要的區(qū)域。一段由15個(gè)氨基酸組成的序列中約有6個(gè)保守殘基，含有這類區(qū)域的蛋白質(zhì)稱為bHLH蛋白。bHLH蛋白包括廣譜表達(dá)的蛋白質(zhì)和組織特異性的bHLH蛋白。第二十九頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日HLH蛋白在與DNA結(jié)合時(shí)候，是通過(guò)HLH蛋白質(zhì)之間形成二聚體的方式結(jié)合DNA的。由bHLH蛋白組成的二聚體與DNA結(jié)合能力各有所不同。例如，E47同源二聚體、E47-E12異源二聚體和MyoD-FA7異第三十頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日源二聚體都能高效結(jié)合DNA；E12同源二聚體雖然容易形成但與DNA結(jié)合能力差，而MyoD的同源二聚化能力較弱。由此可知二聚化和DNA的結(jié)合可能都是重要的調(diào)控點(diǎn)。DNA結(jié)合能力不同取決于HLH基序內(nèi)部或鄰近區(qū)域的特性。在黑腹果蠅中emc基因是建立成體感覺器官正常立體模式所必需的，此作用是通過(guò)幾條基因的功能第三十一頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如da基因和Ac-J基因。Ac-S基因和da基因是bHLH型基因，抑制基因emc編碼一個(gè)缺乏堿性區(qū)的HLH蛋白。當(dāng)emc功能缺失時(shí)，da蛋白和Ac-S蛋白形成二聚體激活相應(yīng)靶基因的轉(zhuǎn)錄，但emc蛋白的產(chǎn)生導(dǎo)致形成不能結(jié)合DNA的異源二聚體，所以在適當(dāng)細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生emc蛋白是抑制Ac-S/da功能所必需的。第三十二頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日5、亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)在生物化學(xué)的研究中，發(fā)現(xiàn)某些DNA結(jié)合蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)C末端區(qū)段，亮氨酸總是有規(guī)律地每隔7個(gè)氨基酸就出現(xiàn)一次。蛋白質(zhì)α-螺旋每繞一圈為3.6個(gè)氨基酸殘基。這種一級(jí)結(jié)構(gòu)形成α-螺旋時(shí)，亮氨酸必與螺旋軸平行而在外側(cè)同一線上排布，每繞兩圈出現(xiàn)一次，而且，亮氨酸R-基因上的分支側(cè)鏈也露于螺旋之外成規(guī)律地相間，形成拉鏈?zhǔn)降慕Y(jié)構(gòu)。第三十三頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日亮氨酸拉鏈?zhǔn)怯缮煺沟陌被峤M成，每7個(gè)氨基酸中的第7個(gè)氨基酸是亮氨酸，亮氨酸是疏水性氨基酸，排列在螺旋的一側(cè)，所有帶電荷的氨基酸殘基排在另一側(cè)。當(dāng)2個(gè)蛋白質(zhì)分子平行排列時(shí)，亮氨酸之間相互作用形成二聚體，形成“拉鏈”。在“拉鏈”式的蛋白質(zhì)分子中，亮氨酸以外帶電荷的氨基酸形式同DNA結(jié)合。如下圖：第三十四頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日在每一個(gè)拉鏈蛋白質(zhì)中，鄰近亮氨酸重復(fù)序列的區(qū)域都是高度堿性的，能組成DNA結(jié)合的一個(gè)位點(diǎn)，兩個(gè)堿性區(qū)對(duì)稱地形成DNA結(jié)合臂與DNA結(jié)合，拉鏈還可以用于同源或異源二聚體的形成。第三十五頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日三、轉(zhuǎn)錄激活域與激活當(dāng)激活劑由DNA結(jié)合域與轉(zhuǎn)錄激活域組成時(shí)，激活劑可以直接起作用。而輔激活劑則須要與其他蛋白的結(jié)合，才可以與DNA結(jié)合行駛相應(yīng)功能。第三十六頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日盡管蛋白質(zhì)組分組成不同，但是機(jī)制是相同的，一個(gè)和基本轉(zhuǎn)錄復(fù)合體直接接觸的激活劑有一個(gè)轉(zhuǎn)錄激活域，它與DNA結(jié)合域共價(jià)連接，但激活劑通過(guò)輔激活劑作用時(shí)，它們的連接方法包挎蛋白質(zhì)亞基間的非共價(jià)結(jié)合。第三十七頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日1.基本轉(zhuǎn)錄復(fù)合物激活基本轉(zhuǎn)錄因子促進(jìn)基本轉(zhuǎn)錄復(fù)合體的裝配，而轉(zhuǎn)錄激活域是通過(guò)與基本轉(zhuǎn)錄因子的蛋白質(zhì)之間的相互作用而發(fā)揮其功能的。典型的例子如TFⅡD、TFⅡB和TFⅡA,所有這些因子參與基本轉(zhuǎn)錄復(fù)合體裝配的早起階段。如圖：第三十八頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日TFⅡD可能是激活劑最普遍的靶標(biāo)，他可能和TAF的任何一個(gè)相結(jié)合。TAF主要作用是提供基本轉(zhuǎn)錄復(fù)合體與激活劑的聯(lián)系，是高水平轉(zhuǎn)錄所必需的，而它是由激活劑所刺激。第三十九頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日2、酸性激活劑激活酵母激活劑GAL4和GCN4的轉(zhuǎn)錄激活域有許多負(fù)電荷，因此被稱為酸性激活劑。酸性激活劑通過(guò)增強(qiáng)TF