第一講基因的表達(dá)與調(diào)控

周次日

月教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)授課教師職稱(chēng)備注2

10/9真核基因表達(dá)調(diào)控的機(jī)制3馬長(zhǎng)艷教授下午2:00始3

17/9啟動(dòng)子活性分析（Luciferasereporter、EMSA、CHIP）3李皓教授下午2:00始4

24/9mRNA水平的研究（Real-timePCR、原位雜交、mRNA穩(wěn)定性分析）3馬長(zhǎng)艷教授下午2:00始6

8/10蛋白水平的研究（Westernblot，免疫組化、細(xì)胞免疫熒光）3郭軍教授下午2:00始7

15/10翻譯后修飾的研究（磷酸化、泛素化、乙酰化研究的方法和技術(shù)）3馬長(zhǎng)艷教授下午2:00始8

22/10表觀遺傳學(xué)研究（microRNA、LncRNA、DNA甲基化修飾）3馬長(zhǎng)艷教授下午2:00始2染色體、DNA和基因的關(guān)系Disease3疾病和基因的關(guān)系基因和蛋白的關(guān)系????5一致的遺傳信息一致的表型？？？相同的基因型

不同的表現(xiàn)型基因表達(dá)模式6表觀遺傳學(xué)6表觀遺傳學(xué)的研究?jī)?nèi)容基因轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控基因組中非編碼RNA微小RNA（miRNA）反義RNA內(nèi)含子、核糖開(kāi)關(guān)等基因選擇性轉(zhuǎn)錄表達(dá)的調(diào)控DNA甲基化基因印記組蛋白共價(jià)修飾染色質(zhì)重塑7*

基因表達(dá)產(chǎn)物（蛋白質(zhì)）的“質(zhì)”和“量”的改變導(dǎo)致疾病的發(fā)生。第一講基因表達(dá)調(diào)控的機(jī)制

基因表達(dá)是基因經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄、翻譯、產(chǎn)生有生物活性的蛋白質(zhì)的整個(gè)過(guò)程。

基因的調(diào)控是一個(gè)蛋白質(zhì)和DNA相互作用的過(guò)程。特異的DNA序列作為相應(yīng)的基因的開(kāi)關(guān)，一些調(diào)控蛋白結(jié)合上去打開(kāi)或關(guān)閉這些開(kāi)關(guān)。原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的比較原核基因的表達(dá)調(diào)控操縱子（operon）：原核生物基因表達(dá)和調(diào)控的一個(gè)完整單元，包括調(diào)節(jié)基因、啟動(dòng)子、操作子、一個(gè)或幾個(gè)結(jié)構(gòu)基因和終止子。乳糖操縱子結(jié)構(gòu)

(一)結(jié)構(gòu)基因群(二)啟動(dòng)子(promoter，P)是指能被RNA聚合酶識(shí)別、結(jié)合并啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄的一段DNA序列。操縱子至少有一個(gè)啟動(dòng)子，一般在第一個(gè)結(jié)構(gòu)基因5′側(cè)上游，控制整個(gè)結(jié)構(gòu)基因群的轉(zhuǎn)錄。

原核生物基因轉(zhuǎn)錄起始區(qū)操縱子(operon)的基本組成(三)操作子操作子(operator)是指能被調(diào)控蛋白特異性結(jié)合的一段DNA序列，常與啟動(dòng)子鄰近或與啟動(dòng)子序列重疊，當(dāng)調(diào)控蛋白結(jié)合在操作子序列上，會(huì)影響其下游基因轉(zhuǎn)錄的強(qiáng)弱。(四)調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因(regulatorygene)是編碼能與操作子結(jié)合的調(diào)控蛋白的基因。某些特定的物質(zhì)能與調(diào)控蛋白結(jié)合，使調(diào)控蛋白的空間構(gòu)像發(fā)生變化，從而改變其對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的影響，這些特定物質(zhì)可稱(chēng)為效應(yīng)物(effector)，其中凡能引起誘導(dǎo)發(fā)生的分子稱(chēng)為誘導(dǎo)劑(inducer)，能導(dǎo)致阻遏發(fā)生的分子稱(chēng)為阻遏劑或輔助阻遏劑(corepressor)。（五)終止子

終止子(terminatorT)是給予RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)的DNA序列。在一個(gè)操縱子中至少在結(jié)構(gòu)基因群最后一個(gè)基因的后面有一個(gè)終止子。一、染色質(zhì)水平的調(diào)控二、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控三、轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控四、翻譯水平的調(diào)控五、翻譯后水平的調(diào)控真核基因的表達(dá)調(diào)控一、染色質(zhì)水平的調(diào)控基因突變、易位、重排基因擴(kuò)增、染色質(zhì)削減DNA的甲基化、染色質(zhì)的異染色質(zhì)化轉(zhuǎn)錄前染色質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生的一系列重要變化是轉(zhuǎn)錄的前提。因此染色質(zhì)的活化也稱(chēng)為轉(zhuǎn)錄前的基因調(diào)整。

間期細(xì)胞核中期細(xì)胞核小體的修飾組蛋白乙酰化伴隨著轉(zhuǎn)錄活性的增強(qiáng)，ＤＮＡ甲基化伴隨轉(zhuǎn)錄活性的減弱。染色質(zhì)削減

在細(xì)胞分化過(guò)程中，可以通過(guò)丟掉某些基因而去除這些基因的活性（體細(xì)胞丟失，生殖細(xì)胞保存完整）。

馬蛔蟲(chóng)受精卵，線蟲(chóng)DNA的甲基化DNA分子的化學(xué)修飾主要是甲基化哺乳動(dòng)物基因組中80-90%CpG的C發(fā)生甲基化基因的甲基化程度與基因表達(dá)呈反平行的關(guān)系基因組的甲基化模式可影響表型并且是可以遺傳的，但不改變細(xì)胞的基因型染色質(zhì)的異染色質(zhì)化真核細(xì)胞可以通過(guò)常染色質(zhì)的異染色質(zhì)化在更廣泛的遺傳范圍內(nèi)調(diào)控基因的表達(dá)。如：雌性哺乳動(dòng)物細(xì)胞中X染色質(zhì)異染色質(zhì)化在性

別決定中呈劑量平衡效應(yīng)。說(shuō)明：異染色質(zhì)化是功能性的，具有調(diào)控基因表達(dá)的功能。染色質(zhì)的種類(lèi)異染色質(zhì)常染色質(zhì)間期細(xì)胞核中的染色質(zhì)可分為兩類(lèi)：二、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控順式作用元件：與結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)的特定的DNA順序（啟動(dòng)子，增強(qiáng)子，沉默子）。反式作用因子：直接或間接識(shí)別或結(jié)合在各順式作用元件的核心序列上，參與調(diào)控靶基因表達(dá)的一組蛋白質(zhì)。反式作用因子的結(jié)構(gòu)特征螺旋-轉(zhuǎn)折-螺旋鋅指結(jié)構(gòu)亮氨基酸拉鏈螺旋-環(huán)-螺旋蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)由相同或不同的各個(gè)氨基酸，按照一定的排列順序，以特定的化學(xué)鍵方式連接，從而組成蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)。肽鍵肽鍵許多氨基酸分子通過(guò)肽鍵，依次縮合而形成多肽鏈。側(cè)鏈側(cè)鏈側(cè)鏈側(cè)鏈主鏈★蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)模型1.蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)多肽鏈中氨基酸的種類(lèi)，數(shù)目和排列順序。（主鍵：肽鍵；副鍵：二硫鍵）2.蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)在一級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，借氫鍵在氨基酸殘基之間連接，使多肽鏈成為螺旋或折疊的結(jié)構(gòu)。（氫鍵）a-螺旋：肽鏈以右手螺旋盤(pán)繞而成的空心筒狀構(gòu)象。?-折疊片層：一條肽鏈回折而成的平行排列構(gòu)象?？煞譃槿停篴-螺旋?-折疊片層a-螺旋?-折疊片層3.蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上再行折疊。（氫鍵，酯鍵，離子鍵，疏水鍵）★蛋白質(zhì)的一、二、三級(jí)結(jié)構(gòu)都是單條多肽鏈的變化。只有一條多肽鏈的蛋白質(zhì)，須在三級(jí)結(jié)構(gòu)的水平才表現(xiàn)出生物活性，但由兩條或多條肽鏈構(gòu)成的蛋白質(zhì)，必須構(gòu)成四級(jí)結(jié)構(gòu)，方能表現(xiàn)出生物活性。4.蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)中每個(gè)獨(dú)立的三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈亞基亞基氫鍵蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)螺旋-轉(zhuǎn)折-螺旋鋅指結(jié)構(gòu)亮氨基酸拉鏈螺旋-環(huán)-螺旋

三、轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控1、戴帽、加尾2、RNA剪接3、mRNA的選擇性運(yùn)輸1、hnRNA的戴帽、加尾(1)5′末端“戴帽”：即在5′末端的鳥(niǎo)嘌呤的N-7位上產(chǎn)生甲基化，變成7-甲基鳥(niǎo)苷（M7G），使5′末端成為5′-M7G-PPP。

生物學(xué)意義：可能阻止5′末端繼續(xù)添加核苷酸，不受磷酸酶和核酸酶降解，起穩(wěn)定mRNA的作用，并利于同核糖體小亞基結(jié)合，形成起始復(fù)合物。(2)3′-末端加“尾”：即在3′末端加上多個(gè)（200-250個(gè)）腺苷酸，形成PolyA“尾”。

生物學(xué)意義：促使3′末端與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合，從而使3′末端穩(wěn)定，另外可能有延長(zhǎng)mRNA壽命的作用。利于從核孔中輸出。(3)部分核苷酸甲基化：某些腺苷酸的第6位碳被甲基化形成m6A，功能不清。2、RNA剪接拼接方式有兩種：一是切除內(nèi)含子后，將外顯子規(guī)范地拼接成成熟的mRNA，稱(chēng)為組成型拼接。這樣一個(gè)基因只產(chǎn)生一種成熟的mRNA，也只產(chǎn)生一種蛋白質(zhì)產(chǎn)物。另一種拼接方式，是可調(diào)控的選擇性拼接，因而產(chǎn)生不同的成熟mRNA，翻擇產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)。指切去內(nèi)含子，將外顯子連接的過(guò)程。細(xì)胞可以在不同情況下選擇性地將不同的hnRNA加工成mRNA，并把它們運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)，這便是mRNA的選擇性加工運(yùn)輸。這種運(yùn)輸是一種通過(guò)核孔的主動(dòng)運(yùn)輸方式。3、mRNA的選擇性運(yùn)輸四、翻譯水平調(diào)控1、mRNA的穩(wěn)定性2、mRNA翻譯起始調(diào)控真核細(xì)胞的mRNA相對(duì)來(lái)說(shuō)穩(wěn)定的多，影響mRNA的穩(wěn)定性除mRNA分子3’端特殊信號(hào)序列外，某些mRNA的穩(wěn)定性還受細(xì)胞外信號(hào)的影響，如激素。

在3’端非翻譯區(qū)含有一長(zhǎng)段含A和U的核苷酸序列（ARE元件），與其不穩(wěn)定性有關(guān)。1、mRNA的穩(wěn)定性2、mRNA翻譯起始的調(diào)控在ATG起始密碼子周?chē)?’-CCACCATGG-3’保守序列，以利mRNA翻譯起始，若發(fā)生突變，其翻譯水平可下降10倍。在起始AUG上游若有比較多的二級(jí)結(jié)構(gòu)序列，也會(huì)影響翻譯，建議外源基因的5’端AUG上游序列不宜過(guò)長(zhǎng)。若將第一個(gè)ATG中的堿基A，T，G分別標(biāo)為1、2、3位，則Kozak規(guī)則可描述如下：(1)第4位的偏好堿基為G；(2)ATG的5’端約15bp范圍的側(cè)翼序列內(nèi)不含堿基T；(3)在-3，-6和-9位置，G是偏好堿基；(4)除-3，-6和-9位，在整個(gè)側(cè)翼序列區(qū)，C是偏好堿基。蛋白質(zhì)合成后通常還需加工、修飾和正確折疊才能成為有功能活性的蛋白質(zhì)。因此，在此水平上也存在表達(dá)的調(diào)控問(wèn)題。五、翻譯后水平的調(diào)控⑴蛋白質(zhì)的折疊

蛋白質(zhì)在一定的條件下（如伴侶蛋chaperones存在時(shí))，才能折疊成一定的空間構(gòu)型并具有生物學(xué)功能。