真核基因表達(dá)的調(diào)控

真核基因表達(dá)的調(diào)控第一頁，共九十八頁，2022年，8月28日1.真核生物的基因組2.真核生物基因表達(dá)調(diào)控的特點和種類3.真核生物DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控4.真核生物轉(zhuǎn)錄水平上的基因表達(dá)調(diào)控5.真核基因轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控主要內(nèi)容第二頁，共九十八頁，2022年，8月28日1.真核生物的基因組1.1真核基因組結(jié)構(gòu)特點基因組結(jié)構(gòu)龐大單順反子基因不連續(xù)性斷裂基因（interruptedgene）內(nèi)含子(intron)

外顯子(exon)

非編碼區(qū)較多含有大量重復(fù)序列第三頁，共九十八頁，2022年，8月28日

原核生物基因組結(jié)構(gòu)特點●基因組很小，大多只有一條染色體●結(jié)構(gòu)簡煉●存在操縱子轉(zhuǎn)錄單元●有重疊基因第四頁，共九十八頁，2022年，8月28日1.2基本概念1.2.1基因家族（genefamily)：真核基因組中很多來源相同、結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的基因構(gòu)成基因家族。如編碼組蛋白、免疫球蛋白和血紅蛋白的基因都分別屬于不同的基因家族。基因簇(genecluster)

：同一基因家族中的成員有時緊密地排列在一起，成為一個基因簇。第五頁，共九十八頁，2022年，8月28日TheeukaryoticribosomalDNArepeatingunit

簡單多基因家族：基因成員一般以串聯(lián)方式前后相連。第六頁，共九十八頁，2022年，8月28日Organizationofhistonegenesintheanimalgenome

復(fù)雜多基因家族：一般由幾個相關(guān)基因家族成員構(gòu)成，基因家族之間由間隔序列隔開?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)存在不同形式的復(fù)雜多基因家族。

第七頁，共九十八頁，2022年，8月28日

1.2.2斷裂基因：基因的編碼序列在DNA分子上是不連續(xù)的，為非編碼序列所隔開，其中編碼的序列稱為外顯子，非編碼序列稱內(nèi)含子。外顯子(Exon)

：真核基因DNA中的編碼序列，這些序列被轉(zhuǎn)錄成RNA并進(jìn)而翻譯為蛋白質(zhì)。內(nèi)含子(Intron)

：真核基因DNA中的間插序列，這些序列被轉(zhuǎn)錄成RNA，但被剪除而不翻譯。第八頁，共九十八頁，2022年，8月28日

外顯子與內(nèi)含子的連接區(qū)：指外顯子和內(nèi)含子的邊界序列。它有兩個重要特征：內(nèi)含子的兩端序列之間沒有廣泛的同源性；連接區(qū)序列很短且高度保守，是RNA剪接的信號序列。

5ˊGT——AG3ˊGT-AG法則:

內(nèi)含子5′-端以GT開始,3′-端以AG結(jié)尾。第九頁，共九十八頁，2022年，8月28日

外顯子與內(nèi)含子的可變調(diào)控組成型剪接：一個基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物通過剪接只能產(chǎn)生一種成熟的mRNA。選擇性剪接：一個基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物由于不同的剪接方式而形成不同的成熟mRNA。第十頁，共九十八頁，2022年，8月28日2真核生物基因表達(dá)調(diào)控的特點和種類2.1真核基因表達(dá)調(diào)控的特點

RNA聚合酶種類多多層次調(diào)節(jié)個體發(fā)育機制復(fù)雜活性染色體結(jié)構(gòu)變化以正調(diào)節(jié)為主轉(zhuǎn)錄與翻譯不耦聯(lián)存在轉(zhuǎn)錄后修飾、加工機制第十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日2.2真核生物基因表達(dá)調(diào)控的種類

根據(jù)性質(zhì)可分為兩大類：（1）瞬時調(diào)控或稱為可逆性調(diào)控：相當(dāng)于原核細(xì)胞對環(huán)境條件變化所做出的反應(yīng)。瞬時調(diào)控包括某種底物或激素水平升降時，及細(xì)胞周期不同階段中酶活性和濃度的調(diào)節(jié)。（2）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(xì)胞生長、分化、發(fā)育的全部進(jìn)程。

根據(jù)基因調(diào)控在同一事件中發(fā)生的先后次序又可分為：DNA水平調(diào)控－－轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控－－轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控－－翻譯水平調(diào)控－－蛋白質(zhì)加工水平的調(diào)控第十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日3真核生物DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控

基因丟失基因擴增基因重排

DNA甲基化狀態(tài)與調(diào)控染色體的結(jié)構(gòu)與調(diào)控第十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日3.1基因丟失在細(xì)胞分化過程中，可以通過丟失掉某些基因而去除這些基因的活性。某些原生動物、線蟲、昆蟲和甲殼類動物在個體發(fā)育中，許多體細(xì)胞常常不可逆地丟失掉整條或部分染色體。只有將來分化產(chǎn)生生殖細(xì)胞的那些細(xì)胞，才一直保留著整套染色體。目前，尚未在高等真核生物（包括動物、植物）中發(fā)現(xiàn)類似的基因丟失現(xiàn)象。第十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日3.2基因擴增基因擴增是指某些基因的拷貝數(shù)專一性增大的現(xiàn)象，它使得細(xì)胞在短期內(nèi)產(chǎn)生大量的基因產(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。

非洲爪蟾卵母細(xì)胞rRNA基因（rDNA）數(shù)量是一般體細(xì)胞的4000倍（2000000/500），這是由于為適應(yīng)胚胎發(fā)育對核糖體的大量需要而進(jìn)行基因擴增的結(jié)果。第十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日

基因組拷貝數(shù)增加，即多倍性，在植物中是非常普遍的現(xiàn)象。基因組拷貝數(shù)增加使可供遺傳重組的物質(zhì)增多，這可能是加速基因進(jìn)化、基因組重組和最終物種形成的一種方式。

在發(fā)育或系統(tǒng)發(fā)生中的倍性增加現(xiàn)象在植物中普遍存在。第十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日3.3基因重排通過調(diào)整有關(guān)基因片段的銜接順序，使之重排成為1個完整的轉(zhuǎn)錄單位，例如將一個基因從遠(yuǎn)處移至距啟動子很近的位點從而有效啟動轉(zhuǎn)錄，這種方式被稱為基因重排。

通過基因重排調(diào)節(jié)基因活性的典型例子是免疫球蛋白結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。第十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日Ig有2條相同的重鏈和輕鏈。恒定區(qū)和可變區(qū)分別由不同的DNA基因片段所編碼。不同區(qū)的重排和連接是產(chǎn)生抗體多樣性的分子基礎(chǔ)。第十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日第十九頁，共九十八頁，2022年，8月28日3.4DNA的甲基化與基因調(diào)控DNA甲基化能關(guān)閉某些基因的活性，去甲基化則能誘導(dǎo)基因的重新活化和表達(dá)。

DNA甲基化的主要形式：5-甲基胞嘧啶、N6-甲基腺嘌呤和7-甲基鳥嘌呤。第二十頁，共九十八頁，2022年，8月28日CpG島：成串出現(xiàn)在DNA上的CpG二核苷酸序列。

在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出現(xiàn)在CpG、CpXpG、CCA和GATC序列中。

關(guān)于甲基化酶

日常型：催化半甲基化DNA迅速甲基化。需甲基化DNA模板；速度快。

從頭合成型：催化未甲基化的CpG甲基化。不需甲基化DNA鏈指導(dǎo)；速度慢。甲基供體：S-腺苷蛋氨酸（S-AdenosylMethionine,SAM)第二十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日

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。主要是不利于模板DNA與RNA聚合酶的結(jié)合。

真核DNA約有5%的胞嘧啶被甲基化，甲基化程度與基因表達(dá)程度呈負(fù)相關(guān)。第二十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日圖7-14DNA甲基化對基因轉(zhuǎn)錄的抑制作用

DNA甲基化密度與基因轉(zhuǎn)錄的效率成反比。第二十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日

沒有甲基化的胞嘧啶發(fā)生脫氨基作用，就可能被氧化成為U，被DNA修復(fù)系統(tǒng)所識別和切除，恢復(fù)成C。已經(jīng)甲基化的胞嘧啶發(fā)生脫氨基作用,它就變?yōu)門,無法被區(qū)分。因此,CpG序列極易丟失。由于甲基化胞嘧啶極易在進(jìn)化中丟失，所以，高等真核生物中CG序列遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其理論值。哺乳類基因組中約存在4萬個CG序列，大多位于轉(zhuǎn)錄單元的5′區(qū)。第二十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日

人類X染色體失活調(diào)控的機制1）X染色體上存在一個重要的Xist基因，該基因只在失活的X染色體上表達(dá)，而不在有活性的X染色體上表達(dá)。Xist基因的表達(dá)是決定X染色體失活的關(guān)鍵因素。2）該基因參與了X染色體的失活過程，其表達(dá)產(chǎn)物為一個功能性RNA分子，不含ORF，含有大量的終止密碼子序列，不編碼蛋白質(zhì)，該RNA只存在于核內(nèi)，不向細(xì)胞質(zhì)中轉(zhuǎn)移。3）該RNA分子能與X染色體失活中心區(qū)域（Xic）相互作用，引起后者構(gòu)象發(fā)生變化，更易于與各種蛋白因子相結(jié)合，最終導(dǎo)致X染色體失活，4）活性X染色體上的Xist基因總是甲基化了的，而失活的X染色體上的該基因都是去甲基化了的。雄性體細(xì)胞只含有一條X染色體，永遠(yuǎn)處于活性狀態(tài)，其Xist基因內(nèi)部及5ˊ端啟動區(qū)都高度甲基化。雌性體細(xì)胞含有兩條X染色體，活性X染色體上的Xist位點都高度甲基化，而失活X染色體上的Xist位點都無甲基化。Xist基因被高度甲基化，該基因不表達(dá)，X染色體有活性；Xist基因去甲基化，該基因表達(dá)，引起X染色體失活。

第二十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日3.5染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與基因表達(dá)調(diào)控

按功能狀態(tài)不同可將染色質(zhì)分為活性染色質(zhì)（具有轉(zhuǎn)錄活性）和非活性染色質(zhì)（沒有轉(zhuǎn)錄活性）。

活潑轉(zhuǎn)錄區(qū)染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變（1）核小體變得不完整；（2）DNA甲基化程度降低；（3）組蛋白和有關(guān)蛋白的改變。實驗方法：（1）核酸酶的敏感性實驗；（2）染色質(zhì)再造實驗。第二十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日

常染色質(zhì):結(jié)構(gòu)松散，基因表達(dá)。異染色質(zhì):結(jié)構(gòu)緊密，基因不表達(dá)。有基因表達(dá)活性的染色質(zhì)DNA對DNaseⅠ更敏感，即，對DNaseⅠ的敏感性可作為該基因轉(zhuǎn)錄活性的標(biāo)志。

活性染色質(zhì)上具有DNaseI超敏感位點。每個活躍表達(dá)的基因都有一個或幾個超敏感位點，大部分位于基因5′端啟動子區(qū)域。第二十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日

染色質(zhì)是否處于活化狀態(tài)是決定RNA聚合酶能否有效行使轉(zhuǎn)錄功能的關(guān)鍵。

活性染色質(zhì)往往具有疏松的結(jié)構(gòu)，從而便于轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子與順式調(diào)控元件結(jié)合，及便于RNA聚合酶在轉(zhuǎn)錄模板上滑動。染色質(zhì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)與轉(zhuǎn)錄的關(guān)系第二十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日

在轉(zhuǎn)錄過程中,在RNA聚合酶前方消除核小體結(jié)構(gòu),而在RNA聚合酶后方,再重新形成核小體。第二十九頁，共九十八頁，2022年，8月28日真核RNAPolⅡ轉(zhuǎn)錄的基因

真核蛋白質(zhì)基因一般包括啟動子、相間排列的外顯子和內(nèi)含子及轉(zhuǎn)錄終止子序列等。啟動子本身一般不被轉(zhuǎn)錄。“基因”的分子生物學(xué)定義：產(chǎn)生一條多肽鏈或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。4真核生物轉(zhuǎn)錄水平上的基因表達(dá)調(diào)控第三十頁，共九十八頁，2022年，8月28日4.1真核基因轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的組成（1）啟動子（含各類順式作用元件）（2）轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子（反式作用因子）（3）RNA聚合酶第三十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日

啟動子：RNA聚合酶能夠識別、結(jié)合并導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄起始的DNA序列。真核基因啟動子包含轉(zhuǎn)錄起始位點附近的DNA序列及啟動轉(zhuǎn)錄所必需的一些順式作用元件,這些元件被反式作用因子所識別和結(jié)合。4.2真核基因啟動子與RNA聚合酶

順式作用元件(cis-actingelement)：影響基因表達(dá)活性的DNA序列，主要包括啟動子中的相對保守的DNA序列，如TATA盒、CAAT盒和GC盒等，是反式作用因子所識別和結(jié)合的部位。第三十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日

真核RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ為寡聚酶，每種酶分子含2個大亞基和4～8個小亞基，分子量在500KD左右。第三十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日4.2.1真核rRNA基因啟動子與RNA聚合酶IRNA聚合酶I負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄rRNA基因。rRNA基因啟動子（I類）比較單一，由轉(zhuǎn)錄起始位點附近的兩部分序列構(gòu)成。第一部分是核心啟動子，由-45～

+20位核苷酸組成，單獨存在時就足以起始轉(zhuǎn)錄。另一部分由-170～-110位序列組成，稱為上游調(diào)控元件，能有效地增強轉(zhuǎn)錄效率。第三十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日4.2.2真核tRNA基因啟動子與RNA聚合酶Ⅲ

RNA聚合酶Ⅲ負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄5SrRNA、tRNA和某些核內(nèi)小分子RNA（snRNA）基因，這些基因的啟動子（Ⅲ類）組成較為復(fù)雜，又可被分為三個亞類。其中5SrRNA和tRNA基因的兩類啟動子是內(nèi)部啟動子，位于轉(zhuǎn)錄起始位點的下游，都由兩部分組成;第三類啟動子由三個部分組成，位于轉(zhuǎn)錄起始位點的上游。第三十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日4.2.3真核蛋白質(zhì)基因啟動子與RNA聚合酶Ⅱ

RNA聚合酶II負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄所有蛋白質(zhì)基因和部分snRNA基因。編碼蛋白質(zhì)的Ⅱ類基因啟動子在結(jié)構(gòu)上有共同的保守序列。這些短的保守序列（元件），位于起始位點的上游，通常分散存在于200bp的范圍內(nèi)。不同啟動子所用的元件的種類、數(shù)目以及元件所處的位置都不盡相同。只有當(dāng)多種轉(zhuǎn)錄因子分別特異地識別這些元件并與之結(jié)合之后，RNA聚合酶Ⅱ才能結(jié)合上去以啟動轉(zhuǎn)錄。通常RNA聚合酶Ⅱ自身不能啟動轉(zhuǎn)錄。第三十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日

真核蛋白質(zhì)基因的啟動子元件①核心啟動子元件：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區(qū)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。②上游啟動子元件：包括位于-70bp附近的CAAT盒和GC盒、以及距轉(zhuǎn)錄起始點更遠(yuǎn)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，使不同基因的表達(dá)分別具有不同的調(diào)控機制。第三十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日RNAPolⅡ轉(zhuǎn)錄因子分類

應(yīng)答元件（responseelement）:

能與某個（類）專一蛋白因子結(jié)合，從而控制基因特異表達(dá)的DNA上游序列。最常見的應(yīng)答元件：熱激應(yīng)答元件（heatshockresponseelement，HSE）、糖皮質(zhì)應(yīng)答元件（glucocorticoidresponseelement，GRE）、金屬應(yīng)答元件（metalresponseelement，MRE）。第三十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日

基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄裝置：由通用轉(zhuǎn)錄因子、RNAPolⅡ和核心啟動子共同組成。該裝置是任何真核Ⅱ類啟動子啟動轉(zhuǎn)錄都必需的。通用（基礎(chǔ)）轉(zhuǎn)錄因子：TFⅡD、TFⅡA、TFⅡB、TFⅡF、TFⅡE?；A(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子起著與原核σ因子相類似的作用。通常RNAPolⅡ自己不能識別啟動子，而依靠基礎(chǔ)因子來識別，后者起著嚴(yán)格規(guī)定轉(zhuǎn)錄起始位點的作用。核心啟動子由Inr元件（起始子）和TATA框所組成：起始子（通用啟動子）：包括Py2CAPy5（Inr元件）在內(nèi)的一段序列，其中A為轉(zhuǎn)錄的第1個堿基。Inr元件位于-3～

+5。僅由Inr元件組成的啟動子是可被RNA聚合酶II識別的最簡單的啟動子形式。

TATA框（-25區(qū)）：真核啟動子中唯一與起始位點有固定距離的元件，也是最靠近轉(zhuǎn)錄起始位點的元件。第三十九頁，共九十八頁，2022年，8月28日

轉(zhuǎn)錄前先是TFⅡ－D與TATA盒結(jié)合。①TFⅡ－A結(jié)合在TFⅡ－D上游。②TFⅡ－B結(jié)合在轉(zhuǎn)錄起始位點附近。③RNA聚合酶Ⅱ與TFⅡ－F偶聯(lián)形成復(fù)合體結(jié)合到轉(zhuǎn)錄起始位點。④TFⅡ－E結(jié)合在RNA聚合酶Ⅱ的下游。⑤TFⅡ－H和TFⅡ－J結(jié)合上去，形成完整的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。RNA聚合酶Ⅱ的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成第四十頁，共九十八頁，2022年，8月28日

上游元件及其轉(zhuǎn)錄因子

一個啟動子要達(dá)到足夠的轉(zhuǎn)錄效率和具有特異性，要依靠其上游更遠(yuǎn)處的短序列，這些序列由上游因子或誘導(dǎo)因子所識別。這些元件位于起點上游100bp范圍內(nèi)。

1）上游元件的鑒定方法：堿基突變或缺失。

2）上游元件：CAAT框，即GGCCAATCT。

GC框，即GGGCGG。

轉(zhuǎn)錄因子活化轉(zhuǎn)錄的機制：特異因子結(jié)合在上游元件上之后，作用于基礎(chǔ)因子，再由后者作用于RNAPolⅡ。所以，在轉(zhuǎn)錄的啟動中，蛋白與蛋白之間的相互作用具有蛋白與DNA作用同等的重要性。第四十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日

增強子：指能使與它連鎖的基因轉(zhuǎn)錄頻率明顯增加的DNA序列。

在SV40的轉(zhuǎn)錄單元上發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄起始位點上游約200bp處有兩段長72bp的正向重復(fù)序列。第四十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日

增強子特點①增強效應(yīng)十分明顯。能使基因轉(zhuǎn)錄頻率增加10-200倍。②增強效應(yīng)與其位置和取向無關(guān)。不論增強子以什么方向排列（5ˊ→3ˊ或3ˊ→5ˊ），甚至和靶基因相距3kb，或在靶基因下游，均表現(xiàn)出增強效應(yīng)。③大多為短重復(fù)序列。一般長約50bp，適合與某些蛋白因子結(jié)合。其內(nèi)部常含有一個核心序列，該序列是產(chǎn)生增強效應(yīng)時所必需的。④增強效應(yīng)有嚴(yán)密的組織和細(xì)胞特異性。說明增強子只有與特定的蛋白質(zhì)（轉(zhuǎn)錄因子）相互作用才能發(fā)揮其功能。⑤無基因?qū)Ｒ恍?。可在不同基因組合上表現(xiàn)增強效應(yīng)。⑥許多增強子還受外部信號的調(diào)控。如金屬硫蛋白的基因啟動區(qū)上游所帶的增強子，就可以對環(huán)境中的鋅、鎘濃度做出反應(yīng)。第四十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日增強子作用機理第四十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日

沉默子（沉寂子）：某些基因含有負(fù)調(diào)控順式元件。當(dāng)其結(jié)合特異蛋白因子時，對基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。目前對其作用機制的研究還不多。目前已知沉寂子的作用可不受其序列方向的影響，也可遠(yuǎn)距離發(fā)揮作用，并能對異源基因的表達(dá)起作用。

真核基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)的調(diào)控蛋白也有起阻遏、或激活、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(dá)時就要有激活蛋白來促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。換言之：真核基因表達(dá)以正調(diào)控為主導(dǎo)。

真核基因調(diào)控中雖然也發(fā)現(xiàn)有負(fù)性調(diào)控元件，但其存在并不普遍。

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。第四十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日

反式作用因子(trans-actingfactor)：能直接或間接地識別或結(jié)合在各類順式作用元件的核心序列上，參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的蛋白質(zhì)。如結(jié)合TATA區(qū)的TFⅡD、結(jié)合CAAT區(qū)的CTF、結(jié)合GGGCGG區(qū)的SP1、及結(jié)合熱激元件的HSF等。4.3轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子（反式作用因子）

轉(zhuǎn)錄因子是發(fā)生轉(zhuǎn)錄所必需的蛋白質(zhì)，大多直接結(jié)合于DNA上，少數(shù)結(jié)合在其它轉(zhuǎn)錄因子上。在真核中，主要由輔助因子識別啟動子。真核啟動子的多個保守序列都不是由RNA聚合酶本身所識別和結(jié)合的。第四十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日

調(diào)控蛋白與DNA結(jié)合的方式基因表達(dá)調(diào)控的基本方式是依賴調(diào)控蛋白（轉(zhuǎn)錄因子）與基因調(diào)控序列（順式作用元件）的特異結(jié)合，也依賴調(diào)控蛋白之間的特異結(jié)合。調(diào)控蛋白通常有獨立的結(jié)合DNA的結(jié)構(gòu)域。結(jié)構(gòu)域DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域連接區(qū)轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域第四十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日DNA結(jié)合蛋白與DNA之間的相互作用

蛋白質(zhì)與特異DNA序列的識別與結(jié)合模式---調(diào)控蛋白與特異DNA序列之間通過氫鍵相結(jié)合第四十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日

調(diào)控蛋白與蛋白質(zhì)結(jié)合的方式

除了與DNA結(jié)合的結(jié)構(gòu)域外，調(diào)控蛋白通常還有與蛋白質(zhì)結(jié)合的結(jié)構(gòu)域，用以和RNA聚合酶、其它調(diào)控蛋白相互作用，也用于相同的轉(zhuǎn)錄因子之間的作用。在真核中，許多轉(zhuǎn)錄因子都以二聚體的形式結(jié)合在DNA上。第四十九頁，共九十八頁，2022年，8月28日

調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)中的用于與DNA結(jié)合的結(jié)構(gòu)基元（1）鋅指（zincfinger）:是一種常出現(xiàn)在DNA結(jié)合蛋白中的結(jié)構(gòu)基元。是由一個含有大約30個氨基酸的環(huán)和一個與環(huán)上的4個Cys（或2個Cys和2個His）配位的Zn構(gòu)成，形成的結(jié)構(gòu)像手指狀。

為某些蛋白質(zhì)（如調(diào)節(jié)蛋白）中由若干個氨基酸殘基與一個鋅離子結(jié)合而成的一個相對獨立的結(jié)構(gòu)域。鋅指的尖端可進(jìn)入DNA大溝或小溝，以識別和結(jié)合特異的DNA序列。鋅指是DNA結(jié)合蛋白中常見的基元，通常組織成為一個串聯(lián)重復(fù)。

配位鍵2-9個第五十頁，共九十八頁，2022年，8月28日ThesametypesoftranscriptionfactorscanhavedifferentDNAbindingdomainsandthusbindtodifferentDNAsequences.第五十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日

Cys2/Cys2鋅指Cys2/His2鋅指見于甾體激素受體見于SP1，TFⅢA等第五十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日鋅指結(jié)構(gòu)(zincfingermotif)第五十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日

鋅指可以形成α-螺旋而插入DNA的大溝中，在另一面連著β-片層。

轉(zhuǎn)錄因子SP1（結(jié)合GC盒）的3個連續(xù)的鋅指重復(fù)結(jié)構(gòu)。

第五十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日第五十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋(helix-turn-helix)（2）螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋（Helix-turn-helix，HTH）兩個α-螺旋被一個β-轉(zhuǎn)角隔開，兩個α-螺旋之一起識別作用，為許多真核調(diào)控蛋白中含有的與DNA結(jié)合的基元。第五十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日（3）堿性-亮氨酸拉鏈（basic–leucinezipper）

定義：出現(xiàn)在DNA結(jié)合蛋白質(zhì)和其它蛋白質(zhì)中的一種結(jié)構(gòu)基元（motif）。疏水的Leu集中排列在α-螺旋的一側(cè)而呈直線狀，該側(cè)是兩個蛋白分子構(gòu)成二聚體的接觸點。第五十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日

亮氨酸之間相互作用形成二聚體。肽鏈氨基端20～30個富含堿性氨基酸的結(jié)構(gòu)域參與結(jié)合DNA第五十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日第五十九頁，共九十八頁，2022年，8月28日（4）堿性-螺旋-環(huán)-螺旋（basic–helix-loop-helix，bHLH）

只有形成同源或異源二聚體時，才具有足夠的DNA結(jié)合能力。長約50個aa殘基，同時具有DNA結(jié)合和形成蛋白質(zhì)二聚體的功能，其主要特點是可形成兩個親脂性α-螺旋，兩個螺旋之間由環(huán)狀結(jié)構(gòu)相連，其DNA結(jié)合功能是由一個較短的富堿性氨基酸區(qū)所決定的。第六十頁，共九十八頁，2022年，8月28日4.4真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的主要模式

4.4.1信號傳導(dǎo)

信息分子:由一種細(xì)胞釋放,然后傳給靶細(xì)胞并發(fā)揮作用的物質(zhì)。

細(xì)胞間信息物質(zhì)是由細(xì)胞分泌的調(diào)節(jié)靶細(xì)胞生命活動的化學(xué)物質(zhì)的統(tǒng)稱，又稱作第一信使。如生長因子、細(xì)胞因子、胰島素等。第二信使(secondarymessenger)是指在細(xì)胞內(nèi)傳遞信息的小分子物質(zhì)，如：Ca2+、IP3、DAG、cAMP、cGMP等。第六十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的一般步驟特定的細(xì)胞釋放信息物質(zhì)信息物質(zhì)經(jīng)擴散或血循環(huán)到達(dá)靶細(xì)胞與靶細(xì)胞受體特異性結(jié)合受體對信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換并啟動細(xì)胞內(nèi)信使系統(tǒng)靶細(xì)胞產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)

多細(xì)胞生物通過細(xì)胞間復(fù)雜的信號傳遞系統(tǒng)來傳遞信息，從而調(diào)控機體活動。第六十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日

受體：是細(xì)胞膜上或細(xì)胞內(nèi)能識別生物活性分子（激素、神經(jīng)遞質(zhì)、抗原細(xì)胞粘附分子、藥物毒素等）并與之相結(jié)合的生物大分子。其化學(xué)本質(zhì)多為蛋白質(zhì)，個別是糖脂。它們能將生物活性分子產(chǎn)生的信息傳遞致應(yīng)器，從而引起相應(yīng)的生物效應(yīng)。配體(ligand):

能與受體特異結(jié)合的生物活性分子。第六十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日（1）膜受體(membranereceptor)：存在于細(xì)胞質(zhì)膜上的受體，根據(jù)其結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)換信號的方式又分為三大類：離子通道受體，G蛋白偶聯(lián)受體和跨膜蛋白激酶受體。第六十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日G蛋白的活性型和非活性型的互變G蛋白(guanylatebindingprotein):

是一類與GTP或GDP相結(jié)合、位于細(xì)胞膜胞漿面的外周蛋白，由、、三個亞基組成。有兩種構(gòu)象,即非活化型和活化型。第六十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日高度可變區(qū)：位于N端，具有轉(zhuǎn)錄活性DNA結(jié)合區(qū)：含有鋅指結(jié)構(gòu)，與特定的DNA序列---激素應(yīng)答元件（hormone-responsiveelement,HRE）相結(jié)合。激素結(jié)合區(qū)：位于C端，結(jié)合激素、熱休克蛋白，使受體二聚化，激活轉(zhuǎn)錄（2）胞內(nèi)受體配體：類固醇激素、甲狀腺素等受體功能：多為反式作用因子，當(dāng)與相應(yīng)配體結(jié)合后，能與DNA的順式作用元件結(jié)合，調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。第六十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日4.4.2信號傳導(dǎo)途徑第六十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日

關(guān)于蛋白激酶與蛋白質(zhì)磷酸化蛋白磷酸化是機體調(diào)節(jié)的重要方式之一。通過兩種酶的催化來實現(xiàn)：蛋白激酶使底物蛋白磷酸化；而蛋白磷酸酯酶則催化去磷酸化反應(yīng)。蛋白磷酸化和去磷酸化成為機體中普遍存在的一種調(diào)節(jié)機理。在跨膜信息傳遞機理中，蛋白磷酸化的作用尤其重要。根據(jù)蛋白磷酸化的部位，可將蛋白激酶分為2類，一類對Ser或Thr殘基專一，統(tǒng)稱為Spk（絲氨酸蛋白激酶），是第二信使的主要靶蛋白；另一類對Tyr殘基專一，稱Tpk（酪氨酸蛋白激酶）。4.4.3真核基因表達(dá)調(diào)控模式（舉例）第六十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日

A激酶（PKA）：依賴于cAMP的蛋白激酶（1）蛋白質(zhì)磷酸化與信號傳導(dǎo)和基因表達(dá)第六十九頁，共九十八頁，2022年，8月28日cAMP調(diào)控的A激酶活性第七十頁，共九十八頁，2022年，8月28日

cAMP活化糖原磷酸化酶示意圖

不同細(xì)胞對cAMP信號途徑的反應(yīng)速度不同。肌肉細(xì)胞在1秒鐘之內(nèi)即可啟動糖原降解為葡糖1-磷酸，從而抑制糖原的合成。第七十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日cAMP信號與基因表達(dá)該信號途徑涉及的反應(yīng)鏈可表示為：激素→G蛋白耦聯(lián)受體→G蛋白→腺苷酸環(huán)化酶→cAMP→依賴cAMP的蛋白激酶A→基因調(diào)控蛋白→基因轉(zhuǎn)錄第七十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日

在某些分泌細(xì)胞，需要幾個小時，激活的PKA進(jìn)入細(xì)胞核，將CRE結(jié)合蛋白磷酸化，調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)。

CRE（cAMPresponseelement，cAMP應(yīng)答元件）：DNA上的調(diào)節(jié)區(qū)域。

CREB：即CRE結(jié)合蛋白(cAMPresponseelementboundprotein）。第七十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日第七十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日

激素穿過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞與激素受體蛋白結(jié)合，然后，受體和激素的復(fù)合體轉(zhuǎn)運到核中，從而激活基因轉(zhuǎn)錄。（2）類固醇激素對基因調(diào)控的作用第七十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日

許多生物受熱誘導(dǎo)時能合成一系列熱休克蛋白。無論細(xì)菌還是高等真核生物，熱休克基因均散布于染色體的各個部位或不同染色體上。

受熱后，果蠅細(xì)胞內(nèi)Hsp70mRNA水平提高1000倍，就是因為熱激因子（heatshockfactor，HSF）與hsp70基因TATA區(qū)上游60bp處的HSE相結(jié)合，激發(fā)了轉(zhuǎn)錄起始。

研究發(fā)現(xiàn)，在沒有受熱或其它環(huán)境脅迫時，HSF主要以單體形式存在于細(xì)胞質(zhì)和核內(nèi)。單體HSF沒有DNA結(jié)合能力，而Hsp70可能參與了維持HSF的單體形式。受到熱激或其它環(huán)境脅迫時，細(xì)胞內(nèi)變性蛋白增多，與HSF競爭結(jié)合Hsp70，從而釋放HSF，使之形成三體并輸入核內(nèi)。（3）熱激蛋白誘導(dǎo)的基因表達(dá)第七十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日

熱激以后，HSF不但形成三體，還迅速被磷酸化。HSF與HSE的特異性結(jié)合，引起包括Hsp70在內(nèi)的許多熱激應(yīng)答基因表達(dá)，大量產(chǎn)生Hsp70蛋白。隨著熱激溫度消失，細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)大量游離的Hsp70蛋白，它們與HSF相結(jié)合，并使其脫離DNA序列，最終形成沒有DNA結(jié)合能力的單體。第七十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日熱激誘導(dǎo)的hsp基因表達(dá)第七十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日5真核基因轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控5.1RNA前體的加工5.1.1各類RNA前體的加工

45S的前體rRNA：經(jīng)切割、修飾為成熟的18S、28S、5.8S的rRNA。

tRNA初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物：一般認(rèn)為，tRNA基因的初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物在進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后，首先經(jīng)過核苷的修飾，生成4.5S前體tRNA，再行剪接而成為成熟tRNA（4S）。

前體mRNA（hnRNA)：經(jīng)5′-加帽、3′-加尾、剪接、編輯和甲基化修飾等過程，才能成為成熟的mRNA。第七十九頁，共九十八頁，2022年，8月28日rRNA前體的加工：分子內(nèi)的切割和化學(xué)修飾。rRNA化學(xué)修飾：甲基化(原核：堿基甲基化。真核：核糖甲基化）。第八十頁，共九十八頁，2022年，8月28日5.1.2真核蛋白質(zhì)基因轉(zhuǎn)錄后加工的多樣性

真核生物的基因可以按其轉(zhuǎn)錄方式分為兩大類：即簡單轉(zhuǎn)錄單位和復(fù)雜轉(zhuǎn)錄單位。(1)簡單轉(zhuǎn)錄單位：這類基因只編碼產(chǎn)生一種多肽。其原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物有的需要加工，有的則不需要加工。這類基因轉(zhuǎn)錄后加工有3種不同形式。第八十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日（2）復(fù)雜轉(zhuǎn)錄單位：初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物能通過多種不同方式加工成兩種或兩種以上的mRNA。①利用多個5ˊ端轉(zhuǎn)錄起始位點或剪接位點產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)。第八十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日第八十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日②利用多個加多聚（A）位點和不同的剪接方式產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)。第八十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日第八十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日

反式剪接反式剪接（trans-splicing）：發(fā)生于兩個RNA分子之間。

某些真核mRNA前導(dǎo)序列的來歷：很可能是通過反式剪接而來的。順式剪接（cis-splicing）：發(fā)生于一個RNA分子內(nèi)部，將內(nèi)含子剪接掉，使外顯子連接在一起。第八十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日第八十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日

關(guān)于mRNA前體的可變剪接通過不同的剪接，可由一個基因的轉(zhuǎn)錄物產(chǎn)生出不同的成熟mRNA，從而翻譯出不同的蛋白質(zhì)。

大多真核基因的mRNA前體只按一種方式剪接，因而只產(chǎn)生一種蛋白質(zhì)?？勺兗艚樱╝lternatingsplicing）：為某些mRNA前體按照選用不同的加尾位點、選用不同的剪接位點，剪接除去內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄物，產(chǎn)生兩種或兩種以上mRNA的剪接方式。第八十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日5.2.1mRNA結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性對翻譯的調(diào)控5.2翻譯水平的調(diào)控（1）5′-端非編碼區(qū)(untranslatedregion,UTR)的莖環(huán)結(jié)構(gòu)通常不利于翻譯的啟動。（2）3′-端非編碼區(qū)(3′-UTR)的莖環(huán)結(jié)構(gòu)通常提高mRNA的穩(wěn)定性，從而增大蛋白的翻譯量。（3）編碼區(qū)的密碼子種類，影響翻譯的效率。稀有密碼子可降低翻譯的效率。（4）mRNA前導(dǎo)序列中的GC含量越高，越易形成較多和較穩(wěn)定的高級結(jié)構(gòu)，越不利于翻譯的啟動。第八十九頁，共九十八頁，2022年，8月28日鐵蛋白：負(fù)責(zé)鐵解毒運鐵蛋白受體（TfR）：負(fù)責(zé)鐵吸收例：轉(zhuǎn)運鐵蛋白受體（TfR）和鐵蛋白。在這兩個mRNA上存在相似的順式作用元件，稱為鐵應(yīng)答元件（ironresponseelement，IRE）。IRE與IRE結(jié)合蛋白（IREBP）相互作用控制了這兩種mRNA的翻譯效率。第九十頁，共九十八頁，2022年，8月28日（1）當(dāng)鐵富足時，