動物生理學(xué)課件重點第十章轉(zhuǎn)錄

第十章RNA的生物合成（轉(zhuǎn)錄）RNABiosynthesis（Transcription)Nature.2010Nov28.[Epubaheadofprint]Telomerasereactivationreversestissuedegenerationinagedtelomerase-deficientmice.JaskelioffM,MullerFL,PaikJH,ThomasE,JiangS,AdamsAC,SahinE,Kost-AlimovaM,ProtopopovA,Cadi?anosJ,HornerJW,Maratos-FlierE,DepinhoRA.BelferInstituteforAppliedCancerScienceandDepartmentsofMedicalOncology,MedicineandGenetics,Dana-FarberCancerInstitute,HarvardMedicalSchool,Boston,Massachusetts02115,USA.AbstractAnageingworldpopulationhasfuelledinterestinregenerativeremediesthatmaystemdecliningorganfunctionandmaintainfitness.Unanswerediswhethereliminationofintrinsicinstigatorsdrivingage-associateddegenerationcanreverse,asopposedtosimplyarrest,variousafflictionsoftheaged.Suchinstigatorsincludeprogressivelydamagedgenomes.Telomerase-deficientmicehaveservedasamodelsystemtostudytheadversecellularandorganismalconsequencesofwide-spreadendogenousDNAdamagesignallingactivationinvivo.Telomerelossanduncappingprovokesprogressivetissueatrophy,stemcelldepletion,organsystemfailureandimpairedtissueinjuryresponses.Here,wesoughttodeterminewhetherentrenchedmulti-systemdegenerationinadultmicewithseveretelomeredysfunctioncanbehaltedorpossiblyreversedbyreactivationofendogenoustelomeraseactivity.Tothisend,weengineeredaknock-inalleleencodinga4-hydroxytamoxifen(4-OHT)-inducibletelomerasereversetranscriptase-oestrogenreceptor(TERT-ER)undertranscriptionalcontroloftheendogenousTERTpromoter.HomozygousTERT-ERmicehaveshortdysfunctionaltelomeresandsustainincreasedDNAdamagesignallingandclassicaldegenerativephenotypesuponsuccessivegenerationalmatingsandadvancingage.TelomerasereactivationinsuchlategenerationTERT-ERmiceextendstelomeres,reducesDNAdamagesignallingandassociatedcellularcheckpointresponses,allowsresumptionofproliferationinquiescentcultures,andeliminatesdegenerativephenotypesacrossmultipleorgansincludingtestes,spleensandintestines.Notably,somatictelomerasereactivationreversedneurodegenerationwithrestorationofproliferatingSox2(+)neuralprogenitors,Dcx(+)newbornneurons,andOlig2(+)oligodendrocytepopulations.Consistentwiththeintegralroleofsubventricularzoneneuralprogenitorsingenerationandmaintenanceofolfactorybulbinterneurons,thiswaveoftelomerase-dependentneurogenesisresultedinalleviationofhyposmiaandrecoveryofinnateolfactoryavoidanceresponses.Accumulatingevidenceimplicatingtelomeredamageasadriverofage-associatedorgandeclineanddiseaseriskandthemarkedreversalofsystemicdegenerativephenotypesinadult

轉(zhuǎn)錄(transcription)生物體以DNA為模板合成RNA的過程。

轉(zhuǎn)錄RNADNA

基因：具有特定生物遺傳性狀地DNA序列，在一定條件下，能夠表達這種遺傳信息，產(chǎn)生特定的生理功能。有些生物的基因為RNA。參與轉(zhuǎn)錄的物質(zhì)原料:

NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)模板:

DNA酶:

RNA聚合酶(RNApolymerase,RNA-pol)其他蛋白質(zhì)因子一、轉(zhuǎn)錄模板能轉(zhuǎn)錄出mRNA，并被翻譯成具有生物功能的蛋白質(zhì)的DNA序列，稱為結(jié)構(gòu)基因(structuralgene)。某些可調(diào)節(jié)控制結(jié)構(gòu)基因表達的DNA序列，稱為調(diào)節(jié)基因（regulatorygene).DNA雙鏈中按堿基配對規(guī)律能指引轉(zhuǎn)錄生成RNA的一股單鏈，稱為模板鏈(templatestrand)。相對的另一股單鏈?zhǔn)蔷幋a鏈(codingstrand)。5′···GCAGTACATGTC···3′3′···cgtgatgtacag···5′5′···GCAGUACAUGUC···3′N······Ala·Val·His·Val······C編碼鏈模板鏈mRNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯一、轉(zhuǎn)錄模板5335模板鏈編碼鏈編碼鏈模板鏈結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向一、轉(zhuǎn)錄模板不對稱轉(zhuǎn)錄(asymmetrictranscription)

在DNA分子雙鏈上某一區(qū)段，一股鏈用作模板指引轉(zhuǎn)錄，另一股鏈不轉(zhuǎn)錄；模板鏈并非永遠在同一條單鏈上。一、轉(zhuǎn)錄模板二、RNA聚合酶（一）原核生物的RNA聚合酶核心酶(coreenzyme)全酶(holoenzyme)二、RNA聚合酶RNA聚合酶全酶在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的結(jié)合二、RNA聚合酶（二）真核生物的RNA聚合酶

二、RNA聚合酶三、模板上酶的辨認(rèn)、結(jié)合原核生物一個轉(zhuǎn)錄區(qū)段可視為一個轉(zhuǎn)錄單位，稱為操縱子(operon)，包括若干個結(jié)構(gòu)基因及其上游(upstream)的調(diào)控序列。

5335結(jié)構(gòu)基因調(diào)控序列RNA-polRNA聚合酶結(jié)合模板DNA的部位，稱為啟動子(promoter)。轉(zhuǎn)錄起始位點轉(zhuǎn)錄終止位點上游下游轉(zhuǎn)錄單位單順反子monocistron

：mRNArepresentonlyasinglegene.多順反子polycistron

：mRNA(themajority)carrysequencescodingforseveralproteins.Inthesecases,asinglemRNAistranscribedfromagroupofadjacentgenes.三、模板上酶的辨認(rèn)、結(jié)合RNA聚合酶保護法目錄三、模板上酶的辨認(rèn)、結(jié)合開始轉(zhuǎn)錄TTGACAAACTGT-35區(qū)(Pribnowbox)TATAATPuATATTAPy-10區(qū)1-30-5010-10-40-205335原核生物啟動子保守序列RNA-pol辨認(rèn)位點(recognitionsite)

55RNA聚合酶保護區(qū)結(jié)構(gòu)基因33TATA盒-30CAAT盒-75GC盒-90

增強子

順式作用元件

結(jié)構(gòu)基因-GCGC---CAAT---TATA轉(zhuǎn)錄起始真核生物啟動子保守序列（一）轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始需解決兩個問題：RNA聚合酶必須準(zhǔn)確地結(jié)合在轉(zhuǎn)錄模板的起始區(qū)域。DNA雙鏈解開，使其中的一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板。四、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程2.DNA雙鏈解開1.RNA聚合酶全酶(2)與模板結(jié)合3.在RNA聚合酶作用下發(fā)生第一次聚合反應(yīng)，形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物RNApol(2)-DNA-pppGpN-OH3轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物:5-pppG-OH+

NTP5-pppGpN

-OH3+ppi轉(zhuǎn)錄起始過程四、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程（二）轉(zhuǎn)錄延長1.亞基脫落，RNA–pol聚合酶核心酶變構(gòu)，與模板結(jié)合松弛，沿著DNA模板前移；

2.在核心酶作用下，NTP不斷聚合，RNA鏈不斷延長。(NMP)n

+

NTP(NMP)n+1

+PPi四、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程轉(zhuǎn)錄空泡(transcriptionbubble)：RNA-pol（核心酶）

····DNA

····RNA目錄四、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程目錄四、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程依賴Rho(ρ)因子的轉(zhuǎn)錄終止非依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止（三）轉(zhuǎn)錄終止指RNA聚合酶在DNA模板上停頓下來不再前進，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA鏈從轉(zhuǎn)錄復(fù)合物上脫落下來。分類四、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程ATP1.依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止四、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程2.非依賴Rho因子的轉(zhuǎn)錄終止DNA模板上靠近終止處，有些特殊的堿基序列，轉(zhuǎn)錄出RNA后，RNA產(chǎn)物形成特殊的結(jié)構(gòu)來終止轉(zhuǎn)錄。四、原核生物的轉(zhuǎn)錄過程5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`

RNA

5TTGCAGCCTGACAAATCAGGCTGATGGCTGGTGACTTTTTAGTCACCAGCCTTTTT...3

DNA

UUUU...…

UUUU...…5`UUGCAGCCUGACAAAUCAGGCUGAUGGCUGGUGACUUUUUAGUCACCAGCCUUUUU...3`莖環(huán)(stem-loop)/發(fā)夾(hairpin)結(jié)構(gòu)莖環(huán)結(jié)構(gòu)使轉(zhuǎn)錄終止的機理

使RNA聚合酶變構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停頓；使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物趨于解離，RNA產(chǎn)物釋放。5′pppG5335RNA-pol五、真核生物的轉(zhuǎn)錄過程（一）轉(zhuǎn)錄起始真核生物的轉(zhuǎn)錄起始上游區(qū)段比原核生物多樣化，轉(zhuǎn)錄起始時，RNA-pol不直接結(jié)合模板，其起始過程比原核生物復(fù)雜。轉(zhuǎn)錄起始點TATA盒CAAT盒GC盒

增強子順式作用元件(cis-actingelement)1.

轉(zhuǎn)錄起始前的上游區(qū)段AATAAA切離加尾轉(zhuǎn)錄終止點修飾點外顯子翻譯起始點內(nèi)含子OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚體五、真核生物的轉(zhuǎn)錄過程2.

轉(zhuǎn)錄因子

能與順式作用元件結(jié)合，調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄效率的一組蛋白質(zhì)，其編碼基因與作用的靶DNA序列不在同一DNA分子上。統(tǒng)稱為反式作用因子(trans-actingfactors)。反式作用因子中，直接或間接結(jié)合RNA聚合酶的，則稱為轉(zhuǎn)錄因子(transcriptionalfactors,TF)。

順式作用元件：指對基因表達有調(diào)節(jié)活性的DNA序列，其活性只影響與其自身處在同一個DNA分子上的基因，多位于基因旁側(cè)或內(nèi)含子中，通常不編碼蛋白質(zhì)。

3.轉(zhuǎn)錄起始前復(fù)合物(pre-initiationcomplex,PIC)

真核生物RNA-pol不與DNA分子直接結(jié)合，而需依靠眾多的轉(zhuǎn)錄因子。五、真核生物的轉(zhuǎn)錄過程（二）轉(zhuǎn)錄延長真核生物轉(zhuǎn)錄延長過程與原核生物大致相似，但因有核膜相隔，沒有轉(zhuǎn)錄與翻譯同步的現(xiàn)象。RNA-pol前移處處都遇上核小體。轉(zhuǎn)錄延長過程中可以觀察到核小體移位和解聚現(xiàn)象。五、真核生物的轉(zhuǎn)錄過程RNA-PolRNA-PolRNA-Pol核小體轉(zhuǎn)錄延長中的核小體移位轉(zhuǎn)錄方向5------AAUAAA-5------AAUAAA--核酸酶-GUGUGUGRNA-polAATAAAGTGTGTG轉(zhuǎn)錄終止的修飾點55333加尾AAAAAAA······3mRNA（三）轉(zhuǎn)錄終止——

和轉(zhuǎn)錄后修飾密切相關(guān)。五、真核生物的轉(zhuǎn)錄過程六、原核生物的轉(zhuǎn)錄后加工1mRNA2tRNA3rRNA:5SrRNA,16SrRNA,23SrRNA六、原核生物的轉(zhuǎn)錄后加工七、真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工（一）首、尾的修飾5端形成帽子結(jié)構(gòu)(m7GpppGp—)3端加上多聚腺苷酸尾巴(polyAtail)帽子結(jié)構(gòu)5pppGp…5GpppGp…pppGppi鳥苷酸轉(zhuǎn)移酶5

m7GpppGp…甲基轉(zhuǎn)移酶SAM帽子結(jié)構(gòu)的生成5ppGp…磷酸酶Pi七、真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工真核生物結(jié)構(gòu)基因，由若干個編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質(zhì)，這些基因稱為斷裂基因。1斷裂基因(splitgene)CABD編碼區(qū)A、B、C、D非編碼區(qū)（二）mRNA的剪接PhilipSharp&RichardRoberts發(fā)現(xiàn)割裂基因獲1993年生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎羅伯茨(RichardJ.Roberts)美國貝弗莉新英格蘭生物實驗室

1943年--夏普(PhillipA.Sharp)美國麻省理工學(xué)院癌癥研究中心1944年--2.外顯子(exon)和內(nèi)含子(intron)外顯子在斷裂基因及其初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上出現(xiàn)，并表達為成熟RNA的核酸序列。內(nèi)含子隔斷基因的線性表達而在剪接過程中被除去的核酸序列。七、真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工雞卵清蛋白基因及其轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后修飾目錄雞卵清蛋白成熟mRNA與DNA雜交電鏡圖DNAmRNA目錄七、真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工pG-OH(ppG-OH,pppG-OH)U-OHGpUpGpA第一次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)第二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)UpAGpU外顯子1內(nèi)含子外顯子2G-OHUpUpGpA剪接過程的二次轉(zhuǎn)酯反應(yīng)

(twicetransesterification)

（三）tRNA的轉(zhuǎn)錄后加工tRNA前體RNApolⅢTGGCNNAGTGCGGTTCGANNCCDNA目錄RNAaseP、內(nèi)切酶目錄七、真核生物mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工tRNA核苷酸轉(zhuǎn)移酶、連接酶ATPADP目錄堿基修飾（2）還原反應(yīng)如：UDHU

（3）核苷內(nèi)的轉(zhuǎn)位反應(yīng)如：Uψ（4）脫氨反應(yīng)如：AI

如：AAm（1）甲基化（1）（1）（3）（2）（4）目錄（四）rRNA的轉(zhuǎn)錄后