真核生物基因表達(dá)的調(diào)控

真核生物基因表達(dá)的調(diào)控DNA轉(zhuǎn)錄初產(chǎn)物RNAmRNA蛋白質(zhì)前體mRNA降解物活性蛋白質(zhì)DNA水平調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后加工的調(diào)節(jié)翻譯調(diào)節(jié)mRNA降解調(diào)節(jié)翻譯后加工的調(diào)節(jié)核細(xì)胞質(zhì)真核基因表達(dá)調(diào)控的五個水平

DNA水平調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后加工的調(diào)節(jié)翻譯水平調(diào)節(jié)翻譯后加工的調(diào)節(jié)一DNA水平的調(diào)控（一）基因丟失（二）基因擴(kuò)增（三）基因重排（四）DNA的甲基化與去甲基化二染色質(zhì)水平調(diào)控（一）異染色質(zhì)化（二）組蛋白質(zhì)修飾和非組蛋白的作用（三）DNA酶的敏感區(qū)域（四）核基質(zhì)蛋白三轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控

◆許多真核生物基因編碼關(guān)鍵代謝酶或細(xì)胞組成成分，這些基因常在所有細(xì)胞中都處于活躍狀態(tài)。這種組成型表達(dá)的基因稱為持家基因(housekeepinggene)?！袅硪恍┗虻谋磉_(dá)則因細(xì)胞或組織不同而異，只在某些才高效表達(dá)。這類基因表達(dá)的調(diào)控通常發(fā)特定的發(fā)育時期或細(xì)胞中生在轉(zhuǎn)錄水平。。（一）順式作用元件（二）反式作用因子三轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控

（一）順式作用元件啟動子增強(qiáng)子沉默子絕緣子1啟動子◆啟動子是轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶的結(jié)合位點，位于受其調(diào)控的基因上游某一固定位置，緊鄰轉(zhuǎn)錄起始點，是基因的一部分?！粽婧松飭幼覶ATA盒(TATAbox)：轉(zhuǎn)錄起始點上游25~30bp處，RNA聚合酶II能識別并結(jié)合的位點。

CAAT盒(CAATbox)：轉(zhuǎn)錄起始點上游70－80bp處，這段序列沒有方向性，對于起始轉(zhuǎn)錄具有重要作用。1啟動子2增強(qiáng)子(transcriptionalenhancer)轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)子

是另一種順式調(diào)控元件，通常位于啟動子上游700-1000bp處，離轉(zhuǎn)錄起始點較遠(yuǎn)。增強(qiáng)子可以提高轉(zhuǎn)錄效率，在基因中的位置不定。位于基因的上游，下游，基因序列內(nèi)。增強(qiáng)子的作用沒有方向性，可以轉(zhuǎn)移到其它基因附近，加強(qiáng)該基因的轉(zhuǎn)錄。啟動子是轉(zhuǎn)錄起始和達(dá)到基礎(chǔ)水平所必須的，而增強(qiáng)子則可以使轉(zhuǎn)錄達(dá)到最高水平。增強(qiáng)子的存在，使基因轉(zhuǎn)錄只能在有適宜的轉(zhuǎn)錄因子存在時才能進(jìn)行。許多增強(qiáng)子可對細(xì)胞內(nèi)外的信號作出反應(yīng)沉默子負(fù)調(diào)控元件--對轉(zhuǎn)錄起阻遏作用絕緣子阻止激活或阻遏作用在染色質(zhì)上的傳遞（二）反式作用因子◆是識別、結(jié)合順式作用元件，并調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的蛋白。（二）反式作用因子通用反式作用因子。在一般細(xì)胞中普遍存在，主要識別一些啟動子的核心啟動成分TATA框（如TBP），上游啟動子成分CAAT框（如CTF/NF-1），GC框（如SP1），識別八聚體核苷酸（如Oct-1）等。特殊組織與細(xì)胞中的反式作用因子。如淋巴細(xì)胞中的Oct-2；反應(yīng)性元件（responseelements）相結(jié)合的反式作用因子。如HSE（熱休克反應(yīng)元件），GRE（糖皮質(zhì)激素反應(yīng)元件）◆

a-螺旋-轉(zhuǎn)角-a-螺旋(HTH)有3個螺旋，螺旋3識別并和DNA結(jié)合，一般結(jié)合于大溝；螺旋1和2和其它蛋白質(zhì)結(jié)合

1蛋白質(zhì)直接和DNA結(jié)合◆鋅指區(qū)域包括二個半胱氨酸(Cys)及二個組氨酸(His)族，其保守重復(fù)序列為Cys-N2-4-Cys-N12-14-His-N3-His。其中的Cys和His殘基與鋅離子(Zn++)形成的配位鍵，使氨基酸折疊成環(huán)，形成類似手指的構(gòu)型。1蛋白質(zhì)直接和DNA結(jié)合◆亮氨酸拉鏈具有可形成蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)二聚體的亮氨酸拉鏈區(qū)(leucinezipper，LP)。1蛋白質(zhì)直接和DNA結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白先和配基結(jié)合被活化。甾類激素如雌激素、雄激素等可以誘導(dǎo)某些基因表達(dá)。甾類受體蛋白一般都具有3個功能區(qū)：N-端區(qū)是激活轉(zhuǎn)錄所需的區(qū)域；DNA結(jié)合及轉(zhuǎn)錄活化區(qū)；C-端的激素結(jié)合和二聚體形成區(qū)。2蛋白質(zhì)和配基結(jié)合

真核生物轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控還有mRNA選擇性加工、內(nèi)含子剪接等，這實際上是轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控。轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控。

mRNA加工大多數(shù)真核生物的mRNA在轉(zhuǎn)錄后必須進(jìn)行下面三方面的加工后，才能運送到細(xì)胞質(zhì)進(jìn)行蛋白質(zhì)的翻譯◆當(dāng)RNA鏈合成大概達(dá)到30個核苷酸后，就在其5’端加上一個7－甲基鳥嘌呤核苷的帽子，它含有二個甲基和稀有的5’－5’三磷酸鍵。◆其作用主要是在蛋白質(zhì)翻譯時幫助識別起始位置以及防止被RNA酶降解。（1）5’端加帽一般前體mRNA的轉(zhuǎn)錄終止于加polyA尾巴的3’末端的下游1000－2000個核苷酸處。然后由核酸內(nèi)切酶切除多余的核苷酸。一般在保守的共有序列AAUAAA的下游11－30個核苷酸處停止切割。最后在polyA聚合酶的催化下加上大約200個聚腺苷酸polyA尾巴?！粼黾觤RNA的穩(wěn)定性以及從細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)的運輸（2）3’端尾不同剪接方式：◆在剪接內(nèi)切核酸酶(splicingendonuclease)的催化下，非常精確地在內(nèi)含子與外顯子的交界處進(jìn)行切割，并在一種特殊的剪接連接酶(splicingligase)的催化下重新連接起來?！裟承﹎RNA前體的內(nèi)含子是在RNA分子本身的催化下完成所以稱為RNA自剪接(self-splicing)，這種具有自動催化活性的RNA有時也稱為核酶(ribozyme)?！粼诤怂岬鞍踪|(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)－核酸剪接體(spliceosome)作用下完成。(3)內(nèi)含子切除選擇性mRNA切割

◆同一初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物在不同細(xì)胞中可以用不同方式切割加工，形成不同的成熟mRNA分子老鼠α-淀粉酶的合成基因四翻譯水平的調(diào)控（一）mRNA運輸（二）mRNA翻譯的控制（三）mRNA的結(jié)構(gòu)

（四）選擇性翻譯（五）反義RNA運輸控制（transportcontrol）是對轉(zhuǎn)錄本從細(xì)胞核運送到細(xì)胞質(zhì)中的數(shù)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。核膜是一個基因表達(dá)的控制點。幾乎只有一半的編碼蛋白基因的初始轉(zhuǎn)錄本一直留在核里面，然后被降解掉。（一）mRNA運輸◆翻譯明顯地影響到基因的表達(dá)。例如mRNA儲存在動物的未受精卵中，蛋白質(zhì)合成率很低；一旦受精蛋白質(zhì)合成立即增加。并沒有新的mRNA的合成，是一種翻譯控制?！粼诩?xì)胞質(zhì)中mRNA分子的穩(wěn)定性很不一致，幾分鐘～幾個月。mRNA的降解可能是一個重要控制點。降解速率和mRNA結(jié)構(gòu)特點有關(guān)，如很多短壽命的mRNA3′非翻譯區(qū)（UTR）中富含AU的序列（UUAAUUUAU），作用機(jī)制還不清楚。（二）mRNA翻譯的控制多數(shù)mRNA的翻譯活性依賴于5′端“帽”結(jié)構(gòu)，只有“帽”被甲基化，方可有效翻譯。起始密碼子AUG的位置和其側(cè)翼的序列影響翻譯的效率。影響起始復(fù)合物的形成，進(jìn)而影響翻譯效率。5′UTR的長度影響翻譯的效率和起始的精確性。當(dāng)17～80bp之間時，體外翻譯效率與長度成正比。5′UTR可能形成發(fā)夾或莖環(huán)二級結(jié)構(gòu)，阻止核糖體40S亞基的遷移，對翻譯起始有順式抑制作用。但若二極結(jié)構(gòu)位于AUG的近下游（最佳距離為14bp），會使40亞基?？吭贏UG位點，增強(qiáng)起始反應(yīng)(翻譯起始因子使二極結(jié)構(gòu)解鏈，翻譯復(fù)合體順利通過)。（三）mRNA的結(jié)構(gòu)

3′端的polyA影響mRNA的穩(wěn)定性和翻譯效率。有polyA的mRNA其翻譯效率明顯高；隨著翻譯次數(shù)的增加，polyA在逐步縮短，也就是說polyA越長，半衰期越長。PolyA對翻譯的促進(jìn)作用需要PABP（polyA結(jié)合蛋白），PAPB結(jié)合polyA最短長度為12bp，當(dāng)缺乏PAPB的結(jié)合時，裸露mRNA3′端易降解。PAPB遷移到AU序列時，導(dǎo)致polyA的暴露，促進(jìn)mRNA的降解。（三）mRNA的結(jié)構(gòu)

珠蛋白是由兩條α鏈和兩條β鏈組成的。在二倍體細(xì)胞中有4個α-珠蛋白基因，如果它們相同轉(zhuǎn)錄和翻譯的話，應(yīng)是α:β=2:1，而實際上是1:1。是轉(zhuǎn)錄調(diào)控還是翻譯調(diào)控？體外實驗：在無細(xì)胞系統(tǒng)中加入等量α-mRNA、β-mRNA、少量起始因子，合成的α-珠蛋白僅占3%，說明β-mRNA和起始因子的親和性遠(yuǎn)大于α-mRNA。當(dāng)加入過量的起始因子時，α:β=1.4:1

，接近1:1。表明是在翻譯水平上存在的差異，即和翻譯起始因子的親和性不同。（四）選擇性翻譯來自骨髓細(xì)胞瘤病毒的癌基因myc三個外顯子中的第1，2兩個外顯之間有部分互補(bǔ)。在有的細(xì)胞中，當(dāng)失去外顯子1時，myc基因過量表達(dá)，推測外顯子1可能通過互補(bǔ)來抑制myc的表達(dá)。（五）反義RNA1.蛋白質(zhì)折疊

蛋白質(zhì)在一定的條件下(如在伴蛋白chaperones存在時)，才能折疊成一定的空間構(gòu)型，并具有生物學(xué)功能。在細(xì)胞中，許多真核生物的伴蛋白對蛋白質(zhì)形成有功能的空間構(gòu)型具有重要的作用。翻譯后水平的調(diào)控翻譯后經(jīng)蛋白酶(protease)加工切割的主要作用是切除氨基端或羧基端的序列，以便形成有功能的空間構(gòu)型。同時將多聚蛋白質(zhì)分子切割產(chǎn)生小分子片段，使每一個片段形成一個有功能的蛋白質(zhì)。2.蛋白酶切割◆最簡單的化學(xué)修飾就是將一些小化學(xué)基團(tuán)，如乙酰基、甲基、磷酸基加到氨基酸側(cè)鏈、或蛋白質(zhì)的氨基端或羧基端。這種修飾的方式是特異的，同一蛋白質(zhì)的不同拷貝具有完全相同的修飾。例如，核小體的H3的乙?；?，使染色質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，影響基因表達(dá)?！魪?fù)雜的修飾是蛋白質(zhì)的糖基化，即一些分子量大的碳水化合物側(cè)鏈加到多肽鏈上。例：糖分子連接到絲氨酸或蘇氨酸的羧基上，形成O-連糖基化；糖分子與天門冬酰胺的氨基連接，形成N-連糖基化。