基因表達與調控

匯報人：AA2024-01-27基因表達與調控目錄基因表達概述基因轉錄調控機制翻譯后修飾對基因表達影響表觀遺傳學在基因表達中作用細胞內(nèi)信號傳導途徑對基因表達影響基因突變、多態(tài)性與人類疾病關系基因表達概述01基因表達是指基因攜帶的遺傳信息通過轉錄和翻譯等過程，最終合成具有生物活性的蛋白質分子或其他產(chǎn)物的過程?；虮磉_是生物體生長發(fā)育、代謝調控、免疫應答等生命活動的基礎，對于理解生物體的生理功能和疾病發(fā)生機制具有重要意義?；虮磉_定義與意義基因表達意義基因表達定義蛋白質基因表達的主要產(chǎn)物是蛋白質，包括酶、激素、抗體、受體等，它們在生物體內(nèi)發(fā)揮各種生物功能。非編碼RNA除了蛋白質編碼基因外，還有大量非編碼RNA基因，如microRNA、lncRNA等，它們通過調控其他基因的表達或參與其他生物過程來發(fā)揮作用?；虮磉_產(chǎn)物及功能

基因表達時空特異性時間特異性基因表達在不同的發(fā)育階段和生理狀態(tài)下具有時間特異性，如胚胎發(fā)育過程中不同基因的依次表達和關閉。空間特異性基因表達在不同的組織和細胞中具有空間特異性，如肝臟細胞特異性表達與代謝相關的基因。調控機制基因表達的時空特異性受到多種因素的調控，包括轉錄因子、表觀遺傳修飾、microRNA等?；蜣D錄調控機制0201轉錄因子是一類具有特定DNA結合活性的蛋白質，能夠識別并結合到基因啟動子區(qū)域的特定序列上。02轉錄因子的結合通常受到細胞內(nèi)環(huán)境信號的影響，如激素、生長因子等，這些信號能夠改變轉錄因子的構象或與其他蛋白的相互作用，從而影響其與DNA的結合能力。03轉錄因子與DNA的結合通常具有序列特異性和空間特異性，即不同的轉錄因子識別不同的DNA序列，并在特定的時間和空間條件下發(fā)揮作用。轉錄因子識別與結合轉錄起始復合物是由RNA聚合酶和一系列轉錄輔助因子組成的復合物，負責啟動基因的轉錄過程。在轉錄起始階段，RNA聚合酶在轉錄因子的引導下識別并結合到基因啟動子區(qū)域，形成轉錄起始復合物。轉錄起始復合物的形成需要消耗ATP等能量物質，同時還需要其他輔助因子的參與，如TFIIA、TFIIB等。010203轉錄起始復合物形成轉錄延伸是指RNA聚合酶在DNA模板鏈上不斷添加RNA鏈的過程，該過程需要消耗NTP等能量物質，并受到多種因素的影響。轉錄終止是指RNA聚合酶在轉錄延伸完成后從DNA模板鏈上脫離下來的過程，該過程需要消耗能量并受到多種因素的影響，如終止因子等。同時，轉錄終止也是基因表達調控的重要環(huán)節(jié)之一。在轉錄延伸過程中，RNA聚合酶能夠識別并結合到DNA模板鏈上的特定序列，如啟動子和終止子等，從而控制轉錄的起始和終止。轉錄延伸與終止過程翻譯后修飾對基因表達影響03通過蛋白質激酶將ATP的磷酸基團轉移到蛋白質的特定氨基酸殘基上，從而改變蛋白質的結構和功能。磷酸化修飾可以影響蛋白質的活性、穩(wěn)定性、亞細胞定位以及與其他蛋白質的相互作用。蛋白質磷酸化由蛋白質磷酸酶催化，將磷酸基團從磷酸化蛋白質上去除，恢復蛋白質的原始狀態(tài)。去磷酸化修飾同樣可以影響蛋白質的結構和功能，與磷酸化修飾共同構成一種可逆的蛋白質調控機制。蛋白質去磷酸化蛋白質磷酸化與去磷酸化N-糖基化發(fā)生在蛋白質的Asn殘基上，由N-乙酰葡糖胺與Asn的側鏈酰胺氮共價連接形成。N-糖基化可以影響蛋白質的折疊、穩(wěn)定性、亞細胞定位以及與其他分子的相互作用。O-糖基化發(fā)生在蛋白質的Ser或Thr殘基上，由單糖分子與Ser或Thr的側鏈羥基共價連接形成。O-糖基化可以影響蛋白質的活性、穩(wěn)定性以及與其他分子的相互作用。糖基化修飾作用乙?；ㄟ^乙酰轉移酶將乙酰輔酶A的乙?；鶊F轉移到蛋白質的特定氨基酸殘基上。乙?；揎椏梢杂绊懙鞍踪|的穩(wěn)定性、亞細胞定位以及與其他分子的相互作用。甲基化通過甲基轉移酶將S-腺苷甲硫氨酸的甲基基團轉移到蛋白質的特定氨基酸殘基上。甲基化修飾可以影響蛋白質的活性、穩(wěn)定性以及與其他分子的相互作用。泛素化通過泛素連接酶將泛素分子連接到目標蛋白質上，從而標記蛋白質進行降解。泛素化修飾在細胞周期調控、信號轉導等過程中發(fā)揮重要作用。010203其他翻譯后修飾方式表觀遺傳學在基因表達中作用04DNA甲基化與去甲基化過程DNA甲基化在DNA分子上添加甲基基團，通常發(fā)生在CpG二核苷酸中的胞嘧啶上。這種修飾可以影響基因表達的調控，通常與基因沉默相關。DNA去甲基化移除DNA分子上的甲基基團，使基因重新表達。去甲基化過程涉及特定的酶，如TET家族蛋白，它們能夠將5-甲基胞嘧啶氧化為5-羥甲基胞嘧啶，進而實現(xiàn)去甲基化。在組蛋白的賴氨酸殘基上添加乙?；鶊F，通常由組蛋白乙酰轉移酶（HATs）催化。乙?；揎椏梢灾泻唾嚢彼岬恼姾?，減弱組蛋白與DNA的相互作用，從而使染色質結構變得松散，有利于基因轉錄。組蛋白乙?；瞥M蛋白上的乙?；鶊F，由組蛋白去乙?；福℉DACs）催化。去乙?；揎椏梢允谷旧|結構變得緊密，從而抑制基因轉錄。組蛋白去乙?；M蛋白乙?；c去乙酰化修飾microRNA（miRNA）01通過與mRNA的3'非翻譯區(qū)結合，抑制mRNA的翻譯或促進其降解，從而實現(xiàn)對基因表達的負調控。長非編碼RNA（lncRNA）02通過多種方式參與基因表達的調控，如作為分子支架、招募染色質修飾復合物或作為競爭性內(nèi)源RNA（ceRNA）等。環(huán)狀RNA（circRNA）03通過吸附miRNA或作為ceRNA等方式參與基因表達的調控。circRNA具有較高的穩(wěn)定性和特異性，可能在某些生理或病理過程中發(fā)揮重要作用。非編碼RNA在表觀遺傳學中角色細胞內(nèi)信號傳導途徑對基因表達影響0503第二信使的產(chǎn)生與傳遞信號轉導引發(fā)第二信使（如cAMP、Ca2+等）的產(chǎn)生和傳遞，進一步放大和傳遞信號。01膜受體識別與結合細胞外信號分子與膜受體結合，引發(fā)構象變化，激活受體。02信號轉導激活的膜受體通過偶聯(lián)的G蛋白或酶等效應器，將信號轉導至細胞內(nèi)。膜受體介導信號傳導途徑核受體介導信號傳導途徑核受體是一類位于細胞核內(nèi)的受體，它們可以直接與DNA結合，調節(jié)基因表達。配體與核受體的結合導致核受體的構象變化，進而激活核受體。轉錄因子的招募激活的核受體招募轉錄因子，形成轉錄復合物?；虮磉_的調控轉錄復合物結合到靶基因的啟動子區(qū)域，調控靶基因的轉錄和表達。核受體的激活信號放大與傳遞信號在細胞內(nèi)通過級聯(lián)反應被放大和傳遞，確保信號的有效傳遞和響應。信號終止與負反饋調節(jié)細胞內(nèi)存在信號終止機制，如磷酸酶的去磷酸化作用等，以及負反饋調節(jié)機制，確保信號的適時終止和平衡。信號通路的交叉與整合細胞內(nèi)存在多個信號傳導通路，這些通路之間可以相互交叉和整合，形成一個復雜的信號網(wǎng)絡。細胞內(nèi)信號傳導網(wǎng)絡整合基因突變、多態(tài)性與人類疾病關系06單個堿基對的替換，可能導致蛋白質功能改變或喪失。點突變DNA序列中插入或缺失一個或多個堿基對，可能導致基因表達的異常。插入或缺失突變DNA序列發(fā)生重排或交換，可能導致基因結構和功能的改變。重組突變基因突變類型及后果單基因多態(tài)性單個基因位點上存在多個等位基因，可能導致表型差異和遺傳多樣性。多基因多態(tài)性多個基因位點上存在多態(tài)性，可能影響復雜表型的遺傳基礎。基因組多態(tài)性整個基因組水平上存在的多態(tài)性，反映了個體間遺傳背景的差異?；蚨鄳B(tài)性及其意義囊性纖維化由CFTR基因突變引起，導致氯離子通道功