現(xiàn)代分子生物學(xué)第七章真核生物基因表達(dá)調(diào)控

1、第七講真核基因表達(dá)調(diào)控本章主要內(nèi)容緒論一、真核基因組的一般構(gòu)造特點二、真核基因的轉(zhuǎn)錄三、反式作用因子對轉(zhuǎn)錄的影響四、真核基因表達(dá)調(diào)控的主要模式五、其它水平上的基因調(diào)控緒論真核生物（除酵母、藻類和原生動物等單細(xì)胞類 之外）主要由多細(xì)胞組成，每個真核細(xì)胞所攜帶 的基因數(shù)量及總基因組中蘊藏的遺傳信息量都大 大高于原核生物。人類細(xì)胞單倍體基因組就包含 有3X109bp總DNA,約為大腸桿菌總DNA的 1000倍，是噬菌體總DNA的10萬倍左右！真核基因表達(dá)調(diào)控的最顯著特征是能在特定時間 和特定的細(xì)胞中激活特定的基因，從而實現(xiàn)”預(yù)定 ”的、有序的、不可逆轉(zhuǎn)的分化、發(fā)育過程，并使生物的組織和器官在一定的環(huán)

2、境條件范圍內(nèi)保持正常功能。真核生物基因調(diào)控，根據(jù)其性質(zhì)可分為兩大類:第一類是瞬時調(diào)控或稱可逆性調(diào)控，它相當(dāng)于原核細(xì)胞對環(huán)境條件變化所做出的反應(yīng)，包括某種底 物或激素水平升降及細(xì)胞周期不同階段中酶活性和 濃度的調(diào)節(jié)。第二類是發(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。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)控等。研究基因調(diào)控主要應(yīng)回答的3個問題: 什么是誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄的信號? 基因調(diào)控主要是在哪一步（模板DNA的轉(zhuǎn)錄、mRNA的成熟或蛋白質(zhì)合成）實現(xiàn)的？（§）不同水平基因調(diào)控的分子機(jī)制是什么?、真核基因組的一

3、般構(gòu)造特點1、真核基因組的復(fù)雜性真核基因組比原核基因組大得多，大腸桿 菌基因組約4X106bp,哺乳類基因組在109bp 數(shù)量級，比細(xì)菌大千倍；大腸桿菌約有4000個基 因，人則約有10萬個基因。真核生物主要的遺傳物質(zhì)與組蛋白等構(gòu)成 染色質(zhì)，被包裹在核膜內(nèi)，核外還有遺傳成分（如 線粒體DNA等），這就增加了基因表達(dá)調(diào)控的層次 和復(fù)雜性。金核生物的基因組基本上是單倍體，而真核 基因組是二倍體。細(xì)菌多數(shù)基因按功能相關(guān)成串排列，組成操縱元的基 因表達(dá)調(diào)控的單元，共同開啟或關(guān)閉，轉(zhuǎn)錄出多順反子的 mRNA；真核生物則是一個結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄生成一條 mRNA,即mRNA是單順反子，基本上沒有操縱元的結(jié) 構(gòu)，

4、而真核細(xì)胞的許多活性蛋白是由相同和不同的多肽形 成的亞基構(gòu)成的，這就涉及到多個基因協(xié)調(diào)表達(dá)的問題。原核基因組的大部分序列都為基因編碼，而核酸雜 交等實驗表明：哺乳類基因組中僅約10%的序列為蛋白 質(zhì)、RNA、tRNA等編碼，其余約90%的序列功能至今 還不清楚。原核生物的基因為蛋白質(zhì)編碼的序列絕大多數(shù)是連 續(xù)的，而真核生物為蛋白質(zhì)編碼的基因絕大多數(shù)是不連續(xù) 的，即有外顯子(exon)和內(nèi)含子(intron),轉(zhuǎn)錄后需經(jīng) 剪接(splicing)去除內(nèi)含子，才能翻譯獲得完整的蛋白質(zhì), 這就增加了基因表達(dá)調(diào)控的環(huán)節(jié)。原核基因組中除RNA、tRNA基因有多個拷貝外，重 復(fù)序列不多。哺乳動物基因組中則

5、存在大量重復(fù)序列：高度重復(fù)序列，這類序列一般較短，長10-300bp, 在哺乳類基因組中重復(fù)106次左右，占基因組DNA序列總量 的1060%,人的基因組中這類序列約占20%,功能還不 明了。中度重復(fù)序列，這類序列多數(shù)長100-500bp,重復(fù) 101-105,占基因組10-40<Vbo在人的基因組中 18S/ 28SrRNA基因重復(fù)280次，5SRNA基因重復(fù)2000次, tRNA基因重復(fù)1300次，5種組蛋白的基因串連成簇重復(fù)30 40次。單拷貝序列，這類序列基本上不重復(fù)，占哺乳類基因 組的5080%,在人基因組中約占65%。絕大多數(shù)真核生物 為蛋白質(zhì)編碼的基因在單倍體基因組中都不重

6、復(fù)，是單拷貝 的基因。2、真核基因組的一般構(gòu)造特點 在真核細(xì)胞中，一條成熟的mRNA鏈只能翻譯出一條多肽鏈，不存在原核生物中常見的多基因操縱子形式。 真核細(xì)胞DNA都與組蛋白和大量非組蛋白 相結(jié)合，只有一小部分DNA是裸露的。 高等真核細(xì)胞DNA中很大部分是不轉(zhuǎn)錄的, 大部分真核細(xì)胞的基因中間還存在不被翻譯的內(nèi)含子。 真核生物能夠有序地根據(jù)生長發(fā)育階段的需要進(jìn)行DNA片段重排，還能在需要時增加細(xì)胞內(nèi)某些基因的拷貝數(shù)。 在真核生物中，基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)相對較 大,它們可能遠(yuǎn)離啟動子達(dá)幾百個甚至上千個堿 基對，這些調(diào)節(jié)區(qū)一般通過改變整個所控制基因 5、上游區(qū)DNA構(gòu)型來影響它與RNA聚合酶的結(jié)合 能

7、力。在原核生物中，轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)都很小，大 都位于啟動子上游不遠(yuǎn)處，調(diào)控蛋白結(jié)合到調(diào)節(jié) 位點上可直接促進(jìn)或抑RN A聚合酶與它的結(jié)合。 真核生物的RNA在細(xì)胞核中合成，只有經(jīng) 轉(zhuǎn)運穿過核膜，到達(dá)細(xì)胞質(zhì)后，才能被翻譯成蛋 白質(zhì)，原核生物中不存在這樣嚴(yán)格的空間間隔。 許多真核生物的基因只有經(jīng)過復(fù)雜的成熟 和剪接過程，才能順利地翻譯成蛋白質(zhì)3、真核基因表達(dá)調(diào)控的特點（1）真核基因表達(dá)調(diào)控的環(huán)節(jié)更多真核基因轉(zhuǎn)錄發(fā)生在細(xì)胞核（線粒體基因的轉(zhuǎn)錄在線粒體內(nèi)）,翻譯則多在胞漿，兩個過程是分開的，因此其調(diào)控增加了更多的 環(huán)節(jié)和復(fù)雜性，轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控占有了更多的分量。真核墓因表達(dá)的控»轉(zhuǎn)晨謁控爺工估切、-S

8、-$-瑋咸）加人備基、脂英）圖中標(biāo)出了真核細(xì)胞在分化過程 中會發(fā)生基因重排，即胚原性基 因組中某些基因會再組合變化形 成第二級基因。此外，真核細(xì)胞中還會發(fā)生基因擴(kuò)增，即基因組 中的特定段落在某些情況下會復(fù)制產(chǎn)生許多拷貝O 最早發(fā)現(xiàn)的是蛙的成熟卵細(xì)胞在受精后的發(fā)育過 程中其RNA基因(可稱為rDNA)可擴(kuò)增2000倍， 以后發(fā)現(xiàn)其他動物的卵細(xì)胞也有同樣的情況，這 很顯然適合了受精后迅速發(fā)育分裂要合成大量蛋白質(zhì)，需要有大量核糖體。又如MTX是葉酸的結(jié) 構(gòu)類似物，一些哺乳類細(xì)胞會對含有利用葉酸所 必需的二氫葉酸還原酶(DHFR)基因的DNA區(qū)段 擴(kuò)增4000倍，使DHFR的表達(dá)量顯著增加，從而 提高

9、對MTX的抗性?；虻臄U(kuò)增無疑能夠大幅度 提高基因表達(dá)產(chǎn)物的量，但這種調(diào)控機(jī)理至今還 不清楚。(2) 真核基因的轉(zhuǎn)錄與染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化相關(guān)1 染色質(zhì)結(jié)構(gòu)影響基因轉(zhuǎn)錄：松散的常染色質(zhì)中 的基因可以轉(zhuǎn)錄。緊湊折疊結(jié)構(gòu)的異染色質(zhì)從未 見有基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)，可見緊密的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)阻止 基茵表達(dá)。2組蛋白的作用：組蛋白是堿性蛋白質(zhì)，帶正電 荷，可與DNA鏈上帶負(fù)電荷的磷酸基相結(jié)合，從 而遮蔽了 DNA分子，妨礙了轉(zhuǎn)錄，可能扮演了非 特異性阻遏蛋白的作用。3轉(zhuǎn)錄活躍區(qū)域?qū)怂崦缸饔妹舾卸仍黾樱焊呙?感點常出現(xiàn)在轉(zhuǎn)錄基因的W側(cè)區(qū)、3,末端或在基 因上，多在調(diào)控蛋白結(jié)合位點的附近，分析該區(qū) 域核小體的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，

10、可能有利于調(diào)控蛋白 結(jié)合而促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。4.DNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化：天然雙鏈DNA的構(gòu)象大多 是負(fù)性超螺旋。當(dāng)基因活躍轉(zhuǎn)錄時，RNA聚合酶 轉(zhuǎn)錄方向前方DNA的構(gòu)象是正性超螺旋，其后面 的DNA為負(fù)性超螺旋。正性超螺旋會拆散核小體, 有利于RNA聚合酶向前移動轉(zhuǎn)錄；而負(fù)性超螺旋 則有利于核小體的再形成。5.DNA堿基修飾變化：真核DNA中的胞囉喘約有 5%被甲基化為5 甲基胞這種甲基化最常 發(fā)生在某些基因h側(cè)區(qū)的CpG序列中，這段序列 甲基化可使其后的基因不能轉(zhuǎn)錄，甲基化可能阻 礙轉(zhuǎn)錄因子與DNA特定部位的結(jié)合從而影響轉(zhuǎn)錄。 如果用基因打靶的方法除去主要的DNA甲基化酶, 小鼠的胚胎就不能正常發(fā)育而死

11、亡，可見DNA的 甲基化對基因表達(dá)調(diào)控是重要的。(3) 真核基因表達(dá)以正性調(diào)控為主真核RN A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。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；真核基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)的調(diào)控蛋白也有起阻 遏和激活作用或兼有兩種作用者，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) 時就要有激活的蛋白質(zhì)來促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。換言之: 真核基因表達(dá)以正性調(diào)控為主導(dǎo)。4、真核生物基因家族8J4kbz4«.Z 18S 5.8S28S II H2300bp 156bp 4200bp復(fù)

12、雜多基因家族>_>、>)HlH4H2BH3H2AHl H4 H2B H3 H2A6000bp 川子DI海膽組蛋白基因家族）塔鴛H2AH2B HI H3 H4 H2A H2B% 4800b p 發(fā)育控制的復(fù)雜多基因家族im/a2Q1一 一 一W理o2屮M人類6號染色體上的（】族基因屮3人類11號染色體上的p族基因5、真核基因的斷裂結(jié)構(gòu)（外顯子與內(nèi)含子）外顯子：編碼序列（10%左右？） 內(nèi)含子：非編碼序列只有真核生物具有切除基因中內(nèi)含子，產(chǎn)生功能型mRNA和蛋白質(zhì)的能力。外顯子與內(nèi)含子連接區(qū)：外顯子與內(nèi)含子的交界或邊界序列，特征:內(nèi)含子兩端序列不能互補(bǔ)，其上游和下游序列不能形成發(fā)

13、卡結(jié)構(gòu)，連 接區(qū)序列很短，但卻高度保守，可能是RNA剪切的信號序列。外顯子與內(nèi)含子的可變調(diào)控:組成性剪接：基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物精確剪接成一種mRNA選擇性剪接：同一基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物由于不同的剪接方式形成不同的mRNA6、真核生物DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控開放型活性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)鳥 轉(zhuǎn)錄前染色質(zhì)在特定區(qū) 或改變、DNA本身局部結(jié) 旋轉(zhuǎn)變等，促使結(jié)構(gòu)基因 處于活躍狀態(tài)的基因的 DNA酶I敏感位點（多位 態(tài)基因易被DNA酶I所降 產(chǎn)生是染色質(zhì)結(jié)構(gòu)規(guī)律變催3 易與RNA聚合酶和其它轉(zhuǎn)$ 動基因表達(dá)，也易被DNAQ2、基因擴(kuò)增卵母細(xì)細(xì)胞形成發(fā)育過程中，基因（如 rDNA）大量擴(kuò)增以滿足大量蛋白質(zhì)的需要。例：非洲爪蟾及

14、果蠅卵母細(xì)細(xì)胞發(fā)育3、基因重排與變換將一個基因從遠(yuǎn)離啟動子處移到距它很 近的位點從而啟動轉(zhuǎn)錄。例：免疫球蛋白結(jié)構(gòu)基因和T細(xì)胞受體 基因的表達(dá)在所有物MA.CjCHDInanixzrfitJanH鏈基園座（1：BLhU蒐鏈基因座（GLI V.l1.2Mewa of rene fcKnreuilni*"iHKfirtJ 飾MrvUhOtiM wk.二禺"IrwiBrnpcoftANA -"iHKfirtJ 飾MrvUhOtiM wk."iHKfirtJ 飾MrvUhOtiM wk.RNUk turrxwwr *nxwi lurrxnrtr xRNA pncc

15、twnxlfMWU4>H oftntt&Ubon Cowtfl pOWiHTramfad onPVMtin j>f<K+*feh4IPVPttin Hir<7、DNA 甲DNA甲基化3 可能存在于另 能關(guān)閉某些吉 基因的重新命DNA 甲 Q5甲基胞轉(zhuǎn) 嚓吟。在真屯 現(xiàn)在CpG和0 原核生電 甲基化。胞4E嚏甲基化NH.HtCNH, 0甲基化HNCH,I孫-甲墓膝嗦吟埒嚎畤7 甲荃鳥嗓吟圖71 4甲基胞N甲基專專峙和卜甲義鳥犀吟第枸團(tuán)»71不同生4*DNA甲蕃化的特征比較檀物un methylated CYtosirv®methylatedcy

16、tosineA C 3 TACG7ATCGTT Q C A T A G C Amethylat(onTGCATAGCAONA repllcstionmethylation由于甲基化胞喘腱極易在進(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)。CG is佰ndintronsDNARNA10,000 nucleotide pairsDNAhypoxanthine phosphoribosyl transfarase gene111卞DNA>3*g ribosomal protein gene°=DNA甲基化

17、抑制基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)理:DNA甲基化能引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、DNA構(gòu)象、DNA穩(wěn)定性，從而影響到DNA與蛋白質(zhì)相互作用方 式的改變，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。如：引起B(yǎng)-DNA向ZDNA過渡啟動區(qū)DNA±的DNA甲基化密度與基因轉(zhuǎn)錄受 抑制程度相關(guān)，其影響與MeCPl結(jié)合DNA的能力 成正相關(guān)。甲基化CpG的密度和啟動子強(qiáng)度間的平 衡決定該啟動子是否有轉(zhuǎn)錄活性。（P252圖）真核基因的轉(zhuǎn)錄（順式作用元件）真核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控是通過順式作用元件和反式作用因子相互作用實現(xiàn)的。此節(jié)主要介紹順式作用 兀件。真核細(xì)胞的三種RNA聚合酶（I、II和n

18、o中，只 有RN A聚合酶II能轉(zhuǎn)錄生成mRN A真核基因的順式調(diào)控元件是基因周圍能與特異轉(zhuǎn) 錄因子結(jié)合而影響轉(zhuǎn)錄的DNA序列。其中主要是 起正性調(diào)控作用的順式作用元件，包括：啟動子增強(qiáng)子近年又發(fā)現(xiàn)起負(fù)性調(diào)控作用的元件沉寂子1、真核基因的啟動子啟動子是一段特定的直接與RN A聚合酶及人金屬硫蛋口基因的調(diào)控區(qū)說明真核基因上游啟動子元件的組織情況和各1元件相應(yīng)結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子其轉(zhuǎn)錄因子相結(jié)合、決定基因轉(zhuǎn)錄起始與否的 DNA序列。不同的啟動子對RNA聚合酶的親和 力不同，所結(jié)合的反式作用因子也不同，因此, 基因轉(zhuǎn)錄活性乜GREBLE MREMRE BLE TRE MKE GC MRJE TATA刪M用

19、觀熬洞HI,'，B觀二BOL_1Z-260 *240 -220 -200 -180 -IS) -140 -120 一WO -80 -60 一40PICPmtein binding典型的原核啟動子有四大要素轉(zhuǎn)錄起始位點，-10E,35區(qū)和40區(qū)與35區(qū)之間的間隔。原核基因轉(zhuǎn)錄起“ 40區(qū)：是一個6 "8095456050 35區(qū)：是另一個 丁82丁8478人65。54(DNA 5*“因子-35區(qū)間隔區(qū)/bp10 K大腸桿菌TTCACA16 18TATAATa38GITAAGC16-20CGTCCO32TNTCNCCCTTCAA13-15CCCCATITA枯草桿菌營養(yǎng)生長CTGG

20、YAYA5TTGCATTCACA17TATAATNGCTOTOA14GGGTATacAAATC15TANTGNTINTATAAA15GCCGATAT/NNAGGATWT14NGAAT枯草桿菌抱子形成TGGCAC5TTGCANNNNNATANN14CATACANTGGATN15GGNNANNTN/CNATN18CATNNTAAC17CATANNTA表MM 大腸桿IT和枯草桿茵的啟動子序列真核基因啟動子：啟動子中的元件可以分為兩種： 核心啟動子元件：指RN A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 游一25/-30bp處的TATA盒。核心元件單獨起作 用時只能確定轉(zhuǎn)錄起始位

21、點和產(chǎn)生基礎(chǔ)水平的轉(zhuǎn)錄。 上游啟動子元件：包括通常位于一70bp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，這使得不同的基因表達(dá)分別 有不同的調(diào)控。以人金屬硫蛋白基因為例，說明真 核基因上游啟動子元件的組織情況和各元件相應(yīng)結(jié) 合的轉(zhuǎn)錄因子。2、RNA聚合酶真核生物有3類RNA聚合酶，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄3類不同的啟動子： 由RNA聚合酶I負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄的RNA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位核昔酸組成，單獨存在時就足以

22、起 始轉(zhuǎn)錄。另一部分由-170107位序列組成，稱為上游調(diào)控 元件，能有效地增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄效率。 X-170 -W 450 d40 430-120Pol 1how two HMfuonca components由RNA聚合酶HI負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄的是5SrRNA、tRNA 和某些核內(nèi)小分子RNA (snRNA),其啟動子(DI 類)組成較復(fù)雜，又可被分為三個亞類。兩類5S RNA和tRNA基因的啟動子是內(nèi)部啟動子，位于轉(zhuǎn)戈 丄 > > > v .1 t >t > b-<含、亠 t r阿om for RNA erase l：ll may consist 口恤恤 sequenc

23、Bs 細(xì)喚旳of th© tttpoifYt, wth boxA lepereted frwi eitlw boxC « toxa. Or may nosst of separated SudhCes upstreani of 出e tfirtpolni <Oct. PSETATA),Startpuinlbo A box Cbo* A hoc B8OCTPSE TATA多數(shù)n類啟動子有一個被稱為TATA盒的共有序列，通常 處于30區(qū)，相對于轉(zhuǎn)錄起始位點的位置比較固定。TATA 盒存在于所有真核生物中，TATA盒是一個保守的七堿基 對，其序列為：也有一些H類啟動子不含有

24、TATA盒，這樣的啟動子稱為 無TATA盒啟動子。TATACAATGCPromoters contarn drtlarent combinations of TTACAATbox*. GC boxes, and other e4aments.ftW»B 子【動 100一"TOGCCACACCCGC SLGGCCMTCT CAAT醫(yī)-20ATATAAJ, £的、 I子。® 54 e動子區(qū)主聲序式作用元幷與&珠愛白碁因林活性3、增強(qiáng)子及其對轉(zhuǎn)錄的影響是一種能夠提高轉(zhuǎn)錄效率的順式調(diào)控元件，最早 是在SV40病毒DNA中轉(zhuǎn)錄啟始位點上游約 200bp發(fā)現(xiàn)

25、有兩段72bp長的重復(fù)序列，可使旁側(cè) 的基因轉(zhuǎn)錄提高100倍。其后在多種真核生物， 甚至在原核生物中都發(fā)現(xiàn)了增強(qiáng)子。增強(qiáng)子通常 占100200bp長度，也和啟動子一樣由若干組 件構(gòu)成，基本核心組件常為812bp,可以單拷 貝或多拷貝串連形式存在。增強(qiáng)子是指能使和它連鎖的基因轉(zhuǎn)錄頻率明顯增 加的DNA序列。作為基因表達(dá)的重要調(diào)節(jié)元件，增強(qiáng)子常具有下列性質(zhì):1、增強(qiáng)效應(yīng)十分明顯，一般能使基因轉(zhuǎn)錄頻 率增加10-200倍。經(jīng)人巨大細(xì)胞病毒增強(qiáng)子增強(qiáng) 后的珠蛋白基因表達(dá)頻率比該基因正常轉(zhuǎn)錄高600- 1000倍！2、增強(qiáng)效應(yīng)與其位置和取向無關(guān)，不論增強(qiáng) 子以什么方向排列(5、一3或3、一5')

26、,甚至和基 因相距3kp,或在基因下游，均表現(xiàn)出增強(qiáng)效應(yīng)；3、大多為重復(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：(G) TGGA/TA/TA/T (G),是產(chǎn)生增強(qiáng)效應(yīng)時 所必需的；4、增強(qiáng)效應(yīng)有嚴(yán)密的組織和細(xì)胞特異性， 說明只有特定的蛋白質(zhì)（轉(zhuǎn)錄因子）參與才能發(fā) 揮其功能；5、沒有基因?qū)Ｒ恍?，可以在不同的基因組合上表現(xiàn)增強(qiáng)效應(yīng);6、許多增強(qiáng)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(qiáng)子，就可以對環(huán)境中的鋅、鎘濃度做出反應(yīng)。增強(qiáng)子的作用原理是什么呢？ 一種觀點認(rèn)為, 增強(qiáng)子為轉(zhuǎn)錄因子提供進(jìn)入啟動子區(qū)的位點。 第二種認(rèn)為，增強(qiáng)子能改變?nèi)旧|(zhì)的構(gòu)

27、象。 因為增強(qiáng)子區(qū)域容易發(fā)生從B-DNA到Z DNA的構(gòu)象變化。LI UL?U Lf A rri 節(jié)ihpGGTGTQGAAAeTATA Qf、堆辭3址1QI 1DJCCGCCCT3 tJiru qvm巒矚辛舉林i殺巻囲增強(qiáng)子的功能是可以累加的。SV40增強(qiáng)子序列可 以被分為兩半，每一半序列本身作為增強(qiáng)子功能 很弱，但合右一起，即橫其申愉皤入一些別的浄 卻，仍然是一個有效葩增弓g字。因此，要稜一個 增強(qiáng)子失活必須在多個位點上造成突變。對SV40 增強(qiáng)子而言，沒有任何單個的突變可以使其活力 降低10倍。圖106 RNA秦合酶Q轉(zhuǎn)錄基因的典型結(jié)構(gòu)4 沉寂子最早在酵母中發(fā)現(xiàn)，以后在T淋巴細(xì)胞的 T抗

28、原受體基因的轉(zhuǎn)錄和重排中證實這種負(fù) 調(diào)控順式元件的存在。目前對這種在基因轉(zhuǎn) 錄降低或關(guān)閉中起作用的序列研究還不多， 但從已有的例子看到：沉寂子的作用可不受 序列方向的影響，也能遠(yuǎn)距離發(fā)揮作用，并 可對異源基因的表達(dá)起作用。返回口三、反式作用因子對轉(zhuǎn)錄的影響反式作用因子研究最多的是與H 后來發(fā)現(xiàn)TFIID實際各TF培令歐序：TATA box TF耳比兇人嗣"THE = pjC(pft_ injurs wmptex 不同基因由不同的上游啟動子元件組成，能 與不同的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，這些轉(zhuǎn)錄因子通過 與基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)錄復(fù)合體作用而影響轉(zhuǎn)錄的效率。 現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有許多不同的轉(zhuǎn)錄因子，看到DNAFRNA

29、poin RnWr-AixiwtmgDNA binding domainconiiEctoT轉(zhuǎn)錄因子與轉(zhuǎn)錄復(fù)合體相互作用模式圖2、反式作用因子中的DNA識別或結(jié)合域如上圖所示，作為蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄因子從功能上分 析其結(jié)構(gòu)可包含有不同區(qū)域，DNA結(jié)合域：多由60100個氨基酸殘基 組織的幾個亞區(qū)組成；轉(zhuǎn)錄激活域：常由30100氨基酸殘基組成，這結(jié)構(gòu)域有富含酸性氨基酸、富含谷氨酰胺、 富含脯氨酸等不同種類，以酸性結(jié)構(gòu)域最多見； 連接區(qū):即連接上兩個結(jié)構(gòu)域的部分。不與DNA 直接結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子沒有DNA結(jié)合域，但能通過 轉(zhuǎn)錄激活域直接或間接作用于轉(zhuǎn)錄復(fù)合體而影響 轉(zhuǎn)錄效率。(a)亠丄畧螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋H

30、TH結(jié)構(gòu)及其與DCCOOH每個重 鋅以4丿 和2個纟 這樣的 入DWGC盒舍 重復(fù)figure 28-15(4)堿性一螺旋環(huán)螺旋 (bHLH)： bHLH類蛋白只有 形成同源或異源二聚體時，才 具有足夠的DNA結(jié)合能力。該 調(diào)控區(qū)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a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。(5)同源域蛋白(hd)： 同源域是編碼60個保守氨基酸 序列的DNA片段，同源轉(zhuǎn)換基因 與生物生長、發(fā)育和分化有關(guān)。 許多含有同源轉(zhuǎn)換區(qū)的基因具有 轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能，同源轉(zhuǎn)換區(qū)氨

31、基 酸序列可能參與了 DNA結(jié)合區(qū)。 最早來自控制軀體發(fā)育的基因， 其中的DNA結(jié)合區(qū)與螺旋一轉(zhuǎn)角 -螺旋相似，人們把該DNA序列 稱為同源域盒。主要與DNA大溝 相結(jié)合。四、真核基因表達(dá)調(diào)控的主要模式 （真核基因表達(dá)調(diào)控舉例）現(xiàn)代分子生物學(xué)上把能與某個（類）專一蛋白因子結(jié)合，從而控制基因特異表達(dá)的DNA上游序列稱為應(yīng)答元件（response element） o它們與細(xì)胞內(nèi)高度專一的轉(zhuǎn)錄因子相互作用，協(xié)調(diào)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。最常見的應(yīng)答元件有： 熱激應(yīng)答元件（HSE）, 糖皮質(zhì)應(yīng)答元件（GRE）,金屬應(yīng)答元件（MRE）返回首頁1、蛋白質(zhì)磷酸化與基因表達(dá)蛋白質(zhì)的磷酸化反應(yīng)是指通過酶促反應(yīng)把磷酸基

32、團(tuán)從一個化合物轉(zhuǎn)移到另一個化合物上的過程，是 生物體內(nèi)存在的一種普遍的調(diào)節(jié)方式，在細(xì)胞信 號的傳遞過程中占有極其重要的地位。蛋白質(zhì)蛋白激酶蛋白質(zhì)wpi已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在人體內(nèi)有多達(dá)2000個左右的蛋白質(zhì)激 酶和1000個左右的蛋白質(zhì)磷酸酶基因。蛋白質(zhì)的 磷酸化是指由蛋白質(zhì)激酶催化的把ATP或GTP上Y 位的磷酸基轉(zhuǎn)移到底物蛋白質(zhì)氨基酸殘基上的過程，其逆轉(zhuǎn)過程是由蛋白質(zhì)磷酸酶催化的，稱為蛋白質(zhì)脫磷酸化。(A) SIGNALING BY PHOSPHORYLATiOMSIGNALING BY GTP-BINOING PROTEIN(A) SIGNALING BY PHOSPHORYLATiOMSIGNAL

33、ING BY GTP-BINOING PROTEIN©SIGNAL OUT©SIGNAL OUT(A) SIGNALING BY PHOSPHORYLATiOMSIGNALING BY GTP-BINOING PROTEIN(A) iom-chamnel-linked receptorligand才 ligandactive catalytic domairtactivated G provemIE> G-PflOTEtN-UNKeD RECEPTORG protein enryme or (on channel1CJ ENZYME 11NKEO RECEPTORcd

34、taiytic domain” ligandactivated 林7 enzymo orIO0 charnei(A) SIGNALING BY PHOSPHORYLATION<B) SIGNALING BY GTP BINOING PROTEIN蛋白激酶(PK)分類:根據(jù)底物蛋白質(zhì)被磷酸化的氨基酸殘基種類分:(1)絲氨酸/蘇氨酸型(2)酪氨酸型 (3)組氨酸型根據(jù)是否有調(diào)節(jié)物參與蛋白激酶活性分:(1)信使依賴型(P269表)(2)非信使依賴型<B1 SYNAPTIC© ENDOCRINEblood<B1 SYNAPTIC© ENDOCRINEBignBli

35、ng celltarget celtschvmic&lliouroltafttnimeT 悄91®"endocrine cellblood2、熱激應(yīng)答激活蛋白雖然所有應(yīng)答元件與轉(zhuǎn)錄起始位點的距離并不固Uh榊輻拈融詢的栢互作用WttHTa*應(yīng)pitDNA序列壬MSBHSECNNGAANNTCCNNGHSF9.3X10*GRETGGTACAAATGHCT'S,4XIO*MRECGNCCCGGNCNC?TRETGACTCAAPISRECCATATTAGGSRF5.2X1O1紐質(zhì)ssl&圖5-14熱激蛋白調(diào)控的基因表達(dá)機(jī)制熱激以后，HSF不但形成三體，還迅速

36、被磷酸化在蛋的D子于形區(qū)C 44C氨導(dǎo)除圖2）董白賈裝配過程中的自由能變化 九嚴(yán)格的自裝配不需要分子伴侶參與f B.需耍分子伴侶等輔勒因子詹與的自®®i Ui未議裝配時自由骼水平F】4不正瓏較配時自由I&水平卜心正確裝記時自 由低水平】實鏡*無分子伴侶裝配時的自由能變化'有分子伴A分子雜 試驗結(jié)果侶裳配時的自由能變化常溫下，Hsp蛋白第1和4號拉鏈發(fā)生相互作用， 從而阻斷了三體的形成；熱激或其他環(huán)境脅迫導(dǎo) 致內(nèi)源拉鏈之間的解離，蛋白質(zhì)伸展成長鏈，不 同鏈上的拉鏈發(fā)生作用，形成具有DNA結(jié)合能力 的三體。生長條件下，Hsp70主要作用于新生肽的從頭折Hsp70

37、能夠被熱激或其他形式的脅迫迅速誘導(dǎo),與變性多肽結(jié)合，防止形成不可逆聚集。在正常宣。嚴(yán)格的自裝配除多肽的一級結(jié)構(gòu)之外不需要其他 任何因子，因為這些蛋白的正確結(jié)構(gòu)形式在動力 學(xué)和熱力學(xué)上都是有利的。在輔助因子介導(dǎo)的自 裝配中，錯誤的結(jié)構(gòu)比正確的結(jié)構(gòu)更易形成。分 子伴侶的結(jié)合可以通過設(shè)置障礙來阻止錯誤的裝 配，或通過降低正確裝配所需根據(jù)活化能來促進(jìn) 這一過程的發(fā)生。3、激素及其影響（簡）激素一受體復(fù)合物與染色質(zhì)特定區(qū)域結(jié)合，導(dǎo)致 基因轉(zhuǎn)錄的起始或關(guān)閉。激素應(yīng)答基因多為順式作用元件，該序列有類似 增強(qiáng)子的作用。激素、受體、順式作用元件三者 的結(jié)合才能發(fā)揮作用。/ttl二種假說：1受體流動假說：激素一受體復(fù)合物在膜內(nèi)流動 并激活環(huán)化酶，引發(fā)后續(xù)效應(yīng)。2、中介物假說：膜脂或加入的磷脂物質(zhì)為中介3、鄰位互調(diào)假說：激素與GTP協(xié)同作用使腺昔酸 環(huán)化酶幾種不同構(gòu)象之間發(fā)生互變五、其它水平上的基因調(diào)控1、RNA的加工成熟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)物在細(xì)胞質(zhì)后，經(jīng)核昔的修飾。生成前體tRN