MO真核生物的轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄調(diào)控

1、1會(huì)計(jì)學(xué)MO真核生物的轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄調(diào)控真核生物的轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄調(diào)控每種RNA聚合酶均含有12個(gè)或更多的不同亞基每種RNA聚合酶均含有類似于E.Coli core RNA polymerase的亞基，最大的兩個(gè)亞基彼此相似，并與E.coli RNA聚合酶的和 亞基相似，其他亞基與E.coli 聚合酶中的a亞基具有同源性。另外還有五種亞基在這三種聚合酶中是共同的，剩下的其他的亞基是各種聚合酶所特有的。不需要引不需要引物，與細(xì)物，與細(xì)菌聚合酶菌聚合酶不同的是不同的是與與DNA結(jié)結(jié)合時(shí)需要合時(shí)需要輔助因子輔助因子The largest subunit in RNA polymerase II has a C

2、TD (carboxy-terminal domain) consisting of multiple repeats of a septamer（七聚體）. 羧基末端結(jié)構(gòu)域羧基末端結(jié)構(gòu)域Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-SerRepeat 52 times in the mouse enzyme and 26 times in yeast重要的磷酸化現(xiàn)象：重要的磷酸化現(xiàn)象：ser，tyr 磷酸化發(fā)生在酶離開啟動(dòng)子的延伸過(guò)程CTD 尾可與尾可與 mRNA加工因子發(fā)生相互作用，而對(duì)加工因子發(fā)生相互作用，而對(duì)mRNA的加工的加工過(guò)程產(chǎn)生直接或間接的影響。所以過(guò)程產(chǎn)生直接或間接的影響。

3、所以CTD 尾在尾在mRNA轉(zhuǎn)錄和加工的轉(zhuǎn)錄和加工的偶聯(lián)過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。偶聯(lián)過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。核仁的作用核仁的作用前rRNA由RNA聚合酶I在核仁中合成。rRNA基因排列成環(huán)一起組成核仁，也就是熟知的核組織區(qū)域。核心元件包括轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，跨越核心元件包括轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，跨越31到到6區(qū)域。這區(qū)域。這一序列為轉(zhuǎn)錄所必需的。一序列為轉(zhuǎn)錄所必需的。另一大約另一大約50一一80個(gè)堿基區(qū)域稱作上游控制元件個(gè)堿基區(qū)域稱作上游控制元件(UCE)，從起始上游大約從起始上游大約100bp處處(100)起始。起始。與核心元件單獨(dú)作用相比，與核心元件單獨(dú)作用相比，UCE的存在使轉(zhuǎn)錄效率提高的存在使轉(zhuǎn)錄效率提

4、高了了10100倍。倍。選擇因子（選擇因子（SL1）與UBF-DNA復(fù)合物結(jié)合并使其穩(wěn)定，然后RNA聚合酶I結(jié)合，起始轉(zhuǎn)錄SL1四亞基組成，包括TATA結(jié)合蛋白（TBP，為所有RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄起始所需）和RNA聚合酶I特異的TBP相關(guān)因子（TAF）RNA聚合酶聚合酶III基因：基因：5S與與tRNA基基因的轉(zhuǎn)錄因的轉(zhuǎn)錄 RNA聚合酶聚合酶III 核質(zhì)中，由16或更多亞基構(gòu)成，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄5S rRNA的前體，tRNA，其他snRNA和胞質(zhì)RNA tRNA基因基因 轉(zhuǎn)錄控制區(qū)位于轉(zhuǎn)錄單元內(nèi)的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)之后。 有兩個(gè)高度保守的序列，即A框(5TGGCNNAGTGG3 ) 和B框(5 GGTTCGAN

5、NCC3)。n該序列同時(shí)也是編碼tRNA自身的重要序列，即編碼tRNA的D環(huán)和TvC環(huán)。tRNA內(nèi)的高度保守序列同時(shí)也內(nèi)的高度保守序列同時(shí)也是高度保守的啟動(dòng)子是高度保守的啟動(dòng)子DNA 序列。序列。 5S rRNA基因基因 基因串聯(lián)成簇，基因串聯(lián)成簇， 啟動(dòng)子含有啟動(dòng)子含有2個(gè)保守框：個(gè)保守框：C框位于起始位點(diǎn)下游框位于起始位點(diǎn)下游81-99個(gè)堿基處；個(gè)堿基處；A框位于起始框位于起始位點(diǎn)下游位點(diǎn)下游50-65個(gè)個(gè)bpnTFIIIA結(jié)合在啟動(dòng)子結(jié)合在啟動(dòng)子C框框后，后，TIIIC與與TFIIIA-DNA復(fù)合體結(jié)合，并與復(fù)合體結(jié)合，并與A框結(jié)框結(jié)合，合， TFIIIB結(jié)合進(jìn)來(lái)募集聚合結(jié)合進(jìn)來(lái)募集聚合

6、酶，起始轉(zhuǎn)錄。酶，起始轉(zhuǎn)錄。RNA聚合酶聚合酶II基因：?jiǎn)?dòng)子與增強(qiáng)子基因：?jiǎn)?dòng)子與增強(qiáng)子RNA聚合酶聚合酶II 催化所有編碼基因的催化所有編碼基因的mRNA前體前體的合成。的合成。RNA聚合酶聚合酶II轉(zhuǎn)錄的前轉(zhuǎn)錄的前mRNA須經(jīng)過(guò)須經(jīng)過(guò)加帽、加尾和剪接等加工過(guò)程加帽、加尾和剪接等加工過(guò)程順式作用元件順式作用元件定義：影響定義：影響自身基因自身基因表達(dá)活性的非編碼表達(dá)活性的非編碼DNA序列。序列。 例：例： 啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、沉默子等啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、沉默子等真核生物啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)核心啟動(dòng)子（core promoter）上游啟動(dòng)子元件（upstream promoter element，UPE）（

7、1）啟動(dòng)子：在DNA分子中，RNA聚合酶能夠識(shí)別、結(jié)合并導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄起始的序列。作用：選擇正確的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，保證精確起始TATA 常在-25bp左右，相當(dāng)于原核的-10序列T T8585A A9797T T9393A A8585A A6363A A8383A A5050作用：控制轉(zhuǎn)錄起始頻率。CAAT：-70 - -80bpGGGCGG：-80 - -110bp增強(qiáng)子指增強(qiáng)子指能從啟動(dòng)子的上游或下游數(shù)干個(gè)能從啟動(dòng)子的上游或下游數(shù)干個(gè)bp處來(lái)激活轉(zhuǎn)錄的處來(lái)激活轉(zhuǎn)錄的序列元件稱為增強(qiáng)子。序列元件稱為增強(qiáng)子。 增強(qiáng)效應(yīng)與其位置和取向無(wú)關(guān)，不論增強(qiáng)子以什么方向排列（53或35），甚至和靶基因相距3 kb

8、，或在靶基因下游，均表現(xiàn)出增強(qiáng)效應(yīng)；An enhancer can activate a promoter from upstream or downstream locations, and its sequence can be inverted relative to the promoter 增強(qiáng)效應(yīng)有嚴(yán)密的組織和細(xì)胞特異性，并擁有多種基序。從極長(zhǎng)的增強(qiáng)子元件到較短的啟動(dòng)子元件，其內(nèi)均存在一系列連續(xù)的調(diào)控元件。 沒(méi)有基因?qū)Ｒ恍裕梢栽诓煌幕蚪M合上表現(xiàn)增強(qiáng)效應(yīng)； 許多增強(qiáng)子還受外部信號(hào)的調(diào)控，如金屬硫蛋白的基因啟動(dòng)區(qū)上游所帶的增強(qiáng)子，就可以對(duì)環(huán)境中的鋅、鎘濃度做出反應(yīng)。 真核生物轉(zhuǎn)錄

9、起始復(fù)合物 5端加帽 3端加尾 RNA的剪接 RNA的編輯第二節(jié)第二節(jié) 真核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控真核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控TFD（TATA）、CTF（CAAT）、SP1（GGGCGG）、HSF（熱激蛋白啟動(dòng)區(qū)） 真核生物的轉(zhuǎn)錄因子真核生物的轉(zhuǎn)錄因子 與通用轉(zhuǎn)錄因子與通用轉(zhuǎn)錄因子不同，通過(guò)與特定啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)如增強(qiáng)子的親和不同，通過(guò)與特定啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)如增強(qiáng)子的親和發(fā)現(xiàn)，先于特定發(fā)現(xiàn)，先于特定DNA結(jié)合，然后激活轉(zhuǎn)錄。結(jié)合，然后激活轉(zhuǎn)錄。DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域結(jié)合結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域連接區(qū)一些轉(zhuǎn)錄因子還含有二聚體結(jié)構(gòu)域一些轉(zhuǎn)錄因子還含有二聚體結(jié)構(gòu)域） 同源域是一個(gè)DNA結(jié)合域，它由60個(gè)氨基酸組成

10、，并形成3個(gè)螺旋。C端的螺旋有17個(gè)氨基酸，它結(jié)合DNA大溝。同源域N端臂插入DNA小溝。 含同源域的蛋白質(zhì)可能是轉(zhuǎn)錄的激活劑或阻抑物。1、螺旋螺旋- -轉(zhuǎn)折轉(zhuǎn)折- -螺旋（螺旋（helix-turn-helixhelix-turn-helix） 現(xiàn)廣泛分布在從酵母到人類的各種真核生物中，雖彼此在氨基酸的順序上差別很大，但高級(jí)結(jié)構(gòu)高度保守。Helix 3 of the homeodomain binds in the major groove of DNA, with helices 1 and 2 lying outside the double helix. The N-terminal

11、arm lies in the minor groove, and makes additional contacts. 配位鍵配位鍵2-9個(gè)個(gè)定義：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(gè)含有大約30個(gè)氨基酸的環(huán)和一個(gè)與環(huán)上的4個(gè)Cys或2個(gè)Cys和2個(gè)His配位的Zn構(gòu)成，形成的結(jié)構(gòu)像手指狀。 “鋅指鋅指”是根據(jù)其結(jié)構(gòu)命名的，其中一小段保守氨基酸與是根據(jù)其結(jié)構(gòu)命名的，其中一小段保守氨基酸與ZnZn2+2+結(jié)合，形成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的區(qū)域。有兩類結(jié)合，形成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的區(qū)域。有兩類DNADNA結(jié)合蛋白含有這種結(jié)構(gòu)結(jié)合蛋白含有這種結(jié)構(gòu)： 1 1）經(jīng)典的）經(jīng)典的“鋅指鋅指”蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 2

12、 2）類因醇受體）類因醇受體1）經(jīng)典的）經(jīng)典的“鋅指鋅指”蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)典型典型“鋅指蛋白鋅指蛋白”含有一連串鋅含有一連串鋅指。指。單個(gè)鋅指共有序列如下圖所示：?jiǎn)蝹€(gè)鋅指共有序列如下圖所示：CysCys-X-X2-42-4- -CysCys-X-X3 3-Phe-X-Phe-X5 5-Leu-X-Leu-X2 2- - HisHis-X-X3 3- -HisHis 稱為稱為CysCys2 2/His/His2 2鋅指鋅指。轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子SP1 （GC盒）盒） 、連、連續(xù)的續(xù)的3個(gè)鋅指重復(fù)結(jié)構(gòu)。個(gè)鋅指重復(fù)結(jié)構(gòu)。 謹(jǐn)慎理解鋅指存在的意義：謹(jǐn)慎理解鋅指存在的意義： 尤其是蛋白質(zhì)僅含有單個(gè)鋅尤其是蛋白質(zhì)

13、僅含有單個(gè)鋅指時(shí)，鋅指可能參與指時(shí)，鋅指可能參與RNARNA的結(jié)合的結(jié)合而不是而不是DNADNA結(jié)合，或它與任何核結(jié)合，或它與任何核酸結(jié)合活性均無(wú)關(guān)。酸結(jié)合活性均無(wú)關(guān)。2 2）類）類固固醇受體醇受體 類固醇受體（ Steroid receptors）是配體應(yīng)答的激活劑,它通過(guò)結(jié)合類固醇（或其他相關(guān)分子）而激活。它們有獨(dú)立的DNA結(jié)合域和配體結(jié)合域。 類固醇受體的類固醇受體的DNADNA結(jié)合域是一類鋅指結(jié)合域是一類鋅指： CysCys-X-X2 2- -CysCys-X-X1313- -CysCys-X-X2 2- -CysCys 被稱為被稱為CysCys2 2/ Cys/ Cys2 2鋅指鋅指

14、。 如糖皮質(zhì)激素受體和雌激素受體各含兩個(gè)鋅指。如糖皮質(zhì)激素受體和雌激素受體各含兩個(gè)鋅指。配體的結(jié)合使得受體（配體的結(jié)合使得受體（如類固醇受體如類固醇受體）能夠結(jié)合應(yīng)答元件：）能夠結(jié)合應(yīng)答元件：配體結(jié)合于受體的配體結(jié)合于受體的C端結(jié)構(gòu)域，提高了端結(jié)構(gòu)域，提高了DNA結(jié)合域?qū)Y(jié)合域?qū)NA特特異靶位點(diǎn)的親和力。異靶位點(diǎn)的親和力。二聚體結(jié)構(gòu)域二聚體結(jié)構(gòu)域亮氨酸之間相互作用形成亮氨酸之間相互作用形成二聚體，形成二聚體，形成“拉鏈拉鏈” 。肽鏈氨基端肽鏈氨基端2030個(gè)富含個(gè)富含堿性氨基酸結(jié)構(gòu)域與堿性氨基酸結(jié)構(gòu)域與DNA結(jié)合。結(jié)合。這類蛋白質(zhì)的這類蛋白質(zhì)的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域?qū)嶋H是以堿結(jié)合結(jié)構(gòu)域?qū)嶋H是以堿性

15、區(qū)和亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域整體作為基礎(chǔ)的。性區(qū)和亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域整體作為基礎(chǔ)的。這種基序含有這種基序含有4-8個(gè)亮個(gè)亮氨酸，每?jī)蓚€(gè)亮氨酸氨酸，每?jī)蓚€(gè)亮氨酸由由6個(gè)氨基酸間隔。個(gè)氨基酸間隔。DNA結(jié)合蛋白有結(jié)合蛋白有兩個(gè)共同特征，兩個(gè)共同特征，即存在即存在結(jié)合結(jié)合DNA的螺旋區(qū)的螺旋區(qū)和和形成形成蛋白質(zhì)二聚體蛋白質(zhì)二聚體的的能力。螺旋能力。螺旋-環(huán)環(huán)-螺螺旋蛋白同時(shí)具有旋蛋白同時(shí)具有這兩特征。這兩特征。(2) 反式作用因子中的轉(zhuǎn)錄激活域轉(zhuǎn)錄調(diào)控舉例2轉(zhuǎn)錄調(diào)控舉例3第三節(jié)第三節(jié) RNA加工與核糖核蛋白復(fù)合體加工與核糖核蛋白復(fù)合體 RNA processing and RNPsRNA processing

16、 and RNPs發(fā)生在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中和轉(zhuǎn)錄后，新合成的發(fā)生在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中和轉(zhuǎn)錄后，新合成的RNARNA分子在結(jié)構(gòu)和化學(xué)方面的成熟。分子在結(jié)構(gòu)和化學(xué)方面的成熟。 ClassFunctionPositionhnRNA成熟mRNA的前體核內(nèi)snRNA參與hnRNA的剪接、轉(zhuǎn)運(yùn)核內(nèi)scRNA蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成的信號(hào)識(shí)別體的組成成分胞內(nèi)rRNA核蛋白體組成成分tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸mRNA蛋白質(zhì)合成模板nDeletion: 5-leader, 3-tail, intronnAddition: 5-cap, 3-poly(A), editingnModification: methylation1) t.RNA

17、前體形成莖環(huán)結(jié)構(gòu).；2)內(nèi)切酶的識(shí)別切除5/端16 nt和3/端2nt.3) t.RNA核苷轉(zhuǎn)移酶,在3/端加上, 5/-CCA-3/結(jié)構(gòu).；4)切除內(nèi)合子再連接.核糖核酸酶核糖核酸酶P和核酶和核酶RnaseP核酶核酶: 可催化特定反應(yīng)的可催化特定反應(yīng)的RNA分子。細(xì)胞內(nèi)蛋白有助于催化分子。細(xì)胞內(nèi)蛋白有助于催化，鎂離子可提高活性，鎂離子可提高活性RNaseP內(nèi)切核酸酶；內(nèi)含子的自我剪接利用人工設(shè)計(jì)核酶可體內(nèi)剪切mRNA分子抑制轉(zhuǎn)錄表達(dá)，組織病毒復(fù)制、殺死癌細(xì)胞及基因失活.mRNA加工加工hnRNP和和SnRNP snRNP 顆粒參與前mRNA的剪接和rRNA 甲基化位點(diǎn)的確定55端加帽端加帽多

18、聚腺苷酸尾巴AAUAAA：準(zhǔn)確切割加poly（A）地中海貧血病人的珠蛋白基因，1/4切除內(nèi)含子將外含子連接在一起的過(guò)程，發(fā)生在核內(nèi)，mRNA成熟后轉(zhuǎn)錄到胞質(zhì)mRNA splicing: Two-stepFirst, the bond in front of the G at the 5-end of the intron at the so-called 5-splice site is attacked by the 2-hydroxyl group of the A residue of the branchpoint sequence to creat a tailed circular

19、 molecule called a lariat and free exon 1. in the second step, cleavage at 3-splice site occurs after the G of the AG, as the two exon sequences are joined togather. The intron is released in the lariat from and is eventually degraded. mRNA splicing is accomplished through small RNAs (U1, U2, U4, U5

20、 and U6) and associated proteins (snRNPs) which form a complex called the splicesome. First, U1 binds to the 5-splice site and the U2 binds to the branchpoint. The tri-snRNP compex of U4, U5 and U6 can the bind, and in so doing the intron is looped out and the 5- and 3exons are brought into close pr

21、oximity. mRNA splicing:snRNPU1U1U2U2U2U2U2Molecular BiologyMolecular Biology 5.AGGUAAGU .CURAY.(10-40)(U/C)11NCAG G.3 Intronexonexon多聚嘧啶多聚嘧啶AG前一位核苷酸影響剪接效率，存在剪接競(jìng)爭(zhēng)前一位核苷酸影響剪接效率，存在剪接競(jìng)爭(zhēng)CAG = UAG AAG GAG生物體內(nèi)內(nèi)含子的主要類型：GU-AG、AU-AC、類內(nèi)含子、類內(nèi)含子2021-12-287Patterns of Alternative Splicing(A) A cassette exon is def

22、ined as a regulated exon that is either included in the mRNA or excluded. (B) Alternative 5 site. (C) Alternative 3 site. (D) Alternative initiation. (E) Alternative polyadenylation. (F) Intron retention. (G) Mutually exclusive exons. (H) Others 2021-12-290RNA editingAn unusal form of RNA processing

23、 in which the sequence of the primary transcript is altered is called RNA editing. In mammal, editing cuses a single base change form C to U in the apolipoprotein B pre-mRNA, creating a stop codon in the mRNA in intestinal cells. Many cycles of editing eventually produce the mature mRNA which can be translated. 特定特定RNA堿基的一種轉(zhuǎn)錄堿基的改變堿基的一種轉(zhuǎn)錄堿基的改變 RNA 編輯發(fā)生在編輯發(fā)生在tRNAs, rRNAs,和許多和許多R