生物化学与分子生物学八课件22市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

目目 录录Regulation of Gene Expression in Eukaryotes第二十一章第二十一章真核基因表示调控第1页目目 录录1970年年，猿猿猴猴病病毒毒40(simian virus 40,SV40）生生命命周周期期被被确确定定为为早早、晚晚两两个个阶阶段段，使使它它们们成成为为基基因因表表示示调调控控经经典模型。典模型。1975年年D.Pribonow发觉发觉T7开启子序列。开启子序列。1982年年C.Benoist和和P.Chambon揭揭示示了了SV40早早期期开开启启子子序列。序列。1983年年，W.S.Dynan和和R.Tjian分分离离、判判定定了了真真核核转转录录因子因子AP1。1986年年，J.Clarke和和Chambon两两个个试试验验室室同同时时汇汇报报了了SV40增强子多功效元件组成。增强子多功效元件组成。1990年代，信号转导年代，信号转导-基因转录偶联机制成为热点课题基因转录偶联机制成为热点课题。第2页目目 录录第3页目目 录录第4页目目 录录第第 一一 节节真核基因表示调控特征真核基因表示调控特征Features of Eukaryotic Gene Regulation第5页目目 录录一、顺式作用元件是决定真核基因一、顺式作用元件是决定真核基因转录活性关键原因之一转录活性关键原因之一exon1intron1exon nintron n上游上游下游下游转录起始点转录起始点增强子增强子缄默子缄默子开启子开启子TATA盒盒GC盒盒CAAT盒盒增强子增强子第6页目目 录录（一）（一）开启子是开启子是RNA聚合酶结合并开启聚合酶结合并开启 基因转录特异基因转录特异DNA序列序列 真真真真 核核核核 基基基基 因因因因 开开开开 启启启启 子子子子 指指指指 是是是是 RNARNA聚聚聚聚 合合合合 酶酶酶酶（RNA RNA polymerasepolymerase，RNA RNA PolPol）识识识识别别别别、结结结结合合合合基基基基因因因因转转转转录录录录调调调调控控控控区区区区中中中中开开开开启启启启基基基基因因因因转转转转录录录录一一一一段段段段特特特特异异异异DNADNA序序序序列列列列，包包包包含含含含一一一一组组组组转转转转录录录录调调调调控控控控功功功功效效效效组组组组件件件件，其其其其中中中中每每每每一一一一个个个个功功功功效效效效组组组组件件件件DNADNA序序序序列列列列约约约约720 bp720 bp。第7页目目 录录 TATA盒盒 CAAT盒盒 GC盒盒 增强子增强子 顺式作用元件顺式作用元件 结构基因结构基因-GCGC-CAAT-TATA转录起始转录起始真核生物开启子保守序列真核生物开启子保守序列第8页目目 录录1.近起始点近起始点TATA盒盒/起始子及起始子及CpG岛岛 是真核生物开启子关键序列是真核生物开启子关键序列真真 核核 细细 胞胞 开开 启启 子子 是是 包包 含含 转转 录录 起起 始始 点点（transcription initiation site或或transcription start site）在在内内、有有通通用用转转录录因子及因子及RNA聚合酶组装、结合一段聚合酶组装、结合一段DNA序列。序列。经经典典开开启启子子关关键键序序列列（core sequences）是是在在转转录录起起始始位位点点上上游游2535 bp处处，有有一一保保守守TATA序序列列，被被称称为为TATA盒盒（TATA box），真真核核细细胞胞TATA盒盒多多为为TATAAAA序序列列。TATA盒盒与与原原核核细细胞胞开开启启子子一一样样，对对RNA聚聚合合酶酶II转转录录起起始始位点起位点起定位定位作用。作用。第9页目目 录录|一一些些真真核核细细胞胞基基因因含含有有另另一一个个开开启启子子元元件件，称称为为起始子起始子(initiator,Inr)，决定开启子强度。决定开启子强度。|起起始始子子共共有有序序列列为为：（5）Y-Y-A+1-N-T/A-Y-Y-Y（3）；Y代代表表胞胞嘧嘧啶啶C或或胸胸腺腺嘧嘧啶啶T，N代表任意碱基，代表任意碱基，T/A代表代表T或或A。第10页目目 录录u有有一一些些编编码码蛋蛋白白质质基基因因转转录录可可有有多多个个起起始始点点，可产生含不一样可产生含不一样5 末端末端mRNA。u它它们们不不含含TATA盒盒或或起起始始子子，多多在在起起始始位位点点上上游游约约100 bp内内含含有有20 50个个核核苷苷酸酸CG序序列列，被被称做称做CpG岛（岛（CpG island）。u这这些些基基因因大大多多为为低低转转录录基基因因，编编码码中中间间代代谢谢酶酶管家基因。管家基因。第11页目目 录录 2.开启子中上游元件帮助真核基因调整开启子中上游元件帮助真核基因调整GC盒盒(GC box)(GGGCGG)CAAT盒盒(CAAT box)(GCCAAT)u开启子上游元件（开启子上游元件（promoter-proximal elements,或或upstream promoter elements）是一些位于是一些位于TATA盒盒上游上游DNA序列，与调整蛋白结合，调整通用转录因序列，与调整蛋白结合，调整通用转录因子与子与TATA盒结合、盒结合、RNA聚合酶与开启子结合，以聚合酶与开启子结合，以及转录起始复合物形成，从而决定基因转录效率与及转录起始复合物形成，从而决定基因转录效率与专一性。专一性。u常见序列是：常见序列是：第12页目目 录录(二）增强子决定基因时空特异性表示二）增强子决定基因时空特异性表示增强子（增强子（enhancer）是是能能够够结结合合特特异异基基因因调调整整蛋蛋白白，促促进进邻邻近近或或远远隔隔特特定定基基因因表表示示DNA序序列列；在在酵酵母母中中，被被称称为为上上游游活活化化序序列列（upstream activator sequences,UASs）。增强子作用通常与其所处位置和方向无关。增强子作用通常与其所处位置和方向无关。第13页目目 录录增增强强子子距距转转录录起起始始位位点点距距离离改改变变很很大大，从从100 nt到到50,000nt，甚甚至至更更大大。但但总总是是作作用用于于最最近近开开启启子。子。增强子所处位置增强子所处位置在在所所调调控控基基因因上上游游或或下下游游，但但主主要要位位于于上上游游。下下游游内内含含子子当当中中，乃乃至至下下游游最最终终外外显显子子以以外外序序列列也也可含有增强子。可含有增强子。很多哺乳动物基因受一个以上增强子调控。很多哺乳动物基因受一个以上增强子调控。第14页目目 录录（三）缄默子阻遏基因转录（三）缄默子阻遏基因转录缄默子缄默子缄默子缄默子(silencer)(silencer)是指一些真核基因转录调控区是指一些真核基因转录调控区是指一些真核基因转录调控区是指一些真核基因转录调控区中抑制或阻遏基因转录一段（数百中抑制或阻遏基因转录一段（数百中抑制或阻遏基因转录一段（数百中抑制或阻遏基因转录一段（数百bpbp）DNADNA序列。序列。序列。序列。缄默序列促进局部缄默序列促进局部缄默序列促进局部缄默序列促进局部DNADNA染色质形成致密结构，从而染色质形成致密结构，从而染色质形成致密结构，从而染色质形成致密结构，从而阻止转录激活因子结合阻止转录激活因子结合阻止转录激活因子结合阻止转录激活因子结合DNADNA，是基因转录负性调整，是基因转录负性调整，是基因转录负性调整，是基因转录负性调整原因。原因。原因。原因。第15页目目 录录二、反式作用因子和顺式作用蛋白二、反式作用因子和顺式作用蛋白 是真核基因转录调整蛋白是真核基因转录调整蛋白n n在在在在真真真真核核核核细细细细胞胞胞胞核核核核中中中中，有有有有许许许许多多多多蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质能能能能够够够够帮帮帮帮助助助助RNARNA聚聚聚聚合合合合 酶酶酶酶 转转转转 录录录录 RNARNA。这这这这 类类类类 蛋蛋蛋蛋 白白白白 质质质质 统统统统 称称称称 转转转转 录录录录 因因因因 子子子子（transcription transcription factorsfactors，TFTF）或或或或转转转转录录录录调调调调整整整整蛋蛋蛋蛋白白白白（transcription regulatory proteintranscription regulatory protein）。）。）。）。n n以以以以反反反反式式式式作作作作用用用用方方方方式式式式调调调调整整整整基基基基因因因因转转转转录录录录转转转转录录录录因因因因子子子子称称称称为为为为反反反反式式式式作作作作用用用用因因因因子子子子（trans-acting trans-acting factorfactor），以以以以顺顺顺顺式式式式作作作作用用用用方方方方式式式式调调调调整整整整基基基基因因因因转转转转录录录录转转转转录录录录因因因因子子子子称称称称为为为为顺顺顺顺式式式式作作作作用用用用蛋蛋蛋蛋白白白白（cis-cis-acting proteinacting protein）。第16页目目 录录cDNAaDNA反式调整反式调整C顺式调整顺式调整 mRNA C蛋白质蛋白质CBA mRNA蛋白质蛋白质AA第17页目目 录录（一）（一）Pol转录需要基本转录因子和特异转录需要基本转录因子和特异 转录因子转录因子*基本转录因子基本转录因子(general transcription factors)是是RNA聚聚合合酶酶结结合合开开启启子子所所必必需需一一组组蛋蛋白白 因因 子子，决决 定定 三三 种种 RNA(mRNA、tRNA及及rRNA)转录类别。转录类别。第18页目目 录录*特异转录因子特异转录因子(special transcription factors)为为个个别别基基因因转转录录所所必必需需，决决定定该该基基因因时时间、空间特异性表示。间、空间特异性表示。转录激活因子转录激活因子转录抑制因子转录抑制因子第19页目目 录录 转录调整因子结构转录调整因子结构DNA结合域结合域转录激活域转录激活域TF蛋白质蛋白质-蛋白质结合域蛋白质结合域（二聚化结构域）（二聚化结构域）谷氨酰胺富含域谷氨酰胺富含域酸性激活域酸性激活域脯氨酸富含域脯氨酸富含域第20页目目 录录（二）转录因子含有不一样（二）转录因子含有不一样DNA结合域结合域n n螺旋螺旋螺旋螺旋-转角转角转角转角-螺旋螺旋螺旋螺旋是转录因子中常见是转录因子中常见是转录因子中常见是转录因子中常见DNADNA结合域结合域结合域结合域 n n同源异型域结构同源异型域结构同源异型域结构同源异型域结构与与与与HTHHTH结构域类似结构域类似结构域类似结构域类似 n n锌指结构锌指结构锌指结构锌指结构是一类含锌离子转录因子是一类含锌离子转录因子是一类含锌离子转录因子是一类含锌离子转录因子DNADNA结合域结合域结合域结合域 n n亮氨酸拉链亮氨酸拉链亮氨酸拉链亮氨酸拉链结构域既可介导结合结构域既可介导结合结构域既可介导结合结构域既可介导结合DNADNA又可介导蛋白又可介导蛋白又可介导蛋白又可介导蛋白质二聚体化质二聚体化质二聚体化质二聚体化 n n碱性螺旋碱性螺旋碱性螺旋碱性螺旋-环环环环-螺旋螺旋螺旋螺旋结构域也可同时介导结合结构域也可同时介导结合结构域也可同时介导结合结构域也可同时介导结合DNADNA和和和和蛋白质二聚体化蛋白质二聚体化蛋白质二聚体化蛋白质二聚体化 第21页目目 录录螺旋螺旋-回折回折-螺旋螺旋（helix-turn-helix，HTH）同源异型域同源异型域（homeodomain，HD）识别识别螺旋螺旋DNA大沟大沟DNA小沟小沟螺旋螺旋1N端端DNA大沟大沟螺旋螺旋3第22页目目 录录 锌指结构是一类含锌锌指结构是一类含锌DNADNA结合蛋白质模体结合蛋白质模体C2H2型锌指（型锌指（Zinc finger）第23页目目 录录反向平行反向平行片层片层DNA大沟大沟螺旋螺旋Zn2第24页目目 录录 亮氨酸拉链同时调整亮氨酸拉链同时调整DNA结合与蛋白质二聚体化结合与蛋白质二聚体化LeuLeuLeuLeuLeuLeuLeuLeuDNA大沟大沟DNA大沟大沟亮氨酸拉链亮氨酸拉链（leucine zipper）第25页目目 录录 碱性螺旋碱性螺旋-环环-螺旋结构也可调整螺旋结构也可调整DNA结合及蛋结合及蛋白质二聚体化白质二聚体化 碱性螺旋碱性螺旋-环环-螺旋螺旋（basic helix-loop-helix，bHLH）bHLH双体双体DNA大沟大沟螺螺旋旋螺旋螺旋环环第26页目目 录录（三）转录因子含有不一样转录激活域（三）转录因子含有不一样转录激活域n n富含谷氨酰胺转录激活域富含谷氨酰胺转录激活域 n n富含脯氨酸转录激活域富含脯氨酸转录激活域 n n酸性氨基酸转录激活域酸性氨基酸转录激活域 第27页目目 录录三、正性调整占主导真核基因表示三、正性调整占主导真核基因表示调控机制愈加复杂调控机制愈加复杂*不不不不一一一一样样样样DNADNA元元元元件件件件组组组组合合合合可可可可产产产产生生生生各各各各种种种种类类类类型型型型转转转转录录录录调调调调整整整整方方方方式；式；式；式；*各种转录因子又可结合相同或不一样各种转录因子又可结合相同或不一样各种转录因子又可结合相同或不一样各种转录因子又可结合相同或不一样DNADNA元件；元件；元件；元件；*转转转转录录录录因因因因子子子子与与与与DNADNA元元元元件件件件结结结结合合合合后后后后，对对对对转转转转录录录录激激激激活活活活过过过过程程程程所所所所产生效果各异，有正性调整或负性调整之分。产生效果各异，有正性调整或负性调整之分。产生效果各异，有正性调整或负性调整之分。产生效果各异，有正性调整或负性调整之分。第28页目目 录录第第 二二 节节真核基因表示染色质真核基因表示染色质水平调控水平调控Chromosomal Regulation ofEukaryotic Gene Expression第29页目目 录录 基因活化蛋白质改变局部染色质结构基因活化蛋白质改变局部染色质结构异染色质（异染色质（heterochromatin）是转录非活性。是转录非活性。常常染染色色质质（euchromatin）中中转转录录活活性性区区域域对对核核酸酸酶酶敏敏感感，尤尤其其是是转转录录基基因因5-侧侧翼翼区区1000 nt以以内内是是高高敏敏感感位位点点(hypersensitive sites)。很很多多高高敏敏感感位位点点是是调调整整蛋蛋白白质质结结合合序序列列，而而这这些些区区域域核核小小体体相相对对缺缺乏乏也也使使得这些蛋白质易于与之结合。得这些蛋白质易于与之结合。转转录录活活化化染染色色质质与与非非活活化化染染色色质质在在结结构构上有很大不一样。上有很大不一样。第30页目目 录录转转录录活活化化染染色色质质与与非非活活化化染染色色质质组组蛋蛋白白共价修饰方式也不相同。共价修饰方式也不相同。核核小小体体关关键键组组蛋蛋白白（H2A，H2B，H3，H4）中中赖赖氨氨酸酸残残基基非非可可逆逆性性甲甲基基化化，丝丝氨氨酸酸与与苏苏氨氨酸酸残残基基磷磷酸化，乙酰化以及泛素化多是转录活性染色质特点。酸化，乙酰化以及泛素化多是转录活性染色质特点。真真核核细细胞胞DNACpG序序列列（CpG岛岛）中中胞胞嘧嘧啶啶被被甲甲基基化化为为5-甲甲基基胞胞嘧嘧啶啶是是常常见见现现象象，但但转转录录活活性性染染色色质区域胞嘧啶被甲基化程度降低。质区域胞嘧啶被甲基化程度降低。第31页目目 录录l染色质重塑（染色质重塑（chromatin remodeling）基基因因活活化化蛋蛋白白质质能能够够经经过过改改变变基基因因开开启启子子和和调调整整序序列列区区域域染染色色质质结结构构来来促促进进转转录录开开始始。这这种种改改变变局局部部染染色色质质结结构构过过程程被被称称为为染色质重塑染色质重塑。最主要两种方式：最主要两种方式：组蛋白共价修饰组蛋白共价修饰 核小体重塑（核小体重塑（nucleosome remodeling）第32页目目 录录染染色色质质重重塑塑第33页目目 录录l组蛋白乙酰化组蛋白乙酰化 位位点点：组组蛋蛋白白乙乙酰酰化化转转移移酶酶（histone acetyl transferases,HATs），也也称称组组蛋蛋白白乙乙酰酰化化酶酶（histone acetylase）主主要要作作用用于于核核小小体体关关键键组组蛋蛋白白所所富富含含赖赖氨氨酸酸残残基基，降降低低整整个个核核小小体体对对DNA亲亲和性。和性。时间：时间：基因活化蛋白质结合在转录调整区域后。基因活化蛋白质结合在转录调整区域后。第34页目目 录录作作用用：使使染染色色质质进进入入转转录录活活性性状状态态乙乙；还还可可能能促促进进或或预预防防与与其其它它转转录录或或调调整整相相关关蛋蛋白白相相互互作作用。用。逆逆转转：组组蛋蛋白白脱脱乙乙酰酰化化酶酶(histone deacetylase)降降低低核核小小体体乙乙酰酰化化，使使染染色色质质恢恢复复转转录录非非活活性性状状态。态。第35页目目 录录第第 三三 节节真核基因表示转录水平调控真核基因表示转录水平调控Transcriptional Regulation of Eukaryotic Gene Expression第36页目目 录录基因表示多级调控基因表示多级调控:基因基因激活激活转录起始转录起始 转录后加工转录后加工mRNA降解降解蛋白质降解等蛋白质降解等蛋白质翻译蛋白质翻译翻译后加工修饰翻译后加工修饰第37页目目 录录基因转录激活调整基本要素基因转录激活调整基本要素:v基因结构、性质基因结构、性质v细胞内所存在转录调整蛋白细胞内所存在转录调整蛋白v生物个体或细胞所处内、外环境生物个体或细胞所处内、外环境第38页目目 录录 真核细胞基因开关分子机制比原核复杂真核细胞基因开关分子机制比原核复杂基本共同点：基本共同点：转录起始调整是关键点转录起始调整是关键点根本不一样点：根本不一样点：原核生物：原核生物：开启子在缺乏转录因子情况下开启子在缺乏转录因子情况下就含有天然活性就含有天然活性 真核生物：真核生物：强力开启子在缺乏调整蛋白情强力开启子在缺乏调整蛋白情况下往往没有活性况下往往没有活性 第39页目目 录录*真真核核细细胞胞基基因因及及其其调调控控区区域域受受到到染染色色质质结结构构限限制制，转转录录活活化化与与转转录录调调控控区区域域、转转录录区区域域内内染染色色质质结结构构很多改变相关；很多改变相关；*正正性性调调整整是是主主要要形形式式。所所以以，在在转转录录基基本本状状态态受受到到制制约约情情况况下下，使使得得每每个个真真核核细细胞胞基基因因需需要要活活化化才才能能被转录；被转录；*真真核核细细胞胞有有更更大大、更更为为复复杂杂、种种类类更更多多调调整整蛋蛋白白。单单一一开开启启子子能能够够被被分分散散在在DNA分分子子上上、数数量量近近乎乎无无限调整序列所控制。限调整序列所控制。真核细胞对基因表示起始调控最少在下面几真核细胞对基因表示起始调控最少在下面几个方面与原核细胞存在不一样：个方面与原核细胞存在不一样：第40页目目 录录 一、转录起始调控发生在转录起始复一、转录起始调控发生在转录起始复合物组装过程合物组装过程基因活化蛋白质与增强子或基因活化蛋白质与增强子或UASs结合；结合；通用转录因子在开启子处组装；通用转录因子在开启子处组装；辅辅 助助 激激 活活 子子(coactivator)和和/或或 中中 介介 子子（medicator）在在通通用用转转录录因因子子/RNA聚聚合合酶酶II复复合物与基因活化蛋白质之间辅助和中介作用。合物与基因活化蛋白质之间辅助和中介作用。RNA聚合酶聚合酶II与开启子结合、开启转录需要很与开启子结合、开启转录需要很多蛋白质因子协同作用。这通常包含：多蛋白质因子协同作用。这通常包含：第41页目目 录录基基因因活活化化蛋蛋白白质质与与增增强强子子结结合合后后，经经过过与与全全酶酶复复合合体体中中中中介介子子相相互互反反应应，使使全全酶酶复复合合体体在空间上更靠近开启子并有效组装。在空间上更靠近开启子并有效组装。另另外外，多多数数全全酶酶复复合合体体中中缺缺乏乏一一些些通通用用转转录录因因子子，如如TFIID与与TFIIA，它它们们需需要要在在开开启启子子处处罚罚别别组组装装，最最终终形形成成稳稳定定转转录录起起始始复复合合物物（transcription initiation complex），开启转录。，开启转录。第42页目目 录录TATA盒盒TF IIDRNA聚合酶聚合酶II通用转录因子通用转录因子转录方向转录方向中介子中介子活化蛋白活化蛋白活化蛋白活化蛋白增强子增强子增强子增强子DNATF IIA第43页目目 录录基基因因活活化化蛋蛋白白与与增增强强子子结结合合后后怎怎样样影影响响到到远远距距离离RNA聚聚合合酶酶结结合合位位点点，有有以以下下几几个个模式：模式：经经过过扭扭曲曲作作用用使使DNA链链发发生生构构型型改改变变，更更适适合合于于通通用用转转录录因因子子与与RNA聚聚合合酶酶结结合合,并并经经过过直直接接接接触触或或经经过过辅辅活活化化子子/中中介介子子而而影影响响通通用用转录因子和转录因子和RNA聚合酶组装。聚合酶组装。扭曲（扭曲（twisting）第44页目目 录录沿沿DNA滑滑动动，直直到到接接触触另另一一个个特特异异DNA序列结合转录因子，发挥作用。序列结合转录因子，发挥作用。利利用用DNA分分子子柔柔曲曲性性弯弯曲曲成成环环，使使增增强强子子区区域域与与RNA聚聚合合酶酶结结合合位位点点靠靠近近，直直接接接接触触或或经过辅活化子经过辅活化子/中介子而发挥作用。中介子而发挥作用。滑动（滑动（sliding）成环（成环（looping）第45页目目 录录固固醇醇类类激激素素、甲甲状状腺腺激激素素、维维甲甲酸酸类类激激素素等等激激素素与与细细胞胞核核内内特特异异性性受受体体，即即特特异异基基因因调调整整蛋蛋白白结结合合，形形成成激激素素-受受体体复复合合物物结结合合到到DNA特特定定基基 因因 调调 整整 序序 列列 激激 素素 反反 应应 元元 件件(hormone response elements,HREs)，再再经经过过与与其其它它调调整整因因子相互作用，活化或抑制相邻基因表示。子相互作用，活化或抑制相邻基因表示。第46页目目 录录几个不一样激素反应元件几个不一样激素反应元件受体受体共同结合序列共同结合序列*男性激素（男性激素（Androgen）GG(A/T)ACAN2TGTTCT糖皮质激素糖皮质激素(Glucocorticoid)GGTACAN3TGTTCT维甲酸维甲酸(Retinoic acid)AGGTCAN5AGGTCA维生素维生素D(Vitamin D)AGGTCAN3AGGTCA甲状腺激素甲状腺激素(Thyroid hormone)AGGTCAN3AGGTCA类维生素类维生素A（Retinoid X）AGGTCANAGGTCANAGGTCANAGGTCA第47页目目 录录（一）（一）mRNA 5端加帽和端加帽和3端加尾修饰端加尾修饰利于利于mRNA稳定性和转运稳定性和转运除组蛋白外，全部真核细胞除组蛋白外，全部真核细胞mRNA都有都有5 端端“帽帽”和和3 端端Poly(A)尾结构尾结构。5 端端“帽帽”和和3 端端Poly(A)尾都有其特尾都有其特有作用。有作用。二、转录后调控包括修饰、剪接、二、转录后调控包括修饰、剪接、编辑、定向转运多个步骤编辑、定向转运多个步骤第48页目目 录录5 加帽作用在于：加帽作用在于：有利于保护有利于保护mRNA免于被核糖核酸酶降解；免于被核糖核酸酶降解；5 帽帽结结合合蛋蛋白白复复合合体体参参加加mRNA和和核核糖糖体体结合来起始翻译结合来起始翻译。促进促进mRNA从细胞核运输到细胞浆；从细胞核运输到细胞浆；帮帮助助mRNA剪剪接接。在在剪剪接接第第一一个个外外显显子子时时，剪剪接体形成需要帽结合蛋白参加；接体形成需要帽结合蛋白参加；第49页目目 录录poly(A)尾尾可可结结合合一一个个或或各各种种特特殊殊蛋蛋白白，防防止止mRNA被被酶酶降降解解，并并在在翻翻译译过过程程中中含含有有主主要要作作用用。许许多多原原核核mRNA也也含含有有Poly(A)尾尾，不不过过此此尾尾功功效效是是促促进进mRNA降降解解，而而不不是是保保护护mRNA免于被降解。免于被降解。poly(A)尾作用：尾作用：第50页目目 录录（二）可变性剪接可使初始转录本产生不（二）可变性剪接可使初始转录本产生不一样成熟一样成熟mRNA许许多多初初始始转转录录本本能能够够经经过过一一个个以以上上选选择择性性剪剪接接（alternative RNA splicing）方方式式，去去除除不不一一样样内内含含子子而而被被加加工工形形成成不不一一样样mRNAs，因因而而形形成不一样多肽。成不一样多肽。第51页目目 录录人视黄醛还原酶人视黄醛还原酶mRNA选择性剪接选择性剪接mRNAPre-mRNA同种异型同种异型mRNA第52页目目 录录初初始始转转录录本本含含有有全全部部选选择择性性加加工工路路径径所所需需要分子信号。要分子信号。一一个个细细胞胞偏偏好好何何种种选选择择性性加加工工路路径径取取决决于于加工因子加工因子RNA结合蛋白特异性。结合蛋白特异性。负调整：负调整：抑制蛋白质能够经过与原始转录本结合抑制蛋白质能够经过与原始转录本结合来预防剪接复合体切除内含子序列。来预防剪接复合体切除内含子序列。选择性剪接能够被正负调整分子调整：选择性剪接能够被正负调整分子调整：正调整：正调整：而不能正常剪接剪接复合体能够在活化而不能正常剪接剪接复合体能够在活化蛋白帮助下发挥剪接功效。蛋白帮助下发挥剪接功效。第53页目目 录录（三）编辑加工可增加（三）编辑加工可增加mRNA分子信息内涵分子信息内涵一些一些mRNAs在翻译前被编辑在翻译前被编辑(editing)。结果：结果：转录后编辑过程插入了转录后编辑过程插入了4个个U残基，从而残基，从而改变了转录本翻译读码框。改变了转录本翻译读码框。机机制制：尚尚不不清清楚楚。研研究究人人员员已已经经发发觉觉线线粒粒体体转转录录一一类类特特殊殊RNA分分子子，其其3 端端有有一一段段 poly(U),其其5 端端序序列列与与mRNAs被被编编辑辑区区域域互互补补，被被称称为为引引导导RNA（guide RNA）。引引导导RNA可可能能作作为为编编辑辑过过程程模模板板，并并将将其其3 端端U转转移移给给被被编辑编辑mRNAs。第54页目目 录录 （四）调解成熟（四）调解成熟mRNA核外输出也会核外输出也会影响基因表示影响基因表示现现象象：预预计计有有1/5核核内内成成熟熟mRNAs能能进进入入细细胞胞浆浆。留留 在在 核核 内内 mRNAs约约 在在 1小小 时时 内内 降降 解解。mRNA经经过过核核膜膜过过程程是是一一个个主主动动运运输输过过程程，经经 常常 需需 要要 借借 助助 于于 核核 输输 出出 受受 体体(nuclear export receptors)才可穿过才可穿过9nm核孔通道。核孔通道。机制：机制：调控调控RNA从核运输至细胞浆机制还不很清从核运输至细胞浆机制还不很清楚。楚。第55页目目 录录（五）一些（五）一些mRNA定位于细胞质特殊区域定位于细胞质特殊区域现象：现象：一些一些mRNA分子携带有信息，能够在翻分子携带有信息，能够在翻译开始前自我导向定位于细胞内特定位译开始前自我导向定位于细胞内特定位置。置。作用：作用：在细胞特定部位集中产生所需要大量蛋在细胞特定部位集中产生所需要大量蛋白质。白质。第56页目目 录录机机制制：导导向向信信号号存存在在于于mRNA3 端端非非翻翻译译区区（3 untranslated region,3 UTR）。）。mRNA被被 连连 接接 在在 附附 着着 于于 细细 胞胞 骨骨 架架 上上 动动 力力 蛋蛋 白白（motor proteins）上上，利利用用其其水水解解ATP所所提提供供能能量量沿沿着着骨骨架架成成份份朝朝目目标标方方向向移移动动，最最终终在在目目标标地地被被锚锚蛋蛋白白（anchor proteins）固定。）固定。mRNA在细胞浆中随机扩散并被不停地降解，只有在细胞浆中随机扩散并被不停地降解，只有碰上锚蛋白才能得到保护。碰上锚蛋白才能得到保护。mRNA经经过过在在细细胞胞浆浆中中随随机机扩扩散散，在在其其定定位位处处被被锚锚蛋白捕捉、固定。蛋白捕捉、固定。第二种情况第二种情况第三种情况第三种情况第一个情况第一个情况第57页目目 录录mRNA分子分子3种不一样定位过程种不一样定位过程第58页目目 录录（六）经过改变（六）经过改变mRNA分子稳定性分子稳定性 调控基因表示调控基因表示 意意义义：降降解解路路径径确确保保mRNA不不在在细细胞胞中中累累积积并并防止合成过多蛋白质。防止合成过多蛋白质。不一样真核基因不一样真核基因mRNA降解速率大不相同。降解速率大不相同。暂暂时时需需要要基基因因产产物物：半半衰衰期期可可能能仅仅为为几几分分钟钟、甚甚至几秒钟。至几秒钟。经经常常需需要要基基因因产产物物：其其mRNA 可可在在多多代代细细胞胞中中稳定存在。稳定存在。第59页目目 录录真核细胞真核细胞mRNA降解有两种路径，是由每降解有两种路径，是由每种种mRNA分子序列所决定。分子序列所决定。Poly(A)逐步短缩：最常见路径逐步短缩：最常见路径vmRNA分分子子一一旦旦进进入入细细胞胞浆浆中中，核核酸酸外外切切酶酶会会使使Poly(A)末末端端逐逐步步短短缩缩，当当剩剩下下约约30个个A时时，5 端发生脱帽，端发生脱帽，mRNA分子被快速降解。分子被快速降解。v一一些些mRNA分分子子3 UTR特特殊殊序序列列有有利利于于特特殊殊蛋蛋白白质结合，增加或降低质结合，增加或降低Poly(A)短缩速度。短缩速度。第60页目目 录录v可可将将Poly(A)直直接接从从mRNA分分子子上上切切除除。这这种种切切除除也也有有赖赖于于mRNA分分子子3 UTR特特殊殊序序列能够被内切酶识别。列能够被内切酶识别。另一个路径始于特殊内切酶作用另一个路径始于特殊内切酶作用 转转铁铁蛋蛋白白受受体体(transferrin receptor,TfR)mRNA分分子子 3 UTR柄柄环环（stem-loop）结结构构铁反应元件铁反应元件(iron-response element，IRE)。比如：比如：第61页目目 录录 IRE-BP对转铁蛋白受体对转铁蛋白受体mRNA稳定性调整稳定性调整低铁状态低铁状态转铁蛋白受体转铁蛋白受体mRNA5编码区编码区活化活化IRE-BP3Poly(A)n翻译翻译TfR蛋白蛋白IRE高铁状态高铁状态转铁蛋白受体转铁蛋白受体mRNA5编码区编码区铁铁失活失活IRE-BP3Poly(A)nmRNA降解降解IRE第62页目目 录录（七）（七）mRNA分子细胞质中添加分子细胞质中添加Poly(A)控制蛋白翻译控制蛋白翻译在在一一些些情情况况下下，特特殊殊Poly(A)尾尾端端能能够够在在细胞浆得以延伸。细胞浆得以延伸。例：正在成熟中卵母细胞与卵细胞例：正在成熟中卵母细胞与卵细胞 一一些些存存在在于于细细胞胞浆浆mRNA分分子子3末末端端只只有有1030个个腺腺苷苷酸酸（A），它它们们并并不不翻翻译译。在在卵卵母母细细胞胞成成熟熟和和受受精精后后一一个个特特定定时时段段，当当需需要要这这些些mRNA所所编编码码蛋蛋白白质质时时，Poly(A)被被添添加加到到这这些些选选定定mRNA分分子子，大大大大促促进进它们翻译开始。它们翻译开始。第63页目目 录录（八）无义改变介导（八）无义改变介导mRNA降解是真核降解是真核mRNA监视系统监视系统无义改变介导无义改变介导mRNA降解降解(Nonsense-mediated mRNA decay,NMD）当当在在同同一一阅阅读读框框架架内内翻翻译译终终止止密密码码子子UAA、UAG或或UGA提提前前出出现现在在最最终终两两个个外外显显子子交交界界处处上上游游约约50 nt处处时时，mRNA被被快快速速降降解解。这这些些错错位位终终 止止 密密 码码 子子 被被 称称 为为 成成 熟熟 前前 终终 止止 密密 码码 子子（premature termination codons,PTC），能能够够来自突变、重组、不完全或不正确剪接。来自突变、重组、不完全或不正确剪接。第64页目目 录录无义改变介导无义改变介导mRNA降解降解第65页目目 录录意义：意义：v能能够够使使一一些些异异常常mRNA在在被被有有效效地地翻翻译译成成蛋蛋白白质质前前得得到到去去除除，这这个个mRNA监监视视系系统统能能够够预预防防非正常截短蛋白质合成非正常截短蛋白质合成。vNMD在在进进化化过过程程中中发发挥挥了了主主要要作作用用，使使真真核核细细胞胞更更轻轻易易探探究究因因为为DNA重重排排、突突变变或或不不一一样样剪剪接方式所形成新基因。接方式所形成新基因。v免免疫疫系系统统细细胞胞发发育育过过程程中中也也很很主主要要，重重排排基基因因产产生生这这类类mRNA被被NMD系系统统快快速速降降解解，防防止止了了截短蛋白质细胞毒作用。截短蛋白质细胞毒作用。第66页目目 录录（九）（九）RNA干涉是一个基因转录后缄默机制干涉是一个基因转录后缄默机制 RNA干涉干涉 在在高高等等真真核核生生物物中中发发觉觉有有一一类类小小RNAs(small RNAs)介介导导特特殊殊基基因因缄缄默默。这这是是因因为为这这类类小小RNAs与与mRNAs（经经常常是是3 UTR）相相互互作作用用，造造成成mRNA降降解解或或者者翻翻译译抑抑制制，使使mRNA及及其其对对应基因无法表示而缄默（应基因无法表示而缄默（silence）。）。控控制制最最少少一一些些生生物物体体适适时时发发育育。它它也也是是一一个个保保护护生生物物体体免免受受RNA病病毒毒侵侵袭袭和和控控制制转转座座子子活活性性机制机制。意义：意义：第67页目目 录录700bp左右左右RNA前体前体配对碱基配对碱基DICER2025bpmiRNA5RISC靶靶mRNA未配对区域未配对区域靶靶mRNA降解降解导入双链导入双链RNA片段片段siRNARDE-1DICERRISCRISCRISC5靶靶mRNA靶靶mRNA被核酸被核酸内切酶切割内切酶切割靶靶mRNA被核酸被核酸外切酶降解外切酶降解 miRNA 与与siRNA使靶使靶mRNA缄默机制缄默机制第68页目目 录录第第 四四 节节真核基因表示翻译水平调真核基因表示翻译水平调控控Translational Regulation of Eukaryotic Gene Expression第69页目目 录录一、翻译起始因子一、翻译起始因子-2磷酸化调整磷酸化调整 蛋白质翻译蛋白质翻译条条件件改改变变活活化化了了特特殊殊蛋蛋白白质质激激酶酶，使使翻翻译译起起始始因因子子eIF-2（eukaryotic initiation factor，eIF-2）磷酸化所致。）磷酸化所致。第70页目目 录录第71页目目 录录二、二、5端或端或3端非翻译区特异端非翻译区特异RNA 结合蛋白介导蛋白质翻译负调控结合蛋白介导蛋白质翻译负调控一一些些转转录录抑抑制制蛋蛋白白质质结结合合到到mRNA5 端端抑抑制制转转录录起起始始，而而另另一一些些抑抑制制蛋蛋白白质质则则识识别别特特殊殊mRNA分分子子3 UTR，经经过过干干扰扰3 Poly(A)尾尾与与5 端帽联络而降低翻译开启。端帽联络而降低翻译开启。第72页目目 录录 IRE-BP对铁蛋白对铁蛋白mRNA翻译调整翻译调整低铁状态低铁状态5铁蛋白铁蛋白mRNA活化活化IRE-BP编码区编码区3翻译不能进行翻译不能进行高铁状态高铁状态5铁