八真核基因表达调控.pptx

一、转录前调控一、转录前调控1、DNA水平的调控水平的调控是发育调控的一种形式是发育调控的一种形式包括：基因丢失、扩增、重排和移位等方式。包括：基因丢失、扩增、重排和移位等方式。(1)基基因因丢丢失失：在在细细胞胞分分化化时时，消消除除某某个个基基因因活活性性的的方方式式之之一一就就是是从从细细胞胞中中除除去去那那个个基基因因。目目前前认认为为这这种种调调节节方方式式主主要要是是在在较较低低等的真核生物中，如马蛔虫。等的真核生物中，如马蛔虫。(2)基基因因扩扩增增：是是指指某某些些基基因因的的拷拷贝贝数数专专一一性性大大量量增增加加的的现现象象。如如非非洲洲爪爪蟾蟾的的卵卵母母细细胞胞中中的的rRNA基因在细胞分裂时迅速扩增基因在细胞分裂时迅速扩增200万个拷贝。万个拷贝。(3)基基因因重重排排：一一个个基基因因可可以以通通过过远远离离其其启启动动子子的的地地方方移移到到距距它它很很近近的的位位点点，而而被被起起动动转转录录。如：小鼠如：小鼠Ig分子基因的表达。分子基因的表达。2、X染色体失活染色体失活哺乳类动物细胞中两条哺乳类动物细胞中两条X染色体之一在发育早染色体之一在发育早期随机失活，以确保其与只有一条期随机失活，以确保其与只有一条X染色体的染色体的雄性个体内雄性个体内X染色体基因的剂量相同。染色体基因的剂量相同。二、转录调控二、转录调控1、顺式作用元件、顺式作用元件(cis-actingelements)主要是起正性调控作用的主要是起正性调控作用的元件，包括启动子、增强元件，包括启动子、增强子；沉寂子（弱化子）。子；沉寂子（弱化子）。哺乳类哺乳类RNA聚合酶聚合酶启动子中常见的元件启动子中常见的元件元件名称 共 同 序 列 结 合 的 蛋 白 因 子 名称 分子量 DNA长度 TATA TATAAA TFIID30,000 10bp GC GGGCGG SP1 105,000 20bp CAAT GGCCAATCT CTF/NF1 60,000 22bp kB GGGACTTTCCNFkB44,00010bpATFGTGACGTATF?20bpOctaneATTTGCATOct-176,00010bp真核与原核生物启动子的比较真核与原核生物启动子的比较原核生物原核生物TTGACA-TATAAT-起始位点起始位点-35-10真核生物真核生物增强子增强子-GC-CAAT-TATAA5mGpp起始位点起始位点-110-70-25启动子中的元件可以分为两种：启动子中的元件可以分为两种：核心启动子元件核心启动子元件(corepromoterelement,CPE)指指RNA聚合酶起始转录所必需的最小的聚合酶起始转录所必需的最小的DNA序列，序列，包括转录起始点及其上游包括转录起始点及其上游25处的处的TATA盒。盒。上游启动子元件上游启动子元件(upstreampromoterelement,UPE)或称上游激活序列（或称上游激活序列（upstreamactivatingsequence,UAS)包括通常位于包括通常位于70bp附近的附近的CAAT盒和盒和GC盒、盒、以及距转录起始点更远的上游元件。以及距转录起始点更远的上游元件。2 2、反式作用因子、反式作用因子(trans(trans-acting factors)acting factors)以反式作用影响转录的因子以反式作用影响转录的因子(transcriptionfactors,TF)，RNA聚合酶是一种反式作用因子，聚合酶是一种反式作用因子，及其他协助转录的因子包括：及其他协助转录的因子包括：RNA聚合酶聚合酶的基本转录因子的基本转录因子转录因子转录因子分子量（分子量（kD)功功能能TFII-D30与与TATA盒结合盒结合TF-A12,19,35稳定稳定TF-D的结合的结合TF-B30,74帮助帮助RNA聚合酶聚合酶II与启动子区结合与启动子区结合TF-E34,37帮助帮助RNA聚合酶起聚合酶起始转录始转录3、与、与DNA结合常见的蛋白质功能域结合常见的蛋白质功能域螺旋螺旋-转角转角-螺旋螺旋(helixturnhelix,HTH)螺旋螺旋-环环-螺旋螺旋(helixloophelix,HLH)锌指（锌指（zincfinger）碱性碱性-亮氨酸拉链（亮氨酸拉链（basicleucinezipper，bZIP）同源域（同源域（Homeodomain）螺旋螺旋-转角转角-螺旋螺旋(helixturnhelix,HTH)两个两个-螺旋区和螺旋区和一个一个转角。其中转角。其中的一个被称为识的一个被称为识别螺旋区，带有别螺旋区，带有数个直接与数个直接与DNA序列相识别的氨序列相识别的氨基酸基酸。两个亲脂性两个亲脂性-螺旋，两螺旋，两个螺旋之间由环状结构个螺旋之间由环状结构相连，相连，DNA结合功能是结合功能是由一个较短的富碱性氨由一个较短的富碱性氨基酸区所决定的。基酸区所决定的。螺旋螺旋-环环-螺旋（螺旋（basichelix-loop-helix）长约长约30个个aa，其中，其中4个氨基酸（个氨基酸（2个个Cys半半胱，胱，2个个His组）与组）与一个一个Zinc原子相结合。原子相结合。Zincfinger（锌指）（锌指）Leucinezippers（亮氨酸拉链）（亮氨酸拉链）亲脂性的亲脂性的螺旋，两条肽螺旋，两条肽链以此形成二聚体链以此形成二聚体,每隔每隔6个残基出现一个亮氨酸。个残基出现一个亮氨酸。Homeodomain（同源域）（同源域）长约长约60个氨基酸，其中的个氨基酸，其中的DNA结合区与结合区与helix-turn-helix相似，主要与相似，主要与DNA大沟相结合。大沟相结合。4、转录活化结构域、转录活化结构域带有负电荷的螺旋结构带有负电荷的螺旋结构富含谷氨酰胺的结构富含谷氨酰胺的结构富含脯氨酸的结构富含脯氨酸的结构三、转录后调控三、转录后调控1、RNA加工成熟加工成熟无论是无论是rRNA、tRNA、mRNA，转录后都必须经过加，转录后都必须经过加工，才能成为有功能的分子。工，才能成为有功能的分子。2、转录后加工的多样性、转录后加工的多样性（1）简单转录单位）简单转录单位编码产生一个多肽，转录后加工有编码产生一个多肽，转录后加工有3种形式。种形式。基因没有内含子，转录后无需加工，也没基因没有内含子，转录后无需加工，也没poly(A),如组蛋白基因。如组蛋白基因。没有内含子，无需剪切，但需要加没有内含子，无需剪切，但需要加poly(A)尾，尾，如如-干扰素基因。干扰素基因。有内含子，需要加工，及加有内含子，需要加工，及加poly(A)尾。尾。（2）复杂转录单位）复杂转录单位转录产物可通过不同的方式加工成两个或两转录产物可通过不同的方式加工成两个或两个以上的个以上的mRNA。利用多个剪接位点产生不同的蛋白质。利用多个剪接位点产生不同的蛋白质。有一个起始位点，但有多个加有一个起始位点，但有多个加poly(A)位点，不位点，不同的剪接方式可得到不同的蛋白质。同的剪接方式可得到不同的蛋白质。四、翻译调控四、翻译调控1、蛋白质合成的起始、蛋白质合成的起始-扫描模式扫描模式40S核糖体首先与核糖体首先与mRNA5端处结合，向端处结合，向3端滑行，遇到端滑行，遇到AUG起始密码时，与起始密码时，与60S结合结合形成形成80S起始复合物扫描模式。起始复合物扫描模式。但只有当但只有当AUG处于合适的前后序列时才处于合适的前后序列时才能如此。即能如此。即A/GNNAUGG，决定了，决定了40S是是否与否与60S结合，起始翻译蛋白质。结合，起始翻译蛋白质。2、mRNA帽子结构的识别帽子结构的识别帽子结合蛋白（帽子结合蛋白（capbindingprotein,CBP)能专一识别帽子结构的蛋白，具有促进有帽子能专一识别帽子结构的蛋白，具有促进有帽子mRNA的蛋白质合成的活性。的蛋白质合成的活性。mRNA5端先导序列端先导序列由帽子到起始密码之间的核苷酸序列是不编码由帽子到起始密码之间的核苷酸序列是不编码蛋白质的，称为先导序列，蛋白质的，称为先导序列，742个核苷酸左右，个核苷酸左右，太短影响起始的精确性，但其长度对翻译效率太短影响起始的精确性，但其长度对翻译效率影响不大。影响不大。3.mRNA稳定性控制稳定性控制真核生物能否长时间、及时地利用真核生物能否长时间、及时地利用mRNA翻译翻译出蛋白质以供生长、发育的需要，是和出蛋白质以供生长、发育的需要，是和mRNA的稳定性以及屏蔽状态的解除相关的。的稳定性以及屏蔽状态的解除相关的。原核生物原核生物mRNAmRNA的半衰期很短，平均大约的半衰期很短，平均大约3min3min。真。真核生物核生物mRNAmRNA的半衰期平均的半衰期平均3h3h，有的长达数天。，有的长达数天。4.4.蛋白质因子的修饰与翻译起始调控蛋白质因子的修饰与翻译起始调控许多可溶性蛋白因子，即起始因子，对蛋白质许多可溶性蛋白因子，即起始因子，对蛋白质合成的起始有重要作用，对这些因子的修饰也合成的起始有重要作用，对这些因子的修饰也会影响翻译起始。会影响翻译起始。五、翻译后调控五、翻译后调控多肽的切割：切去前端的信号肽多肽的切割：切去前端的信号肽多肽的有限水解：酶原水解多肽的有限水解：酶原水解多肽的化学修饰：磷酸化、糖基化多肽的化学修饰：磷酸化、糖基化多肽的剪接：剪接成数个片段，再以一定的顺序多肽的剪接：剪接成数个片段，再以一定的顺序结合起来，形成有活性的蛋白质。结合起来，形成有活性的蛋白质。六、真核基因表达调控的特点六、真核基因表达调控的特点1、基因组、基因组DNA存在的形式存在的形式核小体形成染色质并与蛋白质结合成紧密结构核小体形成染色质并与蛋白质结合成紧密结构很难进入转录状态，不具备快速起始的能力。很难进入转录状态，不具备快速起始的能力。（1）染色质结构影响基因转录）染色质结构影响基因转录（2）组蛋白的作用）组蛋白的作用早期体外实验观察到组蛋白与早期体外实验观察到组蛋白与DNA结合阻结合阻止止DNA上基因的转录，去除组蛋白基因又上基因的转录，去除组蛋白基因又能够转录。能够转录。（3）转录活跃区域对核酸酶作用敏感度增加）转录活跃区域对核酸酶作用敏感度增加在核小体区在核小体区DNA受组蛋白掩盖的结构有变化，受组蛋白掩盖的结构有变化，出现了对出现了对DNase高敏感点。核小体的结构发高敏感点。核小体的结构发生变化，有利于调控蛋白结合而促进转录。生变化，有利于调控蛋白结合而促进转录。（4）DNA拓扑结构变化拓扑结构变化正性超螺旋会拆散核小体，有利于正性超螺旋会拆散核小体，有利于RNA聚合酶聚合酶向前移动转录；而负性超螺旋则有利于核小体向前移动转录；而负性超螺旋则有利于核小体的再形成。的再形成。（5）DNA甲基化抑制基因转录甲基化抑制基因转录某些转录因子的结合位点内含有某些转录因子的结合位点内含有CG序列，序列，甲基化以后直接影响了蛋白质因子的结合活甲基化以后直接影响了蛋白质因子的结合活性，阻碍转录因子与性，阻碍转录因子与DNA特定部位的结合从特定部位的结合从而影响转录。而影响转录。（6）CG岛岛没有被甲基化的没有被甲基化的CG小片段，称为小片段，称为CG岛。岛。70%的的CG岛与持家基因偶联岛与持家基因偶联在不同基因中长度大致相同约在不同基因中长度大致相同约12kb2、转录在细胞核、翻译在细胞质中进行转录在细胞核、翻译在细胞质中进行扩大了基因表达调控的范围扩大了基因表达调控的范围3、基因表达调控在多个水平上进行、基因表达调控在多个水平上进行顺式作用元件，反式作用因子的相互作用。顺式作用元件，反式作用因子的相互作用。4、不同组织和细胞类型合成不同的蛋白质、不同组织和细胞类型合成不同的蛋白质一个物种的所有细胞含有相同的一个物种的所有细胞含有相同的DNA，在个体发育，在个体发育中开启、关闭基因是受到严格控制的。中开启、关闭基因是受到严格控制的。5、真核生物基因调控的信号分子、真核生物基因调控的信号分子蛋白因子、激素等其它信号分子作为基因的调控物质蛋白因子、激素等其它信号分子作为基因的调控物质6、持家基因和时态基因、持家基因和时态基因持家基因：持家基因：不同细胞类型中总有一组经常保持不同细胞类型中总有一组经常保持表达状态的基因。表达状态的基因。时态基因：时态基因：只有在发育一定时期才能表达的一只有在发育一定时期才能表达的一些特异性基因。些特异性基因。七、真核基因转录调控的主要模式七、真核基因转录调控的主要模式1、蛋白质磷酸化、蛋白质磷酸化ATP或或GTP上的磷酸基转移到蛋白质氨基酸残上的磷酸基转移到蛋白质氨基酸残基上的过程，可逆。基上的过程，可逆。蛋白质磷酸化与去磷酸化是生物体内普遍存在蛋白质磷酸化与去磷酸化是生物体内普遍存在的信息传导调节方式。的信息传导调节方式。2、蛋白质磷酸化在信号传导中的作用、蛋白质磷酸化在信号传导中的作用介导胞外信号专一应答介导胞外信号专一应答对外界刺激做出迅速的反应对外界刺激做出迅速的反应对外界信号具有级联放大作用对外界信号具有级联放大作用对外界信号的持续反应对外界信号的持续反应3、跨膜信号转导途径、跨膜信号转导途径离子通道离子通道G蛋白偶联受体蛋白偶联受体跨膜蛋白激酶受体跨膜蛋白激酶受体4、蛋白激酶的种类与功能蛋白激酶的种类与功能根据是否有调节物可分成两大类根据是否有调节物可分成两大类信使依赖性蛋白质激酶信使依赖性蛋白质激酶非信使依赖型蛋白激酶。非信使依赖型蛋白激酶。根据作用底物可分为三类：根据作用底物可分为三类：丝氨酸丝氨酸/苏氨酸型苏氨酸型酪氨酸型酪氨酸型双重底物特异性蛋白激酶双重底物特异性蛋白激酶既可使丝既可使丝/苏氨酸磷酸化又可使酪氨酸磷酸化。苏氨酸磷酸化又可使酪氨酸磷酸化。（1）受）受cAMP调控的调控的A激酶激酶依赖于依赖于cAMP的蛋白酶称为的蛋白酶称为A激酶（激酶（PKA）PKA全酶由全酶由4个亚基组成个亚基组成(R2C2）C亚基具有催化活性，亚基具有催化活性，R亚基具有调节功能，亚基具有调节功能，R亚亚基对基对C亚基具有抑制作用亚基具有抑制作用全酶（全酶（R2C2）无催化活性。）无催化活性。R亚基与亚基与cAMP结合导致结合导致C亚基解离表现出活性。亚基解离表现出活性。（2）受受Ca 2+调控的调控的 C激酶激酶C激酶（激酶（PKC）是依赖于）是依赖于Ca2+的蛋白质激酶。的蛋白质激酶。IP3（肌醇三磷酸）引起细胞质肌醇三磷酸）引起细胞质Ca2+浓度升高，浓度升高，C激激酶被酶被DAG（二酰基甘油）和二酰基甘油）和Ca2+的双重影响所的双重影响所激活，使丝激活，使丝/苏氨酸磷酸化导致信号的传递。苏氨酸磷酸化导致信号的传递。5、激素调节、激素调节激素调控作用是通过启始基因转录而实现的。激素调控作用是通过启始基因转录而实现的。cAMP作为第二信使作为第二信使解除受体蛋白与解除受体蛋白与DNA结合区起始基因表达结合区起始基因表达HCI蛋白质合成抑制剂没有elF-2蛋白起始因子IRE铁应答元件