染色質水平調控.ppt

第三節(jié) 染色質水平調控,一、異染色質化 如水蠟蟲（Pseudococcus nipae） （2n=10）在體細胞里來自父本的5條染色體依次被異染色質化，在精子形成時丟失，只保留來自母本的5條染色體。 劑量補償（dosage conpensation） 雌性哺乳動物X染色體的失活,萊昂假說（Lyon hypothesiis） （1）巴爾小體是一個失活的X染色體，失活的 過程就稱為萊昂化（lyonization）； （2）在哺乳動物中，雌性個體細胞中的兩個X 染色體中有一個X染色體在受精后的第16 天（受精卵增殖到5000-6000，植入子宮 壁時）失活； （3）兩條X染色體中哪一條失活是隨機的； （4）X染色體失活后，細胞繼續(xù)分裂形成的克 隆中，此條染色體都是失活的； （5）生殖細胞形成時失活的X染色體可得到恢 復。,1.無汗性外胚層發(fā)育不良(anhidrotic ectodermal dysplasia) 2.三色貓 3. G-6-PDH 二. 組蛋白與非組蛋白 三.DNase的敏感性和基因的表達 高泳動蛋白(high-mobility group,HMG) HMG14 和 HMG17 四. 座位控制區(qū)(locus control region ,LCR) 特化染色質結構(specialized cromatin structures, SCS or SCS ) 隔離子或絕緣子(insulator),1染色質結構改變模型-組蛋白置換,(1) 占先模型(pre-emptive model) 模型認為：決定的因素是轉錄因子和組蛋白誰先占據(jù)調控位點。DNA復制時，組蛋白8聚體解離，轉錄因子乘機結合到調控位點上，一直持續(xù)到下一個復制周期，抑制了組蛋白和DNA的結合。 例1：當5S rRNA基因與組蛋白結合時TFA不能激活此基因。而TFA可與游離的5S rRNA基因結合，再加入組蛋白不能使此基因失活。 例2：含腺病毒啟動子的質粒能被TFD結合，再被RNA pol 轉錄，如先加入組蛋白，則不起始轉錄，如先加入TFD則形成的染色質中，模板仍能轉錄,染色質的占先模型提出：如在啟動子上已形成了核小體，那么轉錄因子和RNA聚合酶是不能和啟動子結合的；如轉錄因子和RNA聚合酶在啟動子上已建立了穩(wěn)定的起始復合體，那么組蛋白將被排除在外。,(2)動態(tài)模型(dynamic model) 近來研究表明：組蛋白置換需輸入能量。 一些轉錄因子結合DNA時可裂解核小體， 或建立一個可產生核小體定位結合位點的邊界。 如果蠅Hsp70啟動子上的核小體在體外實 行 重建。GAGA(細胞核結合蛋白)轉錄因子與啟 動子中4個富含(CT)n位點結合，破壞了核小體， 形成一高敏感區(qū)，而且導致鄰接的核小體重排， 這樣它們就優(yōu)先插入到隨機位點。核小體打開的 過程是需要水解ATP的耗能過程。,染色質的轉錄模型依賴于那些通過水解ATP提供能量，從特異DNA序列取代核小體的因子,3.組蛋白的乙?；腿ヒ阴；刂迫旧钚?組蛋白的乙酰化和基因表達的狀態(tài)相關。 組蛋白H4的去乙?；谴菩圆溉閯游镆粭lX染色體失活的原因之一。 HATs (histone acetytransferases)組蛋白乙?；?HDACs (histone deacetylases) HATs有兩組，一組為A組，和轉錄有關； 另一組是B組，和核小體裝配有關。,輔激活因子可能有HAT乙?；诵◇w組蛋白尾巴的活性,去乙?；突蚧钚缘淖瓒粲嘘P。 在酵母中SIN3和Rpd3的突變將阻遏基因轉變。 SIN3和Rpd3與DNA結合蛋白Ume6形成復合物，而此復合物阻遏具有由Ume6 結合的URS1(上游阻遏序列)元件的啟動子轉錄。 Rpd3具有HDACs活性。,阻遏復合體 含有3個成分： DNA結合亞基，輔阻遏物和組蛋白的去乙?；?Pc-G蛋白不起始阻遏，但可維持阻遏,用DNAaseI來鑒 別基因的活性,在成體的紅細胞中，成體-球蛋白基因對DNAaseI的降解是高度敏感的，對胚胎-球蛋白基因是部分敏感的(可能是由于擴散效應)，但對卵清蛋白基因是不敏感的。,胚胎-球蛋白基因,成體-球蛋白基因,卵清蛋白基因,五.大范圍調節(jié)與功能區(qū)的隔離,LCR(locus control region)5端調控位點，起初級調控作用， 它即是一簇超敏感位點。,HS4,(specialized chromatin sructures),. 核基質蛋白,核基質(nuclear matrix) 骨架蛋白(scaffolding protein) 核基質結合區(qū)(matrix association,MAR) 骨架附著區(qū)(scaffold attached region,SAR) 限定子(delimiter) 絕緣體(insulators),(Matrix attachment site),第四節(jié) DNA水平的調控 一. DNA的甲基化與去甲基化,二.親本印記(imprinting),印記:來源于父母本的一對等位基因表達不同。如源于父本的IGF- (胰島素樣生長因子)基因可表達，而源于母本的則不能表達。此是由于卵母細胞中的IGF- 已被甲基化，而精子中的IGF-未被甲基化，所以這一對等位基因在合子中表現(xiàn)不同。 目前在人類和鼠身上已辨明了20種印跡基因。大多數(shù)人類的印跡基因集中在三個簇中。在每個基因簇上都存在著特異的印記盒 (imprinting box)，能順式調節(jié)印跡基因的親本特異性表達，這些位點表現(xiàn)出親本特異性的甲基化作用和去甲基化作用。,親本的IGF-等位 基因在早期胚中被差異甲基化，在成體形成配子時仍保留原甲基化的模式。,第五節(jié)轉錄水平的調控 一順式作用元件和反式作用因式元件： (1) 核心啟動子成分 ， 如 TATA 框 ； (2) 上游啟動子分 ，如 CAAT框 ,GC框 ; (3) 遠上游順序 ：如增強子 ，減弱子 、 靜 息 子 ,酵 母 的 UAS （ upstreamactivator sequences）等。 (4) 特殊細胞中的啟動子成分 ：如淋巴 細胞中的 Oct (octamer）和B。,反式作用因子可以分為3類； (1) 通用反式作用因子，主要識別啟動子的核 心啟動成分，如TBP； （2）特殊組織與細胞中的反式作用因子，如淋巴細 胞中的Oct-2； （3）和反應性元件（response elenents）相結合的反 式作用因子。 如HSE（熱休克反應元件，heat shock response element）， GRE（糖皮質激素反應元件glucocorticoid response element）； MRE（金屬反應元件，metal response element）； TRE（腫瘤誘導劑反應元件，tumorgenic agent response element);,(一) 蛋白質直接和DNA結合 1. 螺旋轉角螺旋（Helix-turn-helix, HTH）： 如LacO的R蛋白，的CI，Cro蛋白，涉及酵母交配型的a1和a2蛋白。真核生物中的Oct-1和Oct-2； 2.鋅指結構（zinc fimger） 單個的鋅指保守序列是：Cys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5- Leu-X2-His-X2-His 型: 2Cys/2His : TF IIIA, SP1 型: 2cys/2cys : GAL4,3. 亮氨酸拉鏈（Leucine ziipper） 同二聚體（honwdimers） 異二聚體（hefercdimers） C-Jun,C-Fos,Myc , 4. 螺旋一環(huán)一螺旋（HLH） 在HLH中帶有堿性區(qū)的肽鏈稱為 堿性HLH（bHLH，protein）。 bHLH又分為兩類。 A類是可以廣泛表達的蛋白，包括哺乳動物的E12/E47（可和免疫球蛋基因增強子中的元件結合）和果蠅da（daughterless,性別控制的總開關基因）的產物； B類是組織特異性表達的蛋白，包括哺乳動物的MyoD(肌漿蛋白（myogen）基因的轉錄因子 果蠅的AC-S（achaete-scute 無剛毛基因的產物）,5同源異形結構域（Homeodomains，HD） 是一種編碼60aa的序列，長180bp，它存在于很多控制果蠅早期發(fā)育基因中，在高等生物中也發(fā)現(xiàn)了相關基序。 HD的C-端區(qū)域和原核阻遏蛋白的HTH同源，但也有幾點不同: （1）HD的C端由3個-螺旋構成，螺旋3結合于大溝，長17aa；而阻遏蛋白由5個-螺旋構成，螺旋3長僅9個 aa； （2）原核的HTH的以二聚體形式與DNA結合，靶序列是回文結構，而HD是以單體形式與DNA結合，靶序列不是回文結構； （3）HD N-端的臂位于小溝，而HTH螺旋1的末端與DNA的背面接觸。,（二）蛋白質和配基的結合 甾類受體蛋白一般都具有3個不同的功能區(qū)： （1）N-端區(qū)是激活轉錄所需的區(qū)域，不 同受體之間此區(qū)的同一性僅小于15%； （2）DNA結合及轉錄活化區(qū)，同一性較高為94-42%； （3）C-端的激素結合和二聚體形成區(qū)， 同一性為57-15%。,(二) 蛋白質之間的相互作用 酵母半乳糖代謝中GAL80和GAL4的相互作用： 酵母半乳糖代謝調控和gal操縱中的調控形式是 完全不同的： （1）被調節(jié)的基因多位于不同的染色體上； （2）負調節(jié)蛋白GAL80不直接和DNA結合，而是和 GAL4結合，占據(jù)其功能域來阻遏轉錄的； （3）作為正調節(jié)因子不僅需要半乳糖作為誘導物，還需要GAL4蛋白作為轉錄因子，它不是像原核中的正調節(jié)蛋白僅和操縱子中的操縱基因結合，使整個基因簇得以轉錄，而是分別和各個被調節(jié)基因上游元件UAS結合，促進轉錄。,第六節(jié) 轉錄起始和加工的調節(jié),一. 轉錄起始的選擇 酵母蔗糖酶基因，有6個基因（Suc15,7）位于不同的染色體上。每一個基因都可以轉錄合成蔗糖酶，但有胞內酶和胞外酶兩種不同形式。 前者的合成不受葡萄糖存在的影響，但含量低； 后者的合成受到葡萄糖的抑制。,兩種酶的結構相似， 胞外酶僅多了信號序列，經(jīng)切除后胞外酶比胞內酶在N-端僅多了一個Ser 經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)Suc-2 基因有3個TATA框，但尚不清楚和2種酶的關系，也沒有確定是否存在cAMP-CAP位點。,二選擇性加工 (一) 不同5端的選擇 (二) 選擇不同的3端 (三) 選擇不同外顯子,第七節(jié) 翻譯的調控,一.mRNA運輸控制（transport control）是對轉錄本從細胞核運送到細胞質中的數(shù)量進行調節(jié); 二mRNA翻譯的控制 三mRNA的結構和翻譯的效率 四翻譯的起始調節(jié) 五選擇性翻譯 六反義RNA調控 七翻譯的自我調節(jié),和珠蛋白的合成。 (P 221) 在二倍體細胞中都有4個-珠蛋白基因，它們之間的濃度比應是：=2：1， 而實際上是1：1 在無細胞系統(tǒng)中加入等量的mRNA和 mRNA和少量的起始因子, 結果合成的-珠蛋白僅占3%。 當加入過量的起始因子時珠蛋白和珠蛋白之比為1.4：1，接近1：1， 表明翻譯起始因子和兩種mRNA的親和性不同。,第八節(jié) 細胞周期的調控,真核生物細胞有絲分裂周期有兩個關鍵的過程： 一.細胞周期與調節(jié) “起點”（start）， M期進入限制點（commitment to M phase） 成熟促進因子。（muturior promoting factor， MPF）。后又稱為M期促發(fā)因子（M-phase puomoting factor,MPF）。 周期蛋白 (cyclin),在M期活化的p34-cycin B可以使下面一組蛋白磷酸化 (1)使層連蛋白（Lamins）磷酸化，使得細胞 在分裂期核模解體； (2)使組蛋白H1磷酸化,導致染色體的凝聚； (3)使微管蛋白磷酸化，導致細胞骨架的重新 組合，為