轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)張年輝卿人韋吳俊2002年10月21日.ppt

轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò) 張年輝 卿人韋 吳俊 2002年10月 21日,一轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄因子 （一）轉(zhuǎn)錄所需的結(jié)構(gòu)組件 順式 反式 （二）轉(zhuǎn)錄因子： 1概念：又稱為反式作用因子，是能夠與真核基因啟動(dòng)子區(qū)域中順式作用元件發(fā)生特異性相互作用的DNA結(jié)合蛋白，通過(guò)它們之間以及與其他相關(guān)蛋白之間的相互作用，激活或抑制轉(zhuǎn)錄。 2結(jié)構(gòu)：一般由DNA結(jié)合區(qū)、轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)、寡聚化位點(diǎn)以及核定位信號(hào)四個(gè)功能區(qū)域組成。 DNA結(jié)合區(qū)：指轉(zhuǎn)錄因子識(shí)別DNA順式作用元件并與之結(jié)合的一段氨基酸序列。,常見(jiàn)的DNA結(jié)合區(qū)及其結(jié)構(gòu)特征：,轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū) 轉(zhuǎn)錄激活區(qū)： 轉(zhuǎn)錄抑制區(qū): 核定位信號(hào)區(qū)：轉(zhuǎn)錄因子中富含精氨酸和賴氨酸殘基 的核定位區(qū)域，轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)入細(xì)胞核的過(guò)程受該區(qū)段 控制； 寡聚化位點(diǎn)：不同轉(zhuǎn)錄因子借以發(fā)生相互作用的功能 域。 （三）轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)、活性及調(diào)控作用： 1編碼轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)受細(xì)胞發(fā)育、外界環(huán)境等因素 的調(diào)節(jié)； 2轉(zhuǎn)錄因子的活性受轉(zhuǎn)譯后修飾、在細(xì)胞中的位置、 以及與其他蛋白之間的相互作用等因素的影響；,3在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，植物對(duì)各種環(huán)境、組織和發(fā)育 信號(hào)作出反應(yīng)，這就要求對(duì)各種功能基因的表達(dá)進(jìn) 行精確的調(diào)控。而轉(zhuǎn)錄因子在基因的表達(dá)調(diào)控中起 關(guān)鍵作用。 二釀酒酵母中的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò) （一）研究方法： 全基因組位點(diǎn)分析，又稱為全基因組結(jié)合分析（genome-wide location analysis or genome-wide binding analysis）。 1步驟：甲醛固定細(xì)胞，收集，超聲裂解細(xì)胞用特 異的抗體進(jìn)行免疫沉淀以富集與某一蛋白交 聯(lián)的DNA片段去除交聯(lián)，用連接介導(dǎo)的多 聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng),（ligation-mediated-polymerase chain reaction，LM-PCR）擴(kuò)增富集的DNA并用熒光染料（Cy5，紅色）標(biāo)記，未被免疫沉淀富集的DNA在另一熒光染料（Cy3，綠色）存在的情況下進(jìn)行LM-PCR與含所有酵母基因間序列的單個(gè)DNA微陣列雜交。（For details, please find at the following two web sites: /cgi/content/full/290/5500/2309/DC1; /young/location.） 圖1：酵母全基因組位點(diǎn)分析方法,2結(jié)果處理：single-array error model. 對(duì)雜交結(jié)果進(jìn)行光密度掃描得到相對(duì)結(jié)合比率，用single-array error model去除噪聲，計(jì)算其置信值三次獨(dú)立試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)加權(quán)平均處理得到該蛋白與微陣列上的每一序列的結(jié)合能力。 圖2：全基因組位點(diǎn)分布鑒別方法,3確定P值的閾值范圍： 圖3：P值對(duì)調(diào)控因子-啟動(dòng)子相互作用頻率的影響 特點(diǎn)：可以鑒別由一個(gè)細(xì)胞的基因組編碼的每一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子在體內(nèi)結(jié)合的一系列的目標(biāo)基因。但需要獲得一個(gè)物種的全基因序列，特別是調(diào)控序列。,（二）結(jié)果 1轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子與啟動(dòng)子的相互作用方式 圖4：轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子在整個(gè)基因組的分布,2網(wǎng)絡(luò)組件,特點(diǎn)： 1.真核生物中僅占較少的比例（酵母中約為10%，且在較低的P值下其比例也不會(huì)發(fā)生明顯的改變。而在原核生物中，這種形式的調(diào)節(jié)方式占到多數(shù)（如大腸桿菌中可占到52%74%）。 2該種調(diào)節(jié)方式具有如下一些優(yōu)勢(shì)，包括可以減少對(duì)環(huán)境刺激發(fā)生響應(yīng)的時(shí)間，減少生物合成過(guò)程中在調(diào)節(jié)上的“花費(fèi)”，增加基因表達(dá)的穩(wěn)定性。,特點(diǎn)： 1.真核生物中所占比例較小，而在原核生物中尚未發(fā)現(xiàn)。 2使得反饋控制成為可能，而且能夠產(chǎn)生生物穩(wěn)定系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在兩種相互變化的狀態(tài)間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。,特點(diǎn)： 1該種調(diào)節(jié)方式在酵母轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)化中是非常有用的。 2作為一種對(duì)持續(xù)輸入而非暫時(shí)輸入敏感性的開(kāi)關(guān)。它可以作為一種時(shí)間機(jī)制對(duì)某一過(guò)程進(jìn)行控制。它可能還提供了一種多步驟的超敏感性的形式。,特點(diǎn)： 對(duì)于協(xié)調(diào)某一生物功能中各個(gè)分離單元的協(xié)同表達(dá)是非常有用的。,特點(diǎn)： 可以協(xié)調(diào)在許多生長(zhǎng)條件下的基因表達(dá)。,特點(diǎn)： 酵母的調(diào)節(jié)因子大多是以這種方式發(fā)生作用的，多見(jiàn)于細(xì)胞周期調(diào)控因子。它可以使得順序的轉(zhuǎn)錄事件在時(shí)間上前后繼起。,3網(wǎng)絡(luò)組件組裝成為轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò) （1）方法：將全基因組位點(diǎn)分析數(shù)據(jù)與基因表達(dá) 結(jié)果結(jié)合起來(lái)。 （2）實(shí)例：細(xì)胞周期的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。 目的：Our goal was to determine whether the computational approach would construct the regulatory logic of the cell cycle from the location and expression data whithout previous knowledge of the regulators involved.,圖5：細(xì)胞周期的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò),4細(xì)胞復(fù)雜生理及代謝過(guò)程的協(xié)調(diào) 圖6：轉(zhuǎn)錄因子與編碼其它轉(zhuǎn)錄因子基因結(jié)合所形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò),結(jié)論： 1本研究鑒別了在酵母中具有不同調(diào)控能力的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)單元，表明酵母在進(jìn)化過(guò)程中選擇性地形成了不同的調(diào)控機(jī)制與策略； 2在對(duì)調(diào)節(jié)因子功能還缺乏必要先期了解的情況下，通過(guò)全基因組位點(diǎn)分析及表達(dá)