真核生物基因表達(dá)的調(diào)控

1、Chapter 10 真核生物基因表達(dá)的調(diào)控,第一節(jié) 概述,一、真核生物基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn) 1、多層次 2、無(wú)操縱子和衰減子 3、個(gè)體發(fā)育復(fù)雜 4、受環(huán)境影響較小,二、基因表達(dá)的時(shí)間性及空間性 1時(shí)間特異性 按功能需要，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)格按特定的時(shí)間順序發(fā)生，這是基因表達(dá)的時(shí)間特異性。 多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時(shí)間特異性又稱(chēng)階段特異性。 2空間特異性 在個(gè)體生長(zhǎng)全過(guò)程，某種基因產(chǎn)物在個(gè)體按不同組織空間順序出現(xiàn)，這就是基因表達(dá)的空間特異性。又稱(chēng)細(xì)胞特異性或組織特異性,三、真核生物基因表達(dá)調(diào)控的 層次： 1、DNA水平調(diào)節(jié) 2、 轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié) 3、轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié) 4、翻譯水平調(diào)節(jié) 5、翻譯后加工

2、的調(diào)節(jié),DNA,轉(zhuǎn)錄初產(chǎn)物RNA,mRNA,蛋白質(zhì)前體,mRNA降解物,活性蛋白質(zhì),DNA水平調(diào)節(jié),轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié),轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié),翻譯調(diào)節(jié),mRNA降解的調(diào)節(jié),翻譯后加工的調(diào)節(jié),核,細(xì)胞質(zhì),第二節(jié) DNA水平的基因表達(dá)調(diào)控,一、基因擴(kuò)增(gene amplification) 是指某些基因的拷貝數(shù)專(zhuān)一性大量增加的現(xiàn)象，它使細(xì)胞在短期內(nèi)產(chǎn)生大量的基因產(chǎn)物以滿足生長(zhǎng)發(fā)育的需要，是基因表達(dá)調(diào)控的一種方式 非洲爪蟾的卵母細(xì)胞 rDNA的拷貝數(shù)目： 500份 2106份，可裝配1012個(gè)核糖體 當(dāng)胚胎期開(kāi)始，增加的rDNA便失去功能并逐漸消失,二、基因丟失 有的生物在個(gè)體發(fā)育的早期在體細(xì)胞中要丟失部分

3、染色體，而在生殖細(xì)胞中保持全部的基因組。 小麥癭蚊（染色丟失了32條，只保留8條） 馬蛔蟲(chóng),三、基因重排(gene rearrangement) 將一個(gè)基因從遠(yuǎn)離啟動(dòng)子的地方移到距它很近的位點(diǎn)從而啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的基因表達(dá)調(diào)控方式,基因重排與免疫球蛋白多樣性,抗體結(jié)構(gòu)：四聚體, 重鏈和輕鏈；可變區(qū)和恒定區(qū),基因組成,要點(diǎn)： 1、免疫球蛋白的肽鏈主要由可變區(qū)（V區(qū)）、恒定區(qū)（C區(qū)）以及兩者之間的連接區(qū)（J區(qū)）組成，V、C和J基因片段在胚胎細(xì)胞中相隔較遠(yuǎn)。 2、在漿細(xì)胞成熟過(guò)程中，通過(guò)染色體內(nèi)DNA重組把幾個(gè)相隔較遠(yuǎn)的基因片段連接在一起，從而產(chǎn)生了具有表達(dá)活性免疫球蛋白的基因 3、編碼V區(qū)的基因很多，而只

4、有少數(shù)幾個(gè)基因編碼C區(qū)；多個(gè)V區(qū)基因中的一個(gè)和C基因組合，產(chǎn)生一條DNA 4、V區(qū)和C區(qū)不同片段在DNA水平上的各種排列組合是形成Ig分子多態(tài)性的根本原因,鏈,輕鏈基因的重排,四、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)影響基因轉(zhuǎn)錄 常染色質(zhì)（euchromatin）-基因可以轉(zhuǎn)錄 異染色質(zhì)（hetrochromatin）-基因不能轉(zhuǎn)錄 活性基因置于異染色質(zhì)內(nèi)會(huì)失活 位置效應(yīng)（Position effect） ：指基因轉(zhuǎn)移到基因組上新位置而引起基因表達(dá)的改變,異染色質(zhì)化：基因組某些區(qū)域 被組裝成高度壓縮的異染色質(zhì)的過(guò)程 巴氏小體：哺乳類(lèi)雌體細(xì)胞1條X染色體異染色質(zhì)化 （雌性X染色體基因表達(dá)的蛋白質(zhì)可能是雄性的兩倍） 劑量補(bǔ)

5、償：女性兩條X染色體的作用與男性一條X染色體基因產(chǎn)物劑量平衡的現(xiàn)象,五、DNase 的敏感性和基因表達(dá) 轉(zhuǎn)錄活躍區(qū)域?qū)怂崦傅拿舾卸仍黾?1、DNase超敏感位點(diǎn)（hypersensitive site）： 具有轉(zhuǎn)錄活性的基因周?chē)腄NA區(qū)域?qū)Nase降解高度敏感 。 2、特點(diǎn)： （1）一般在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)附近，即5啟動(dòng)子區(qū)域 （2） 低甲基化區(qū) （3）不存在核小體結(jié)構(gòu) （4）裸露易與反式作用因子結(jié)合,六、組蛋白修飾與基因表達(dá)調(diào)控 （一）組蛋白的修飾： 乙?；?去乙?；?（Lys） 轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)/抑制 甲基化（Lys, His, Arg） 轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)或抑制 磷酸化（Ser, His） 泛素化 ADP核

6、糖基化,哈佛大學(xué)施洋 - 組蛋白去甲基化酶,二）組蛋白乙?；?1、兩種酶 （1）組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(Histone acetyltransferase)： 催化組蛋白乙?；?，將乙?；D(zhuǎn)移到組蛋白 N端賴氨酸的-氨基上 乙?；w：乙酰輔酶A （2）組蛋白去乙酰酶(Histone deacetylase): 去除乙?；鶊F(tuán),2、組蛋白乙?；c基因表達(dá)調(diào)控,1）關(guān)系： 組蛋白的高乙酰化是活躍轉(zhuǎn)錄染色質(zhì)的一個(gè)標(biāo)志，而低乙?；瘎t與轉(zhuǎn)錄抑制有關(guān) （2）機(jī)理： 乙?；D(zhuǎn)移到組蛋白 N端賴氨酸的-氨基上，中和了其正電荷，增加了疏水性，削弱了DNA 與組蛋白的相互作用，有利于轉(zhuǎn)錄因子與DNA 的結(jié)合，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄,七

7、、DNA 甲基化,一）甲基化酶: 1、維持性甲基化酶(日常型甲基化酶)： 在DNA復(fù)制時(shí), 可識(shí)別新合成的半甲基化雙鏈,并將甲基加到新鏈的非甲基化胞嘧啶上; 2、從頭合成型甲基化酶： 不需要甲基化的DNA 模板作指導(dǎo),可以直接使非甲基化的DNA 甲基化,二）原核細(xì)胞的DNA甲基化,1、限制修飾系統(tǒng)的甲基化 （1）限制外源DNA： 限制性內(nèi)切酶切斷外源DNA（保護(hù)機(jī)制） （2）保護(hù)自身DNA： 通過(guò)內(nèi)切酶識(shí)別位點(diǎn)特定堿基的甲基化保護(hù)自身DNA，每一種DNA內(nèi)切酶都有一個(gè)相關(guān)的甲基化酶,2、Dam甲基化 （1）DNA腺嘌呤甲基化酶：識(shí)別序列GATC （2）作用： a、錯(cuò)配修復(fù)：識(shí)別母鏈，修正子鏈

8、b、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)：如抑制轉(zhuǎn)座酶基因的轉(zhuǎn)錄， 抑制轉(zhuǎn)座 3、Dcm甲基化（作用不清楚,三）真核細(xì)胞DNA 甲基化,1、甲基化部位： 胞嘧啶（C） 5-甲基胞嘧啶（5-mC） （1）脊椎動(dòng)物：5-CG-3 （2）植物（兩種基序）： 5-CG-3， 5-CNG-3,3）CpG島： 富含CpG的一段DNA，一般位于基因啟動(dòng)子附近 特點(diǎn)： a、12kb； b、位于基因5端； c、富含CpG二核苷酸基序,2、甲基化的作用： （1）基因表達(dá)調(diào)控的一種方式 （2）抑制外源基因的表達(dá) （3）抑制轉(zhuǎn)座子、反轉(zhuǎn)座子的活動(dòng),3、DNA甲基化與基因表達(dá)調(diào)控 基因表達(dá)與甲基化呈負(fù)相關(guān) DNA甲基化轉(zhuǎn)錄抑制作用機(jī)理 （1）識(shí)別

9、位點(diǎn)中胞嘧啶被甲基化，轉(zhuǎn)錄因子不能 與其結(jié)合 （2）特異性識(shí)別甲基化DNA的蛋白（如MeCP1） 競(jìng)爭(zhēng)性地抑制了轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合 （3）DNA甲基化導(dǎo)致染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和DNA構(gòu)象的改變,4、DNA甲基化與基因組印跡 （1）基因組印跡：來(lái)源于父母本的一對(duì)等位基因 表達(dá)不同（如X染色體失活） （2）基因組印跡的機(jī)制-DNA高度甲基化,5、DNA甲基化與X染色體的失活 X染色體DNA序列高度甲基化，基因被關(guān)閉 （1）與X染色體的失活有關(guān)的序列： X染色體失活中心（Xic） Xist（Xi-specific transcript）基因 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物：RNA不編碼蛋白質(zhì) （2）X染色體的失活的機(jī)制： Xist R

10、NA分子與Xic相互作用的結(jié)果 （3）Xist基因的調(diào)控： DNA甲基化與去甲基化,第三節(jié) 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控,順式調(diào)控元件(cis-regulating element) 是指對(duì)基因表達(dá)有調(diào)控活性的DNA序列，其活 性只影響其自身同處于一個(gè)DNA分子上的基因 反式作用因子(trans-acting factor) 是通過(guò)識(shí)別和結(jié)合順式調(diào)控元件的核心序列而 調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的一組蛋白質(zhì) 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控主要是通過(guò)順式調(diào)控元件與反式作用因子相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)的,一、順式調(diào)控元件(cis-regulating element) 啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、沉寂子、絕緣子、減弱子、 應(yīng)答元件 （一）啟動(dòng)子(prom

11、oter）) 1、核心啟動(dòng)子（core promoter）： TATA盒 起始子(initiator，Inr) 2、上游啟動(dòng)子（upstream promoter element，UPE） -90bp ：GC盒 ； -70bp ：CAAT盒,二）增強(qiáng)子(enhancer) 能顯著提高基因轉(zhuǎn)錄效率的一類(lèi)順式調(diào)控元件 1、舉例： SV40 72bp repeats (paired) 上游200bp 處串聯(lián), 單獨(dú)作用充分, 全部缺失減弱轉(zhuǎn)錄,2、真核細(xì)胞的增強(qiáng)子作用特點(diǎn)： （1）能提高同一條鏈上的靶基因轉(zhuǎn)錄速率； （2）增強(qiáng)效應(yīng)與其位置和取向無(wú)關(guān) （3）大多為重復(fù)序列，核心序列為 (G)TGGA/

12、TA/TA/T(G) （4）增強(qiáng)子對(duì)同源基因或異源基因同樣有效自身 （5）增強(qiáng)子一般具有組織或細(xì)胞特異性 （6）許多增強(qiáng)子還受外部信號(hào)的調(diào)控,3、增強(qiáng)子作用機(jī)理-成環(huán)模型 增強(qiáng)子通過(guò)一些蛋白質(zhì)因子的介導(dǎo)可與遠(yuǎn)距離的啟動(dòng)子結(jié)合，使DNA形成了一個(gè)環(huán)，從而促使遠(yuǎn)距離的啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄,三）上游激活序列（upstream activating sequences，UASs） 特點(diǎn) 1、UASs是酵母中遠(yuǎn)上游序列類(lèi)似于增強(qiáng)子。 2、它僅影響轉(zhuǎn)錄效率，對(duì)起始位點(diǎn)選擇不起作用。 3、和增強(qiáng)子不同的是它有方向性，不能在啟動(dòng)子的下游起作用。 4、與它結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子是GCN4和GAL4，識(shí)別位點(diǎn)為 ATGACTCA

13、T,四）絕緣子(Insulator) 阻止激活或失活效應(yīng)的元件 舉例： 1、當(dāng)絕緣子位于增強(qiáng)子和啟動(dòng)子間時(shí)，能阻止增強(qiáng)子激活啟動(dòng)子作用。 2、當(dāng)絕緣子位于一個(gè)活化基因和異染色質(zhì)之間時(shí)，它保護(hù)基因免受由異染色質(zhì)擴(kuò)展造成的失活效應(yīng)影響,五）減弱子（dehancer） 在某些基因的上游遠(yuǎn)端或下游遠(yuǎn)端具有負(fù)調(diào)節(jié)作用的序列 特點(diǎn)： 作用不受距離和方向的影響 （六）沉寂子(silencer) ： 阻遏某些基因表達(dá)的序列 特點(diǎn)： 作用不受序列方向的影響，也能遠(yuǎn)距離發(fā)揮作用,七）應(yīng)答元件（response element） 能與某個(gè)（類(lèi)）專(zhuān)一蛋白因子結(jié)合，從而控制基因特異表達(dá)的DNA上游序列 如 HSE（熱休

14、克反應(yīng)元件）， GRE（糖皮質(zhì)激素反應(yīng)元件）； MRE（金屬反應(yīng)元件）； 應(yīng)答元件能被在一些特定情況下表達(dá)的調(diào)控因子識(shí)別,BLEbasal level element MREmetal response element APactivator protein,人金屬硫蛋白基因啟動(dòng)區(qū)結(jié)構(gòu),應(yīng)答元件的特點(diǎn)： 1. 具有與啟動(dòng)子、增強(qiáng)子同樣的一般特性. 2. 與起始點(diǎn)的位置不固定（多在-200以內(nèi);單個(gè)功能充分,但多為多拷貝;可位于啟動(dòng)子/增強(qiáng)子內(nèi)部）. 3. 多基因由同一因子調(diào)控（如：熱激效應(yīng)） 4. 同一基因由多種途徑調(diào)控（如：金屬硫蛋白基因）. 5. 各效應(yīng)元件不論位置如何都有獨(dú)立的活化功能,

15、二、反式作用因子 (trans-acting factor) DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域(DNA binding domain) -用來(lái)結(jié)合DNA 反式激活結(jié)構(gòu)域(Transactivation domain) -用來(lái)激活轉(zhuǎn)錄,一）轉(zhuǎn)錄因子DNA結(jié)合域 幾種常見(jiàn)基序 鋅指(zinc finger) 螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋 (helix- turn- helix) 二聚體結(jié)構(gòu)域： 螺旋-環(huán)-螺旋 (helix- loop- helix，HLH ) 亮氨酸拉鏈 (Leucine zipper,1、鋅指(zinc finger) C2H2型：由肽鏈的保守序列中的一對(duì)組氨酸和一對(duì)半胱氨酸(His2Cys2)與鋅離子形

16、成一個(gè)四面體結(jié)構(gòu) 有兩條鏈和一個(gè)螺旋， 螺旋區(qū)域上含有保守的堿性氨基酸，負(fù)責(zé)與DNA結(jié)合 如TFIIIA、與GC盒結(jié)合的SPl,C2H2型,C4型： 2對(duì)半胱氨酸(cys2cys2)與一個(gè)鋅離子形成配位鍵， 如類(lèi)固醇激素受體家族,2、螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋 (helix- turn- helix,兩段螺旋被一短的轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)分開(kāi) 多種果蠅胚胎發(fā)生的調(diào)節(jié)蛋白，同源異型蛋白,3、亮氨酸拉鏈 (Leucine zipper,由一段每7個(gè)氨基酸殘基就有一個(gè)Leu的伸展肽鏈組成，這些周期性出現(xiàn)的Leu都位于-螺旋的同一側(cè)面，形成一個(gè)疏水的表面，因此兩條均含Leu拉鏈基序的蛋白質(zhì)通過(guò)亮氨酸側(cè)鏈的疏水作用形成二聚體,

17、NH2,NH2,COOH,COOH,肽鏈氨基端富含堿性氨基酸殘基區(qū)，可與DNA結(jié)合,堿性結(jié)構(gòu)域,富含堿性氨基酸殘基 在許多DNA結(jié)合蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn) 通常與其他的二聚體結(jié)構(gòu)域如亮氨酸拉鏈或HLH基序中的一個(gè)聯(lián)合在一起，結(jié)果被稱(chēng)為堿性亮氨酸拉鏈（bZIP）或堿性HLH（bHLH）蛋白。 蛋白質(zhì)二聚體使兩個(gè)堿性結(jié)構(gòu)域相鄰進(jìn)而可與DNA發(fā)生作用,N-端堿性結(jié)構(gòu)域形成一個(gè)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，象一個(gè)夾子夾在DNA上,4、螺旋-環(huán)-螺旋(Helix-loop-Helix,HLH由2個(gè)螺旋間隔一個(gè)非螺旋的環(huán)(loop)組成 ，通過(guò)C端螺旋的疏水作用形成二聚體 堿性結(jié)構(gòu)域 堿性HLH蛋白與堿性亮氨酸拉鏈這種異二聚體的形成增

18、加了轉(zhuǎn)錄因子的多樣性和復(fù)雜性,NH2,NH2,COOH,COOH,二）轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域 是反式作用因子的轉(zhuǎn)錄調(diào)控結(jié)構(gòu)域，一般由DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域外的30-100個(gè)氨基酸組成 1酸性結(jié)構(gòu)域 也叫做“酸斑（ acid blobs）”或“帶負(fù)電的長(zhǎng)鏈 （negative noodles）” 富含酸性氨基酸 存在于許多轉(zhuǎn)錄因子的激活結(jié)構(gòu)域中， 如：yeast Gcn4 and Gal4, 哺乳動(dòng)物的糖皮質(zhì)激素受體的兩個(gè)激活結(jié)構(gòu)域,2富含谷氨酰胺激活結(jié)構(gòu)域： 富含谷氨酰胺 （SP1，OCT1，OCT 2，SRF等） 3富含脯氨酸激活結(jié)構(gòu)域 富含脯氨酸 有一個(gè)能激活轉(zhuǎn)錄的連續(xù)脯氨酸殘基鏈 （AP2、Jun、S

19、RF 等,4、轉(zhuǎn)錄因子的活化途徑： （1）需要時(shí)蛋白被合成，但很快被降解，不能積累。 （2）通過(guò)與配體結(jié)合被活化。 （3）通過(guò)磷酸化被活化。 （4）結(jié)合DNA亞基的加入，與帶有轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)形成復(fù)合物。 （5）通過(guò)抑制因子的磷酸化，暴露隱蔽的活化區(qū)域。 （6）通過(guò)去除一個(gè)抑制蛋白，刺激轉(zhuǎn)錄因子入核,三、轉(zhuǎn)錄調(diào)控舉例,1、組成性轉(zhuǎn)錄因子：SP1 與富含GC的保守序列GGGCGG相結(jié)合. 結(jié)合位點(diǎn)存在于許多持家基因的啟動(dòng)子中。 是一個(gè)組成性轉(zhuǎn)錄因子，存在于所有的細(xì)胞類(lèi)型中。 包含3個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)域以及2個(gè)富含谷氨酰氨轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域。 SP1的富含谷氨酰氨結(jié)構(gòu)域與TAF110發(fā)生特異作用， TA

20、F110是TAF中的一種，后者與TATA結(jié)合蛋白（TBP）相結(jié)合組成TFD,2. 激素調(diào)控: 類(lèi)固醇激素 （如糖皮質(zhì)激素） 脂溶性的， 能夠穿過(guò)細(xì)胞膜與類(lèi)固醇激素受體（轉(zhuǎn)錄因子）相互作用,在沒(méi)有類(lèi)固醇激素時(shí)，該受體與抑制蛋白結(jié)合，游離在細(xì)胞質(zhì)中. 有類(lèi)固醇激素時(shí), 激素結(jié)合到受體上，將其從阻抑物中釋放出來(lái)。 受體二聚化并轉(zhuǎn)移到核中。 受體與其特異的DNA結(jié)合序列結(jié)合 (應(yīng)答元件) ，從而激活靶基因,3. 通過(guò)磷酸化調(diào)控： STAT蛋白,許多激素不能擴(kuò)散進(jìn)細(xì)胞。 它們通過(guò)與細(xì)胞表面的受體結(jié)合，通過(guò)稱(chēng)為信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的過(guò)程將信號(hào)傳遞給細(xì)胞內(nèi)部的蛋白。 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通常涉及到蛋白質(zhì)的磷酸化。 如-干擾素通過(guò)激

21、活一種稱(chēng)為JAK的激酶誘發(fā)轉(zhuǎn)錄因子STAT1 的磷酸化,3. 通過(guò)磷酸化調(diào)控： STAT蛋白,Interferon,IFN- receptor,JAK kinase,Unphosphorylated STAT monomers,2ATP,dimerization,2ADP,phosphorylated STAT1 dimer,Nuclear translocation,Response element,3. 通過(guò)磷酸化調(diào)控： STAT蛋白 （1）未磷酸化的STAT1 蛋白: 以單體形式存在于細(xì)胞質(zhì)中，無(wú)轉(zhuǎn)錄活性。 （2）在特異的酪氨酸殘基磷酸化的 STAT1 形 成同型二聚體進(jìn)入核，激活在啟動(dòng)

22、子處含有保守的DNA結(jié)合基序的靶 基因的表達(dá),第四節(jié) 轉(zhuǎn)錄后水平的基因表達(dá)調(diào)控,一、RNA沉默與siRNA （一）基因沉默（gene silencing）： 指生物體中特定基因由于種種原因不能表達(dá) 或表達(dá)量很低的遺傳現(xiàn)象,二）基因沉默類(lèi)型： 轉(zhuǎn)錄水平的基因沉默(TGS) 轉(zhuǎn)錄后水平的基因沉默(PTGS,DNA,mRNA,Protein,1、定義（Definition）: 是由dsRNA介導(dǎo)的，通過(guò)目標(biāo)mRNA的降解而使特定基因沉默的現(xiàn)象,三）RNA Silencing,DNA,mRNA,Protein,RNA干涉（RNA interference，RNAi）：In animal 轉(zhuǎn)錄后水平的基

23、因沉默-PTGS （In plants） 靜息或阻抑作用- quelling（ In certain fungi,2、Other names of RNA silencing,3、RNA沉默的發(fā)現(xiàn),Untransformed,Napoli, Lemieuz, Jorgensen, 1990 Van der Krol, Mur, Beld, Mol, Stuitje, 1990,35S-P,Chalcone synthase,Nos-T,Cosuppression,RNA silencing first observed in plants during transgene studies,Fi

24、re（美國(guó)卡內(nèi)磯研究所） Mello（美國(guó)麻州大學(xué)） 雙鏈RNA 是導(dǎo)致線蟲(chóng)par-1基因 沉默的原因，并稱(chēng)之為RNA干擾(RNA interference,Guo & Kemphuse（美國(guó)康乃爾大學(xué)） 正義和反義RNA都能導(dǎo)致線蟲(chóng)par-1基因 沉默,Degraded RNA (Gene silencing or virus resistance,DICER (dsRNase) (DCLs,21-25nt small RNAs (siRNAs,Complex formation,RISC complex,Target ss mRNA or viral RNA,Endonuclease(s,

25、Exonuclease(s,dsRNA,4、RNA沉默的可能機(jī)理,5、RNA沉默的功能,PTGS在生物界中是一種普 遍現(xiàn)象，是真核生物長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成的一種抵御病毒、轉(zhuǎn)座子等外來(lái)核酸的入侵、識(shí)別并抑制外源基因的表達(dá)，維持生物基因組穩(wěn)定性的重要防御機(jī)制,6、RNA沉默應(yīng)用Applications of RNA silencing,1）基因功能分析 （2）培育抗病毒作物 （3）作物品質(zhì)遺傳改良,How to Silencing a Gene,hairpin RNA transgene,AAAAAAA,complementary regions,Promoter,Terminator,mRNA,H

26、airpin RNA,二、MiRNA (MicroRNA)與基因表達(dá)調(diào)控,一）特點(diǎn)： 1、miRNAs是一種2125nt長(zhǎng)的小分子RNA 2、具有高度的保守性、時(shí)序性和組織特異性 3、主要作用于靶標(biāo)基因3-UTR區(qū) ，阻遏翻譯 （二）功能： 主要在發(fā)育過(guò)程中起作用，調(diào)節(jié)內(nèi)源基因表達(dá),三）MiRNA的生成及作用機(jī)制,MiRNA作用模式,1、與靶標(biāo)基因3-UTR區(qū)不完全互補(bǔ)結(jié)合，阻遏翻譯而不影響mRNA的穩(wěn)定性（這種miRNA是目前發(fā)現(xiàn)最多的種類(lèi)，如線蟲(chóng)lin-4） 2、與靶標(biāo)基因完全互補(bǔ)結(jié)合，作用方式和功能與siRNA非常類(lèi)似，最后切割靶mRNA，這說(shuō)明某些miRNA和siRNA一樣參與了機(jī)體內(nèi)

27、一些特異性mRNA的剪切過(guò)程。（如擬南芥miR-171） 3、具有以上兩種作用模式，當(dāng)與靶標(biāo)基因完全互補(bǔ)結(jié)合時(shí)，直接靶向切割mRNA；當(dāng)與靶標(biāo)基因不完全互補(bǔ)結(jié)合時(shí)，阻遏基因的翻譯（如線蟲(chóng)let-7,四）小RNA的研究的啟示,1、基因組非蛋白編碼區(qū)可能蘊(yùn)含著重要的生命功能活動(dòng)信息。 2、生命的一些重要活動(dòng)如幼蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育、細(xì)胞的發(fā)生和分化、神經(jīng)系統(tǒng)的分化等都被一些非編碼小RNA的調(diào)控,附：RNA的功能,1）儲(chǔ)存遺傳信息，如RNA病毒 （2）mRNA：進(jìn)行遺傳信息的傳遞，作為蛋白質(zhì)合成的模板 （3）rRNA：可裝配成核糖體，參與蛋白質(zhì)合成 （4）tRNA：攜帶氨基酸，參與蛋白質(zhì)的合成 （5）核酶：內(nèi)含子的自我剪接等 （6）MicroRNA：基因表達(dá)的調(diào)控，在發(fā)育過(guò)程中起作用 （7）SiRNA：抑制病毒、轉(zhuǎn)座子等外源基因的表達(dá) （8）指導(dǎo)RNA：參與RNA的編輯 （9）SnoRNA：可能與RNA的甲基化有關(guān) （10）SnRNA：參與RNA的加工（如剪接） （11）端粒酶中的RNA：與端粒的復(fù)制有關(guān),三、RNA加工的調(diào)節(jié),一）可變mRNA的加工 通過(guò)使用不同的poly