第三章細(xì)胞分化的分子機(jī)制轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控

1、第三章 細(xì)胞分化的分子機(jī)制 轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控真核生物： dna nrna（核） mrna （質(zhì)）第一節(jié)第一節(jié) rnarna加工水平的調(diào)控加工水平的調(diào)控大多數(shù)編碼細(xì)胞特異性蛋白質(zhì)的基因選擇性表達(dá)的調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平，但轉(zhuǎn)錄后調(diào)控對(duì)決定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能重要（一）、異質(zhì)性核（一）、異質(zhì)性核rnarna（hnrnahnrna）由于轉(zhuǎn)錄模板不同，由于轉(zhuǎn)錄模板不同，nrna的長(zhǎng)度和性質(zhì)差別較大的長(zhǎng)度和性質(zhì)差別較大分子量： nrnamrna；半壽期： nrna mrna；復(fù)雜性： hnrnamrna，核苷酸序列多樣性一、mrna前體和mrna（二）、前體mrna的加工對(duì) 早期發(fā)育的調(diào)控海膽： 囊胚期與長(zhǎng)腕幼

2、蟲期細(xì)胞囊胚期與長(zhǎng)腕幼蟲期細(xì)胞nrnanrna相同；相同； 囊胚期處于轉(zhuǎn)錄激活狀態(tài)的囊胚期處于轉(zhuǎn)錄激活狀態(tài)的dnadna序列與長(zhǎng)腕幼蟲期序列與長(zhǎng)腕幼蟲期完全一致；完全一致； 隨著發(fā)育進(jìn)程由基因組隨著發(fā)育進(jìn)程由基因組dnadna的轉(zhuǎn)錄所產(chǎn)生的細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)錄所產(chǎn)生的細(xì)胞質(zhì)mrnamrna的復(fù)雜性逐漸減?。坏膹?fù)雜性逐漸減?。?早期胚胎發(fā)育的調(diào)控機(jī)制：早期胚胎發(fā)育的調(diào)控機(jī)制：存在加工水平的差異存在加工水平的差異早期發(fā)育對(duì)rna信息的選擇不同類型細(xì)胞 對(duì)nrna的選擇不同rna加工前三個(gè)胚層中的加工前三個(gè)胚層中的rna量無差異量無差異。ect en/mes加工后的加工后的rna主要存在于主要存在于外胚層中

3、。外胚層中。核酸保護(hù)實(shí)驗(yàn)核酸保護(hù)實(shí)驗(yàn)(放射性放射性intron或或exon探針與總探針與總rna雜交后再雜交后再rnase消化消化)表明：表明：海膽鈣結(jié)合海膽鈣結(jié)合蛋白基因蛋白基因cyiiia在原腸胚的外在原腸胚的外胚層中表達(dá)胚層中表達(dá)核酸核酸run-on(在膜上固定在膜上固定intron序列與放射性序列與放射性rna探針雜交探針雜交)實(shí)驗(yàn)表明：實(shí)驗(yàn)表明：spec1基因在原腸胚基因在原腸胚的內(nèi)、中、外胚層細(xì)胞核中都表達(dá)，但成熟的的內(nèi)、中、外胚層細(xì)胞核中都表達(dá)，但成熟的spec1 mrna只存在于外胚層中。只存在于外胚層中。nrna（一）、同一基因的初始轉(zhuǎn)錄物（一）、同一基因的初始轉(zhuǎn)錄物（nrn

4、anrna） 經(jīng)選擇性拼接可產(chǎn)生不同的成熟經(jīng)選擇性拼接可產(chǎn)生不同的成熟rnarna原肌球蛋白基因二、rna加工水平的調(diào)控-原肌球蛋白基因nrnamrnab淋巴細(xì)胞的dna，發(fā)生重排生殖細(xì)胞的dna重鏈可變區(qū)（抗原結(jié)合區(qū)）在淋巴細(xì)胞形成過程中，發(fā)生基因重 排（dna水平）重鏈恒定區(qū)發(fā)生分子轉(zhuǎn)換，該模式通過rna加工完成前體rna區(qū)區(qū)igmigd相同基因在不同發(fā)育時(shí)期或不同組 織細(xì)胞中拼接不同，合成不同的蛋白質(zhì)降鈣素/神經(jīng)多肽cgrp mrna前體果蠅性別表型的決定事件，通過果蠅性別表型的決定事件，通過3 3個(gè)主要性別決定基個(gè)主要性別決定基因因rnarna的不同拼接模式，引起差異基因表達(dá)的不同拼接

5、模式，引起差異基因表達(dá)選擇性rna加工與性別決定（二）、rna 3末端的決定絕大多數(shù)真核生物nrna在剪接之前，先進(jìn)行3末端斷裂和多聚腺苷酸化加工，這種加工由順式和反式作用元件調(diào)控。1、順式作用元件 aauaaa序列：位于3末端，對(duì)其下游10-30bp位點(diǎn)發(fā)生的裂解是必需的； gu或u富積序列：位于3末端aauaaa區(qū)域下游，調(diào)控mrna 3末端裂解的效率。2、反式作用元件 （人癌細(xì)胞） 特異性核蛋白因子：可識(shí)別發(fā)生裂解和進(jìn)行多聚腺苷酸化的順式因子； poly（a）聚合酶：用于合成多聚腺苷酸尾； 裂解因子i和ii：mrna前體的裂解酶； 裂解刺激因子：可顯著提高裂解反應(yīng)的效率（三）、mrna向

6、核外的運(yùn)輸 推測(cè)：rna在核基質(zhì)內(nèi)完成轉(zhuǎn)錄和加工，然后將mrna運(yùn)輸?shù)胶四た?，由此運(yùn)出核外，但機(jī)制尚不十分清楚。 然而，已知細(xì)胞分化中基因選擇性表達(dá)調(diào)控的另一種方式是細(xì)胞核以何種方式處理mrna前體，通過調(diào)控，有的mrna運(yùn)出核外，有的不能運(yùn)出； 已發(fā)現(xiàn)：一種特殊的病毒蛋白對(duì)于mrna運(yùn)輸是必需的。第二節(jié)第二節(jié) 翻譯和翻譯后的調(diào)控翻譯和翻譯后的調(diào)控 1. 翻譯過程翻譯過程（mrna 特異多肽鏈的合成）aug氨基酰氨基酰-trna與核糖體結(jié)合；與核糖體結(jié)合；aa離開離開trna，aa之間肽鍵、之間肽鍵、縮合；核糖體沿縮合；核糖體沿mrna移動(dòng)；移動(dòng)；uag uaa uga一、翻譯水平的調(diào)控3 3

7、個(gè)階段個(gè)階段2. mrna壽命的不同對(duì)蛋白質(zhì)合成的調(diào)控壽命的不同對(duì)蛋白質(zhì)合成的調(diào)控 通過通過mrna的選擇性降解和的選擇性降解和mrna穩(wěn)定性不同調(diào)控蛋白質(zhì)的合成穩(wěn)定性不同調(diào)控蛋白質(zhì)的合成rabbit3不同基因的不同基因的mrna的半衰期不同，主要受其的半衰期不同，主要受其3utr控制?？刂啤６虊勖虊勖黰rna的的3utr通常含有一個(gè)或多個(gè)通常含有一個(gè)或多個(gè)au富集區(qū)富集區(qū)，其作用是促進(jìn)，其作用是促進(jìn)poly(a)降解。降解。-珠蛋白珠蛋白rna的的3utr中含有中含有3個(gè)個(gè)c富集區(qū)，穩(wěn)定，半衰期富集區(qū)，穩(wěn)定，半衰期17h一種生長(zhǎng)因子一種生長(zhǎng)因子mrna的半壽期不超過的半壽期不超過30min

8、mrna降解性能的差異可以影響細(xì)胞的功能降解性能的差異可以影響細(xì)胞的功能c-fos mrna 5utr coding sequence 3utr成纖維細(xì)胞成纖維細(xì)胞腫瘤細(xì)胞腫瘤細(xì)胞au富集區(qū)富集區(qū)c-fos基因編碼正常成纖維細(xì)胞分裂必需的一種蛋白質(zhì)3. 激素對(duì)特定激素對(duì)特定mrna穩(wěn)定性的影響穩(wěn)定性的影響如如prolactin（泌乳刺激素）僅提高牛的（泌乳刺激素）僅提高牛的casein（酪蛋白）基（酪蛋白）基因轉(zhuǎn)錄水平因轉(zhuǎn)錄水平2倍，提高其倍，提高其mrna壽命壽命25倍，使倍，使mrna更多次更多次的翻譯。的翻譯。二、早期發(fā)育中母體效應(yīng)因子的影響1、卵母細(xì)胞中合成并貯藏大量的發(fā)育信息（mrn

9、a和蛋白質(zhì)），這些信息在排卵以前至早期發(fā)育過程中逐漸被利用；2、每個(gè)卵母細(xì)胞中貯藏 20 000 50 000種不同的mrna，每種mrna大約1 600個(gè)拷貝；3、貯藏的信息在卵細(xì)胞中梯度分布或者均勻分布1 1、卵母細(xì)胞中翻譯調(diào)控機(jī)制的假說、卵母細(xì)胞中翻譯調(diào)控機(jī)制的假說hmrna maskingmrna masking（掩蔽）（掩蔽）: : mrna mrna與其它蛋白結(jié)合成與其它蛋白結(jié)合成ribonucleoprotein ribonucleoprotein (rnp) complex,(rnp) complex,阻止與核糖體結(jié)合；卵成熟或受精后，離子強(qiáng)度改變或阻止與核糖體結(jié)合；卵成熟或受

10、精后，離子強(qiáng)度改變或蛋白磷酸化等導(dǎo)致蛋白磷酸化等導(dǎo)致rnprnp不穩(wěn)定不穩(wěn)定/ /解體，翻譯得以進(jìn)行。解體，翻譯得以進(jìn)行。h5 cap5 cap（7-7-甲基鳥苷酸）的調(diào)控：甲基鳥苷酸）的調(diào)控：如某些種類如某些種類( (蛾蛾) )，其卵中的部分，其卵中的部分mrnamrna的的5-5-鳥苷酸在受精后才甲基化，然后開始翻譯。鳥苷酸在受精后才甲基化，然后開始翻譯。hmrna sequestermrna sequester（隱蔽）（隱蔽）: : 指指mrnamrna被阻隔于蛋白合成裝置。如海膽未受被阻隔于蛋白合成裝置。如海膽未受精卵的組蛋白精卵的組蛋白 mrnamrna定位于原核中，受精后原核破裂，

11、定位于原核中，受精后原核破裂，mrnamrna才能進(jìn)入胞質(zhì)才能進(jìn)入胞質(zhì)開始翻譯。開始翻譯。hpoly(a)poly(a)對(duì)翻譯的調(diào)控：對(duì)翻譯的調(diào)控：卵母細(xì)胞減數(shù)分裂成熟前后，卵母細(xì)胞減數(shù)分裂成熟前后，mrna polyamrna polya的長(zhǎng)度的長(zhǎng)度發(fā)生變化（由發(fā)生變化（由3utr3utr調(diào)控）。帶長(zhǎng)調(diào)控）。帶長(zhǎng)polyapolya的的mrnamrna具翻譯活性具翻譯活性h翻譯效率的調(diào)控：翻譯效率的調(diào)控：如將海膽卵母細(xì)胞裂解液的如將海膽卵母細(xì)胞裂解液的phph從自然狀態(tài)下的從自然狀態(tài)下的ph6.9ph6.9提提高到高到ph7.4ph7.4（受精后自然狀態(tài)下的（受精后自然狀態(tài)下的phph）,

12、,蛋白質(zhì)合成量急劇增加。受精后蛋白質(zhì)合成量急劇增加。受精后phph升高的作用升高的作用可能包括去除可能包括去除mrnamrna的封閉蛋白和激活翻譯起始因子。的封閉蛋白和激活翻譯起始因子。三、翻譯和翻譯后調(diào)控的機(jī)制poly(a)對(duì)翻譯的調(diào)控：對(duì)翻譯的調(diào)控： 在小鼠的未成熟卵母在小鼠的未成熟卵母細(xì)胞質(zhì)中可以翻譯的細(xì)胞質(zhì)中可以翻譯的mrna具有較長(zhǎng)的具有較長(zhǎng)的poly(a), 減數(shù)成熟分裂后減數(shù)成熟分裂后poly(a)降降解，翻譯終止。解，翻譯終止。 在減數(shù)成熟分裂前不在減數(shù)成熟分裂前不表達(dá)的表達(dá)的mrna的的poly(a)較較短短(15-90a), 但其但其3utr具具有胞質(zhì)多聚腺苷酸化信號(hào)有胞質(zhì)

13、多聚腺苷酸化信號(hào)序列序列(cpes)(uuuuau in mice and frogs)。減數(shù)成。減數(shù)成熟分裂后這些熟分裂后這些 mrna迅速迅速加上一個(gè)長(zhǎng)的加上一個(gè)長(zhǎng)的polya,開始開始翻譯。翻譯。 2. 秀麗隱桿線蟲發(fā)育的翻譯調(diào)控秀麗隱桿線蟲發(fā)育的翻譯調(diào)控 mrna 3utr調(diào)控配子的決定調(diào)控配子的決定tra-2tra-2是卵子發(fā)育所必需的一種蛋白質(zhì)，如果tra-2 mrna翻譯活性被抑制，生殖細(xì)胞精子； tra-2 mrna的3utr區(qū)含有2個(gè)區(qū)域，它們可能結(jié)合在幼蟲精子發(fā)生時(shí)合成的抑制蛋白；如果這兩個(gè)區(qū)域突變，精子不能形成3 utr對(duì)發(fā)育的時(shí)空調(diào)控作用：調(diào)控配子的決定；調(diào)控許多卵母細(xì)

14、胞貯存mrna的翻譯活動(dòng)；調(diào)控一些mrna在卵母細(xì)胞中的定位；參與某些組織分化的維持fem-3是精子發(fā)育所必需的一種蛋白質(zhì)，如果fem-3 mrna翻譯活性被抑制，生殖細(xì)胞卵子；在幼蟲四齡時(shí)， fem-3 mrna 3utr區(qū)結(jié)合翻譯抑制因子（tra-2）， 成體血紅蛋白成體血紅蛋白 2n2n中，中，44和和22珠蛋白基因珠蛋白基因44肽鏈肽鏈2/22/2 - mrna:- mrna = 1.4:1 - mrna:- mrna = 1.4:1 珠蛋白珠蛋白:珠蛋白珠蛋白 = 1:1= 1:1 平衡調(diào)節(jié)機(jī)制：平衡調(diào)節(jié)機(jī)制： 兩者競(jìng)爭(zhēng)翻譯起始因子兩者競(jìng)爭(zhēng)翻譯起始因子 珠蛋白珠蛋白mrnamrna具有更強(qiáng)的與具有更強(qiáng)的與 翻譯起始因子結(jié)合的能力翻譯起始因子結(jié)合的能力 3. 血紅蛋白翻譯水平的調(diào)控血紅蛋白翻譯水平的調(diào)控 4. rna編輯編輯血清脂質(zhì)攜帶蛋白rna編輯是指在已有的rna分子上改變（缺失、插入或置換）一個(gè)特定的堿基以改變遺傳信息，使翻譯生成的蛋白質(zhì)氨基酸組成，不同于基因序列中原有的編碼信息5 5、翻譯后水平上的調(diào)控、翻譯后水平上的調(diào)控h一條長(zhǎng)鏈被剪切并除去部分而激活一條長(zhǎng)鏈被剪切