分子生物學課件：真核調控1

1、第七章第七章 真核生物基因的表達調控真核生物基因的表達調控第一節(jié)第一節(jié) 概述概述u真核基因表達調控的特點真核基因表達調控的特點 發(fā)育調控發(fā)育調控 、正調控、組織細胞特異性、多層次、正調控、組織細胞特異性、多層次DNA水平的調控水平的調控轉錄水平的調控轉錄水平的調控轉錄后水平的調控轉錄后水平的調控翻譯水平調控翻譯水平調控翻譯后水平調控翻譯后水平調控u調控層次調控層次核酸分子間的互作核酸分子間的互作蛋白質與核酸分子間的互作蛋白質與核酸分子間的互作蛋白質分子間的互作蛋白質分子間的互作u調控機理調控機理蛋白質如何識別蛋白質如何識別DNA特定序列？特定序列？非特異性結合非特異性結合：蛋白正電區(qū)域（由帶正

2、電的氨基酸側鏈：蛋白正電區(qū)域（由帶正電的氨基酸側鏈組成），與組成），與DNA主鏈的負電荷產生主鏈的負電荷產生靜電作用靜電作用，二者距，二者距離遠，作用力弱離遠，作用力弱特異性結合特異性結合：蛋白質分子與：蛋白質分子與DNA靶位點形成靶位點形成氫鍵氫鍵，使，使二者距離縮短（二者距離縮短（1.01.5nm），作用力增強），作用力增強真核生物的基因結構與轉錄活性真核生物的基因結構與轉錄活性 基因家族（簡單多基因家族和復雜多基因基因家族（簡單多基因家族和復雜多基因家族）家族） 真核基因的斷裂結構（組成型剪接和選擇真核基因的斷裂結構（組成型剪接和選擇型剪接）型剪接） 真核生物真核生物DNA水平上的基因表

3、達調控水平上的基因表達調控 DNA甲基化與基因活性的調控甲基化與基因活性的調控基因家族與基因簇基因家族與基因簇 （ Gene family 、Gene cluster） 基因家族：真核生物的基因組中許多來源相同，結構相似、功能基因家族：真核生物的基因組中許多來源相同，結構相似、功能相關的一組基因相關的一組基因 簡單多基因家族：基因一般以串聯方式前后相連簡單多基因家族：基因一般以串聯方式前后相連復雜多基因家族：幾個相關基因家族構成，基因家族之間由復雜多基因家族：幾個相關基因家族構成，基因家族之間由間隔序列隔開，并作為獨立的轉錄單位間隔序列隔開，并作為獨立的轉錄單位 目前可分目前可分為為三三類類：

4、 ：各成員之間有高度的序列一致性各成員之間有高度的序列一致性串聯重復基因簇的特點：串聯重復基因簇的特點：拷貝數高拷貝數高 幾十幾十 幾百幾百非轉錄的間隔區(qū)短而一致非轉錄的間隔區(qū)短而一致正好滿足組蛋白基因、正好滿足組蛋白基因、rRNA 基因和基因和 tRNA的的 基因產物被細胞大量需要基因產物被細胞大量需要基因簇（基因簇（gene cluster）：基因家族的各成員緊密成簇，排列）：基因家族的各成員緊密成簇，排列 成大段的串聯重復單位，定位于染色體的特殊區(qū)域成大段的串聯重復單位，定位于染色體的特殊區(qū)域 由發(fā)育階段控制的多基因家族：人類珠蛋白的基因家族由發(fā)育階段控制的多基因家族：人類珠蛋白的基因家

5、族 真核基因的斷裂結構真核基因的斷裂結構 斷裂基因（斷裂基因（interrupted gene）概念：在一個結構基因中，編碼某一蛋白質不同區(qū)域的概念：在一個結構基因中，編碼某一蛋白質不同區(qū)域的各個外顯子并不連續(xù)排列在一起，而是常常被長度不等各個外顯子并不連續(xù)排列在一起，而是常常被長度不等的內含子所隔離。的內含子所隔離。編碼序列稱為外顯子（編碼序列稱為外顯子（exon），非編碼序列稱為內含子），非編碼序列稱為內含子（intron） 真核基因中外顯子與內含子連接區(qū)的高度真核基因中外顯子與內含子連接區(qū)的高度保守性和特異堿基序列保守性和特異堿基序列 內含子兩端序列不能互補內含子兩端序列不能互補 外顯子

6、和內含子連接區(qū)序列很短且高度保外顯子和內含子連接區(qū)序列很短且高度保守守 5GT.AG3（RNA剪接的信號）剪接的信號）外顯子與內含子的可變調控成熟成熟mRNA產生的產生的cDNA中只有外顯子，沒中只有外顯子，沒有內含子有內含子 組成型剪接：一個基因的轉錄產物只產生組成型剪接：一個基因的轉錄產物只產生一種成熟一種成熟mRNA，編碼一個多肽，編碼一個多肽 選擇性剪接：一個基因的轉錄產物可以通選擇性剪接：一個基因的轉錄產物可以通過過不同的剪接方式不同的剪接方式產生不同的產生不同的mRNA，翻，翻譯成不同蛋白質譯成不同蛋白質真核細胞在基因表達調控方面的特點：真核細胞在基因表達調控方面的特點： 單順反子

7、單順反子 DNA 與組蛋白和非組蛋白結合與組蛋白和非組蛋白結合 大部分基因不轉錄大部分基因不轉錄 DNA片段重排和基因擴增片段重排和基因擴增 基因轉錄的調節(jié)區(qū)大（遠端調控）基因轉錄的調節(jié)區(qū)大（遠端調控） 轉錄和翻譯的空間間隔轉錄和翻譯的空間間隔 轉錄后加工轉錄后加工 第一節(jié) DNA水平的調控一一基因丟失基因丟失二二染色質結構對基因表達的調控染色質結構對基因表達的調控三三基因擴增基因擴增四四基因重排基因重排五五DNA甲基化甲基化1、基因丟失：、基因丟失：在細胞分化過程中，通過丟掉某些基在細胞分化過程中，通過丟掉某些基因而去除其活性，因而去除其活性，不可逆。不可逆。 某些原生動物，線蟲、昆蟲、甲殼

8、類動物，體細某些原生動物，線蟲、昆蟲、甲殼類動物，體細胞常丟掉部分或整條染色體。胞常丟掉部分或整條染色體。 蛔蟲胚胎發(fā)育過程中，有蛔蟲胚胎發(fā)育過程中，有27DNA丟失。丟失。 在高等動植物中，尚未發(fā)現類似現象。在高等動植物中，尚未發(fā)現類似現象。 2、染色質結構對基因表達的調控：真核基、染色質結構對基因表達的調控：真核基因的活躍轉錄是在常染色質上進行的因的活躍轉錄是在常染色質上進行的有基因活躍表達活性的染色質有基因活躍表達活性的染色質DNA對對 DNase更敏感，即更敏感，即DNase的敏感性可作為該基因轉錄活性的標志。的敏感性可作為該基因轉錄活性的標志。常染色質：結構松散，基因表達常染色質：結

9、構松散，基因表達異染色質：結構緊密，基因不表達異染色質：結構緊密，基因不表達3 3、基因擴增：細胞內某些特定基因的拷貝數專一性、基因擴增：細胞內某些特定基因的拷貝數專一性增加的現象增加的現象 為滿足正常的生長發(fā)育需要為滿足正常的生長發(fā)育需要 兩棲類和昆蟲卵母細胞兩棲類和昆蟲卵母細胞rRNA基因的擴增基因的擴增 果蠅濾泡細胞卵殼蛋白基因的擴增果蠅濾泡細胞卵殼蛋白基因的擴增 外界環(huán)境因素引起基因擴增外界環(huán)境因素引起基因擴增 藥物誘導抗藥性基因的擴增；藥物誘導抗藥性基因的擴增； 腫瘤細胞中原癌基因拷貝數異常增加。腫瘤細胞中原癌基因拷貝數異常增加。 原發(fā)性的視網膜細胞瘤中，含原發(fā)性的視網膜細胞瘤中，含

10、myc 原癌基因的原癌基因的DNA區(qū)區(qū)段擴增段擴增10200倍。倍。 許多致癌劑可誘導許多致癌劑可誘導DNA擴增。擴增。4、基因重排：將一個基因從遠離啟動子的、基因重排：將一個基因從遠離啟動子的地方移動到距它很近的位點而啟動轉錄地方移動到距它很近的位點而啟動轉錄 特異性調節(jié)特異性調節(jié)，發(fā)生在特殊的細胞類型中，發(fā)生在特殊的細胞類型中 釀酒酵母接合型釀酒酵母接合型 哺乳動物免疫球蛋白編碼區(qū)的連接哺乳動物免疫球蛋白編碼區(qū)的連接 無序的無序的，發(fā)生在腫瘤細胞基因組中，發(fā)生在腫瘤細胞基因組中DNA水平的調控5、DNA甲基化：甲基化：DNA甲基化能關閉某些基因甲基化能關閉某些基因的活性，去甲基化則誘導基因活化和表達的活性，去甲基化則誘導基因活化和表達 5-mC，N6-mA，7-mG “CpG島島” 甲基化程度高，基因表達降低甲基化程度高，基因表達降低 去甲基化，基因表達增加去甲基化，基因表達增加甲基化酶類型：甲基化酶類型： 日常型甲基轉移酶：催化日常型甲基轉移酶：催化半半甲基化，甲基甲基化，甲基化母鏈為模板指導，甲基化迅速化母鏈為模板指導，甲基化迅速 從頭合成型甲基轉移酶：催化從頭合成型甲基轉移酶：催化未未甲基化，甲