第八章分子生物學(xué)

1、第八章 真核生物基因表達(dá)調(diào)控RNA水平轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控RNA的轉(zhuǎn)錄后加工mRNA向胞漿轉(zhuǎn)運(yùn)DNA水平基因重排甲基化修飾染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)蛋白質(zhì)水平mRNA穩(wěn)定性翻譯過程翻譯后加工蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性真核生物基因表達(dá)調(diào)控的環(huán)節(jié)多基因丟失基因擴(kuò)增一、DNA水平的調(diào)控1. 基因丟失：丟失一段DNA或整條染色體的現(xiàn)象。在細(xì)胞分化過程中，可以通過丟失掉某些基因而去除這些基因的活性。某些原生動(dòng)物、線蟲、昆蟲和甲殼類動(dòng)物在個(gè)體發(fā)育中，許多體細(xì)胞常常丟失掉整條或部分的染色體，只有將來分化產(chǎn)生生殖細(xì)胞的那些細(xì)胞一直保留著整套的染色體。目前，在高等真核生物（包括動(dòng)物、植物）中尚未發(fā)現(xiàn)類似的基因丟失現(xiàn)象。馬蛔蟲受精卵的早期分裂

2、馬蛔蟲2n2，但染色體上有多個(gè)著絲粒。第一次卵裂是橫裂，產(chǎn)生上下2個(gè)子細(xì)胞。第二次卵裂時(shí)，一個(gè)子細(xì)胞仍進(jìn)行橫裂，保持完整的基因組，而另一個(gè)子細(xì)胞卻進(jìn)行縱向分裂，丟失部分染色體。生殖細(xì)胞體細(xì)胞四膜蟲：大核： 營養(yǎng)核 可轉(zhuǎn)錄小核： 生殖核 無轉(zhuǎn)錄活性大核由小核發(fā)育而來，發(fā)育過程中有多處染色質(zhì)斷裂，并刪除約10%的基因組DNA。被刪除序列的存在可能抑制了基因的正常表達(dá)。2. 基因擴(kuò)增：通過改變基因數(shù)量來調(diào)節(jié)基因表達(dá)產(chǎn)物的水平非洲爪蟾卵母細(xì)胞:為儲(chǔ)備大量核糖體以供卵細(xì)胞受精后發(fā)育的需要，通常都要專一性地增加編碼核糖體rRNA的基因（rDNA）rDNA的滾環(huán)復(fù)制：拷貝數(shù)由15002106，總量可達(dá)細(xì)胞D

3、NA的75%，當(dāng)胚胎期開始后，所合成的rDNA失去需要而逐漸降解消失。3. 基因重排- 免疫的多樣性在胚胎細(xì)胞中，V、J、（D）和C基因是分散排列的，在B細(xì)胞發(fā)育成熟過程中，基因組中組成免疫球蛋白分子的各個(gè)基因開始發(fā)生重排，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生mRNA。隨機(jī)重排的結(jié)果可以產(chǎn)生10810l0種免疫球蛋白分子。二、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控活躍轉(zhuǎn)錄的基因全部位于常染色質(zhì)中，處于異染色質(zhì)的基因則不表達(dá)。主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄起始時(shí)的調(diào)控（包括啟動(dòng)子的活化和轉(zhuǎn)錄復(fù)合體與mRNA的結(jié)合）。1. 啟動(dòng)子的活化DNA的甲基化：主要發(fā)生在胞嘧啶（C），抑制基因表達(dá)。高等生物中的甲基化主要是多核苷酸鏈的CpG島上胞嘧啶的5位碳原子，生成m5C

4、pG。DNA的不同甲基化狀態(tài)(過甲基化與去甲基化)與基因的活性和功能有關(guān)。DNA甲基化主要形成5-甲基胞嘧啶（5-mC）和少量的N6-甲基嘌呤（N6-mA）及7-甲基鳥嘌呤（7-mG）。甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)制DNA 甲 基 化 導(dǎo) 致 某 些 區(qū) 域DNA構(gòu)象變化，從而影響蛋白質(zhì)與DNA的相互作用，抑制基因轉(zhuǎn)錄。DNA甲基化與Cancer組蛋白的乙?；褐饕l(fā)生在Lys，Arg，His，激活基因。組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（histoneacetyltransferase，HAT）組蛋白去乙?；福╤istoneacetylase，HDAC）組蛋白乙?；菇M蛋白攜帶正電荷量減少，降低其與帶負(fù)電荷的DN

5、A鏈的親和性，導(dǎo)致局部DNA與組蛋白八聚體解開纏繞，從而促使參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控的各種蛋白因子與DNA特異序列結(jié)合，進(jìn)而發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用；組蛋白的N末端尾巴可與參與維持染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的多種蛋白質(zhì)相互作用，更加穩(wěn)定了核小體的結(jié)構(gòu)。而組蛋白乙?；瘏s減弱了上述作用，阻礙了核小體裝配成規(guī)則的高級(jí)結(jié)構(gòu)。組蛋白乙?；せ罨蜣D(zhuǎn)錄的機(jī)制DNA甲基化、組蛋白乙?；际潜碛^遺傳學(xué)的重要內(nèi)容之一。在不影響DNA序列的情況下改變基因組的修飾，這種改變不僅可以影響個(gè)體的發(fā)育，而且還可以遺傳下去。因此，這類變異被稱為“表觀遺傳修飾”。2. 基因調(diào)控的順式作用元件是指基因周圍能與特異轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合而影響轉(zhuǎn)錄的DNA序列。其中主要是

6、起正性調(diào)控作用的順式作用元件，包括啟動(dòng)子(promoter)、增強(qiáng)子(enhancer)；近年又發(fā)現(xiàn)起負(fù)性調(diào)控作用的元件-沉默子(silencer)。哺乳類RNA聚合酶啟動(dòng)子中常見的元件增強(qiáng)子：一種能夠提高轉(zhuǎn)錄效率的順式調(diào)控元件，可使旁側(cè)的基因轉(zhuǎn)錄提高100倍?？梢詥慰截惢蚨嗫截惔B形式存在。增強(qiáng)子增強(qiáng)子成分增強(qiáng)子成分小于100bp增強(qiáng)子元增強(qiáng)子元小于5bp+特異激活蛋白促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的復(fù)合體+特異激活蛋白促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的復(fù)合體增強(qiáng)子元增強(qiáng)子元小于5bp+特異激活蛋白促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的復(fù)合體+特異激活蛋白促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的復(fù)合體增強(qiáng)子增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄主要是按一種成環(huán)模式實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)距離、雙方向的增強(qiáng)功能。增強(qiáng)子的作用有以下特點(diǎn)：增強(qiáng)

7、子提高同一條DNA鏈上基因轉(zhuǎn)錄效率，可以遠(yuǎn)距離作用。增強(qiáng)子作用與其序列的正反方向無關(guān)，將增強(qiáng)子方向倒置依然能起作用。增強(qiáng)子要有啟動(dòng)子才能發(fā)揮作用，對(duì)動(dòng)子沒有嚴(yán)格的專一性，同一增強(qiáng)子可以影響不同類型啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄。增強(qiáng)子的作用機(jī)理雖然還不明確，但與其他順式調(diào)控元件一樣，必須與特定的蛋白質(zhì)因結(jié)合后才能發(fā)揮增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄的作用。絕緣子是一段具有特化染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的區(qū)域，它能阻斷增強(qiáng)子或沉默子對(duì)靶基因/啟動(dòng)子的增強(qiáng)或失活作用效應(yīng)。而且能保護(hù)兩個(gè)絕緣子之間的基因免受任何外界因子的作用與影響。2. 基因調(diào)控的反式作用元件通用轉(zhuǎn)錄因子：基本轉(zhuǎn)錄復(fù)合體組裝所需的轉(zhuǎn)錄因子。RNA聚合酶的基本轉(zhuǎn)錄因子激活劑：結(jié)合于上游啟動(dòng)子

8、元件和增強(qiáng)子上的轉(zhuǎn)錄因子，能增強(qiáng)基本轉(zhuǎn)錄復(fù)合物與核心啟動(dòng)子的結(jié)合。具有DNA結(jié)合域和激活域。輔激活劑：不與DNA結(jié)合，連接激活劑和基本轉(zhuǎn)錄復(fù)合體。與DNA結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子大多以二聚體形式起作用，與DNA結(jié)合的功能域常見有以下幾種：鋅指（zinc finger）CCCCHHCCZnZn- 表示DNA結(jié)合部位與專一性識(shí)別有關(guān)的功能域是非鋅指的Phe（F）、Leu（L）、Tyr（Y）等核心疏水氨基酸螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋（helix-turn-helix，HTH）其構(gòu)象包括2個(gè)-螺旋，借助螺旋間的相互作用形成固定的角度，螺旋之間連接一個(gè)短的伸展的肽鏈，其羧基端的一個(gè)-螺旋直接與DNA大溝的堿基專一性結(jié)合，也

9、稱為“識(shí)別螺旋”。另一個(gè)-螺旋則穿越大溝，與DNA發(fā)生非特異結(jié)合。兩個(gè)HLH蛋白通過HLH基序形成二聚體發(fā)揮作用。- 表示DNA結(jié)合部位LLLLLLLL堿性域（basic domain）或亮氨酸拉鏈（leucine zipper）這類蛋白質(zhì)含有4個(gè)或5個(gè)亮氨酸殘基, 彼此之間精確的相距7個(gè)氨基酸殘基。這樣, 在螺旋的每一個(gè)側(cè)面就出現(xiàn)一個(gè)Leu, 這些Leu排成一排, 兩個(gè)蛋白質(zhì)分子的螺旋之間靠Leu殘基之間的疏水作用形成一條拉鏈。堿性域一般只促進(jìn)二聚體的形成，不直接與DNA作用，兩個(gè)螺旋在二聚化界面前面一點(diǎn)的位置分開，形成Y型結(jié)構(gòu)，這樣二聚體就夾住了DNA雙鏈，其側(cè)鏈可以與DNA大溝結(jié)合。三、轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控1. 真核生物轉(zhuǎn)錄后mRNA的加工前