第21章 真核基因表達(dá)調(diào)控ppt課件

1、目目 錄錄Regulation of Gene Expression in Eukaryotes目目 錄錄目目 錄錄目目 錄錄目目 錄錄 順式作用元件順式作用元件: 可影響自身基因表可影響自身基因表達(dá)活性的達(dá)活性的DNA序列序列順式作用元件分三類：?jiǎn)?dòng)子順式作用元件分三類：?jiǎn)?dòng)子 增強(qiáng)子增強(qiáng)子 沉默子沉默子目目 錄錄exon1intron1exon nintron n上游上游下游下游轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)增強(qiáng)子增強(qiáng)子沉默子沉默子啟動(dòng)子啟動(dòng)子TATA盒盒GC盒盒CAAT盒盒增強(qiáng)子增強(qiáng)子目目 錄錄目目 錄錄1. 真核生物啟動(dòng)子的核心序列真核生物啟動(dòng)子的核心序列 典型的啟動(dòng)子核心序列是在轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上

2、游典型的啟動(dòng)子核心序列是在轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游2535 bp處，有一保守的處，有一保守的TATA序列，被稱為序列，被稱為TATA盒盒TATA box）。）。TATA盒對(duì)盒對(duì)RNA聚合酶聚合酶II的轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)起定位作用。起始位點(diǎn)起定位作用。 目目 錄錄|一些真核細(xì)胞基因含有另一種啟動(dòng)子元件，稱一些真核細(xì)胞基因含有另一種啟動(dòng)子元件，稱為起始子為起始子(initiator,Inr)，決定啟動(dòng)子的強(qiáng)度。，決定啟動(dòng)子的強(qiáng)度。 |起始子共有序列為：起始子共有序列為：| （5）Y-Y-A+1-N-T/A-Y-Y-Y3）；）；目目 錄錄u 有一些編碼蛋白質(zhì)基因，不含有一些編碼蛋白質(zhì)基因，不含TATA盒或起

3、盒或起始子，多在起始位點(diǎn)上游約始子，多在起始位點(diǎn)上游約100 bp內(nèi)含有內(nèi)含有2050個(gè)核苷酸的個(gè)核苷酸的CG序列，被稱做序列，被稱做CpG島島CpG island）。）。 u轉(zhuǎn)錄可有多個(gè)起始點(diǎn)，可產(chǎn)生含不同轉(zhuǎn)錄可有多個(gè)起始點(diǎn)，可產(chǎn)生含不同5末端末端的的mRNA。u這些基因大多為低轉(zhuǎn)錄基因。這些基因大多為低轉(zhuǎn)錄基因。目目 錄錄 2. 啟動(dòng)子中的上游元件協(xié)助真核基因調(diào)節(jié)啟動(dòng)子中的上游元件協(xié)助真核基因調(diào)節(jié)GC盒盒(GC box) (GGGCGG)CAAT盒盒(CAAT box) (GCCAAT )目目 錄錄 TATA盒盒 CAAT盒盒 GC盒盒 增強(qiáng)子增強(qiáng)子 順式作用元件順式作用元件 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)

4、基因-GCGC-CAAT-TATA轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始真核生物啟動(dòng)子保守序列真核生物啟動(dòng)子保守序列目目 錄錄( (二增強(qiáng)子決定基因的時(shí)空特異性表達(dá)二增強(qiáng)子決定基因的時(shí)空特異性表達(dá)增強(qiáng)子增強(qiáng)子enhancer）指遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)、決定基因的時(shí)間、空間指遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)、決定基因的時(shí)間、空間特異性表達(dá)，增強(qiáng)啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄活性的特異性表達(dá)，增強(qiáng)啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄活性的DNA序列。序列。在酵母中，被稱為上游活化序列在酵母中，被稱為上游活化序列upstream activator sequences, UASs）。）。增強(qiáng)子的作用通常與其所處的位置、與轉(zhuǎn)錄起增強(qiáng)子的作用通常與其所處的位置、與轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)距離和方向無(wú)關(guān)。始點(diǎn)距

5、離和方向無(wú)關(guān)。目目 錄錄目目 錄錄目目 錄錄cDNAaDNA反式調(diào)節(jié)反式調(diào)節(jié)C順式調(diào)節(jié)順式調(diào)節(jié) mRNA C蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)CBA mRNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)AA目目 錄錄（一（一Pol轉(zhuǎn)錄需要基本轉(zhuǎn)錄因子和特異轉(zhuǎn)錄需要基本轉(zhuǎn)錄因子和特異 轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子 * 基本轉(zhuǎn)錄因子基本轉(zhuǎn)錄因子(general transcription factors) 是是RNA聚合酶結(jié)合啟動(dòng)子所必需的一組聚合酶結(jié)合啟動(dòng)子所必需的一組蛋白因子，決定三種蛋白因子，決定三種RNA(mRNA、tRNA及及rRNA)轉(zhuǎn)錄的類別。轉(zhuǎn)錄的類別。目目 錄錄* 特異轉(zhuǎn)錄因子特異轉(zhuǎn)錄因子(special transcription facto

6、rs)為個(gè)別基因轉(zhuǎn)錄所必需，決定該基因的為個(gè)別基因轉(zhuǎn)錄所必需，決定該基因的時(shí)間、空間特異性表達(dá)。時(shí)間、空間特異性表達(dá)。轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)錄抑制因子轉(zhuǎn)錄抑制因子目目 錄錄 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子結(jié)構(gòu)DNA結(jié)合域結(jié)合域轉(zhuǎn)錄激活域轉(zhuǎn)錄激活域TF蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)結(jié)合域蛋白質(zhì)結(jié)合域（二聚化結(jié)構(gòu)域）（二聚化結(jié)構(gòu)域） 谷氨酰胺富含域谷氨酰胺富含域酸性激活域酸性激活域脯氨酸富含域脯氨酸富含域目目 錄錄目目 錄錄螺旋螺旋-回折回折-螺旋螺旋（helix-turn-helix，HTH） 同源異型域同源異型域（homeodomain，HD）識(shí)別識(shí)別螺旋螺旋DNA大溝大溝DNA小溝小溝螺旋螺旋1N端

7、端DNA大溝大溝螺旋螺旋3目目 錄錄 鋅指結(jié)構(gòu)是一類含鋅的鋅指結(jié)構(gòu)是一類含鋅的DNADNA結(jié)合蛋白質(zhì)模體結(jié)合蛋白質(zhì)模體C2H2型鋅指型鋅指Zinc finger）目目 錄錄反向平行反向平行片層片層DNA大溝大溝螺旋螺旋Zn2目目 錄錄 亮氨酸拉鏈同時(shí)調(diào)節(jié)亮氨酸拉鏈同時(shí)調(diào)節(jié)DNA結(jié)合與蛋白質(zhì)二聚體化結(jié)合與蛋白質(zhì)二聚體化LeuLeuLeuLeuLeuLeuLeuLeuDNA大溝大溝DNA大溝大溝亮氨酸拉鏈亮氨酸拉鏈leucine zipper）目目 錄錄 堿性螺旋堿性螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)也可調(diào)節(jié)螺旋結(jié)構(gòu)也可調(diào)節(jié)DNA結(jié)合及蛋結(jié)合及蛋白質(zhì)二聚體化白質(zhì)二聚體化 堿性螺旋堿性螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋螺旋（bas

8、ic helix-loop-helix，bHLH） bHLH雙體雙體DNA大溝大溝螺螺旋旋螺旋螺旋環(huán)環(huán)目目 錄錄目目 錄錄基因表達(dá)的多級(jí)調(diào)控基因表達(dá)的多級(jí)調(diào)控: :基因激活基因激活拷貝數(shù)拷貝數(shù)重排重排甲基化程度甲基化程度轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始 轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄后加工mRNA降解降解蛋白質(zhì)翻譯蛋白質(zhì)翻譯翻譯后加工修飾翻譯后加工修飾蛋白質(zhì)降解等蛋白質(zhì)降解等轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)錄起始正調(diào)節(jié)機(jī)制更加經(jīng)濟(jì)、特異、準(zhǔn)確正調(diào)節(jié)機(jī)制更加經(jīng)濟(jì)、特異、準(zhǔn)確目目 錄錄ExpressionExpression目目 錄錄常染色質(zhì)常染色質(zhì)euchromatin中的轉(zhuǎn)錄活性區(qū)域?qū)怂崦该舾兄械霓D(zhuǎn)錄活性區(qū)域?qū)怂崦该舾修D(zhuǎn)錄活化染色質(zhì)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的

9、變化轉(zhuǎn)錄活化染色質(zhì)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的變化 組蛋白共價(jià)修飾的方式發(fā)生復(fù)雜改變。組蛋白共價(jià)修飾的方式發(fā)生復(fù)雜改變。轉(zhuǎn)錄活性染色質(zhì)區(qū)域胞嘧啶被甲基化的程度轉(zhuǎn)錄活性染色質(zhì)區(qū)域胞嘧啶被甲基化的程度 降低。降低。目目 錄錄染染色色質(zhì)質(zhì)重重塑塑目目 錄錄目目 錄錄 一、轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控發(fā)生在轉(zhuǎn)錄起始一、轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控發(fā)生在轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的組裝過(guò)程復(fù)合物的組裝過(guò)程基因活化蛋白質(zhì)；基因活化蛋白質(zhì)；通用轉(zhuǎn)錄因子；通用轉(zhuǎn)錄因子；輔助激活子輔助激活子(coactivator)和和/或中介子或中介子medicator）RNA聚合酶聚合酶II與啟動(dòng)子的結(jié)合、啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄需與啟動(dòng)子的結(jié)合、啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄需要諸多蛋白質(zhì)因子的協(xié)同作用：要諸多蛋白質(zhì)因

10、子的協(xié)同作用：目目 錄錄TATA盒盒TF IIDRNA聚合酶聚合酶II通用轉(zhuǎn)錄因子通用轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向中介子中介子活化蛋白活化蛋白活化蛋白活化蛋白增強(qiáng)子增強(qiáng)子增強(qiáng)子增強(qiáng)子DNATF IIA目目 錄錄5加帽的作用在于：加帽的作用在于： 有助于保護(hù)有助于保護(hù)mRNA免于被核糖核酸酶降解；免于被核糖核酸酶降解；5帽結(jié)合蛋白復(fù)合體參與帽結(jié)合蛋白復(fù)合體參與mRNA和核糖體和核糖體的結(jié)合來(lái)起始翻譯的結(jié)合來(lái)起始翻譯 。促進(jìn)促進(jìn)mRNA從細(xì)胞核運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞漿；從細(xì)胞核運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞漿；協(xié)助協(xié)助mRNA的剪接。在剪接第一個(gè)外顯子時(shí)，的剪接。在剪接第一個(gè)外顯子時(shí)，剪接體的形成需要帽結(jié)合蛋白的參與；剪接體的形成需

11、要帽結(jié)合蛋白的參與；（一（一mRNA 5端加帽和端加帽和3端加尾修飾端加尾修飾利于利于mRNA穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)運(yùn)穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)運(yùn)二、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控涉及修飾、剪接、二、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控涉及修飾、剪接、編輯、定向轉(zhuǎn)運(yùn)多個(gè)環(huán)節(jié)編輯、定向轉(zhuǎn)運(yùn)多個(gè)環(huán)節(jié)目目 錄錄poly(A)尾可結(jié)合一種或多種特殊蛋白，尾可結(jié)合一種或多種特殊蛋白，避免避免mRNA被酶降解，并在翻譯過(guò)程中具有被酶降解，并在翻譯過(guò)程中具有重要作用。重要作用。poly(A)尾的作用：尾的作用：目目 錄錄初始轉(zhuǎn)錄本含有所有選擇性加工途徑所需初始轉(zhuǎn)錄本含有所有選擇性加工途徑所需要的分子信號(hào)。要的分子信號(hào)。一種細(xì)胞偏好何種選擇性加工途徑取決于一種細(xì)胞偏好何種選擇性加工

12、途徑取決于加工因子加工因子RNA結(jié)合蛋白的特異性。結(jié)合蛋白的特異性。 選擇性剪接可以被正負(fù)調(diào)節(jié)分子調(diào)節(jié)：選擇性剪接可以被正負(fù)調(diào)節(jié)分子調(diào)節(jié)：（二可變性剪接可使初始轉(zhuǎn)錄本產(chǎn)生不（二可變性剪接可使初始轉(zhuǎn)錄本產(chǎn)生不同的成熟同的成熟mRNA目目 錄錄（三編輯加工可增加（三編輯加工可增加mRNA分子信息的內(nèi)涵分子信息的內(nèi)涵 （四調(diào)解成熟（四調(diào)解成熟mRNA的核外輸出也會(huì)的核外輸出也會(huì) 影響基因表達(dá)影響基因表達(dá)（五某些（五某些mRNA定位于細(xì)胞質(zhì)的特殊區(qū)域定位于細(xì)胞質(zhì)的特殊區(qū)域目目 錄錄mRNA分子的分子的3種不同定位過(guò)程種不同定位過(guò)程目目 錄錄 IRE-BP對(duì)轉(zhuǎn)鐵蛋白受體對(duì)轉(zhuǎn)鐵蛋白受體mRNA穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)

13、穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)低鐵狀態(tài)低鐵狀態(tài)轉(zhuǎn)鐵蛋白受體轉(zhuǎn)鐵蛋白受體mRNA5編碼區(qū)編碼區(qū)活化的活化的IRE-BP3Poly(A)n翻譯翻譯TfR蛋白蛋白IRE高鐵狀態(tài)高鐵狀態(tài)轉(zhuǎn)鐵蛋白受體轉(zhuǎn)鐵蛋白受體mRNA5編碼區(qū)編碼區(qū)鐵鐵失活的失活的IRE-BP3Poly(A)nmRNA降解降解IRE（六通過(guò)改變（六通過(guò)改變mRNA分子的穩(wěn)定性調(diào)控基因表達(dá)分子的穩(wěn)定性調(diào)控基因表達(dá) 目目 錄錄（七（七mRNA分子細(xì)胞質(zhì)中添加分子細(xì)胞質(zhì)中添加Poly(A) 控制蛋白翻譯控制蛋白翻譯在一些情況下，特殊的在一些情況下，特殊的Poly(A)尾端可以尾端可以在細(xì)胞漿得以延伸。在細(xì)胞漿得以延伸。 目目 錄錄（八無(wú)義變化介導(dǎo)的（八無(wú)義變

14、化介導(dǎo)的mRNA降解是真核降解是真核mRNA的監(jiān)視系統(tǒng)的監(jiān)視系統(tǒng)目目 錄錄700bp左右左右RNA前體前體配對(duì)堿基配對(duì)堿基DICER2025bpmiRNA5RISC靶靶mRNA未配對(duì)區(qū)域未配對(duì)區(qū)域靶靶mRNA降解降解導(dǎo)入的雙鏈導(dǎo)入的雙鏈RNA片段片段siRNARDE-1DICERRISCRISCRISC5靶靶mRNA靶靶mRNA被核酸被核酸內(nèi)切酶切割內(nèi)切酶切割靶靶mRNA被核酸被核酸外切酶降解外切酶降解（九（九RNA干涉是一種基因轉(zhuǎn)錄后沉默機(jī)制干涉是一種基因轉(zhuǎn)錄后沉默機(jī)制目目 錄錄目目 錄錄一、翻譯起始因子一、翻譯起始因子-2的磷酸化調(diào)節(jié)的磷酸化調(diào)節(jié) 蛋白質(zhì)翻譯蛋白質(zhì)翻譯條件變化活化了特殊的蛋

15、白質(zhì)激酶，使翻譯條件變化活化了特殊的蛋白質(zhì)激酶，使翻譯起始因子起始因子eIF-2eukaryotic initiation factor，eIF-2磷酸化所致。磷酸化所致。目目 錄錄二、二、5端或端或3端非翻譯區(qū)特異端非翻譯區(qū)特異RNA 結(jié)合蛋白介導(dǎo)蛋白質(zhì)翻譯負(fù)調(diào)控結(jié)合蛋白介導(dǎo)蛋白質(zhì)翻譯負(fù)調(diào)控一些轉(zhuǎn)錄抑制蛋白質(zhì)結(jié)合到一些轉(zhuǎn)錄抑制蛋白質(zhì)結(jié)合到mRNA的的5端端抑制轉(zhuǎn)錄起始，而另一些抑制蛋白質(zhì)則識(shí)別特抑制轉(zhuǎn)錄起始，而另一些抑制蛋白質(zhì)則識(shí)別特殊殊mRNA分子的分子的3UTR，通過(guò)干擾，通過(guò)干擾3Poly(A)尾與尾與5端帽的聯(lián)絡(luò)而減少翻譯的啟動(dòng)。端帽的聯(lián)絡(luò)而減少翻譯的啟動(dòng)。 目目 錄錄 IRE-BP對(duì)鐵蛋白對(duì)鐵蛋白mRNA翻譯的調(diào)節(jié)翻譯的調(diào)節(jié)低鐵狀態(tài)低鐵狀態(tài)5鐵蛋白鐵蛋白mRNA活化的活化的IRE-BP編碼區(qū)編碼區(qū)3翻譯不能進(jìn)行翻譯不能進(jìn)行高鐵狀態(tài)高鐵狀態(tài)5鐵蛋白鐵蛋白mRNA失活的失活的IRE-BP鐵鐵編碼區(qū)編碼區(qū)3翻譯翻譯目目 錄錄三、真核三、真核