真核生物基因表達(dá)的調(diào)控ppt課件

1、Chapter 10真核生物基因表達(dá)的調(diào)控真核生物基因表達(dá)的調(diào)控第一節(jié)第一節(jié) 概述概述一、真核生物基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)一、真核生物基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn) 1 1、多層次、多層次 2 2、無支配子和衰減子、無支配子和衰減子 3 3、個體發(fā)育復(fù)雜、個體發(fā)育復(fù)雜 4 4、受環(huán)境影響較小、受環(huán)境影響較小二、基因表達(dá)的時間性及空間性二、基因表達(dá)的時間性及空間性1 1時間特異性時間特異性按功能需求，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)厲按特按功能需求，某一特定基因的表達(dá)嚴(yán)厲按特定的時間順序發(fā)生，這是基因表達(dá)的時間特異定的時間順序發(fā)生，這是基因表達(dá)的時間特異性。性。 多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時間特異性又稱多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時間特異

2、性又稱階段特異性。階段特異性。2 2空間特異性空間特異性在個體生長全過程，某種基因產(chǎn)物在個體按在個體生長全過程，某種基因產(chǎn)物在個體按不同組織空間順序出現(xiàn)，這就是基因表達(dá)的空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。又稱細(xì)胞特異性或組織特異性。間特異性。又稱細(xì)胞特異性或組織特異性。三、真核生物基因表達(dá)調(diào)控的三、真核生物基因表達(dá)調(diào)控的 層次：層次：1、DNA程度調(diào)理程度調(diào)理2、 轉(zhuǎn)錄程度調(diào)理轉(zhuǎn)錄程度調(diào)理3、轉(zhuǎn)錄后程度的調(diào)理、轉(zhuǎn)錄后程度的調(diào)理4、翻譯程度調(diào)理、翻譯程度調(diào)理5、翻譯后加工的調(diào)理、翻譯后加工的調(diào)理DNA轉(zhuǎn)錄初產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄初產(chǎn)物RNAmRNA蛋白質(zhì)前體蛋白質(zhì)前體mRNA降解物降解物活性

3、蛋白質(zhì)活性蛋白質(zhì)DNA程度調(diào)理程度調(diào)理轉(zhuǎn)錄程度調(diào)理轉(zhuǎn)錄程度調(diào)理轉(zhuǎn)錄后程轉(zhuǎn)錄后程度的調(diào)理度的調(diào)理翻譯調(diào)理翻譯調(diào)理mRNA降解降解的調(diào)理的調(diào)理翻譯后加翻譯后加工的調(diào)理工的調(diào)理核核細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)第二節(jié)第二節(jié) DNA程度的基因表達(dá)調(diào)控程度的基因表達(dá)調(diào)控一、基因擴(kuò)增一、基因擴(kuò)增(gene amplification) 是指某些基因的拷貝數(shù)專注性大量添加的景象，它是指某些基因的拷貝數(shù)專注性大量添加的景象，它使細(xì)胞在短期內(nèi)產(chǎn)生大量的基因產(chǎn)物以滿足生長發(fā)使細(xì)胞在短期內(nèi)產(chǎn)生大量的基因產(chǎn)物以滿足生長發(fā)育的需求，是基因表達(dá)調(diào)控的一種方式育的需求，是基因表達(dá)調(diào)控的一種方式非洲爪蟾的卵母細(xì)胞非洲爪蟾的卵母細(xì)胞rDNA的拷

4、貝數(shù)目：的拷貝數(shù)目：500份份 2106份，可裝配份，可裝配1012個核糖體個核糖體當(dāng)胚胎期開場，添加的當(dāng)胚胎期開場，添加的rDNA便失去功能并逐漸消逝便失去功能并逐漸消逝二、基因喪失二、基因喪失 有的生物在個體發(fā)育的早期在體細(xì)胞中要喪有的生物在個體發(fā)育的早期在體細(xì)胞中要喪失部分染色體，而在生殖細(xì)胞中堅(jiān)持全部的失部分染色體，而在生殖細(xì)胞中堅(jiān)持全部的基因組。基因組。小麥癭蚊染色喪失了小麥癭蚊染色喪失了3232條，只保管條，只保管8 8條條 馬蛔蟲馬蛔蟲三、基因重排三、基因重排(gene rearrangement) 將一個基因從遠(yuǎn)離啟動子的地方移到距它很近將一個基因從遠(yuǎn)離啟動子的地方移到距它很近

5、的位點(diǎn)從而啟動轉(zhuǎn)錄的基因表達(dá)調(diào)控方式的位點(diǎn)從而啟動轉(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基因重排與免疫球蛋白多樣性抗體構(gòu)造：抗體構(gòu)造：四聚體四聚體, 重鏈和輕鏈；可變區(qū)和恒定區(qū)重鏈和輕鏈；可變區(qū)和恒定區(qū)鏈家族 V基因數(shù) C 基因數(shù) 人 鼠 人 鼠鏈 300 2 6 4鏈 300 1000 1 1重鏈(H) 300 1000 9 8VVCC重鏈輕鏈基因組成基因組成要點(diǎn)：要點(diǎn)：1、免疫球蛋白的肽鏈主要由可變區(qū)、免疫球蛋白的肽鏈主要由可變區(qū)V區(qū)、恒區(qū)、恒定區(qū)定區(qū)C區(qū)以及兩者之間的銜接區(qū)區(qū)以及兩者之間的銜接區(qū)J區(qū)組區(qū)組成，成，V、C和和J基因片段在胚胎細(xì)胞中相隔較遠(yuǎn)。基因片段在胚胎細(xì)胞中相隔

6、較遠(yuǎn)。2、在漿細(xì)胞成熟過程中，經(jīng)過染色體內(nèi)、在漿細(xì)胞成熟過程中，經(jīng)過染色體內(nèi)DNA重重組把幾個相隔較遠(yuǎn)的基因片段銜接在一同，從組把幾個相隔較遠(yuǎn)的基因片段銜接在一同，從而產(chǎn)生了具有表達(dá)活性免疫球蛋白的基因而產(chǎn)生了具有表達(dá)活性免疫球蛋白的基因3、編碼、編碼V區(qū)的基因很多，而只需少數(shù)幾個基因編區(qū)的基因很多，而只需少數(shù)幾個基因編碼碼C區(qū)；多個區(qū)；多個V區(qū)基因中的一個和區(qū)基因中的一個和C基因組合，基因組合，產(chǎn)生一條產(chǎn)生一條DNA4、V區(qū)和區(qū)和C區(qū)不同片段在區(qū)不同片段在DNA程度上的各種陳列程度上的各種陳列組合是構(gòu)成組合是構(gòu)成Ig分子多態(tài)性的根本緣由分子多態(tài)性的根本緣由V “geneC “gene Lea

7、der Variable J segment ConstantGerm line淋巴細(xì)胞mRNA 鏈鏈 鏈鏈Germ line淋巴細(xì)胞mRNA Leader Variable J segments Constant輕鏈基因的重排輕鏈基因的重排重鏈基因的重排重鏈基因的重排Germ line淋巴細(xì)胞淋巴細(xì)胞 Leader Variable Diversity J segment Constant 1-10 1-4 CH1 Hinge CH2 CH3四、染色質(zhì)構(gòu)造影響基因轉(zhuǎn)錄四、染色質(zhì)構(gòu)造影響基因轉(zhuǎn)錄常染色質(zhì)常染色質(zhì)euchromatineuchromatin-基因可以轉(zhuǎn)錄基因可以轉(zhuǎn)錄 異染色質(zhì)異染

8、色質(zhì)hetrochromatinhetrochromatin-基因不能轉(zhuǎn)錄基因不能轉(zhuǎn)錄 活性基因置于異染色質(zhì)內(nèi)會失活活性基因置于異染色質(zhì)內(nèi)會失活位置效應(yīng)位置效應(yīng)Position effectPosition effect ：指基因轉(zhuǎn)移到：指基因轉(zhuǎn)移到基因組上新位置而引起基因表達(dá)的改動基因組上新位置而引起基因表達(dá)的改動異染色質(zhì)化：基因組某些區(qū)域異染色質(zhì)化：基因組某些區(qū)域 被組裝成高度緊被組裝成高度緊縮的異染色質(zhì)的過程縮的異染色質(zhì)的過程巴氏小體：哺乳類雌體細(xì)胞巴氏小體：哺乳類雌體細(xì)胞1條條X染色體異染色質(zhì)染色體異染色質(zhì)化化 雌性雌性X染色體基因表達(dá)的蛋白質(zhì)能夠是雄染色體基因表達(dá)的蛋白質(zhì)能夠是雄性的

9、兩倍性的兩倍劑量補(bǔ)償：女性兩條劑量補(bǔ)償：女性兩條X染色體的作用與男性一條染色體的作用與男性一條X染色體基因產(chǎn)物劑量平衡的景象染色體基因產(chǎn)物劑量平衡的景象 五、五、DNase 的敏感性和基因表達(dá)的敏感性和基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄活潑區(qū)域?qū)怂崦傅拿舾卸忍砑愚D(zhuǎn)錄活潑區(qū)域?qū)怂崦傅拿舾卸忍砑?1、DNase超敏感位點(diǎn)超敏感位點(diǎn)hypersensitive site： 具有轉(zhuǎn)錄活性的基因周圍的具有轉(zhuǎn)錄活性的基因周圍的DNA區(qū)域?qū)^(qū)域?qū)Nase降解高度敏感降解高度敏感 。 2、特點(diǎn)：、特點(diǎn)： 1普通在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)附近，即普通在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)附近，即5啟動子區(qū)域啟動子區(qū)域2 低甲基化區(qū)低甲基化區(qū)3不存在核小體構(gòu)造不存在核

10、小體構(gòu)造4裸露易與反式作用因子結(jié)合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)控六、組蛋白修飾與基因表達(dá)調(diào)控一組蛋白的修飾：一組蛋白的修飾： 乙酰化乙酰化/去乙?；ヒ阴；?Lys 轉(zhuǎn)錄加強(qiáng)轉(zhuǎn)錄加強(qiáng)/抑制抑制 甲基化甲基化Lys, His, Arg 轉(zhuǎn)錄加強(qiáng)或抑制轉(zhuǎn)錄加強(qiáng)或抑制 磷酸化磷酸化Ser, His 泛素化泛素化 ADP核糖基化核糖基化哈佛大學(xué)哈佛大學(xué)施洋施洋 - -組蛋白去組蛋白去甲基化酶甲基化酶二組蛋白乙?；M蛋白乙?；? 1、兩種酶、兩種酶1 1組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(Histone (Histone acetyltransferase)acetyltransf

11、erase)： 催化組蛋白乙?；瑢⒁阴；D(zhuǎn)移到組蛋白催化組蛋白乙?；?，將乙?；D(zhuǎn)移到組蛋白 N N端端賴氨酸的賴氨酸的-氨基上氨基上乙酰基供體：乙酰輔酶乙?；w：乙酰輔酶A A 2 2組蛋白去乙酰酶組蛋白去乙酰酶(Histone deacetylase):(Histone deacetylase): 去除乙?；鶊F(tuán)去除乙?；鶊F(tuán)2 2、組蛋白乙酰化與基因表達(dá)調(diào)控、組蛋白乙?；c基因表達(dá)調(diào)控1 1關(guān)系：關(guān)系： 組蛋白的高乙?；腔顫娹D(zhuǎn)錄染色質(zhì)的一個標(biāo)組蛋白的高乙?；腔顫娹D(zhuǎn)錄染色質(zhì)的一個標(biāo)志，而低乙酰化那么與轉(zhuǎn)錄抑制有關(guān)志，而低乙?；敲磁c轉(zhuǎn)錄抑制有關(guān)2 2機(jī)理：機(jī)理：乙?；D(zhuǎn)移到組蛋白乙?；D(zhuǎn)

12、移到組蛋白 N N端賴氨酸的端賴氨酸的-氨基上，氨基上，中和了其正電荷，添加了疏水性，減弱了中和了其正電荷，添加了疏水性，減弱了DNA DNA 與組蛋白的相互作用，有利于轉(zhuǎn)錄因子與與組蛋白的相互作用，有利于轉(zhuǎn)錄因子與DNA DNA 的結(jié)合，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的結(jié)合，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄七、七、DNA 甲基化甲基化( (一甲基化酶一甲基化酶: :1 1、維持性甲基化酶、維持性甲基化酶( (日常型甲基化酶日常型甲基化酶) )： 在在DNADNA復(fù)制時復(fù)制時, , 可識別新合成的半甲基化雙鏈可識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并將甲基加到新鏈的非甲基化胞嘧啶上; ;2 2、從頭合成型甲基化酶

13、：、從頭合成型甲基化酶： 不需求甲基化的不需求甲基化的DNA DNA 模板作指點(diǎn)模板作指點(diǎn), ,可以直接使非可以直接使非甲基化的甲基化的DNA DNA 甲基化甲基化二原核細(xì)胞的二原核細(xì)胞的DNA甲基化甲基化1、限制修飾系統(tǒng)的甲基化、限制修飾系統(tǒng)的甲基化1限制外源限制外源DNA： 限制性內(nèi)切酶切斷外源限制性內(nèi)切酶切斷外源DNA維護(hù)機(jī)制維護(hù)機(jī)制2維護(hù)本身維護(hù)本身DNA： 經(jīng)過內(nèi)切酶識別位點(diǎn)特定堿基的甲基化維護(hù)經(jīng)過內(nèi)切酶識別位點(diǎn)特定堿基的甲基化維護(hù)本身本身DNA，每一種，每一種DNA內(nèi)切酶都有一個相關(guān)內(nèi)切酶都有一個相關(guān)的甲基化酶的甲基化酶2、Dam甲基化甲基化1DNA腺嘌呤甲基化酶：識別序列腺嘌呤甲

14、基化酶：識別序列GATC2作用：作用： a、錯配修復(fù)：識別母鏈，修正子鏈、錯配修復(fù)：識別母鏈，修正子鏈 b、轉(zhuǎn)錄調(diào)理：如抑制轉(zhuǎn)座酶基因的轉(zhuǎn)錄，、轉(zhuǎn)錄調(diào)理：如抑制轉(zhuǎn)座酶基因的轉(zhuǎn)錄， 抑制轉(zhuǎn)座抑制轉(zhuǎn)座3、Dcm甲基化作用不清楚甲基化作用不清楚三真核細(xì)胞三真核細(xì)胞DNA 甲基化甲基化1、甲基化部位：、甲基化部位： 胞嘧啶胞嘧啶C 5-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶5-mC1脊椎動物：脊椎動物：5-CG-3 2植物兩種基序：植物兩種基序： 5-CG-3， 5-CNG-33CpG島：島：富含富含CpG的一段的一段DNA，普通位于基因啟動子附近，普通位于基因啟動子附近特點(diǎn)：特點(diǎn)： a、12kb； b、位于基因、位于

15、基因5端；端； c、富含、富含CpG二核苷酸基序二核苷酸基序2、甲基化的作用：、甲基化的作用：1基因表達(dá)調(diào)控的一種方式基因表達(dá)調(diào)控的一種方式2抑制外源基因的表達(dá)抑制外源基因的表達(dá)3抑制轉(zhuǎn)座子、反轉(zhuǎn)座子的活動抑制轉(zhuǎn)座子、反轉(zhuǎn)座子的活動3、DNA甲基化與基因表達(dá)調(diào)控甲基化與基因表達(dá)調(diào)控 基因表達(dá)與甲基化呈負(fù)相關(guān)基因表達(dá)與甲基化呈負(fù)相關(guān) DNA甲基化轉(zhuǎn)錄抑制造用機(jī)理甲基化轉(zhuǎn)錄抑制造用機(jī)理1識別位點(diǎn)中胞嘧啶被甲基化，轉(zhuǎn)錄因子不能識別位點(diǎn)中胞嘧啶被甲基化，轉(zhuǎn)錄因子不能 與其結(jié)合與其結(jié)合2特異性識別甲基化特異性識別甲基化DNA的蛋白如的蛋白如MeCP1 競爭性地抑制了轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合競爭性地抑制了轉(zhuǎn)錄因子的

16、結(jié)合3DNA甲基化導(dǎo)致染色質(zhì)構(gòu)造和甲基化導(dǎo)致染色質(zhì)構(gòu)造和DNA構(gòu)象的改動構(gòu)象的改動4、DNA甲基化與基因組印跡甲基化與基因組印跡 1基因組印跡：來源于父母本的一對等位基因基因組印跡：來源于父母本的一對等位基因 表達(dá)不同如表達(dá)不同如X染色體失活染色體失活2基因組印跡的機(jī)制基因組印跡的機(jī)制-DNA高度甲基化高度甲基化 5、DNA甲基化與甲基化與X染色體的失活染色體的失活 X染色體染色體DNA序列高度甲基化，基因被封鎖序列高度甲基化，基因被封鎖1與與X染色體的失活有關(guān)的序列：染色體的失活有關(guān)的序列： X染色體失活中心染色體失活中心Xic XistXi-specific transcript基因基因

17、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物：轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物：RNA不編碼蛋白質(zhì)不編碼蛋白質(zhì)2X染色體的失活的機(jī)制：染色體的失活的機(jī)制： Xist RNA分子與分子與Xic相互作用的結(jié)果相互作用的結(jié)果3Xist基因的調(diào)控：基因的調(diào)控： DNA甲基化與去甲基化甲基化與去甲基化第三節(jié)第三節(jié) 轉(zhuǎn)錄程度的調(diào)控轉(zhuǎn)錄程度的調(diào)控順式調(diào)控元件順式調(diào)控元件(cis-regulating element) 是指對基因表達(dá)有調(diào)控活性的是指對基因表達(dá)有調(diào)控活性的DNA序列，其活序列，其活 性只影響其本身同處于一個性只影響其本身同處于一個DNA分子上的基分子上的基因因反式作用因子反式作用因子(trans-acting factor) 是經(jīng)過識別和結(jié)合順式調(diào)控元

18、件的中心序列而是經(jīng)過識別和結(jié)合順式調(diào)控元件的中心序列而 調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的一組蛋白質(zhì)調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的一組蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄程度的調(diào)控主要是經(jīng)過順式調(diào)控元件與反式轉(zhuǎn)錄程度的調(diào)控主要是經(jīng)過順式調(diào)控元件與反式作用因子相互作用來實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)的作用因子相互作用來實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)的一、順式調(diào)控元件一、順式調(diào)控元件(cis-regulating element)啟動子、加強(qiáng)子、沉寂子、絕緣子、減弱子、啟動子、加強(qiáng)子、沉寂子、絕緣子、減弱子、應(yīng)對元件應(yīng)對元件一啟動子一啟動子(promoter)1、中心啟動子、中心啟動子core promoter： TATA盒盒 起始子起始子(initiator，Inr)2、上游啟動子、上游

19、啟動子upstream promoter element，UPE -90bp ：GC盒盒 ； -70bp ：CAAT盒盒 二加強(qiáng)子二加強(qiáng)子(enhancer) 能顯著提高基因轉(zhuǎn)錄效率的一類順式調(diào)控能顯著提高基因轉(zhuǎn)錄效率的一類順式調(diào)控元件元件 1、舉例：、舉例： SV40 72bp repeats (paired)上游上游200bp 處串聯(lián)處串聯(lián), 單獨(dú)作用充分單獨(dú)作用充分, 全部缺全部缺失減弱轉(zhuǎn)錄失減弱轉(zhuǎn)錄2、真核細(xì)胞的加強(qiáng)子作用特點(diǎn)：、真核細(xì)胞的加強(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；能提高同一條鏈上的靶基因轉(zhuǎn)錄速率；2加強(qiáng)效應(yīng)與其位置和取向無關(guān)加強(qiáng)效應(yīng)與其位置和取向無關(guān)3大多為

20、反復(fù)序列，中心序列為大多為反復(fù)序列，中心序列為 (G)TGGA/TA/TA/T(G)4加強(qiáng)子對同源基因或異源基因同樣有效本身加強(qiáng)子對同源基因或異源基因同樣有效本身5加強(qiáng)子普通具有組織或細(xì)胞特異性加強(qiáng)子普通具有組織或細(xì)胞特異性 6許多加強(qiáng)子還受外部信號的調(diào)控許多加強(qiáng)子還受外部信號的調(diào)控3、加強(qiáng)子作用機(jī)理、加強(qiáng)子作用機(jī)理-成環(huán)模型成環(huán)模型 加強(qiáng)子經(jīng)過一些蛋白質(zhì)因子的介導(dǎo)可與遠(yuǎn)間隔加強(qiáng)子經(jīng)過一些蛋白質(zhì)因子的介導(dǎo)可與遠(yuǎn)間隔的啟動子結(jié)合，使的啟動子結(jié)合，使DNA構(gòu)成了一個環(huán)，從而促構(gòu)成了一個環(huán)，從而促使遠(yuǎn)間隔的啟動子的轉(zhuǎn)錄使遠(yuǎn)間隔的啟動子的轉(zhuǎn)錄三上游激活序列三上游激活序列upstream activat

21、ing sequences，UASs特點(diǎn)特點(diǎn)1、UASs是酵母中遠(yuǎn)上游序列類似于加強(qiáng)子。是酵母中遠(yuǎn)上游序列類似于加強(qiáng)子。2、它僅影響轉(zhuǎn)錄效率，對起始位點(diǎn)選擇不起作用。、它僅影響轉(zhuǎn)錄效率，對起始位點(diǎn)選擇不起作用。3、和加強(qiáng)子不同的是它有方向性，不能在啟動子、和加強(qiáng)子不同的是它有方向性，不能在啟動子的下游起作用。的下游起作用。4、與它結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子是、與它結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子是GCN4和和GAL4，識別位，識別位點(diǎn)為點(diǎn)為 ATGACTCAT。四絕緣子四絕緣子(Insulator)(Insulator) 阻止激活或失活效應(yīng)的元件阻止激活或失活效應(yīng)的元件舉例：舉例：1 1、當(dāng)絕緣子位于加強(qiáng)子和啟動子間時，能

22、阻止、當(dāng)絕緣子位于加強(qiáng)子和啟動子間時，能阻止加強(qiáng)子激活啟動子作用。加強(qiáng)子激活啟動子作用。2 2、當(dāng)絕緣子位于一個活化基因和異染色質(zhì)之間、當(dāng)絕緣子位于一個活化基因和異染色質(zhì)之間時，它維護(hù)基因免受由異染色質(zhì)擴(kuò)展呵斥的失時，它維護(hù)基因免受由異染色質(zhì)擴(kuò)展呵斥的失活效應(yīng)影響?；钚?yīng)影響。五減弱子五減弱子dehancer 在某些基因的上游遠(yuǎn)端或下游遠(yuǎn)端具有負(fù)調(diào)在某些基因的上游遠(yuǎn)端或下游遠(yuǎn)端具有負(fù)調(diào)理作用的序列理作用的序列特點(diǎn)：特點(diǎn)： 作用不受間隔和方向的影響作用不受間隔和方向的影響 六沉寂子六沉寂子(silencer) ： 阻遏某些基因表達(dá)的序列阻遏某些基因表達(dá)的序列 特點(diǎn)：特點(diǎn)：作用不受序列方向的影響，

23、也能遠(yuǎn)間隔發(fā)揚(yáng)作用作用不受序列方向的影響，也能遠(yuǎn)間隔發(fā)揚(yáng)作用 七應(yīng)對元件七應(yīng)對元件response element 能與某個類專注蛋白因子結(jié)合，從而控制能與某個類專注蛋白因子結(jié)合，從而控制基因特異表達(dá)的基因特異表達(dá)的DNA上游序列上游序列如如 HSE熱休克反響元件，熱休克反響元件， GRE糖皮質(zhì)激素反響元件；糖皮質(zhì)激素反響元件； MRE金屬反響元件；金屬反響元件； 應(yīng)對元件能被在一些特定情況下表達(dá)的調(diào)控因應(yīng)對元件能被在一些特定情況下表達(dá)的調(diào)控因子識別子識別應(yīng)對元件 (response elements)結(jié)合蛋白 (protein binding)GREBLEBLEMREMREMREMRETRE

24、GCTATASteroid-receptorAP2AP2 AP1? SP1TF IID +RNApolBLEbasal level elementMRE metal response elementAPactivator protein人金屬硫蛋白基因啟動區(qū)構(gòu)造人金屬硫蛋白基因啟動區(qū)構(gòu)造應(yīng)對元件的特點(diǎn)：應(yīng)對元件的特點(diǎn)： 1. 具有與啟動子、加強(qiáng)子同樣的普通特性具有與啟動子、加強(qiáng)子同樣的普通特性. 2. 與起始點(diǎn)的位置不固定多在與起始點(diǎn)的位置不固定多在-200以內(nèi)以內(nèi);單個功能充分單個功能充分,但多為多拷貝但多為多拷貝;可位于啟動子可位于啟動子/加強(qiáng)子內(nèi)部加強(qiáng)子內(nèi)部. 3. 多基來由同一因子調(diào)控

25、如：熱激效應(yīng)多基來由同一因子調(diào)控如：熱激效應(yīng) 4. 同一基來由多種途徑調(diào)控如：金屬硫蛋白基因同一基來由多種途徑調(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)立的活化功能各效應(yīng)元件不論位置如何都有獨(dú)立的活化功能.二、反式作用因子二、反式作用因子 (trans-acting factor)(trans-acting factor) DNA DNA結(jié)合構(gòu)造域結(jié)合構(gòu)造域(DNA binding domain) (DNA binding domain) - -用來結(jié)合用來結(jié)合DNADNA反式激活構(gòu)造域反式激活構(gòu)造域(Transactivation domain)(Transactivati

26、on domain) - -用來激活轉(zhuǎn)錄用來激活轉(zhuǎn)錄一轉(zhuǎn)錄因子一轉(zhuǎn)錄因子DNA結(jié)合域結(jié)合域幾種常見基序幾種常見基序 鋅指鋅指(zinc finger) 螺旋螺旋-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋螺旋 (helix- turn- helix) 二聚體構(gòu)造域：二聚體構(gòu)造域： 螺旋螺旋-環(huán)環(huán)-螺旋螺旋 (helix- loop- helix，HLH ) 亮氨酸拉鏈亮氨酸拉鏈 (Leucine zipper)1、鋅指、鋅指(zinc finger)C2H2型：由肽鏈的保守型：由肽鏈的保守序列中的一對組氨酸序列中的一對組氨酸和一對半胱氨酸和一對半胱氨酸(His2Cys2)與鋅離子構(gòu)成與鋅離子構(gòu)成一個四面體構(gòu)造一個四面體構(gòu)

27、造 有兩條有兩條鏈和一個鏈和一個螺旋，螺旋， 螺旋區(qū)域上螺旋區(qū)域上含有保守的堿性氨基含有保守的堿性氨基酸，擔(dān)任與酸，擔(dān)任與DNA結(jié)合結(jié)合如如TFIIIA、與、與GC盒結(jié)合盒結(jié)合的的SPlC2H2型型C4型：型： 2對半胱氨酸對半胱氨酸(cys2cys2)與一個鋅離子構(gòu)成配位鍵，與一個鋅離子構(gòu)成配位鍵， 如類固醇激素受體家族如類固醇激素受體家族 2、螺旋、螺旋-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋螺旋 (helix- turn- helix)兩段螺旋被一短的轉(zhuǎn)角構(gòu)造分開兩段螺旋被一短的轉(zhuǎn)角構(gòu)造分開多種果蠅胚胎發(fā)生的調(diào)理蛋白，同源異型蛋白多種果蠅胚胎發(fā)生的調(diào)理蛋白，同源異型蛋白 1 323、亮氨酸拉鏈、亮氨酸拉鏈 (L

28、eucine zipper)由一段每由一段每7 7個氨基酸殘基就個氨基酸殘基就有一個有一個LeuLeu的伸展肽鏈組成，的伸展肽鏈組成，這些周期性出現(xiàn)的這些周期性出現(xiàn)的LeuLeu都位都位于于-螺旋的同一側(cè)面，構(gòu)螺旋的同一側(cè)面，構(gòu)成一個疏水的外表，因此成一個疏水的外表，因此兩條均含兩條均含LeuLeu拉鏈基序的蛋拉鏈基序的蛋白質(zhì)經(jīng)過亮氨酸側(cè)鏈的疏白質(zhì)經(jīng)過亮氨酸側(cè)鏈的疏水作用構(gòu)成二聚體。水作用構(gòu)成二聚體。 LL LL LL LL + + + + + + + + NH2NH2COOHCOOH肽鏈氨基端富含堿性肽鏈氨基端富含堿性氨基酸殘基區(qū)，可與氨基酸殘基區(qū)，可與DNA結(jié)合結(jié)合堿性構(gòu)造域堿性構(gòu)造域富含

29、堿性氨基酸殘基富含堿性氨基酸殘基在許多在許多DNA結(jié)合蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)結(jié)合蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)通常與其他的二聚體構(gòu)造域如亮氨酸拉鏈或通常與其他的二聚體構(gòu)造域如亮氨酸拉鏈或HLH基序基序中的一個結(jié)合在一同，結(jié)果被稱為堿性亮氨酸拉鏈中的一個結(jié)合在一同，結(jié)果被稱為堿性亮氨酸拉鏈bZIP或堿性或堿性HLHbHLH蛋白。蛋白。蛋白質(zhì)二聚體使兩個堿性構(gòu)造域相鄰進(jìn)而可與蛋白質(zhì)二聚體使兩個堿性構(gòu)造域相鄰進(jìn)而可與DNA發(fā)發(fā)生作用。生作用。N-端堿性構(gòu)造域構(gòu)成一個對稱構(gòu)造，象一個夾子端堿性構(gòu)造域構(gòu)成一個對稱構(gòu)造，象一個夾子夾在夾在DNA上上 + + + + + +4 4、螺旋、螺旋- -環(huán)環(huán)- -螺旋螺旋(Helix-loo

30、p-Helix) (Helix-loop-Helix) HLH由由2個個螺旋間隔一個螺旋間隔一個非螺旋的環(huán)非螺旋的環(huán)(loop)組成組成 ，經(jīng)，經(jīng)過過C端端螺旋的疏水作用構(gòu)螺旋的疏水作用構(gòu)成二聚體成二聚體堿性構(gòu)造域堿性構(gòu)造域堿性堿性HLH蛋白與堿性亮氨蛋白與堿性亮氨酸拉鏈這種異二聚體的構(gòu)酸拉鏈這種異二聚體的構(gòu)成添加了轉(zhuǎn)錄因子的多樣成添加了轉(zhuǎn)錄因子的多樣性和復(fù)雜性性和復(fù)雜性NH2NH2COOHCOOH二轉(zhuǎn)錄激活構(gòu)造域二轉(zhuǎn)錄激活構(gòu)造域 是反式作用因子的轉(zhuǎn)錄調(diào)控構(gòu)造域，普通由是反式作用因子的轉(zhuǎn)錄調(diào)控構(gòu)造域，普通由DNADNA結(jié)合構(gòu)造域外的結(jié)合構(gòu)造域外的30-10030-100個氨基酸組成個氨基酸組成

31、 1 1酸性構(gòu)造域酸性構(gòu)造域 也叫做也叫做“酸斑酸斑 acid blobs acid blobs或或“帶負(fù)電的帶負(fù)電的長鏈長鏈 negative noodlesnegative noodles 富含酸性氨基酸富含酸性氨基酸 存在于許多轉(zhuǎn)錄因子的激活構(gòu)造域中，存在于許多轉(zhuǎn)錄因子的激活構(gòu)造域中， 如：如：yeast Gcn4 and Gal4,yeast Gcn4 and Gal4, 哺乳動物的糖皮質(zhì)激素受體的兩個激活構(gòu)哺乳動物的糖皮質(zhì)激素受體的兩個激活構(gòu)造域造域2 2富含谷氨酰胺激活構(gòu)造域：富含谷氨酰胺激活構(gòu)造域： 富含谷氨酰胺富含谷氨酰胺 SP1SP1，OCTOCT1 1，OCT OCT 2

32、2，SRFSRF等等 3 3富含脯氨酸激活構(gòu)造域富含脯氨酸激活構(gòu)造域 富含脯氨酸富含脯氨酸 有一個能激活轉(zhuǎn)錄的延續(xù)脯氨酸殘基鏈有一個能激活轉(zhuǎn)錄的延續(xù)脯氨酸殘基鏈 APAP2 2、JunJun、SRF SRF 等等4、轉(zhuǎn)錄因子的活化途徑：、轉(zhuǎn)錄因子的活化途徑：1需求時蛋白被合成，但很快被降解，不能積需求時蛋白被合成，但很快被降解，不能積累。累。2經(jīng)過與配體結(jié)合被活化。經(jīng)過與配體結(jié)合被活化。3經(jīng)過磷酸化被活化。經(jīng)過磷酸化被活化。4結(jié)合結(jié)合DNA亞基的參與，與帶有轉(zhuǎn)錄激活構(gòu)造亞基的參與，與帶有轉(zhuǎn)錄激活構(gòu)造域的蛋白質(zhì)構(gòu)成復(fù)合物。域的蛋白質(zhì)構(gòu)成復(fù)合物。5經(jīng)過抑制因子的磷酸化，暴露隱蔽的活化區(qū)經(jīng)過抑制因子

33、的磷酸化，暴露隱蔽的活化區(qū)域。域。6經(jīng)過去除一個抑制蛋白，刺激轉(zhuǎn)錄因子入核。經(jīng)過去除一個抑制蛋白，刺激轉(zhuǎn)錄因子入核。三、轉(zhuǎn)錄調(diào)控舉例三、轉(zhuǎn)錄調(diào)控舉例1、組成性轉(zhuǎn)錄因子：、組成性轉(zhuǎn)錄因子：SP1與富含與富含GC的保守序列的保守序列GGGCGG相結(jié)合相結(jié)合. 結(jié)合位點(diǎn)存在于許多持家基因的啟動子中。結(jié)合位點(diǎn)存在于許多持家基因的啟動子中。是一個組成性轉(zhuǎn)錄因子，存在于一切的細(xì)胞類型是一個組成性轉(zhuǎn)錄因子，存在于一切的細(xì)胞類型中。中。 包含包含3個鋅指構(gòu)造域以及個鋅指構(gòu)造域以及2個富含谷氨酰氨轉(zhuǎn)錄激個富含谷氨酰氨轉(zhuǎn)錄激活構(gòu)造域?；顦?gòu)造域。SP1的富含谷氨酰氨構(gòu)造域與的富含谷氨酰氨構(gòu)造域與TAF110發(fā)生特異

34、發(fā)生特異作用，作用， TAF110是是TAF中的一種，后者與中的一種，后者與TATA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白TBP相結(jié)合組成相結(jié)合組成TFD。2. 激素調(diào)控激素調(diào)控:類固醇激素類固醇激素如糖皮質(zhì)激素如糖皮質(zhì)激素脂溶性的，脂溶性的，可以穿過細(xì)胞膜與可以穿過細(xì)胞膜與類固醇激素受體類固醇激素受體轉(zhuǎn)錄因子相轉(zhuǎn)錄因子相互作用?；プ饔?。steroidGREInhibitor(HSP90)Glucocorticoid receptorDissociation, dimerizationn在沒有類固醇激素時，該受體與抑制蛋白結(jié)合，游離在沒有類固醇激素時，該受體與抑制蛋白結(jié)合，游離在細(xì)胞質(zhì)中在細(xì)胞質(zhì)中.n有類固醇激素時

35、有類固醇激素時, n激素結(jié)合到受體上，將其從阻抑物中釋放出來。激素結(jié)合到受體上，將其從阻抑物中釋放出來。n受體二聚化并轉(zhuǎn)移到核中。受體二聚化并轉(zhuǎn)移到核中。n受體與其特異的受體與其特異的DNA結(jié)合序列結(jié)合結(jié)合序列結(jié)合 (應(yīng)對元件應(yīng)對元件) ，從而，從而激活靶基因。激活靶基因。3. 經(jīng)過磷酸化調(diào)控：經(jīng)過磷酸化調(diào)控： STAT蛋白蛋白許多激素不能分散進(jìn)細(xì)胞。許多激素不能分散進(jìn)細(xì)胞。它們經(jīng)過與細(xì)胞外表的受體結(jié)合，經(jīng)過稱為信號轉(zhuǎn)導(dǎo)它們經(jīng)過與細(xì)胞外表的受體結(jié)合，經(jīng)過稱為信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的過程將信號傳送給細(xì)胞內(nèi)部的蛋白。的過程將信號傳送給細(xì)胞內(nèi)部的蛋白。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通常涉及到蛋白質(zhì)的磷酸化。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通常涉及到蛋白質(zhì)的磷

36、酸化。 如如-干擾素經(jīng)過激活一種稱為干擾素經(jīng)過激活一種稱為JAK的激酶誘發(fā)轉(zhuǎn)錄的激酶誘發(fā)轉(zhuǎn)錄因子因子STAT1 的磷酸化的磷酸化3. 經(jīng)過磷酸化調(diào)控：經(jīng)過磷酸化調(diào)控： STAT蛋白蛋白PPPPInterferon-IFN- receptorJAK kinaseUnphosphorylated STAT monomers+2ATPdimerization+2ADPphosphorylated STAT1 dimerNuclear translocationResponse element3. 經(jīng)過磷酸化調(diào)控：經(jīng)過磷酸化調(diào)控： STAT蛋白蛋白1未磷酸化的未磷酸化的STAT1 蛋白蛋白: 以單體方

37、式存在于細(xì)以單體方式存在于細(xì)胞質(zhì)中，無轉(zhuǎn)錄活性。胞質(zhì)中，無轉(zhuǎn)錄活性。 2在特異的酪氨酸殘基磷酸化的在特異的酪氨酸殘基磷酸化的 STAT1 形形 成同成同型二聚體進(jìn)入核，激活在啟動子處含有保守的型二聚體進(jìn)入核，激活在啟動子處含有保守的DNA結(jié)合基序的靶結(jié)合基序的靶 基因的表達(dá)?；虻谋磉_(dá)。第四節(jié)第四節(jié) 轉(zhuǎn)錄后程度的基因表達(dá)調(diào)控轉(zhuǎn)錄后程度的基因表達(dá)調(diào)控一、一、RNA沉默與沉默與siRNA一基因沉默一基因沉默gene silencing： 指生物體中特定基來由于種種緣由不能表達(dá)指生物體中特定基來由于種種緣由不能表達(dá) 或表達(dá)量很低的遺傳景象?；虮磉_(dá)量很低的遺傳景象。二基因沉默類型：二基因沉默類型： 轉(zhuǎn)

38、錄程度的基因沉默轉(zhuǎn)錄程度的基因沉默(TGS) 轉(zhuǎn)錄后程度的基因沉默轉(zhuǎn)錄后程度的基因沉默(PTGS) DNAmRNAProtein DNAmRNAProtein 1、定義、定義Definition: 是由是由dsRNA介導(dǎo)的，經(jīng)過目的介導(dǎo)的，經(jīng)過目的mRNA的降解而使特定基因沉默的景象。的降解而使特定基因沉默的景象。 三三RNA SilencingDNAmRNAProtein RNA干涉干涉RNA interference，RNAi：In animal轉(zhuǎn)錄后程度的基因沉默轉(zhuǎn)錄后程度的基因沉默-PTGS In plants靜息或阻抑作用靜息或阻抑作用- quelling In certain fu

39、ngi2、Other names of RNA silencing 3、RNA沉默的發(fā)現(xiàn)沉默的發(fā)現(xiàn)UntransformedNapoli, Lemieuz, Jorgensen, 1990Van der Krol, Mur, Beld, Mol, Stuitje, 199035S-PChalcone synthaseNos-T“CosuppressionRNA silencing first observed in plants during transgene studies Fire美國卡內(nèi)磯研討所美國卡內(nèi)磯研討所 Mello美國麻州大學(xué)美國麻州大學(xué) 雙鏈雙鏈RNA 是導(dǎo)致線蟲是導(dǎo)致線蟲p

40、ar-1基因基因 沉默的緣由，并沉默的緣由，并稱之為稱之為RNA干擾干擾(RNA interference)。 Guo & Kemphuse美國康乃爾大學(xué)美國康乃爾大學(xué) 正義和反義正義和反義RNA都能導(dǎo)致線蟲都能導(dǎo)致線蟲par-1基因基因 沉默。沉默。Degraded RNA (Gene silencing or virus resistance)DICER (dsRNase) (DCLs)21-25nt small RNAs (siRNAs)Complex formationRISC complexTarget ss mRNAor viral RNAEndonuclease(s)Ex

41、onuclease(s)dsRNARdRPAmplification()Systemic silencingLong-distance signals()CH3CH3CH3Homologous DNA RNA-directed DNA methylation(DNA) 4、RNA沉默的能夠機(jī)理沉默的能夠機(jī)理5、RNA沉默的功能沉默的功能v PTGS在生物界中是一種普在生物界中是一種普 遍景象，是真核生遍景象，是真核生物長期進(jìn)化過程中構(gòu)成的一種抵御病毒、轉(zhuǎn)座物長期進(jìn)化過程中構(gòu)成的一種抵御病毒、轉(zhuǎn)座子等外來核酸的入侵、識別并抑制外源基因的子等外來核酸的入侵、識別并抑制外源基因的表達(dá)，維持生物基因組

42、穩(wěn)定性的重要防御機(jī)制表達(dá)，維持生物基因組穩(wěn)定性的重要防御機(jī)制 。6、RNA沉默運(yùn)用沉默運(yùn)用Applications of RNA silencing1基因功能分析2培育抗病毒作物 3作物質(zhì)量遺傳改良 How to Silencing a Genehairpin RNA transgeneAAAAAAA-complementary regionsPromoterTerminatormRNAHairpin RNA二、二、MiRNA (MicroRNA)與基因表達(dá)調(diào)控與基因表達(dá)調(diào)控一特點(diǎn)：一特點(diǎn)：1、miRNAs是一種是一種2125nt長的小分子長的小分子RNA 2、具有高度的保守性、時序性和組織特

43、異性、具有高度的保守性、時序性和組織特異性3、主要作用于靶標(biāo)基因、主要作用于靶標(biāo)基因3-UTR區(qū)區(qū) ，阻遏翻譯，阻遏翻譯 二功能：二功能： 主要在發(fā)育過程中起作用，調(diào)理內(nèi)源基因表達(dá)主要在發(fā)育過程中起作用，調(diào)理內(nèi)源基因表達(dá) 三三MiRNA的生成及作用機(jī)制的生成及作用機(jī)制 MiRNA作用方式作用方式1 1、與靶標(biāo)基因、與靶標(biāo)基因3 3-UTR-UTR區(qū)不完全互補(bǔ)結(jié)合，阻遏翻譯而不區(qū)不完全互補(bǔ)結(jié)合，阻遏翻譯而不影響影響mRNAmRNA的穩(wěn)定性這種的穩(wěn)定性這種miRNAmiRNA是目前發(fā)現(xiàn)最多的種類，是目前發(fā)現(xiàn)最多的種類，如線蟲如線蟲lin-4lin-42 2、與靶標(biāo)基因完全互補(bǔ)結(jié)合，作用方式和功能與

44、、與靶標(biāo)基因完全互補(bǔ)結(jié)合，作用方式和功能與siRNAsiRNA非常類似，最后切割靶非常類似，最后切割靶mRNAmRNA，這闡明某些，這闡明某些miRNAmiRNA和和siRNAsiRNA一樣參與了機(jī)體內(nèi)一些特異性一樣參與了機(jī)體內(nèi)一些特異性mRNAmRNA的剪切過程。的剪切過程。如擬南芥如擬南芥miR-171miR-1713 3、具有以上兩種作用方式，當(dāng)與靶標(biāo)基因完全互補(bǔ)結(jié)合、具有以上兩種作用方式，當(dāng)與靶標(biāo)基因完全互補(bǔ)結(jié)合時，直接靶向切割時，直接靶向切割mRNAmRNA；當(dāng)與靶標(biāo)基因不完全互補(bǔ)結(jié)；當(dāng)與靶標(biāo)基因不完全互補(bǔ)結(jié)合時，阻遏基因的翻譯如線蟲合時，阻遏基因的翻譯如線蟲let-7 let-7

45、四小RNA的研討的啟示1 1、基因組非蛋白編碼區(qū)能夠蘊(yùn)含著重要的生命、基因組非蛋白編碼區(qū)能夠蘊(yùn)含著重要的生命功能活動信息。功能活動信息。2 2、生命的一些重要活動如幼蟲的生長發(fā)育、細(xì)、生命的一些重要活動如幼蟲的生長發(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非編碼小RNARNA的調(diào)控的調(diào)控附：RNA的功能1儲存遺傳信息，如儲存遺傳信息，如RNA病毒病毒2mRNA：進(jìn)展遺傳信息的傳送，作為蛋白質(zhì)合成的模板：進(jìn)展遺傳信息的傳送，作為蛋白質(zhì)合成的模板3rRNA：可裝配成核糖體，參與蛋白質(zhì)合成：可裝配成核糖體，參與蛋白質(zhì)合成4tRNA：攜帶氨基酸，參

46、與蛋白質(zhì)的合成：攜帶氨基酸，參與蛋白質(zhì)的合成5核酶：內(nèi)含子的自我剪接等核酶：內(nèi)含子的自我剪接等6MicroRNA：基因表達(dá)的調(diào)控，在發(fā)育過程中起作用：基因表達(dá)的調(diào)控，在發(fā)育過程中起作用7SiRNA：抑制病毒、轉(zhuǎn)座子等外源基因的表達(dá)：抑制病毒、轉(zhuǎn)座子等外源基因的表達(dá)8指點(diǎn)指點(diǎn)RNA：參與：參與RNA的編輯的編輯9SnoRNA：能夠與：能夠與RNA的甲基化有關(guān)的甲基化有關(guān)10SnRNA：參與：參與RNA的加工如剪接的加工如剪接11端粒酶中的端粒酶中的RNA：與端粒的復(fù)制有關(guān)：與端粒的復(fù)制有關(guān)三、三、RNA加工的調(diào)理加工的調(diào)理一可變一可變mRNA的加工的加工 經(jīng)過運(yùn)用不同的經(jīng)過運(yùn)用不同的polyA位

47、點(diǎn)或不同的剪接方位點(diǎn)或不同的剪接方式將前式將前mRNA轉(zhuǎn)化為一種以上的成熟轉(zhuǎn)化為一種以上的成熟mRNA 二可變二可變mRNA加工的類型加工的類型 1、利用不同的啟動子、利用不同的啟動子 2、利用不同的、利用不同的polyA位點(diǎn)位點(diǎn) 3、選擇性剪接、選擇性剪接 PS 外顯子 S PL 外顯子 L 外顯子 2 外顯子 3 DNA 50b 2800bp 161bp 4500bp 205bp 327bp 初始轉(zhuǎn)錄本： 在唾腺中轉(zhuǎn)錄 成熟 mRNA： 1663nt 初始轉(zhuǎn)錄本： 在肝中轉(zhuǎn)錄 成熟 mRNA： 1773nt 圖 18-57 小鼠淀粉酶(amy) 基因利用不同啟動子產(chǎn)生兩個不同的 mRNA1 1、利用不同的啟動子、利用不