分子生物學(xué)-表達(dá)調(diào)控

1、 基因表達(dá)調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控 (Regulation of gene expression ) 蔣小英蔣小英 遺傳學(xué)與分子生物學(xué)系遺傳學(xué)與分子生物學(xué)系 西西 安安 交交 通通 大大 學(xué)學(xué) 醫(yī)醫(yī) 學(xué)學(xué) 院院 基因基因 是核酸分子中貯存遺傳信息的遺是核酸分子中貯存遺傳信息的遺傳單位，是指貯存?zhèn)鲉挝?，是指貯存有功能有功能的的蛋白質(zhì)多肽鏈蛋白質(zhì)多肽鏈或或RNARNA序列信息及表達(dá)這些信息所必需的序列信息及表達(dá)這些信息所必需的全部核苷酸序列。全部核苷酸序列。基因的概念基因的概念基因表達(dá)的概念基因表達(dá)的概念基因所貯存的遺傳信息通過基因所貯存的遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄及及翻譯翻譯產(chǎn)生具有生物功能的多肽和蛋白質(zhì)的過

2、產(chǎn)生具有生物功能的多肽和蛋白質(zhì)的過程程. .表達(dá)產(chǎn)物表達(dá)產(chǎn)物: :l蛋白質(zhì)或肽蛋白質(zhì)或肽 lRNARNA 基因表達(dá)基因表達(dá)（gene expressiongene expression）（）（里里外外）DNA RNA protein mRNAtRNArRNAncRNAtranscriptiontranslationreplicationreversetranscription基因表達(dá)是基因表達(dá)是基因產(chǎn)生功能的過程基因產(chǎn)生功能的過程，是信息，是信息分子（分子（DNADNA或或RNARNA）轉(zhuǎn)變成功能分子）轉(zhuǎn)變成功能分子（proteinprotein或或RNARNA）的過程。）的過程。1.1.轉(zhuǎn)錄

3、轉(zhuǎn)錄 RNA pol合成合成RNA的過程，產(chǎn)生單的過程，產(chǎn)生單鏈鏈RNA互補(bǔ)于互補(bǔ)于DNA，在某些病毒中則是互補(bǔ)，在某些病毒中則是互補(bǔ)于于RNA模板。模板。2.2.翻譯翻譯 這是由核糖體實(shí)現(xiàn)的這是由核糖體實(shí)現(xiàn)的protein的合成的合成過程，核糖體和過程，核糖體和tRNA解釋解釋mRNA含有的信息含有的信息密碼。密碼。 RNA RNA 的合成的合成4 4種種NTPNTP、DNADNA模板、模板、RNARNA聚合酶聚合酶轉(zhuǎn)錄單位：結(jié)構(gòu)基因、啟始子、終止子轉(zhuǎn)錄單位：結(jié)構(gòu)基因、啟始子、終止子按堿基配對(duì)原則按堿基配對(duì)原則, , 沿沿5 5-3-3方向方向真核生物有三型真核生物有三型RNARNA聚合酶聚

4、合酶分為起始階段、延長(zhǎng)階級(jí)和終止階段分為起始階段、延長(zhǎng)階級(jí)和終止階段轉(zhuǎn)錄后的產(chǎn)物經(jīng)加工成為成熟的轉(zhuǎn)錄后的產(chǎn)物經(jīng)加工成為成熟的RNARNA 轉(zhuǎn)錄的過程轉(zhuǎn)錄的過程 1. . 起始起始原核細(xì)胞原核細(xì)胞RNARNA聚合酶與啟動(dòng)子相互作用聚合酶與啟動(dòng)子相互作用真核細(xì)胞真核細(xì)胞RNARNA聚合酶、反式作用因子與順式聚合酶、反式作用因子與順式元件相互作用元件相互作用拼板理論拼板理論 2. .延伸延伸核心酶催化核心酶催化 磷酸化的磷酸化的RNARNA聚合酶催聚合酶催化，核小體解聚化，核小體解聚原核細(xì)胞原核細(xì)胞真核細(xì)胞真核細(xì)胞3. . 終止終止原核細(xì)胞原核細(xì)胞真核細(xì)胞真核細(xì)胞結(jié)合富含結(jié)合富含C C的的RNARN

5、A區(qū)段，發(fā)揮區(qū)段，發(fā)揮ATPATP酶及解螺旋酶活性酶及解螺旋酶活性 依賴依賴因子因子不依賴不依賴因子因子RNA 3 RNA 3 端形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)端形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄后加工原核細(xì)胞原核細(xì)胞真核細(xì)胞真核細(xì)胞1. . 原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的差異原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的差異2. . 真核生物真核生物mRNAmRNA的轉(zhuǎn)錄后加工的轉(zhuǎn)錄后加工 55端加帽端加帽 33端加尾端加尾 剪接（剪接（splicingsplicing） RNARNA編輯編輯 （RNA editingRNA editing）3. 真核生物成熟真核生物成熟mRNAmRNA的運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸成熟成熟mRNAmRNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)細(xì)胞核細(xì)胞核細(xì)胞質(zhì)

6、細(xì)胞質(zhì)蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)的合成合成體系：氨基酸、合成體系：氨基酸、mRNAmRNA、tRNAtRNA、核糖體、某、核糖體、某些酶與蛋白質(zhì)因子、些酶與蛋白質(zhì)因子、ATPATP、GTPGTP、MgMgmRNAmRNA編碼區(qū)的三個(gè)相鄰核苷酸組成密碼子編碼區(qū)的三個(gè)相鄰核苷酸組成密碼子tRNAtRNA起接合器作用，核糖體是合成場(chǎng)所和裝配起接合器作用，核糖體是合成場(chǎng)所和裝配機(jī)機(jī)核糖體循環(huán)：起始、肽鏈延長(zhǎng)和終止核糖體循環(huán)：起始、肽鏈延長(zhǎng)和終止翻譯后加工：折疊、共價(jià)修飾、水解和亞單位翻譯后加工：折疊、共價(jià)修飾、水解和亞單位的聚合的聚合1. 翻譯的基本過程翻譯的基本過程 起始起始 形成翻譯起始復(fù)合物形成翻譯起始

7、復(fù)合物 延長(zhǎng)延長(zhǎng) 指每加一個(gè)氨基酸經(jīng)過進(jìn)位、成肽和轉(zhuǎn)位指每加一個(gè)氨基酸經(jīng)過進(jìn)位、成肽和轉(zhuǎn)位 終止終止 原核細(xì)胞原核細(xì)胞 RFRF1 1, RF, RF2 2識(shí)別終止密碼，識(shí)別終止密碼，RFRF3 3激活轉(zhuǎn)激活轉(zhuǎn) 肽酶釋放肽鏈肽酶釋放肽鏈 真核細(xì)胞真核細(xì)胞 eRFeRF同時(shí)具有上述功能同時(shí)具有上述功能2.肽鏈翻譯后的加工修飾肽鏈翻譯后的加工修飾一級(jí)結(jié)構(gòu)修飾一級(jí)結(jié)構(gòu)修飾: : 甲基化，乙酰化，糖基化甲基化，乙?；腔臻g結(jié)構(gòu)修飾空間結(jié)構(gòu)修飾: Alzheimer: Alzheimer3.蛋白質(zhì)的分揀與轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)的分揀與轉(zhuǎn)運(yùn)第一節(jié)第一節(jié) 基因表達(dá)的基本規(guī)律基因表達(dá)的基本規(guī)律原核生物原核生物: :

8、無細(xì)胞核無細(xì)胞核, ,轉(zhuǎn)錄和翻譯發(fā)生在同轉(zhuǎn)錄和翻譯發(fā)生在同一空間一空間, ,并以偶聯(lián)的方式進(jìn)行并以偶聯(lián)的方式進(jìn)行. .真核生物真核生物: :有細(xì)胞核有細(xì)胞核, ,轉(zhuǎn)錄和翻譯在不同空轉(zhuǎn)錄和翻譯在不同空間進(jìn)行間進(jìn)行, ,有時(shí)間上的先后順序有時(shí)間上的先后順序. . 1 1 組成性表達(dá)組成性表達(dá)l某些基因的表達(dá)是根據(jù)細(xì)胞的一般要求保持某些基因的表達(dá)是根據(jù)細(xì)胞的一般要求保持恒定水平恒定水平，較少受環(huán)境因素影響。這些基因被稱為管家基因較少受環(huán)境因素影響。這些基因被稱為管家基因. .如細(xì)胞骨架蛋白、核蛋白體蛋白等如細(xì)胞骨架蛋白、核蛋白體蛋白等 管家基因管家基因（housekeeping genehousek

9、eeping gene） 在一個(gè)生物個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)的基因。在一個(gè)生物個(gè)體的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)的基因。 2 可控型表達(dá)可控型表達(dá)l這類基因的表達(dá)是應(yīng)細(xì)胞需要，或者說易受環(huán)這類基因的表達(dá)是應(yīng)細(xì)胞需要，或者說易受環(huán)境的影響。在特定環(huán)境中使基因表達(dá)增強(qiáng)的過境的影響。在特定環(huán)境中使基因表達(dá)增強(qiáng)的過程稱為誘導(dǎo)程稱為誘導(dǎo)(induction)(induction)，使基因表達(dá)減弱的過，使基因表達(dá)減弱的過程稱為阻遏程稱為阻遏(repression).(repression).基因表達(dá)的基本規(guī)律基因表達(dá)的基本規(guī)律( (一一) )基因表達(dá)的時(shí)空特異性基因表達(dá)的時(shí)空特異性l同一生物體各種細(xì)胞含有完

10、全相同的基因組同一生物體各種細(xì)胞含有完全相同的基因組, ,在細(xì)在細(xì)胞內(nèi)并非同時(shí)表達(dá)胞內(nèi)并非同時(shí)表達(dá), ,而是根據(jù)生長(zhǎng)而是根據(jù)生長(zhǎng), ,分化和發(fā)育等分化和發(fā)育等功能的需要功能的需要, ,隨環(huán)境和時(shí)間的變化隨環(huán)境和時(shí)間的變化, ,按照一定順序按照一定順序先后表達(dá)先后表達(dá), ,這叫做基因表達(dá)的這叫做基因表達(dá)的時(shí)間特異性時(shí)間特異性。l基因在不同的組織或器官中的表達(dá)水平不同或表基因在不同的組織或器官中的表達(dá)水平不同或表達(dá)基因的種類不同的現(xiàn)象叫做基因表達(dá)的達(dá)基因的種類不同的現(xiàn)象叫做基因表達(dá)的空間特空間特異性。異性。( (二二) )誘導(dǎo)表達(dá)和阻遏表達(dá)誘導(dǎo)表達(dá)和阻遏表達(dá)-調(diào)控的普遍形式調(diào)控的普遍形式l管家基因

11、和組成性表達(dá)管家基因和組成性表達(dá): :在細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)在細(xì)胞中持續(xù)表達(dá), ,幾乎幾乎不受內(nèi)外環(huán)境的影響不受內(nèi)外環(huán)境的影響.-.-生命全過程必需生命全過程必需. .l誘導(dǎo)和阻遏誘導(dǎo)和阻遏: :調(diào)控的方式調(diào)控的方式. .在特定信號(hào)的刺激下在特定信號(hào)的刺激下, ,基因表達(dá)開放或上調(diào)的現(xiàn)象叫做誘導(dǎo)基因表達(dá)開放或上調(diào)的現(xiàn)象叫做誘導(dǎo), ,反之表現(xiàn)反之表現(xiàn)為關(guān)閉或抑制的現(xiàn)象叫做陰遏為關(guān)閉或抑制的現(xiàn)象叫做陰遏.-.-對(duì)環(huán)境的適應(yīng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng). .( (三三) )基因表達(dá)受順式作用元件和反式作用因子的調(diào)節(jié)基因表達(dá)受順式作用元件和反式作用因子的調(diào)節(jié)l順式作用元件順式作用元件: :與被調(diào)控序列在同一與被調(diào)控序列在同

12、一DNADNA鏈上鏈上l反式作用因子反式作用因子: :本質(zhì)為蛋白質(zhì)本質(zhì)為蛋白質(zhì)( (轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子) )( (四四) )基因表達(dá)調(diào)控的分子基礎(chǔ)基因表達(dá)調(diào)控的分子基礎(chǔ)-生物大分子相互作用生物大分子相互作用( (五五) )多層次調(diào)控多層次調(diào)控基因表達(dá)的調(diào)控基因表達(dá)的調(diào)控（gene expression regulation ）是指各種細(xì)胞中相同的遺傳信息，是指各種細(xì)胞中相同的遺傳信息，有規(guī)律有規(guī)律的的選擇性、程序性、適度的表達(dá)選擇性、程序性、適度的表達(dá)以適應(yīng)機(jī)以適應(yīng)機(jī)體生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖以及環(huán)境變化的需要，體生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖以及環(huán)境變化的需要，發(fā)揮其生理功能的調(diào)節(jié)和控制。發(fā)揮其生理功能的調(diào)節(jié)和控制

13、。基因表達(dá)調(diào)控的生理意義基因表達(dá)調(diào)控的生理意義適應(yīng)環(huán)境、維持生長(zhǎng)和增殖適應(yīng)環(huán)境、維持生長(zhǎng)和增殖維持個(gè)體發(fā)育與分化維持個(gè)體發(fā)育與分化 基因表達(dá)調(diào)控的要點(diǎn)基因表達(dá)調(diào)控的要點(diǎn)( (一一) )調(diào)控的調(diào)控的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)原核生物原核生物真核生物真核生物prokaryote prokaryote 無真核無真核結(jié)構(gòu)的單細(xì)胞生物。結(jié)構(gòu)的單細(xì)胞生物。包括細(xì)菌、藍(lán)綠藻等。包括細(xì)菌、藍(lán)綠藻等。其其DNADNA、proteinprotein、組、組成成1 1個(gè)相當(dāng)致密的類個(gè)相當(dāng)致密的類核，但核，但無核膜無核膜與胞質(zhì)與胞質(zhì)分開。因?yàn)闊o核膜，分開。因?yàn)闊o核膜，基因受環(huán)境影響大?；蚴墉h(huán)境影響大。 eukaryote

14、 eukaryote單或多細(xì)胞生單或多細(xì)胞生物，物，有核膜有核膜將染色體等有關(guān)將染色體等有關(guān)物質(zhì)包圍在內(nèi)與胞質(zhì)分開，物質(zhì)包圍在內(nèi)與胞質(zhì)分開，細(xì)胞有有絲分裂和減數(shù)分裂細(xì)胞有有絲分裂和減數(shù)分裂2 2種形式，具有這些特征的種形式，具有這些特征的生物稱真核生物。其細(xì)胞稱生物稱真核生物。其細(xì)胞稱為真核細(xì)胞。為真核細(xì)胞。（二）調(diào)控最大特點(diǎn)（二）調(diào)控最大特點(diǎn) 原核生物原核生物 真核生物真核生物 調(diào)控直接受環(huán)境及營(yíng)養(yǎng)狀況調(diào)控直接受環(huán)境及營(yíng)養(yǎng)狀況的影響。的影響。調(diào)控是為了適應(yīng)環(huán)境獲調(diào)控是為了適應(yīng)環(huán)境獲取營(yíng)養(yǎng)達(dá)到生存即分裂繁殖的最取營(yíng)養(yǎng)達(dá)到生存即分裂繁殖的最優(yōu)化優(yōu)化（原核既無充足的能源貯備，（原核既無充足的能源貯

15、備，又無高等植物制造有機(jī)物的本又無高等植物制造有機(jī)物的本領(lǐng)）。所以領(lǐng)）。所以調(diào)控體現(xiàn)調(diào)控體現(xiàn)1 1個(gè)個(gè)“快快”字，字，快速適應(yīng)環(huán)境，獲取營(yíng)養(yǎng)，合成快速適應(yīng)環(huán)境，獲取營(yíng)養(yǎng)，合成必需蛋白質(zhì)、降解不必要成分。必需蛋白質(zhì)、降解不必要成分。這是長(zhǎng)期進(jìn)化，獲得的適應(yīng)應(yīng)變這是長(zhǎng)期進(jìn)化，獲得的適應(yīng)應(yīng)變能力。（適應(yīng)環(huán)境獲取營(yíng)養(yǎng)、解能力。（適應(yīng)環(huán)境獲取營(yíng)養(yǎng)、解決決“溫飽溫飽”問題。）問題。）遺傳程序調(diào)控遺傳程序調(diào)控、按、按“既定方針既定方針辦辦”如動(dòng)物如動(dòng)物1 1個(gè)受精卵，按遺傳個(gè)受精卵，按遺傳程序開開關(guān)關(guān)基因，發(fā)育成成程序開開關(guān)關(guān)基因，發(fā)育成成熟個(gè)體，該遺傳程序是構(gòu)成胚熟個(gè)體，該遺傳程序是構(gòu)成胚胎發(fā)育和組織分化

16、的基礎(chǔ)。僅胎發(fā)育和組織分化的基礎(chǔ)。僅極少基因間接或直接受環(huán)境因極少基因間接或直接受環(huán)境因素的影響。素的影響。這一特點(diǎn)使真核在這一特點(diǎn)使真核在千變?nèi)f化的環(huán)境下，主要組織千變?nèi)f化的環(huán)境下，主要組織或器官仍能維持正常功能或器官仍能維持正常功能（“處世不驚處世不驚”）。）。（三）（三）調(diào)控主要水平調(diào)控主要水平 真原核調(diào)控的真原核調(diào)控的主要水平（主調(diào)）都在轉(zhuǎn)錄水平主要水平（主調(diào)）都在轉(zhuǎn)錄水平。 微調(diào)微調(diào) DNADNA水平水平 轉(zhuǎn)錄后水平轉(zhuǎn)錄后水平 翻譯水平翻譯水平 翻譯后水平翻譯后水平（四）調(diào)控的基本方式（四）調(diào)控的基本方式 真原核調(diào)控的基本方式都是通過真原核調(diào)控的基本方式都是通過1.1.蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)2

17、.2.核酸和核酸和3.3.小分子化合物間的識(shí)別和相互作用。小分子化合物間的識(shí)別和相互作用。 （五）調(diào)控物質(zhì)的化學(xué)本質(zhì)（五）調(diào)控物質(zhì)的化學(xué)本質(zhì) 蛋白質(zhì)、核酸、小分子化合物。蛋白質(zhì)、核酸、小分子化合物。（六）調(diào)控模式（六）調(diào)控模式原核有操縱子調(diào)控模型原核有操縱子調(diào)控模型，已發(fā)現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)100100多種。多種。 真核真核Britten-DavidsenBritten-Davidsen（法）模型尚未實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。（法）模型尚未實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。病毒基因表達(dá)調(diào)控病毒基因表達(dá)調(diào)控 各種病毒、噬菌體等除部分帶有各種病毒、噬菌體等除部分帶有RNA polRNA pol或逆轉(zhuǎn)錄或逆轉(zhuǎn)錄酶外主要是利用宿主的基因表達(dá)調(diào)控系統(tǒng)

18、。酶外主要是利用宿主的基因表達(dá)調(diào)控系統(tǒng)。第二節(jié)第二節(jié) 原核生物基因表達(dá)調(diào)控原核生物基因表達(dá)調(diào)控原核生物基因表達(dá)的特點(diǎn)原核生物基因表達(dá)的特點(diǎn)l轉(zhuǎn)錄與翻譯緊密偶聯(lián)轉(zhuǎn)錄與翻譯緊密偶聯(lián)l多順反子多順反子mRNAmRNAl操縱子是主要調(diào)節(jié)機(jī)制操縱子是主要調(diào)節(jié)機(jī)制l負(fù)性調(diào)節(jié)為主負(fù)性調(diào)節(jié)為主( (阻遏蛋白的作用阻遏蛋白的作用) )l轉(zhuǎn)錄起始是調(diào)節(jié)的關(guān)鍵點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始是調(diào)節(jié)的關(guān)鍵點(diǎn)從調(diào)控方式來看從調(diào)控方式來看，原核生物調(diào)控最重，原核生物調(diào)控最重要的特點(diǎn)是操縱子模式。要的特點(diǎn)是操縱子模式。 從調(diào)控水平來看從調(diào)控水平來看，主調(diào)在轉(zhuǎn)錄水平，主調(diào)在轉(zhuǎn)錄水平，翻譯水平次之。翻譯水平次之。原核基因表達(dá)調(diào)控原核基因表達(dá)調(diào)控 操

19、縱子（操縱子（operonoperon）概念）概念 細(xì)菌體內(nèi)的基因調(diào)節(jié)單位，由控制區(qū)和信息區(qū)組成。信細(xì)菌體內(nèi)的基因調(diào)節(jié)單位，由控制區(qū)和信息區(qū)組成。信息區(qū)包括功能相關(guān)的一組結(jié)構(gòu)基因；控制區(qū)含操縱基息區(qū)包括功能相關(guān)的一組結(jié)構(gòu)基因；控制區(qū)含操縱基因，啟動(dòng)子和因，啟動(dòng)子和CAPCAP結(jié)合位點(diǎn)，有些含衰減子結(jié)合位點(diǎn)，有些含衰減子。 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因: :多個(gè)多個(gè)(2-6)(2-6)調(diào)控序列：調(diào)控序列： 啟動(dòng)序列啟動(dòng)序列(promoter (promoter 啟動(dòng)子啟動(dòng)子):1):1個(gè)個(gè) 操縱序列操縱序列(operator (operator 操縱基因操縱基因):): 其它調(diào)節(jié)序列其它調(diào)節(jié)序列 在染色體上

20、成簇串聯(lián)排列在染色體上成簇串聯(lián)排列 操縱子操縱子 ： 調(diào)控序列調(diào)控序列 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 一一 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 （一）轉(zhuǎn)錄起始的負(fù)調(diào)控（一）轉(zhuǎn)錄起始的負(fù)調(diào)控如乳糖操縱子如乳糖操縱子結(jié)構(gòu)基因：結(jié)構(gòu)基因： Z -Z -半乳糖苷酶半乳糖苷酶 Y Y 通透酶通透酶 A A 轉(zhuǎn)乙?；皋D(zhuǎn)乙酰基酶 調(diào)控序列調(diào)控序列 操縱序列操縱序列(O)(O) 啟動(dòng)序列啟動(dòng)序列(P)(P) 其它調(diào)節(jié)序列其它調(diào)節(jié)序列(I)(I)（二）轉(zhuǎn)錄起始的負(fù)調(diào)控（二）轉(zhuǎn)錄起始的負(fù)調(diào)控如乳糖操縱子如乳糖操縱子l結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)操縱序列操縱序列(O)(O)啟動(dòng)序列啟動(dòng)序列(P)(P)其它調(diào)節(jié)序列其它調(diào)節(jié)序列(I)(I)編碼序列編碼序

21、列(Z ,Y ,A)(Z ,Y ,A)Z -Z -半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y Y 透酶透酶A A 轉(zhuǎn)乙酰基酶轉(zhuǎn)乙?；竝romoter半乳糖苷酶透酶乙?；D(zhuǎn)移酶19601960年年: :法國(guó)科學(xué)家法國(guó)科學(xué)家Jacob- MonodJacob- Monod提出乳糖提出乳糖操縱子概念操縱子概念大腸桿菌大腸桿菌可以利用許多糖作為碳源可以利用許多糖作為碳源, ,但但優(yōu)先優(yōu)先利用葡萄糖利用葡萄糖. .當(dāng)環(huán)境中當(dāng)環(huán)境中葡萄糖缺乏時(shí)葡萄糖缺乏時(shí), ,開始開始利用乳糖或其它糖利用乳糖或其它糖. .乳糖操縱子調(diào)控機(jī)制乳糖操縱子調(diào)控機(jī)制 I I基因編碼產(chǎn)生阻遏蛋白，阻遏蛋白為四聚體?；蚓幋a產(chǎn)生阻遏蛋白，阻遏蛋白為四

22、聚體。在在沒有乳糖沒有乳糖的條件下，阻遏基因與操縱基因結(jié)合。的條件下，阻遏基因與操縱基因結(jié)合。當(dāng)當(dāng)有乳糖有乳糖存在時(shí)，經(jīng)透酶作用進(jìn)入細(xì)胞，在存在時(shí)，經(jīng)透酶作用進(jìn)入細(xì)胞，在- -半乳糖半乳糖苷酶催化下轉(zhuǎn)變成半乳糖，后者作為誘導(dǎo)劑（苷酶催化下轉(zhuǎn)變成半乳糖，后者作為誘導(dǎo)劑（inducerinducer）與阻遏蛋白結(jié)合，使阻遏蛋白與操縱基因解聚，結(jié)構(gòu)與阻遏蛋白結(jié)合，使阻遏蛋白與操縱基因解聚，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄?；蜣D(zhuǎn)錄。阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)無乳糖時(shí)無乳糖時(shí),lac,lac操縱子處于阻遏狀態(tài)操縱子處于阻遏狀態(tài): : lpI pI 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄阻遏蛋白阻遏蛋白I I+OI I+O Z Y A Z Y

23、 A編碼序列不轉(zhuǎn)錄編碼序列不轉(zhuǎn)錄有乳糖時(shí)有乳糖時(shí), ,經(jīng)透酶催化并進(jìn)入細(xì)胞經(jīng)透酶催化并進(jìn)入細(xì)胞, -, -半乳半乳糖苷酶催化生成為半乳糖糖苷酶催化生成為半乳糖 半乳糖半乳糖+ +阻遏蛋白阻遏蛋白 構(gòu)象改變構(gòu)象改變 阻遏蛋白與阻遏蛋白與O O序列分離序列分離 Z Y AZ Y A轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)劑: :異丙基硫代半乳糖苷異丙基硫代半乳糖苷(IPTG)(IPTG)（二）轉(zhuǎn)錄起始的正調(diào)控（二）轉(zhuǎn)錄起始的正調(diào)控正調(diào)控蛋白正調(diào)控蛋白 與與DNADNA結(jié)合后促進(jìn)轉(zhuǎn)錄，這種結(jié)合后促進(jìn)轉(zhuǎn)錄，這種基因表達(dá)調(diào)控的方式稱為正調(diào)控。基因表達(dá)調(diào)控的方式稱為正調(diào)控。lCAPCAP蛋白蛋白CAPCAP蛋白蛋白(catab

24、olic gene activator protein，CAP) 分解代謝物基因活化蛋白分解代謝物基因活化蛋白, ,可將葡萄糖饑餓信號(hào)可將葡萄糖饑餓信號(hào)傳給許多操縱子傳給許多操縱子使細(xì)菌在缺乏葡萄糖的環(huán)境中使細(xì)菌在缺乏葡萄糖的環(huán)境中可利用其它的碳源?？衫闷渌奶荚?。轉(zhuǎn)錄起始的正調(diào)控轉(zhuǎn)錄起始的正調(diào)控CAP mediates glucose repression of LacPromotes transcription乳糖操縱子中的乳糖操縱子中的1 1組基因組基因有有2道開關(guān)道開關(guān): : CAP CAP結(jié)合到結(jié)合到CAPCAP位點(diǎn)發(fā)揮正控作用，位點(diǎn)發(fā)揮正控作用， 乳糖誘導(dǎo)去阻遏，乳糖誘導(dǎo)去阻遏，

25、只有只有2 2道開關(guān)同時(shí)打開時(shí)，基因才能轉(zhuǎn)錄。道開關(guān)同時(shí)打開時(shí)，基因才能轉(zhuǎn)錄。乳糖操縱子的轉(zhuǎn)錄起始乳糖操縱子的轉(zhuǎn)錄起始受到受到CAP和阻遏蛋和阻遏蛋白的雙重調(diào)控，即正、負(fù)調(diào)控。白的雙重調(diào)控，即正、負(fù)調(diào)控。 細(xì)菌優(yōu)先利用葡萄（細(xì)菌優(yōu)先利用葡萄（G G）- -葡萄糖效應(yīng)葡萄糖效應(yīng) 乳糖、乳糖、G G同時(shí)存在，細(xì)菌優(yōu)先利用葡萄糖，在同時(shí)存在，細(xì)菌優(yōu)先利用葡萄糖，在G G耗盡耗盡之前，之前，Lac operonLac operon也不會(huì)表達(dá)。也不會(huì)表達(dá)。 Lactose Glucose- +- -+ -+ +LacICAP-cAMPFour States of the Lac Operon二二 轉(zhuǎn)錄終

26、止的調(diào)控轉(zhuǎn)錄終止的調(diào)控依賴依賴因子或者依賴轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物因子或者依賴轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物33端發(fā)夾端發(fā)夾結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。色氨酸操縱子：轉(zhuǎn)錄衰減色氨酸操縱子：轉(zhuǎn)錄衰減（attenuationattenuation） 衰減是轉(zhuǎn)錄衰減是轉(zhuǎn)錄- -翻譯的偶聯(lián)調(diào)控翻譯的偶聯(lián)調(diào)控。 色氨酸操縱子（色氨酸操縱子（trptrp operon operon） E.coliE.coli的色氨酸操縱子有五個(gè)結(jié)構(gòu)基因的色氨酸操縱子有五個(gè)結(jié)構(gòu)基因E E、D D、C C、B B、A A基因編碼三種酶，用于基因編碼三種酶，用于合成色氨酸合成色氨酸。上游調(diào)控區(qū)由啟動(dòng)子（上游調(diào)控區(qū)由啟動(dòng)子（P P）和操縱基因（）和操縱基因（O O）組成組成R R基

27、因編碼阻遏蛋白基因編碼阻遏蛋白Genomic Organization of the Trp Operon ED-編碼鄰氨基苯甲酸合成酶編碼鄰氨基苯甲酸合成酶（antlnanilate synthetase）;C-編碼吲哚甘油磷酸合成酶編碼吲哚甘油磷酸合成酶（indeleglycerol-phosphatr synHietdse）;BA-編碼編碼Trp合成酶合成酶亞基和亞基和亞基亞基 色氨酸衰減子色氨酸衰減子10 11UUUUUUUU調(diào)節(jié)區(qū)調(diào)節(jié)區(qū) 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 trpROP前導(dǎo)序列前導(dǎo)序列 衰減子區(qū)域衰減子區(qū)域 UUUU前導(dǎo)前導(dǎo)mRNA1234衰減子結(jié)構(gòu)衰減子結(jié)構(gòu) 終止密碼子終止密碼子 1

28、4aa前導(dǎo)肽編碼區(qū)前導(dǎo)肽編碼區(qū):第第10、11密碼子為密碼子為trp密碼子密碼子 形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)能力強(qiáng)弱：形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)能力強(qiáng)弱： 序列序列1/2序列序列2/3序列序列3/4 trp 密碼子密碼子 UUUU色氨酸操縱子調(diào)控機(jī)制色氨酸操縱子調(diào)控機(jī)制衰減子位于結(jié)構(gòu)基因衰減子位于結(jié)構(gòu)基因E E和操縱基因和操縱基因O O之間的之間的L L基因中?；蛑小 L基因的部分轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物編碼基因的部分轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物編碼1414個(gè)氨基酸，其中個(gè)氨基酸，其中兩個(gè)兩個(gè)相鄰的色氨酸密碼子相鄰的色氨酸密碼子及原核生物中及原核生物中轉(zhuǎn)錄和翻譯的轉(zhuǎn)錄和翻譯的偶聯(lián)偶聯(lián)是產(chǎn)生衰減的基礎(chǔ)。是產(chǎn)生衰減的基礎(chǔ)。 將環(huán)境中的色氨酸消耗完，然后開始

29、自身合成。將環(huán)境中的色氨酸消耗完，然后開始自身合成。阻遏（物）是阻遏（物）是Trp operonTrp operon的第一控制系統(tǒng)的第一控制系統(tǒng). .衰減子（衰減子（L L）是）是Trp operonTrp operon的第二控制系統(tǒng)。的第二控制系統(tǒng)。色氨酸操縱子調(diào)控機(jī)制色氨酸操縱子調(diào)控機(jī)制UUUU34UUUU 334核糖體核糖體 前導(dǎo)肽前導(dǎo)肽 前導(dǎo)前導(dǎo)mRNA當(dāng)色氨酸濃度高時(shí)當(dāng)色氨酸濃度高時(shí) 轉(zhuǎn)錄衰減機(jī)制轉(zhuǎn)錄衰減機(jī)制 125 trp 密碼子密碼子 衰減子結(jié)構(gòu)衰減子結(jié)構(gòu)就是終止子就是終止子可使轉(zhuǎn)錄可使轉(zhuǎn)錄前導(dǎo)前導(dǎo)DNA UUUU 3 RNA聚合酶聚合酶 終止終止作用機(jī)制作用機(jī)制 胞內(nèi)胞內(nèi)Trp

30、Trp形成形成Trp-tRNATrp-tRNA，核糖體很，核糖體很快通過片段快通過片段1 1，并封閉片段，并封閉片段2 2（“堵車堵車”），），片段片段1.2,2.31.2,2.3形成不了發(fā)夾結(jié)構(gòu)，片段形成不了發(fā)夾結(jié)構(gòu)，片段3.43.4形形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)成發(fā)夾結(jié)構(gòu)形成一個(gè)不依賴形成一個(gè)不依賴因子終止結(jié)因子終止結(jié)構(gòu)構(gòu)衰減子，衰減子，使前方使前方RNA pol RNA pol 脫落，轉(zhuǎn)錄終脫落，轉(zhuǎn)錄終止。止。UUUU342423UUUU核糖體核糖體 前導(dǎo)肽前導(dǎo)肽 15 trp 密碼子密碼子 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因前導(dǎo)前導(dǎo)DNA RNA聚合酶聚合酶 當(dāng)色氨酸濃度低時(shí)當(dāng)色氨酸濃度低時(shí) Trp合成酶系相關(guān)合成酶系

31、相關(guān)結(jié)構(gòu)基因被轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)基因被轉(zhuǎn)錄 序列序列3、4不能不能形成衰減子結(jié)構(gòu)形成衰減子結(jié)構(gòu) 前導(dǎo)前導(dǎo)mRNA 胞內(nèi)胞內(nèi)TrpTrp沒有沒有Trp-tRNATrp-tRNA供給；核糖體翻譯停在供給；核糖體翻譯停在片段片段1 1中中2 2個(gè)個(gè)TrpTrp密碼子前（等料），密碼子前（等料），片段片段2 2、3 3形形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，3 3、4 4形成不了發(fā)夾結(jié)構(gòu)形成不了發(fā)夾結(jié)構(gòu)不能形成不能形成終止信號(hào)，終止信號(hào)，RNARNA轉(zhuǎn)錄繼續(xù)進(jìn)行、轉(zhuǎn)錄繼續(xù)進(jìn)行、EDCBAEDCBA得以轉(zhuǎn)錄。得以轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄衰減實(shí)質(zhì)上是轉(zhuǎn)錄與一個(gè)前導(dǎo)肽翻譯過程的轉(zhuǎn)錄衰減實(shí)質(zhì)上是轉(zhuǎn)錄與一個(gè)前導(dǎo)肽翻譯過程的偶聯(lián)。偶聯(lián)。作用機(jī)制作用

32、機(jī)制色氨酸操縱子色氨酸操縱子l當(dāng)有色氨酸時(shí)，衰減子形成的二級(jí)結(jié)構(gòu)當(dāng)有色氨酸時(shí)，衰減子形成的二級(jí)結(jié)構(gòu)不利于不利于RNA聚合酶結(jié)合與轉(zhuǎn)錄，產(chǎn)生前聚合酶結(jié)合與轉(zhuǎn)錄，產(chǎn)生前導(dǎo)導(dǎo)RNA。l當(dāng)無色氨酸時(shí)，其形成的二級(jí)結(jié)構(gòu)有利當(dāng)無色氨酸時(shí)，其形成的二級(jí)結(jié)構(gòu)有利于于RNA聚合酶的結(jié)合與轉(zhuǎn)錄。產(chǎn)生全長(zhǎng)聚合酶的結(jié)合與轉(zhuǎn)錄。產(chǎn)生全長(zhǎng)RNA，催化色氨酸生成。，催化色氨酸生成。衰減子與阻遏蛋白作用一致性衰減子與阻遏蛋白作用一致性 當(dāng)當(dāng)TrpTrp但不足以誘導(dǎo)阻遏蛋白但不足以誘導(dǎo)阻遏蛋白衰減子也能使衰減子也能使mRNAmRNA合成終止在合成終止在EDCBAEDCBA結(jié)構(gòu)基因前，反之，當(dāng)結(jié)構(gòu)基因前，反之，當(dāng)Trp Trp

33、失去了阻遏作用，只要能使前導(dǎo)肽繼續(xù)合成，轉(zhuǎn)失去了阻遏作用，只要能使前導(dǎo)肽繼續(xù)合成，轉(zhuǎn)錄繼續(xù)進(jìn)行。錄繼續(xù)進(jìn)行。 這是對(duì)這是對(duì)TrpTrp濃度的一種更為精細(xì)、敏感調(diào)節(jié)濃度的一種更為精細(xì)、敏感調(diào)節(jié)。 這樣一個(gè)操縱子的這樣一個(gè)操縱子的1 1組基因就有組基因就有2 2道開頭，道開頭，只有只有2 2道道門都關(guān)了，才能阻遏結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄。門都關(guān)了，才能阻遏結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄。三三 翻譯調(diào)控翻譯調(diào)控 作用作用:對(duì)轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控的補(bǔ)充對(duì)轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控的補(bǔ)充（一）稀有密碼子對(duì)翻譯的影響（一）稀有密碼子對(duì)翻譯的影響（二）翻譯阻遏（二）翻譯阻遏 SD序列序列（三）（三）mRNA穩(wěn)定性對(duì)翻譯的影響穩(wěn)定性對(duì)翻譯的影響l原核細(xì)胞位于起

34、始密碼子上游原核細(xì)胞位于起始密碼子上游8-13bp.8-13bp.lSDSD序列與起始密碼子的距離、蛋白質(zhì)對(duì)序列與起始密碼子的距離、蛋白質(zhì)對(duì)SDSD序列序列的作用，影響翻譯的起始的作用，影響翻譯的起始第三節(jié)第三節(jié) 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)控調(diào)控水平調(diào)控水平: 多層次多層次lDNA水平水平 l轉(zhuǎn)錄水平轉(zhuǎn)錄水平 l轉(zhuǎn)錄后水平轉(zhuǎn)錄后水平 l翻譯水平翻譯水平 l翻譯后水平的調(diào)控翻譯后水平的調(diào)控一一 轉(zhuǎn)錄前的調(diào)控：轉(zhuǎn)錄前的調(diào)控：DNADNA水平的調(diào)控水平的調(diào)控染色質(zhì)丟失染色質(zhì)丟失基因擴(kuò)增基因擴(kuò)增基因重排基因重排DNADNA甲基化甲基化染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)改變一一 轉(zhuǎn)錄前的調(diào)控轉(zhuǎn)錄前

35、的調(diào)控（一）染色體結(jié)構(gòu)對(duì)轉(zhuǎn)錄的影響（一）染色體結(jié)構(gòu)對(duì)轉(zhuǎn)錄的影響 轉(zhuǎn)錄活化與非活化染色質(zhì)在結(jié)構(gòu)上有很大不同。轉(zhuǎn)錄活化與非活化染色質(zhì)在結(jié)構(gòu)上有很大不同。l轉(zhuǎn)錄活化區(qū)：轉(zhuǎn)錄活化區(qū)：DNA結(jié)構(gòu)呈松散狀，結(jié)構(gòu)呈松散狀，RNA聚合酶與聚合酶與其它蛋白質(zhì)與其它蛋白質(zhì)與DNA結(jié)合，此區(qū)對(duì)結(jié)合，此區(qū)對(duì)DNA酶酶敏感敏感，常位于轉(zhuǎn)錄基因的常位于轉(zhuǎn)錄基因的5側(cè)側(cè)1000bp內(nèi)。內(nèi)。 組蛋白的共價(jià)修飾：組蛋白的共價(jià)修飾： 核小體的核心組蛋白（核小體的核心組蛋白（H2AH2A，H2BH2B，H3H3，H4H4）的）的甲基甲基化，磷酸化，乙?；胺核鼗?，磷酸化，乙?；胺核鼗?。乙酰化乙?；?組蛋白乙?；M蛋白乙?；档?/p>

36、核小體蛋白對(duì)降低核小體蛋白對(duì)DNADNA的親合力的親合力 DNADNA結(jié)構(gòu)呈松散狀結(jié)構(gòu)呈松散狀轉(zhuǎn)錄發(fā)生轉(zhuǎn)錄發(fā)生 組蛋白乙?；附M蛋白乙?；福╤istone acetyl transferase, histone acetyl transferase, HATHAT） 組蛋白去乙酰化酶組蛋白去乙?；?histone deacetylase , (histone deacetylase , HDACHDAC) )（二）（二）DNA甲基化在真核基因調(diào)控中有重要作用甲基化在真核基因調(diào)控中有重要作用 l常發(fā)生在胞嘧啶上，如常發(fā)生在胞嘧啶上，如CpGCpG島島l管家基因管家基因CpGCpG島多低甲基化

37、，不表達(dá)基因多高甲基化。島多低甲基化，不表達(dá)基因多高甲基化。l激素或致癌物使不表達(dá)基因調(diào)控區(qū)低甲基化重新開放。激素或致癌物使不表達(dá)基因調(diào)控區(qū)低甲基化重新開放。lDNADNA去甲基化與去甲基化與DNaseIDNaseI高敏區(qū)高敏區(qū)出現(xiàn)，為基因活化的標(biāo)志。出現(xiàn)，為基因活化的標(biāo)志。DNADNA甲基化與基因的表達(dá)成反比關(guān)系甲基化與基因的表達(dá)成反比關(guān)系 高甲基化則低表達(dá)，低甲基化則高表達(dá)。高甲基化則低表達(dá)，低甲基化則高表達(dá)。 表觀遺傳學(xué)表觀遺傳學(xué)（epigeneticsepigenetics）：）： 是研究遺傳修飾影響基因表達(dá)和表型的機(jī)制、遺傳是研究遺傳修飾影響基因表達(dá)和表型的機(jī)制、遺傳方式與發(fā)育、疾病

38、發(fā)生的關(guān)系，以及開發(fā)應(yīng)用技術(shù)的一方式與發(fā)育、疾病發(fā)生的關(guān)系，以及開發(fā)應(yīng)用技術(shù)的一門分支學(xué)科。門分支學(xué)科。 指指不改變基因序列不改變基因序列而而影響基因表達(dá)影響基因表達(dá)和表型的遺傳修飾。和表型的遺傳修飾。 包括：包括：DNA methylation DNA methylation histone modification histone modification genomic imprinting genomic imprinting 表觀遺傳的特點(diǎn)：表觀遺傳的特點(diǎn)：可遺傳性；可遺傳性；可引起基因沉默，但其作用機(jī)制與由基因突可引起基因沉默，但其作用機(jī)制與由基因突變引起基因沉默不同，具有一定的可

39、逆性；變引起基因沉默不同，具有一定的可逆性；表觀遺傳可以影響遺傳學(xué)過程；表觀遺傳可以影響遺傳學(xué)過程；目前已知目前已知DNADNA甲基化甲基化和和組蛋白修飾組蛋白修飾是細(xì)胞中是細(xì)胞中最重要的表觀遺傳修飾。二者可以協(xié)作共同最重要的表觀遺傳修飾。二者可以協(xié)作共同調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。 DNADNA甲基化位點(diǎn)主要是甲基化位點(diǎn)主要是5 5-CpG-3-CpG-3中胞嘧啶中胞嘧啶C5C5。 CpGCpG在基因組中分布不均勻，主要存在于重復(fù)在基因組中分布不均勻，主要存在于重復(fù)序列與序列與 CpGCpG島中。島中。 CpGCpG島主要存在于島主要存在于管家基因（管家基因（housekeeping hou

40、sekeeping genegene）和組織）和組織特異性表達(dá)基因的啟動(dòng)子特異性表達(dá)基因的啟動(dòng)子區(qū)。區(qū)。DNADNA甲基化造成基因沉默甲基化造成基因沉默CGCG島與疾病島與疾病 典型的典型的DNADNA甲基化常發(fā)生在甲基化常發(fā)生在5 5-CG-3-CG-3即即“CpGCpG” island-island-在人類基因組中存在成族的在人類基因組中存在成族的“CGIsCGIs”. . CGIs CGIs常位于一些基因常位于一些基因啟動(dòng)子區(qū)啟動(dòng)子區(qū), ,如在如在腫瘤細(xì)胞腫瘤細(xì)胞中中, ,由于一些由于一些抑癌基因抑癌基因啟動(dòng)子區(qū)啟動(dòng)子區(qū)CGIsCGIs的的甲基化甲基化, ,導(dǎo)致這導(dǎo)致這些基因些基因不表達(dá)

41、不表達(dá). . DNADNA甲基化與疾病甲基化與疾病 DNADNA甲基化與環(huán)境密切相關(guān)。甲基化與環(huán)境密切相關(guān)。缺少甲基來源缺少甲基來源或保持或保持甲基化轉(zhuǎn)移酶活性必要營(yíng)養(yǎng)素（如甲基化轉(zhuǎn)移酶活性必要營(yíng)養(yǎng)素（如葉酸和維生素葉酸和維生素）的飲）的飲食，會(huì)使食，會(huì)使基因組范圍甲基化水平降低基因組范圍甲基化水平降低，改變基因表達(dá)圖，改變基因表達(dá)圖譜，激活某些譜，激活某些有害基因過表達(dá)有害基因過表達(dá)，引起基因組不穩(wěn)定性，引起基因組不穩(wěn)定性，進(jìn)而影響表型。衰老作為環(huán)境因素的過程，可看到，隨進(jìn)而影響表型。衰老作為環(huán)境因素的過程，可看到，隨著增齡過程，著增齡過程，基因組水平的甲基化作用呈衰減狀態(tài)基因組水平的甲基化

42、作用呈衰減狀態(tài)，但，但某些與生長(zhǎng)分化相關(guān)的基因某些與生長(zhǎng)分化相關(guān)的基因CpGCpG島甲基化作用呈進(jìn)行性增島甲基化作用呈進(jìn)行性增長(zhǎng)。長(zhǎng)。 DNADNA甲基化的檢測(cè)甲基化的檢測(cè) 分兩類分兩類 特異位點(diǎn)特異位點(diǎn)的甲基化檢測(cè)的甲基化檢測(cè) 甲基化特異性甲基化特異性PCR(MS-PCR)PCR(MS-PCR) 亞硫酸氫鹽處理亞硫酸氫鹽處理 + + 測(cè)序測(cè)序 限制性內(nèi)切酶分析限制性內(nèi)切酶分析(COBRA)(COBRA) 熔解曲線分析熔解曲線分析 焦磷酸測(cè)序焦磷酸測(cè)序 新的序列分析技術(shù)，快速地檢測(cè)甲基化新的序列分析技術(shù)，快速地檢測(cè)甲基化 全基因組全基因組的甲基化分析的甲基化分析 芯片芯片 測(cè)序甲基化特異性甲基

43、化特異性PCRPCR分析（分析（MS-PCRMS-PCR） 先用化學(xué)試劑（先用化學(xué)試劑（NaHSO3NaHSO3) )處理模板處理模板DNADNA（5050避光水浴避光水浴16h16h ）, ,將所有將所有未甲基化的胞嘧啶（未甲基化的胞嘧啶（C)C)轉(zhuǎn)變成尿嘧啶轉(zhuǎn)變成尿嘧啶(U)(U)，在，在PCRPCR擴(kuò)增時(shí)，擴(kuò)增時(shí)，U U與引物中與引物中A A配對(duì)；而配對(duì)；而CpGCpG島上島上甲基化的甲基化的C C不受影不受影響響，在擴(kuò)增時(shí)仍與，在擴(kuò)增時(shí)仍與G G配對(duì)。配對(duì)。 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一對(duì)甲基化特異性引物一對(duì)甲基化特異性引物（引物中（引物中G G結(jié)合模板中結(jié)合模板中C);C);和和非甲非甲基化特異性引物

44、基化特異性引物（引物中（引物中A A結(jié)合模板中結(jié)合模板中U),U),通過通過PCRPCR擴(kuò)增就可擴(kuò)增就可檢測(cè)出甲基化修飾的檢測(cè)出甲基化修飾的DNADNA序列序列 亞硫酸氫鈉聯(lián)合限制性內(nèi)切酶分析亞硫酸氫鈉聯(lián)合限制性內(nèi)切酶分析 (COBRA)(COBRA) 亞硫酸氫鹽處理亞硫酸氫鹽處理DNADNA 后后PCRPCR擴(kuò)增擴(kuò)增, ,限制性內(nèi)切酶限制性內(nèi)切酶(BstUI)(BstUI)消化。若消化。若識(shí)別序列識(shí)別序列(CGCG)(CGCG)中的中的C C發(fā)生完全甲基化發(fā)生完全甲基化(5mCG5mCG)(5mCG5mCG)，則，則PCRPCR擴(kuò)增后保留為擴(kuò)增后保留為CGCGCGCG，BstU IBstU

45、I能夠識(shí)能夠識(shí)別并進(jìn)行切割別并進(jìn)行切割; ;若待測(cè)序列中，若待測(cè)序列中，C C未發(fā)生甲基化，則未發(fā)生甲基化，則PCRPCR后轉(zhuǎn)變?yōu)楹筠D(zhuǎn)變?yōu)門GTGTGTG，BstUIBstUI識(shí)別位點(diǎn)丟失，不能進(jìn)行切割。識(shí)別位點(diǎn)丟失，不能進(jìn)行切割。酶切產(chǎn)物再經(jīng)電泳分離。酶切產(chǎn)物再經(jīng)電泳分離。 甲基化敏感性高分辨率熔解曲線分析甲基化敏感性高分辨率熔解曲線分析 亞硫酸氫鹽處理后，甲基化與未甲基化亞硫酸氫鹽處理后，甲基化與未甲基化DNADNA存在存在序列序列差異，可通過熔解曲線差異，可通過熔解曲線分析來發(fā)現(xiàn)，因?yàn)榉治鰜戆l(fā)現(xiàn)，因?yàn)榧谆谆疍NADNA含有含有更多的更多的GCGC，相對(duì)更難熔解，相對(duì)更難熔解。根據(jù)熔

46、解溫度及峰型的變化。根據(jù)熔解溫度及峰型的變化，可輕易區(qū)分完全甲基化、完全非甲基化或雜合甲基化，可輕易區(qū)分完全甲基化、完全非甲基化或雜合甲基化。高分辨率熔解。高分辨率熔解(HRM)(HRM)技術(shù)可檢出極微小的差別。技術(shù)可檢出極微小的差別。染色質(zhì)丟失染色質(zhì)丟失 低等生物及動(dòng)物紅細(xì)胞，不可逆低等生物及動(dòng)物紅細(xì)胞，不可逆基因擴(kuò)增：是指細(xì)胞內(nèi)某些特定基因的拷貝數(shù)專一基因擴(kuò)增：是指細(xì)胞內(nèi)某些特定基因的拷貝數(shù)專一性大量增加的現(xiàn)象。是細(xì)胞在短期內(nèi)為滿足需要而性大量增加的現(xiàn)象。是細(xì)胞在短期內(nèi)為滿足需要而產(chǎn)生足夠基因產(chǎn)物的調(diào)節(jié)手段。產(chǎn)生足夠基因產(chǎn)物的調(diào)節(jié)手段?；蛑嘏呕蛑嘏?基因片段改變?cè)暯禹樞颍嘏艦橥暾?/p>

47、轉(zhuǎn)錄單位基因片段改變?cè)暯禹樞?，重排為完整的轉(zhuǎn)錄單位基因擴(kuò)增基因擴(kuò)增例：例：非洲爪蟾非洲爪蟾（chan，癩蛤?。┞涯讣?xì)胞，癩蛤?。┞涯讣?xì)胞rRNA基因基因（rDNA）是一般體細(xì)胞的）是一般體細(xì)胞的4000倍倍（2000000/500），這是由于卵母細(xì)胞），這是由于卵母細(xì)胞rRNA的大量的大量擴(kuò)增，以適應(yīng)胚胎發(fā)育對(duì)核糖體的大量需要。擴(kuò)增，以適應(yīng)胚胎發(fā)育對(duì)核糖體的大量需要。氨甲蝶呤，重金屬鎘汞氨甲蝶呤，重金屬鎘汞分別誘導(dǎo)二氫葉酸還原酶，金分別誘導(dǎo)二氫葉酸還原酶，金屬硫鐵屬硫鐵Pr.及其它抗藥性基因的擴(kuò)增。及其它抗藥性基因的擴(kuò)增。原癌基因拷貝數(shù)增加，原癌基因拷貝數(shù)增加，其表達(dá)產(chǎn)物增加使細(xì)胞持續(xù)分其表

48、達(dá)產(chǎn)物增加使細(xì)胞持續(xù)分裂導(dǎo)致癌變。裂導(dǎo)致癌變。 基因重排基因重排是通過調(diào)整有關(guān)基因片段的銜接順序，是通過調(diào)整有關(guān)基因片段的銜接順序，使之重排成為使之重排成為1個(gè)完整的轉(zhuǎn)錄單位。個(gè)完整的轉(zhuǎn)錄單位。 典例是免疫球典例是免疫球Pr.Ig基因在基因在B淋巴細(xì)胞和漿細(xì)胞生成過淋巴細(xì)胞和漿細(xì)胞生成過程的重排程的重排。 Ig有有2條相同的重鏈和輕鏈，輕鏈包括恒定區(qū)、條相同的重鏈和輕鏈，輕鏈包括恒定區(qū)、可變區(qū)可變區(qū)及及2者之間的連接區(qū)，每個(gè)區(qū)由者之間的連接區(qū)，每個(gè)區(qū)由DNA不同片段編碼，不同不同片段編碼，不同區(qū)重排連接是抗體多樣性（區(qū)重排連接是抗體多樣性（106）分子基礎(chǔ)。）分子基礎(chǔ)。 二二 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控轉(zhuǎn)

49、錄水平的調(diào)控原核生物：?jiǎn)?dòng)子在缺少轉(zhuǎn)錄因子情況下就具有原核生物：?jiǎn)?dòng)子在缺少轉(zhuǎn)錄因子情況下就具有天然活性天然活性 真核生物：強(qiáng)力啟動(dòng)子在缺少調(diào)節(jié)蛋白的情況下往往真核生物：強(qiáng)力啟動(dòng)子在缺少調(diào)節(jié)蛋白的情況下往往沒有活性沒有活性正性調(diào)節(jié)是主要形式。正性調(diào)節(jié)是主要形式。基本共同點(diǎn)：轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)是關(guān)鍵點(diǎn)基本共同點(diǎn)：轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)是關(guān)鍵點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成: : 真核生物的真核生物的RNARNA聚合酶識(shí)別的不是單純的聚合酶識(shí)別的不是單純的DNADNA序序列，而是由列，而是由一個(gè)通用轉(zhuǎn)錄因子一個(gè)通用轉(zhuǎn)錄因子（transcription transcription factor,TFf

50、actor,TF）與與DNADNA形成的蛋白質(zhì)形成的蛋白質(zhì)-DNA-DNA復(fù)合物復(fù)合物。lTFIIDTFIID結(jié)合結(jié)合TATATATA盒盒l(wèi)RNARNA聚合酶結(jié)合聚合酶結(jié)合TFDTFD，形成閉合的復(fù)合物，形成閉合的復(fù)合物l其它其它TFTF與與RNARNA聚合酶形成開放的復(fù)合物聚合酶形成開放的復(fù)合物順式作用元件和反式作用因子順式作用元件和反式作用因子 （一）順式作用元件（一）順式作用元件 l增強(qiáng)子：增強(qiáng)真核細(xì)胞某些基因啟動(dòng)子功能的增強(qiáng)子：增強(qiáng)真核細(xì)胞某些基因啟動(dòng)子功能的順式作用元件。順式作用元件。l增強(qiáng)子特點(diǎn)：增強(qiáng)子特點(diǎn)：順向序列和反向序列均有作用；順向序列和反向序列均有作用；上游和下游均有作用

51、或內(nèi)含子中均有作用；上游和下游均有作用或內(nèi)含子中均有作用；無基因特異性。無基因特異性。（二）反式作用因子（二）反式作用因子真核細(xì)胞內(nèi)序列特異的真核細(xì)胞內(nèi)序列特異的DNADNA（8-15bp8-15bp）結(jié)合蛋白）結(jié)合蛋白可以使基因開放（正調(diào)控）或關(guān)閉（負(fù)調(diào)控）可以使基因開放（正調(diào)控）或關(guān)閉（負(fù)調(diào)控）三個(gè)功能結(jié)構(gòu)域：三個(gè)功能結(jié)構(gòu)域：DNADNA結(jié)合域，轉(zhuǎn)錄活性域，結(jié)合其它結(jié)合域，轉(zhuǎn)錄活性域，結(jié)合其它蛋白結(jié)構(gòu)域蛋白結(jié)構(gòu)域反式作用因子也叫轉(zhuǎn)錄因子：反式作用因子也叫轉(zhuǎn)錄因子： 基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子： 特異轉(zhuǎn)錄因子特異轉(zhuǎn)錄因子： 轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控反式作用因子的活性調(diào)節(jié)反式作用因子的活性調(diào)

52、節(jié)l表達(dá)式調(diào)節(jié)表達(dá)式調(diào)節(jié) 合成后即有活性，不能積累合成后即有活性，不能積累l共價(jià)修飾共價(jià)修飾 磷酸化、去磷酸化，糖基化磷酸化、去磷酸化，糖基化l配體結(jié)合配體結(jié)合 激素受體激素受體l蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用 復(fù)合物的解離復(fù)合物的解離與形成與形成 串聯(lián)親和純化串聯(lián)親和純化 Tandem AffinityPurification， TAP 在酵母細(xì)胞內(nèi)分析蛋白質(zhì)之間相互作用的技術(shù)。在酵母細(xì)胞內(nèi)分析蛋白質(zhì)之間相互作用的技術(shù)。 酵母雙雜交酵母雙雜交 (yeast two hybrid) 酵母轉(zhuǎn)錄因子酵母轉(zhuǎn)錄因子GAL4 nDNA結(jié)合結(jié)合域域（BD）：）：N端端1-147氨基酸氨基酸,

53、可識(shí)別可識(shí)別并結(jié)合酵母半乳糖苷酶的上游激活序列并結(jié)合酵母半乳糖苷酶的上游激活序列(UAS) 。n轉(zhuǎn)錄激活轉(zhuǎn)錄激活域域（AD）：）：C端端786-881氨基酸氨基酸,通過通過同轉(zhuǎn)錄機(jī)制的其它成分之間的結(jié)合以啟動(dòng)上游激同轉(zhuǎn)錄機(jī)制的其它成分之間的結(jié)合以啟動(dòng)上游激活序列（活序列（UAS）下游的基因轉(zhuǎn)錄。）下游的基因轉(zhuǎn)錄。同時(shí)用上述兩種載體轉(zhuǎn)化改造后的酵母，這種改造同時(shí)用上述兩種載體轉(zhuǎn)化改造后的酵母，這種改造后的酵母細(xì)胞的基因組中不能產(chǎn)生后的酵母細(xì)胞的基因組中不能產(chǎn)生GAL4。缺陷型宿主菌株缺陷型宿主菌株n常見的有常見的有SF562和和HF7c.n 特點(diǎn)：無表達(dá)特點(diǎn)：無表達(dá)GAL4轉(zhuǎn)錄激活因子的能力轉(zhuǎn)錄激活因子的能力1985年，年，Geoge P. Smith用絲狀噬體所用絲狀噬體所創(chuàng)。創(chuàng)。將該噬體的將該噬體的 g