細(xì)胞分化的分子機(jī)制——轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1細(xì)胞分化細(xì)胞分化(fnhu)的分子機(jī)制的分子機(jī)制轉(zhuǎn)錄后轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控的調(diào)控第一頁(yè)，共22頁(yè)。早期發(fā)育對(duì)RNA信息的選擇(xunz)不同類型細(xì)胞 對(duì)nRNA的選擇(xunz)不同第2頁(yè)/共22頁(yè)第二頁(yè)，共22頁(yè)。RNA加工加工(ji gng)前三個(gè)胚層前三個(gè)胚層中的中的RNA量無(wú)差異。量無(wú)差異。EctEn/mes加工加工(ji gng)后的后的RNA主要存在于外胚層中。主要存在于外胚層中。核酸保護(hù)實(shí)驗(yàn)核酸保護(hù)實(shí)驗(yàn)(放射性放射性intron或或exon探針與總探針與總RNA雜交后再雜交后再RNase消化消化)表明：海膽鈣結(jié)合表明：海膽鈣結(jié)合(jih)蛋白基因蛋白基因CyIIIa在原腸胚的外胚

2、層中表達(dá)在原腸胚的外胚層中表達(dá)核酸核酸run-on(在膜上固定在膜上固定intron序列與放射性序列與放射性RNA探針雜交探針雜交)實(shí)驗(yàn)表明：實(shí)驗(yàn)表明：Spec1基因在原腸胚的內(nèi)、中、外胚層細(xì)胞核中都表達(dá)，但成熟的基因在原腸胚的內(nèi)、中、外胚層細(xì)胞核中都表達(dá)，但成熟的Spec1 mRNA只存在于外胚層中。只存在于外胚層中。nRNA第3頁(yè)/共22頁(yè)第三頁(yè)，共22頁(yè)。（一）、同一基因的初始轉(zhuǎn)錄（一）、同一基因的初始轉(zhuǎn)錄(zhun l)(zhun l)物（物（nRNAnRNA） 經(jīng)選擇性拼接可產(chǎn)生不同的成熟經(jīng)選擇性拼接可產(chǎn)生不同的成熟RNARNA原肌球蛋白基因(jyn)二、RNA加工水平的調(diào)控(dio

3、 kn)-原肌球蛋白基因第4頁(yè)/共22頁(yè)第四頁(yè)，共22頁(yè)。nRNAmRNAB淋巴細(xì)胞的DNA，發(fā)生重排生殖細(xì)胞的DNA重鏈可變區(qū)（抗原結(jié)合區(qū)）在淋巴細(xì)胞形成過(guò)程中，發(fā)生基因重 排（DNA水平）重鏈恒定(hngdng)區(qū)發(fā)生分子轉(zhuǎn)換，該模式通過(guò)RNA加工完成前體RNA區(qū)區(qū)IgMIgD第5頁(yè)/共22頁(yè)第五頁(yè)，共22頁(yè)。相同基因在不同發(fā)育時(shí)期或不同組 織細(xì)胞中拼接(pn ji)不同，合成不同的蛋白質(zhì)降鈣素/神經(jīng)(shnjng)多肽CGRP mRNA前體第6頁(yè)/共22頁(yè)第六頁(yè)，共22頁(yè)。果蠅性別表型的決定事件，通過(guò)果蠅性別表型的決定事件，通過(guò)3 3個(gè)主要個(gè)主要(zhyo)(zhyo)性別決定性別決定基

4、因基因RNARNA的不同拼接模式，引起差異基因表達(dá)的不同拼接模式，引起差異基因表達(dá)選擇性RNA加工與性別(xngbi)決定第7頁(yè)/共22頁(yè)第七頁(yè)，共22頁(yè)。第8頁(yè)/共22頁(yè)第八頁(yè)，共22頁(yè)。第9頁(yè)/共22頁(yè)第九頁(yè)，共22頁(yè)。第二節(jié)第二節(jié) 翻譯翻譯(fny)(fny)和翻譯和翻譯(fny)(fny)后的調(diào)控后的調(diào)控 1. 翻譯過(guò)程（翻譯過(guò)程（mRNA 特異特異(ty)多肽鏈的合成多肽鏈的合成）AUG氨基酰氨基酰-tRNA與核糖體結(jié)合；與核糖體結(jié)合；aa離開離開tRNA，aa之間肽鍵、縮合之間肽鍵、縮合(suh)；核糖體沿；核糖體沿mRNA移動(dòng)；移動(dòng)；UAG UAA UGA一、翻譯水平的調(diào)控3 3

5、個(gè)階段個(gè)階段第10頁(yè)/共22頁(yè)第十頁(yè)，共22頁(yè)。第11頁(yè)/共22頁(yè)第十一頁(yè)，共22頁(yè)。2. mRNA壽命壽命(shumng)的不同對(duì)蛋白質(zhì)合成的調(diào)的不同對(duì)蛋白質(zhì)合成的調(diào)控控 通過(guò)通過(guò)mRNA的選擇性降解和的選擇性降解和mRNA穩(wěn)定性不同調(diào)控穩(wěn)定性不同調(diào)控蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)的合成rabbit3不同基因的不同基因的mRNA的半衰期不同，主要受其的半衰期不同，主要受其3UTR控制。短壽命控制。短壽命mRNA的的3UTR通常通常(tngchng)含有一個(gè)或多個(gè)含有一個(gè)或多個(gè)AU富集區(qū)，其作用是促進(jìn)富集區(qū)，其作用是促進(jìn)Poly(A)降解。降解。-珠蛋白珠蛋白R(shí)NARNA的的3UTR3UTR中含有中含有3

6、 3個(gè)個(gè)C C富集區(qū)，穩(wěn)定富集區(qū)，穩(wěn)定(wndng)(wndng)，半衰期，半衰期17h17h一種生長(zhǎng)因子一種生長(zhǎng)因子mRNAmRNA的半壽期不超過(guò)的半壽期不超過(guò)30min30min第12頁(yè)/共22頁(yè)第十二頁(yè)，共22頁(yè)。mRNA降解降解(jin ji)性能的差異可以影響細(xì)胞性能的差異可以影響細(xì)胞的功能的功能C-fos mRNA 5UTR coding sequence 3UTR成纖維細(xì)胞成纖維細(xì)胞腫瘤細(xì)腫瘤細(xì)胞胞AU富集區(qū)富集區(qū)c-fos基因編碼正常成纖維細(xì)胞分裂(fnli)必需的一種蛋白質(zhì)第13頁(yè)/共22頁(yè)第十三頁(yè)，共22頁(yè)。3. 激素對(duì)特定激素對(duì)特定(tdng)mRNA穩(wěn)定性的穩(wěn)定性的影響

7、影響如如Prolactin（泌乳（泌乳(m r)刺激素）僅提高牛的刺激素）僅提高牛的casein（酪蛋（酪蛋白）基因轉(zhuǎn)錄水平白）基因轉(zhuǎn)錄水平2倍，提高其倍，提高其mRNA壽命壽命25倍，使倍，使mRNA更多次的翻譯。更多次的翻譯。第14頁(yè)/共22頁(yè)第十四頁(yè)，共22頁(yè)。二、早期發(fā)育(fy)中母體效應(yīng)因子的影響1、卵母細(xì)胞中合成并貯藏大量(dling)的發(fā)育信息（mRNA和蛋白質(zhì)），這些信息在排卵以前至早期發(fā)育過(guò)程中逐漸被利用；2、每個(gè)卵母細(xì)胞中貯藏 20 000 50 000種不同的mRNA，每種mRNA大約1 600個(gè)拷貝；3、貯藏的信息在卵細(xì)胞中梯度分布或者均勻分布第15頁(yè)/共22頁(yè)第十五頁(yè)

8、，共22頁(yè)。1 1、卵母細(xì)胞中翻譯調(diào)控機(jī)制、卵母細(xì)胞中翻譯調(diào)控機(jī)制(jzh)(jzh)的假說(shuō)的假說(shuō)HmRNA maskingmRNA masking（掩蔽）（掩蔽）: mRNA: mRNA與其它蛋白結(jié)合成與其它蛋白結(jié)合成ribonucleoprotein (RNP) ribonucleoprotein (RNP) complex,complex,阻止與核糖體結(jié)合；卵成熟或受精后，離子強(qiáng)度改變或蛋白磷酸阻止與核糖體結(jié)合；卵成熟或受精后，離子強(qiáng)度改變或蛋白磷酸化等導(dǎo)致化等導(dǎo)致RNPRNP不穩(wěn)定不穩(wěn)定/ /解體，翻譯得以進(jìn)行。解體，翻譯得以進(jìn)行。H5 Cap5 Cap（7-7-甲基鳥苷酸）的調(diào)控：如

9、某些種類甲基鳥苷酸）的調(diào)控：如某些種類( (蛾蛾) )，其卵中的部分，其卵中的部分mRNAmRNA的的5-5-鳥苷酸在受精后才甲基化，然后開始翻譯。鳥苷酸在受精后才甲基化，然后開始翻譯。HmRNA sequestermRNA sequester（隱蔽）（隱蔽）: : 指指mRNAmRNA被阻隔于蛋白合成裝置。如海膽未受精被阻隔于蛋白合成裝置。如海膽未受精卵的組蛋白卵的組蛋白 mRNA mRNA定位于原核中，受精后原核破裂，定位于原核中，受精后原核破裂，mRNAmRNA才能進(jìn)入胞質(zhì)開始才能進(jìn)入胞質(zhì)開始翻譯。翻譯。HPoly(A)Poly(A)對(duì)翻譯的調(diào)控：卵母細(xì)胞減數(shù)分裂成熟前后，對(duì)翻譯的調(diào)控：

10、卵母細(xì)胞減數(shù)分裂成熟前后，mRNA polyAmRNA polyA的長(zhǎng)度發(fā)的長(zhǎng)度發(fā)生變化（由生變化（由3UTR3UTR調(diào)控）。帶長(zhǎng)調(diào)控）。帶長(zhǎng)polyApolyA的的mRNAmRNA具翻譯活性具翻譯活性H翻譯效率的調(diào)控：如將海膽卵母細(xì)胞裂解液的翻譯效率的調(diào)控：如將海膽卵母細(xì)胞裂解液的pHpH從自然狀態(tài)下的從自然狀態(tài)下的pH6.9pH6.9提高提高到到pH7.4pH7.4（受精后自然狀態(tài)下的（受精后自然狀態(tài)下的pHpH）, ,蛋白質(zhì)合成量急劇增加。受精后蛋白質(zhì)合成量急劇增加。受精后pHpH升升高的作用可能包括去除高的作用可能包括去除mRNAmRNA的封閉的封閉(fngb)(fngb)蛋白和激活翻

11、譯起始因子。蛋白和激活翻譯起始因子。三、翻譯和翻譯后調(diào)控(dio kn)的機(jī)制第16頁(yè)/共22頁(yè)第十六頁(yè)，共22頁(yè)。Poly(A)對(duì)翻譯的調(diào)控：對(duì)翻譯的調(diào)控： 在小鼠的未成熟卵母細(xì)胞在小鼠的未成熟卵母細(xì)胞質(zhì)中可以翻譯的質(zhì)中可以翻譯的mRNA具有較具有較長(zhǎng)的長(zhǎng)的poly(A), 減數(shù)成熟分裂減數(shù)成熟分裂(fnli)后后poly(A)降解，翻譯終降解，翻譯終止。止。 在減數(shù)成熟分裂在減數(shù)成熟分裂(fnli)前前不表達(dá)的不表達(dá)的mRNA的的poly(A)較短較短(15-90A), 但其但其3UTR具有胞質(zhì)具有胞質(zhì)多聚腺苷酸化信號(hào)序列多聚腺苷酸化信號(hào)序列(CPEs)(UUUUAU in mice an

12、d frogs)。減數(shù)成熟分裂。減數(shù)成熟分裂(fnli)后這些后這些 mRNA迅速加上一個(gè)長(zhǎng)迅速加上一個(gè)長(zhǎng)的的polyA,開始翻譯。開始翻譯。第17頁(yè)/共22頁(yè)第十七頁(yè)，共22頁(yè)。 2. 秀麗隱桿線蟲發(fā)育的翻譯秀麗隱桿線蟲發(fā)育的翻譯(fny)調(diào)控調(diào)控 mRNA 3UTR調(diào)控配子的決定調(diào)控配子的決定TRA-2TRA-2是卵子發(fā)育所必需的一種蛋白質(zhì)，如果是卵子發(fā)育所必需的一種蛋白質(zhì)，如果(rgu)tra-2 mRNA(rgu)tra-2 mRNA翻譯活性被抑制，生殖細(xì)胞翻譯活性被抑制，生殖細(xì)胞精子；精子； tra-2 mRNAtra-2 mRNA的的3UTR3UTR區(qū)含有區(qū)含有2 2個(gè)區(qū)域，它們可

13、能結(jié)合在幼蟲精子發(fā)生時(shí)合成的抑制蛋白；如果個(gè)區(qū)域，它們可能結(jié)合在幼蟲精子發(fā)生時(shí)合成的抑制蛋白；如果(rgu)(rgu)這兩個(gè)區(qū)域突變，精子不能形成這兩個(gè)區(qū)域突變，精子不能形成3 UTR對(duì)發(fā)育的時(shí)空調(diào)控作用(zuyng)：調(diào)控配子的決定；調(diào)控許多卵母細(xì)胞貯存mRNA的翻譯活動(dòng)；調(diào)控一些mRNA在卵母細(xì)胞中的定位；參與某些組織分化的維持FEM-3是精子發(fā)育所必需的一種蛋白質(zhì)，如果fem-3 mRNA翻譯活性被抑制，生殖細(xì)胞卵子；在幼蟲四齡時(shí)， fem-3 mRNA 3UTR區(qū)結(jié)合翻譯抑制因子（TRA-2），第18頁(yè)/共22頁(yè)第十八頁(yè)，共22頁(yè)。nn兩者競(jìng)爭(zhēng)翻譯起始因子兩者競(jìng)爭(zhēng)翻譯起始因子n 珠蛋白

14、珠蛋白mRNAmRNA具有更強(qiáng)的具有更強(qiáng)的與與n翻譯起始因子結(jié)合的能力翻譯起始因子結(jié)合的能力 3. 血紅蛋白翻譯血紅蛋白翻譯(fny)水平的調(diào)控水平的調(diào)控 第19頁(yè)/共22頁(yè)第十九頁(yè)，共22頁(yè)。 4. RNA編輯編輯(binj)血清(xuqng)脂質(zhì)攜帶蛋白R(shí)NA編輯(binj)是指在已有的RNA分子上改變（缺失、插入或置換）一個(gè)特定的堿基以改變遺傳信息，使翻譯生成的蛋白質(zhì)氨基酸組成，不同于基因序列中原有的編碼信息第20頁(yè)/共22頁(yè)第二十頁(yè)，共22頁(yè)。5 5、翻譯后水平、翻譯后水平(shupng)(shupng)上的調(diào)上的調(diào)控控H一條長(zhǎng)鏈被剪切并除去部分而激活一條長(zhǎng)鏈被剪切并除去部分而激活, 胰島素胰島素;H除去某些保護(hù)除去某些保護(hù)/抑制性片段而激活，抑制性片段而激活，Dorsal;H特定的亞細(xì)胞定位，膜蛋白、核蛋白等特定