分子生物學(xué)第八章真核基因表達(dá)調(diào)控課件

1、真核基因表達(dá)調(diào)控根據(jù)性質(zhì)分為兩種類型： 瞬時調(diào)控或稱可逆性調(diào)控： 相當(dāng)于原核細(xì)胞對環(huán)境變化所做出的反應(yīng)。包括：某種底物或激素水平升降時，表現(xiàn)出細(xì)胞內(nèi)酶或某些蛋白質(zhì)合成的變化；細(xì)胞周期不同階段中酶活性或濃度的調(diào)節(jié)。 發(fā)育調(diào)控或稱不可逆調(diào)控： 是真核基因調(diào)控的精髓部分，決定了真核細(xì)胞生長、分化、發(fā)育的全部進(jìn)程。2022/8/51第1頁，共110頁。真核基因表達(dá)調(diào)控的主要步驟2022/8/52第2頁，共110頁。第一節(jié) 真核基因表達(dá)調(diào)控相關(guān)概念和一般規(guī)律 真核細(xì)胞和原核細(xì)胞在基因轉(zhuǎn)錄、翻譯、DNA空間結(jié)構(gòu)方面的主要差別：P302 mRNA與多肽鏈的數(shù)量關(guān)系; 基因組DNA存在的形式; 基因組DNA的

2、結(jié)構(gòu); DNA片段的重排及拷貝數(shù)的增加; 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)區(qū)的大小，距離轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)的距離及作用的性質(zhì); 轉(zhuǎn)錄和翻譯過程在時間和空間上的差別; mRNA的加工。2022/8/53第3頁，共110頁。1、外顯子與內(nèi)含子一、真核基因的斷裂結(jié)構(gòu) 斷裂基因（interrupted gene）：真核生物基因除了與mRNA相對應(yīng)的編碼序列外，還含有一些不編碼的序列插在編碼序列之間，這些非編碼序列在加工為成熟的mRNA時被去除。這樣的結(jié)構(gòu)基因稱為斷裂基因。2022/8/54第4頁，共110頁。 外顯子（exon）：基因中與mRNA一致的序列，即編碼序列，稱為外顯子。一個基因總是以外顯子為起點(diǎn)和終點(diǎn)。 內(nèi)含子（int

3、ron）：基因中編碼序列之間的介入序列，在原初轉(zhuǎn)錄物加工為mRNA時被去除，即非編碼序列，稱為內(nèi)含子。2022/8/55第5頁，共110頁。2022/8/56第6頁，共110頁。2、外顯子與內(nèi)含子的連接區(qū)特點(diǎn): 1）內(nèi)含子兩端序列不能互補(bǔ)； 2）連接區(qū)序列高度保守（GT-AG法則）；2022/8/57第7頁，共110頁。5，GTAG 3,左剪接位點(diǎn)右剪接位點(diǎn)donor siteacceptor site2022/8/58第8頁，共110頁。3、外顯子與內(nèi)含子的可變性組成性剪接：在高等真核生物中，內(nèi)含子通常是有序或組成性地從mRNA前體中被剪接，這種剪接方式稱為組成性剪接。選擇性剪接：又叫變位剪

4、接，指在剪接過程中可以有選擇性地越過某些外顯子或某個剪接位點(diǎn)進(jìn)行變位剪接，產(chǎn)生出不同mRNA的過程，這種剪接方式稱為變位剪接。2022/8/59第9頁，共110頁。小鼠淀粉酶基因的表達(dá)具有組織特異性。2022/8/510第10頁，共110頁。相同密碼子、不同起始位點(diǎn)產(chǎn)生長度不同的蛋白質(zhì)同一段DNA序列生成了兩條或兩條以上的mRNA鏈。2022/8/511第11頁，共110頁。不同起始位點(diǎn)、不同讀碼順序產(chǎn)生不同蛋白質(zhì)2022/8/512第12頁，共110頁。不同外顯子的使用產(chǎn)生不同蛋白質(zhì)2022/8/513第13頁，共110頁。二、基因家族 (gene family)P297 原核生物中，功能相

5、關(guān)的基因組成操縱子，以多順反子mRNA進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，整個體系在一個啟動子的控制之下。 真核生物中，DNA是以單順反子的形式存在。 單順反子(monocistronic mRNA) ：只編碼一個蛋白質(zhì)的mRNA稱為單順反子mRNA。 多順反子（polycistronic mRNA ) ：編碼多個蛋白質(zhì)的mRNA稱為多順反子mRNA 。2022/8/514第14頁，共110頁。1、簡單多基因家族 家族中的成員一般以串聯(lián)方式前后連接形成的多基因家族，稱為簡單多基因?；蚣易?(gene family)：真核細(xì)胞中，許多功能相關(guān)的基因成套組合，稱為基因家族?；虼兀╣ene cluster)：同一基因家族

6、中的成員緊密排列在一起，稱為一個基因簇。2022/8/515第15頁，共110頁。細(xì)菌中rRNA基因家族各成員的分布與成熟過程分析2022/8/516第16頁，共110頁。脊椎動物中rRNA基因家族各成員的分布與成熟過程分析2022/8/517第17頁，共110頁。5S rRNA由RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄完成前rRNA（45S）甲基化主要在核糖的2-OH甲基化RNA酶降解18S、28S、5.8S rRNADNA由RNA聚合酶 I 轉(zhuǎn)錄完成真核生物中rRNA基因家庭各成員的成熟過程分析2022/8/518第18頁，共110頁。2、復(fù)雜多基因家族 由幾個相關(guān)的多基因構(gòu)成，基因家族間由間隔序列隔開，并

7、作為獨(dú)立的轉(zhuǎn)錄單位。6000 bp, 重復(fù)1000次左右2022/8/519第19頁，共110頁。3、發(fā)育調(diào)控的復(fù)雜多基因家族 血紅蛋白是所有動物體內(nèi)輸送分子氧的主要載體，由兩條鏈和兩條鏈組成的四聚體加上一個血紅素輔基（結(jié)合鐵原子）后形成功能性血紅蛋白。 有功能的血紅蛋白基因的基本結(jié)構(gòu)：三個外顯子被兩個內(nèi)含子隔開。2022/8/520第20頁，共110頁。類和類珠蛋白基因家族人在發(fā)育過程中的血紅蛋白類型2022/8/521第21頁，共110頁。2022/8/522第22頁，共110頁。三、基因表達(dá)的方式和特點(diǎn)P300 基因表達(dá)的方式組成性表達(dá)（管家基因）選擇性表達(dá)（誘導(dǎo)基因） 基因表達(dá)的時空特

8、異性時間特異性、階段特異性空間特異性、細(xì)胞或組織特異性2022/8/523第23頁，共110頁。四、真核基因表達(dá)調(diào)控一般規(guī)律P301 瞬時調(diào)控或可逆調(diào)控 發(fā)育調(diào)控或不可逆調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控： 遺傳水平的DNA調(diào)控、表觀遺傳水平的染色質(zhì)調(diào)控轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控 RNA加工成熟過程的調(diào)控、翻譯水平的調(diào)控、蛋白質(zhì)加工水平的調(diào)控2022/8/524第24頁，共110頁。 真核基因調(diào)控主要在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行，受大量特定的順式作用元件（cis-acting element）和反式作用因子（trans-acting factor，又稱跨域作用因子）的調(diào)控，真核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控大多數(shù)是通過順式作用元件和反式作用因子復(fù)雜的

9、相互作用來實(shí)現(xiàn)的。第二節(jié) 真核基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控2022/8/525第25頁，共110頁?；颍╣ene） 產(chǎn)生一條多肽鏈或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。一、真核基因的一般結(jié)構(gòu)特征2022/8/526第26頁，共110頁。真核基因的一般構(gòu)造示意圖2022/8/527第27頁，共110頁。順式作用元件（cis-acting elements） 一般位于結(jié)構(gòu)基因的附近，由若干DNA序列元件組成，主要包括啟動子和增強(qiáng)子，只能對同一條DNA鏈上的基因表達(dá)起調(diào)控作用，這種作用在遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)上稱為順式作用（cis-action），這些DNA序列叫順式作用元件，一般不編碼蛋白質(zhì)。2022/8/528第

10、28頁，共110頁。 順式作用元件一般位于基因附近，與之相連；一般通過與反式作用因子結(jié)合發(fā)揮功能。2022/8/529第29頁，共110頁。 真核基因的啟動子由核心啟動子和上游啟動子兩個部分組成，是在基因轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)(+1)及其5上游大約100-200 bp以內(nèi)的一組具有獨(dú)立功能的DNA序列，每個元件長度約7-20 bp，是決定RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)和轉(zhuǎn)錄頻率的關(guān)鍵元件。1、真核基因的啟動子P3042022/8/530第30頁，共110頁。 核心啟動子（core promoter)：是指保證RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄正常起始所必需的、最少的DNA序列，包括轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)及轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游 25 -

11、30bp 處TATA盒。功能：確定轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)并產(chǎn)生基礎(chǔ)水平的轉(zhuǎn)錄。 上游啟動子元件（upstream promoter element)：包括通常位于-70bp附近的CAAT盒和GC盒等，通過 TFII D復(fù)合物調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄起始的頻率，提高轉(zhuǎn)錄的效率。2022/8/531第31頁，共110頁。2、轉(zhuǎn)錄模板 包括從轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)到RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄終止處的全部DNA序列。3、RNA聚合酶II 由至少1020個亞基組成，有些亞基也在I、中共用。其中2.4105最大亞基的羧基末端含有由7個氨基酸殘基（Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser）組成的多磷酸化位點(diǎn)重復(fù)序列，稱為羧基末端結(jié)構(gòu)域

12、（CTD）。2022/8/532第32頁，共110頁。 4、RNA聚合酶II基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄所需的蛋白質(zhì)因子（以“TFII”表示） RNA聚合酶II需與20種以上的蛋白質(zhì)因子結(jié)合形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。 RNA聚合酶II起始的基因轉(zhuǎn)錄的終止位點(diǎn)的3端都存在一個poly(A) 位點(diǎn)，該位點(diǎn)上游1530 bp處的保守序列AATAAA對于初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的切割及加poly(A)是必需的。2022/8/533第33頁，共110頁。 poly(A)及AATAAA序列對于基因的轉(zhuǎn)錄和成熟意義重大，但RNA聚合酶II卻不在該位點(diǎn)終止轉(zhuǎn)錄，而是在其下游0.52 kb序列。2022/8/534第34頁，共110頁。真核基因的結(jié)

13、構(gòu)2022/8/535第35頁，共110頁。 真核啟動子不總是單獨(dú)執(zhí)行功能，在一些情況下，啟動子活性被另一組元件增強(qiáng)子大幅提高。 增強(qiáng)子（enhancer）：真核生物中提高啟動子效率的順式作用元件，可以不同的方向，在相對于啟動子的任何位置發(fā)揮作用。最顯著的特點(diǎn)：可在很遠(yuǎn)的距離起作用。二、增強(qiáng)子及其對轉(zhuǎn)錄的影響2022/8/536第36頁，共110頁。增強(qiáng)子的特性： 增效效應(yīng)十分明顯 。 一般能使基因轉(zhuǎn)錄頻率增加10200倍，甚至增加上千倍。 增強(qiáng)效應(yīng)與其位置和取向無關(guān)。 大多為重復(fù)序列 。 一般長約50 bp，適合與某些蛋白因子結(jié)合。其內(nèi)部常含有一個核心序列：（G）TGGA/TA/TA/T（G

14、），是產(chǎn)生增強(qiáng)效應(yīng)所必需的。 其增強(qiáng)效應(yīng)有嚴(yán)密的組織和細(xì)胞特異性。 說明增強(qiáng)子只有與特定蛋白質(zhì)相互作用才能發(fā)揮功能。 沒有基因?qū)Ｒ恍?，可以在不同的基因組合上表現(xiàn)增強(qiáng)效應(yīng)。 許多增強(qiáng)子受外部信號的調(diào)控。2022/8/537第37頁，共110頁。真核生物基因調(diào)控元件示意圖2022/8/538第38頁，共110頁。增強(qiáng)子的作用原理：（1）影響模板附近的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致DNA雙螺旋彎折或在反式因子的參與下，以蛋白質(zhì)之間的相互作用為媒介形成增強(qiáng)子與啟動子之間“成環(huán)”連接，活化基因轉(zhuǎn)錄；（2）將模板固定在細(xì)胞核內(nèi)特定位置，如連接在核基質(zhì)上，有利于DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶改變DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的張力，促進(jìn)RNA

15、聚合酶II在DNA鏈上的結(jié)合和滑動；（3）增強(qiáng)子區(qū)可以作為反式作用因子或RNA聚合酶II進(jìn)入染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的“入口”。2022/8/539第39頁，共110頁。增強(qiáng)子的作用方式 增強(qiáng)子通過結(jié)合蛋白與基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄裝置的作用來發(fā)揮功能。只有增強(qiáng)子靠近啟動子時，才可以發(fā)揮作用。2022/8/540第40頁，共110頁。三、反式作用因子 反式作用因子（trans-acting factor）: 指能直接或間接地識別或結(jié)合在各類順式作用元件核心序列上，參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的蛋白質(zhì)，也叫轉(zhuǎn)錄因子。P308 2022/8/541第41頁，共110頁。 根據(jù)轉(zhuǎn)錄復(fù)合物中各個蛋白質(zhì)在轉(zhuǎn)錄中作用不同可分為三類：RNA聚

16、合酶亞基，不具有基因特異性；轉(zhuǎn)錄起始或終止的輔助因子，不具有基因特異性；與特異調(diào)控序列結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子。2022/8/542第42頁，共110頁。目前研究最多的轉(zhuǎn)錄因子有：TATA區(qū)：TFD；CAAT區(qū)：CTF；GGGCGG區(qū)：SP1；識別熱激蛋白啟動區(qū)：HSF2022/8/543第43頁，共110頁。真核生物中轉(zhuǎn)錄因子活性調(diào)節(jié)的主要方式P3072022/8/544第44頁，共110頁。1、反式作用因子中的 DNA 識別或結(jié)合域（1）螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋（helix-turn-helix，H-T-H）結(jié)構(gòu) 這一類蛋白質(zhì)分子中有至少兩個螺旋，中間由短側(cè)鏈氨基酸殘基形成“轉(zhuǎn)折”，近羧基端的螺旋中氨基酸殘

17、基的替換會影響該蛋白質(zhì)在DNA雙螺旋大溝中的結(jié)合。2022/8/545第45頁，共110頁。接觸部位第三個-螺旋與大溝N-端與小溝磷酸骨架沒有特異性堿基有特異性螺旋1螺旋2反向平行垂直于螺旋3螺旋轉(zhuǎn)角螺旋式樣形成2022/8/546第46頁，共110頁。定義：保守氨基酸殘基與鋅離子結(jié)合，使中間的氨基酸殘基回折成一種手指狀結(jié)構(gòu)，稱為鋅指。 一個-螺旋與一個反向平行片層的基部以鋅原子為中心，通過一對半胱氨酸和一對組氨酸之間形成配位鍵相連接。（2）鋅指（zinc finger)結(jié)構(gòu)2022/8/547第47頁，共110頁。 鋅指與DNA 的結(jié)合：C 端形成-螺旋，插入大溝與 DNA 結(jié)合，N 端形成

18、-折疊；2022/8/548第48頁，共110頁。糖皮質(zhì)激素受體特異性雌激素受體特異性類固醇激素受體是以二聚體形式發(fā)揮其促進(jìn)轉(zhuǎn)錄作用的。它們的兩個鋅指的功能不同。第1個鋅指的右側(cè)是控制與DNA結(jié)合的，第2個鋅指的左側(cè)則是控制形成二聚體的能力的。2022/8/549第49頁，共110頁。（3）堿性亮氨酸拉鏈（basic-Leucine zipper，bZIP)2022/8/550第50頁，共110頁。堿性區(qū)域插入DNA大溝，與DNA結(jié)合。2022/8/551第51頁，共110頁。-螺旋的一側(cè)集中了許多疏水氨基酸，疏水側(cè)面相互作用形成二聚體。-螺旋中亮氨酸頻繁出現(xiàn)，且趨于每7個氨基酸殘基出現(xiàn)一個亮

19、氨酸，使在形成-螺旋時，亮氨酸出現(xiàn)在-螺旋的疏水一側(cè)，并且直線排列。堿性亮氨酸拉鏈 ：2022/8/552第52頁，共110頁。在拉鏈區(qū)的氨基端有約35個殘基的堿性區(qū)(富含賴氨酸和精氨酸)。此區(qū)的作用是與DNA結(jié)合，它也形成-螺旋。亮氨酸拉鏈區(qū)的作用是將一對與DNA結(jié)合的區(qū)域拉在一起，以結(jié)合兩個相鄰的DNA序列。2022/8/553第53頁，共110頁。堿性亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄激活因子序列比較2022/8/554第54頁，共110頁。 bHLH蛋白是以二聚體與DNA結(jié)合并發(fā)揮作用的。（4）堿性螺旋環(huán) 螺旋（basic-helix-loop-helix, bHLH)2022/8/555第55頁，

20、共110頁。2022/8/556第56頁，共110頁。堿性-螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)（basic helix-loop-helix，bHLH）含40-50個氨基酸殘基，其中含兩個既親水又親脂的-螺旋（helix）， -螺旋被不同長度的連接區(qū)（loop）分開。bHLH蛋白借兩個螺旋對應(yīng)面上疏水基團(tuán)相互作用形成同樣亞基或不同亞基構(gòu)成的 二聚體。2022/8/557第57頁，共110頁。bHLH區(qū)使各亞基的兩個堿性區(qū)正確定向。與bHLH區(qū)相鄰的是強(qiáng)堿性的區(qū)域，它是與DNA結(jié)合必須的。2022/8/558第58頁，共110頁。 在真核生物中，反式作用因子的功能受蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)之間相互作用的調(diào)節(jié)變得精密、復(fù)雜

21、，完整的轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能通常以復(fù)合物的方式來完成，這就意味著并非每個轉(zhuǎn)錄因子都直接與DNA結(jié)合。是否具有轉(zhuǎn)錄活化域成為反式作用因子中唯一的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。通常依賴于DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域以外的30100個氨基酸殘基。2、反式作用因子中的轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域2022/8/559第59頁，共110頁。轉(zhuǎn)錄活化有下列幾個特征性結(jié)構(gòu)：（1）帶負(fù)電荷的螺旋結(jié)構(gòu)。糖皮質(zhì)激素受體AP1家族的Jun及GAI4有酸性的螺旋結(jié)構(gòu)，能與TFIID復(fù)合物中某個通用基因或RNA聚合酶II本身結(jié)合，并有穩(wěn)定轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的作用。2022/8/560第60頁，共110頁。（2）富含谷氨酰胺的結(jié)構(gòu)。Oct1/2，Jun、AP2、血清應(yīng)答因子（SR

22、F）有相同的富含谷氨酰氨的結(jié)構(gòu)域。2022/8/561第61頁，共110頁。（3）富含脯氨酸的結(jié)構(gòu)。CTFNF1因子的羧基端富含脯氨酸（達(dá)20%30%），很難形成螺旋。2022/8/562第62頁，共110頁。 在真核生物中，發(fā)生在轉(zhuǎn)錄之前的，染色質(zhì)水平上的結(jié)構(gòu)調(diào)整，稱之為基因表達(dá)的表觀遺傳調(diào)控。主要包括DNA修飾（DNA甲基化）和組蛋白修飾（組蛋白乙?；?、甲基化）兩個方面。第三節(jié) 真核基因表達(dá)的染色質(zhì)修飾和表觀遺傳調(diào)控2022/8/563第63頁，共110頁。一、真核生物DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控P315 在個體發(fā)育過程中，用來合成RNA的DNA模板也會發(fā)生規(guī)律性變化，從而控制基因表達(dá)和生物

23、的發(fā)育。它包括了基因丟失、擴(kuò)增、重排和移位等方式，可以消除或變換某些基因并改變他們的活性。調(diào)控方式與轉(zhuǎn)錄及翻譯水平的調(diào)控是不同的，因?yàn)樗够蚪M發(fā)生了改變。2022/8/564第64頁，共110頁。轉(zhuǎn)錄之前，染色質(zhì)解旋或松弛自由DNA結(jié)構(gòu)基因暴露HMG蛋白結(jié)合啟動子導(dǎo)致單鏈區(qū)形成，啟動子暴露，產(chǎn)生DNase超敏感位點(diǎn)DNA 與RNA聚合酶和其它轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子結(jié)合1、“開放型”活性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對轉(zhuǎn)錄的影響 HMG（high mobility group) 蛋白，高速泳動族蛋白，是染色體上一類低分子量非組蛋白。2022/8/565第65頁，共110頁。染色質(zhì)轉(zhuǎn)錄的動力學(xué)模型 蛋白因子能夠利用ATP水解

24、所提供的能量，將核心組蛋白八聚體從DNA鏈中置換。2022/8/566第66頁，共110頁。2、基因擴(kuò)增 是指基因的拷貝數(shù)專一性大量增加，使細(xì)胞在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量的基因產(chǎn)物以滿足生長發(fā)育的需要。例如：非洲爪蟾卵母細(xì)胞中的 rRNA基因 ( rDNA )rDNA以簡單多基因家族形式形成中度重復(fù)序列2022/8/567第67頁，共110頁。3、基因重排與變換 基因重排：將一個基因從遠(yuǎn)離啟動子的地方移到距離很近的位點(diǎn)從而啟動轉(zhuǎn)錄，這種方式稱為基因重排。例如：小鼠免疫球蛋白2022/8/568第68頁，共110頁。二、DNA甲基化與基因活性的調(diào)節(jié) DNA甲基化能關(guān)閉某些基因的活性，去甲基化則誘導(dǎo)了基因

25、的重新活化與表達(dá)。1、DNA甲基化DNA甲基化的主要形式5-甲基胞嘧啶（5 mC )7-甲基鳥嘌呤（7 mG）N6 - 甲基腺嘌呤（ N6 mG）2022/8/569第69頁，共110頁。甲基化酶 日常型甲基化酶：在甲基化母鏈指導(dǎo)下使處于半甲基化的DNA雙鏈分子上與甲基胞嘧啶相對應(yīng)的胞嘧啶甲基化。 從頭合成型甲基轉(zhuǎn)移酶：催化未甲基化的CpG成為 mCpG, 它不需要母鏈指導(dǎo)，但速度很慢。2022/8/570第70頁，共110頁。DNA甲基化DNA構(gòu)象變化導(dǎo)致影響蛋白質(zhì)與DNA的作用抑制轉(zhuǎn)錄因子與啟動區(qū)DNA 的結(jié)合2、DNA甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)理2022/8/571第71頁，共110頁。3、

26、甲基化與X染色體失活 雌性胚生哺乳類動物細(xì)胞中含有的兩條X染色體之一在發(fā)育早期隨機(jī)失活。并不是卵原細(xì)胞、卵母細(xì)胞。 人們將與X染色體失活有關(guān)的核心區(qū)命名為X染色體失活中心（X-chromosome inactivation center , Xic)。在X染色體失活中心發(fā)現(xiàn)一個基因Xist ( Xi - specific transcript )。該基因在失活的染色體上表達(dá)，而在具有活性的染色體上不表達(dá)。 失活染色體上大多數(shù)基因都處于關(guān)閉狀態(tài)，DNA序列都呈高度甲基化。2022/8/572第72頁，共110頁。Xist基因位點(diǎn)去甲基化表達(dá)Xist 的RNA分子Xic區(qū)，使Xic區(qū)構(gòu)象變化結(jié)合各

27、種蛋白因子結(jié)合導(dǎo)致X 染色體失活X 染色體失活的機(jī)理：2022/8/573第73頁，共110頁。Xist基因表達(dá)不表達(dá)甲基化有活性去甲基化失活2022/8/574第74頁，共110頁。三、 蛋白質(zhì)乙?；瘜虮磉_(dá)的影響1、組蛋白的乙?；叭ヒ阴；?（1）組蛋白的基本組成 （2）核心組蛋白的乙?；叭ヒ阴；?核心組蛋白的N端可發(fā)生乙?；叭ヒ阴；揎?。P3242022/8/575第75頁，共110頁。（3）組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶與轉(zhuǎn)錄有關(guān)與核小體的組裝及染色體結(jié)構(gòu)有關(guān)（4）組蛋白的去乙?；?使核小體相互靠近，抑制基因轉(zhuǎn)錄。2022/8/576第76頁，共110頁。2、組蛋白乙?；叭ヒ阴；瘜虮磉_(dá)

28、的影響組蛋白乙?；泻驼姾?，使核小體結(jié)構(gòu)松散抑制核小體的濃縮組蛋白乙酰化提高基因的轉(zhuǎn)錄活性。2022/8/577第77頁，共110頁。一、基因沉默的相關(guān)概念 又稱為RNA沉默，可分為轉(zhuǎn)錄水平基因沉默和轉(zhuǎn)錄后基因沉默二、干擾小RNA三、miRNA第四節(jié) 基因沉默對真核基因表達(dá)的調(diào)控2022/8/578第78頁，共110頁。一、蛋白質(zhì)磷酸化對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控細(xì)胞應(yīng)答分為3個階段：外界信息的“感知”，即由細(xì)胞膜到細(xì)胞核內(nèi)的信息傳遞；染色質(zhì)水平上的基因活性調(diào)控；特定基因的表達(dá)，即從DNARNA蛋白質(zhì)的遺傳信息傳遞過程。第五節(jié) 真核基因其他水平上的表達(dá)調(diào)控2022/8/579第79頁，共110頁。蛋白質(zhì)

29、的磷酸化及去磷酸化2022/8/580第80頁，共110頁。2022/8/581第81頁，共110頁。由細(xì)胞膜到細(xì)胞核內(nèi)的信息傳遞途徑:細(xì)胞表面受體蛋白構(gòu)象變化;細(xì)胞表面受體發(fā)生寡聚化。受體分子活化細(xì)胞功能的途徑：受體本身或受體結(jié)合蛋白具有內(nèi)源酪氨酸激酶活性;配體與受體結(jié)合，通過G蛋白，活化絲氨酸/蘇氨酸或酪氨酸激酶。2022/8/582第82頁，共110頁。1、受cAMP水平調(diào)控的A激酶 A激酶：指依賴于cAMP的蛋白激酶（PKA），其功能是將ATP分子上的末端磷酸基團(tuán)加到某個特定蛋白質(zhì)的絲氨酸或蘇氨酸殘基上。2022/8/583第83頁，共110頁。 許多轉(zhuǎn)錄因子的5端啟動子區(qū)有一個或數(shù)個

30、cAMP應(yīng)答元件，其基本序列為：TGACGTCA。膜上受體結(jié)合外源配基引起受體構(gòu)象變化結(jié)合GTP結(jié)合蛋白激活腺苷酸環(huán)化酶導(dǎo)致cAMP濃度升高活化A激酶釋放催化亞基進(jìn)入核內(nèi)活化轉(zhuǎn)錄因子作用過程：P3422022/8/584第84頁，共110頁。2、C激酶與PIP2，IP3和DAG 磷酸肌醇級聯(lián)放大的細(xì)胞內(nèi)信使是磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(phosphatidylinositol -4,5-diphosphate，PIP2)的兩個降解產(chǎn)物：肌醇-1,4,5-三磷酸（Inositol-1,4,5-triphosphate，IP3） 和二?；视停╠iacylglycerol，DAG）。2022/8/

31、585第85頁，共110頁。膜上受體結(jié)合外源配基活化受體活化G蛋白激活磷酸酯酶-磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(PIP2)降解肌醇-1,4,5-三磷酸（IP3）二酰基甘油（DAG）提高Ca2+濃度C激酶激活磷酸化絲氨酸或蘇氨酸圖 8-312022/8/586第86頁，共110頁。3、CaM激酶及MAP Ca2+的細(xì)胞學(xué)功能主要是通過鈣調(diào)蛋白（calmodulin，CaM）激酶來實(shí)現(xiàn) ，也是一類絲氨酸或蘇氨酸激酶，但僅應(yīng)答于細(xì)胞內(nèi)Ca2+的水平。 MAP激酶(mitogen-activated protein kinase, MAP-kinase) 的活性受許多外源細(xì)胞生長、分化因子的誘導(dǎo)，也受到酪

32、氨酸蛋白激酶及G蛋白受體系統(tǒng)的調(diào)控。2022/8/587第87頁，共110頁。 MAP激酶的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是酪氨酸與絲氨酸殘基僅相隔一個氨基酸殘基。 MAP激酶上酪氨酸與絲氨酸殘基的同時磷酸化使之具有活性，引起一系列生理反應(yīng)。MAP的磷酸化與活化示意圖2022/8/588第88頁，共110頁。MAPK作用機(jī)制：被激活后轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核內(nèi)，使一些轉(zhuǎn)錄因子發(fā)生磷酸化，改變細(xì)胞內(nèi)基因表達(dá)的狀態(tài)。另外，它也可以使一些其它的酶發(fā)生磷酸化使之活性發(fā)生改變。MAPK家族成員的底物大部分是轉(zhuǎn)錄因子、蛋白激酶等。 2022/8/589第89頁，共110頁。 MAPK調(diào)控的生物學(xué)效應(yīng)：參與多種細(xì)胞功能的調(diào)控，尤其是在細(xì)胞增

33、殖、分化及凋亡過程中，是多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的共同作用部位。2022/8/590第90頁，共110頁。Src同源結(jié)構(gòu)域功能區(qū)SH1區(qū)：416位磷酸化活性提高調(diào)節(jié)區(qū)SH2區(qū)：結(jié)合蛋白SH3區(qū)：定位SH2抑制區(qū)527位磷酸化抑制其活性胞質(zhì)非受體家族作用機(jī)理2022/8/591第91頁，共110頁。4、蛋白質(zhì)磷酸化與細(xì)胞分裂調(diào)控p53基因編碼 p53蛋白激活物調(diào)節(jié) p21蛋白表達(dá)大量p21蛋白結(jié)合細(xì)胞周期蛋白激酶E-CDK2復(fù)合物p21蛋白不足CDK2使得pRb蛋白磷酸化pRb蛋白不能與E2F結(jié)合與DNA合成有關(guān)的基因被激活，引發(fā)細(xì)胞分裂CDK2不能使pRb蛋白磷酸化pRb結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子E2F細(xì)胞分裂受阻

34、2022/8/592第92頁，共110頁。二、蛋白質(zhì)乙?；瘜D(zhuǎn)錄活性的影響 乙?；沟鞍踪|(zhì)的DNA結(jié)合域暴露，增強(qiáng)的DNA的結(jié)合能力，從而促進(jìn)了靶基因的轉(zhuǎn)錄。2022/8/593第93頁，共110頁。三、 激素對基因表達(dá)的影響 激素對靶基因的影響 類固醇激素（如雌激素、孕激素、醛固酮、糖皮質(zhì)激素和雄激素）以及一般代謝性激素（如胰島素）的調(diào)控作用都是通過起始基因轉(zhuǎn)錄而實(shí)現(xiàn)的。2022/8/594第94頁，共110頁。 1、膜受體激素 激素作為第一信使，通過與細(xì)胞表面質(zhì)膜受體結(jié)合，通過跨膜傳遞途徑將信號傳遞到細(xì)胞內(nèi)。然后通過第二信使，將信號逐級放大，從而使激素的信號轉(zhuǎn)換為激活轉(zhuǎn)錄因子的信號，影響基

35、因表達(dá)。2022/8/595第95頁，共110頁。激素透過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞進(jìn)入結(jié)合細(xì)胞質(zhì)受體細(xì)胞核結(jié)合染色質(zhì)的特定區(qū)域?qū)е禄蜣D(zhuǎn)錄起始或關(guān)閉2、非膜受體激素P347-82022/8/596第96頁，共110頁。四、熱激蛋白誘導(dǎo)的基因表達(dá)P350 大多數(shù)生物在最適溫度以上，能受熱誘導(dǎo)合成一系列熱休克蛋白，就是由于熱激因子（ heat shock factor,HSF ) 與 hsp70 基因TATA區(qū)上游60bp 處的熱激應(yīng)答元件（ heat shock response element, HSE ) 相結(jié)合，誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄的起始。2022/8/597第97頁，共110頁。 應(yīng)答元件：能與某一個或某

36、一類專一蛋白因子結(jié)合，從而控制基因特異表達(dá)的DNA上游序列。2022/8/598第98頁，共110頁。五、金屬硫蛋白基因表達(dá)的調(diào)控 金屬硫蛋白（metallothionein,MT ) 是細(xì)胞內(nèi)多余重金屬離子的螯合蛋白，在平時有本底水平的表達(dá)，還能受重金屬離子或糖皮質(zhì)的誘導(dǎo)而高效表達(dá)。2022/8/599第99頁，共110頁。六、RNA的加工成熟1、rRNA和tRNA的加工成熟 rRNA加工有兩個內(nèi)容，一個是分子內(nèi)的切割，另一個是化學(xué)修飾。 rRNA的化學(xué)修飾主要是甲基化，原核生物rRNA主要是堿基甲基化，而真核生物rRNA則主要是核糖甲基化。2022/8/5100第100頁，共110頁。 2、mRNA的加工成熟 編碼蛋白質(zhì)的基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生mRNA，mRNA加工主要包括在mRNA的5末端加“帽子”