基因的表達(dá)調(diào)控課件

1、基 因 的 表 達(dá) 調(diào) 控 Gene RegulationPart II: Eukaryotes第七章 真核生物基因的表達(dá)調(diào)控（Gene Regulation in Eukaryotes）主要內(nèi)容第一節(jié) 真核生物基因表達(dá)調(diào)控概述第二節(jié) DNA水平的表達(dá)調(diào)控第三節(jié) 轉(zhuǎn)錄水平的表達(dá)調(diào)控第四節(jié) 其他水平上的表達(dá)調(diào)控第一節(jié) 真核生物基因表達(dá)調(diào)控概述（Introduction of Gene Regulation in Eukaryotes）一、調(diào)控的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ) 原核生物一般為自由生活的單細(xì)胞有機體。直接暴露在變化莫測的環(huán)境中，食物供應(yīng)無保障，只有根據(jù)環(huán)境條件的變化而改變其代謝途徑，才能維持自身的生存和

2、繁衍。因而，營養(yǎng)條件和環(huán)境因素是其基因表達(dá)調(diào)控的主要信號。 真核生物主要由多細(xì)胞組成。食物來源和代謝途徑相對比較穩(wěn)定。但是由于它們多為多細(xì)胞有機體，在個體發(fā)育中出現(xiàn)細(xì)胞分化，而不同類型的細(xì)胞在質(zhì)和量上對蛋白質(zhì)的需求是不同的。因而，激素水平和發(fā)育階段是其基因表達(dá)調(diào)控的主要信號。原核生物真核生物 真核生物和原核生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)的不同，導(dǎo)致其基本生活方式完全不同，所以在基因表達(dá)調(diào)控上各具特點。 對于原核生物而言，既無充足的能源貯備，又無高等植物制造有機物的本領(lǐng)，也不能象動物一樣主動獲取食物。因此，調(diào)控是為了適應(yīng)環(huán)境，獲取營養(yǎng)，達(dá)到生存最優(yōu)化。調(diào)控特點體現(xiàn)一個“快”字，快速適應(yīng)環(huán)境，獲取營養(yǎng)，合成必需蛋白

3、質(zhì)、降解不必要成分。這是長期進(jìn)化，獲得的適應(yīng)應(yīng)變能力。-適應(yīng)環(huán)境獲取營養(yǎng)、解決“溫飽”問題 真核基因表達(dá)調(diào)控的最顯著特征是程序調(diào)控、按“既定方針辦”。在特定時間和特定的細(xì)胞中激活特定的基因，從而實現(xiàn)“預(yù)定”的、有序的、不可逆轉(zhuǎn)的分化、發(fā)育過程，并使生物的組織和器官在一定的環(huán)境條件范圍內(nèi)保持正常生理功能，期間僅極少基因間接或直接受環(huán)境因素的影響。這一特點使真核在千變?nèi)f化的環(huán)境下，主要組織或器官仍能維持正常功能。-“處世不驚”二、真核生物基因表達(dá)調(diào)控的種類1、根據(jù)基因表達(dá)調(diào)控的性質(zhì)可分為兩大類：第一類是瞬時調(diào)控或稱為可逆調(diào)控，它相當(dāng)于原核細(xì)胞對環(huán)境條件變化所做出的反應(yīng)。瞬時調(diào)控包括某種底物或激素水

4、平升降，及細(xì)胞周期不同階段中酶活性和濃度的調(diào)節(jié)。第二類是發(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，它決定了真核細(xì)胞生長、分化、發(fā)育的全部進(jìn)程。2、根據(jù)基因表達(dá)調(diào)控在同一事件中發(fā)生的先后次序又可分為：DNA水平的調(diào)控 Gene Regulation at DNA level轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 Transcriptional Regulation轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控 Post transcriptional Regulation翻譯水平的調(diào)控 Translational Regulation蛋白質(zhì)加工水平的調(diào)控 Protein maturation and Processing第二節(jié) DNA水平的

5、基因表達(dá)調(diào)控（Gene Regulation at DNA level）基因丟失基因擴(kuò)增基因重排DNA甲基化狀態(tài)與調(diào)控染色體結(jié)構(gòu)與調(diào)控一、基因丟失（Gene loss） 在細(xì)胞分化過程中，可以通過丟失掉某些基因而去除這些基因的活性。某些原生動物、線蟲、昆蟲和甲殼類動物在個體發(fā)育中，許多體細(xì)胞常常丟失掉整條或部分的染色體，只有將來分化產(chǎn)生生殖細(xì)胞的那些細(xì)胞一直保留著整套的染色體。例如：在蛔蟲胚胎發(fā)育過程中，有27DNA丟失。在高等動植物中，尚未發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象。 二、基因擴(kuò)增（Gene amplification） 基因擴(kuò)增是指某些基因的拷貝數(shù)專一性增大的現(xiàn)象。它使得細(xì)胞在短期內(nèi)產(chǎn)生大量的基因產(chǎn)物以

6、滿足生長發(fā)育的需要，是基因活性調(diào)控的一種方式。例如：非洲爪蟾的卵母細(xì)胞中原有rDNA約500個拷貝，在減數(shù)分裂的粗線期，基因開始迅速復(fù)制，到雙線期拷貝數(shù)約為200萬個，擴(kuò)增近4000倍，可用于合成1012個核糖體，以滿足卵裂期和胚胎期合成大量蛋白質(zhì)的需要。三、基因重排（gene re-arrangement） 將一個基因從遠(yuǎn)離啟動子的地方移到距它很近的位點從而啟動轉(zhuǎn)錄，這種方式被稱為基因重排。 通過基因重排調(diào)節(jié)基因活性的典型例子是免疫球蛋白結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。免疫球蛋白由B-淋巴細(xì)胞合成，其肽鏈主要由可變區(qū)（V區(qū)）、恒定區(qū)（C區(qū)）以及兩者之間的連接區(qū)（J區(qū)）組成。人類基因組中免疫球蛋白基因主要片段

7、的數(shù)量比較所有Ig分子都含有兩類輕鏈中的一類，即型或型。V、C和J基因片段在胚胎細(xì)胞中相隔較遠(yuǎn)。編碼產(chǎn)生免疫球蛋白的細(xì)胞發(fā)育分化時，通過染色體內(nèi)DNA重組把4個相隔較遠(yuǎn)的基因片段連接在一起，從而產(chǎn)生了具有表達(dá)活性的免疫球蛋白基因。四、DNA的甲基化與基因活性調(diào)控 DNA甲基化是最早發(fā)現(xiàn)的修飾途徑之一，存在于所有高等生物中。DNA甲基化能關(guān)閉某些基因的活性，而去甲基化則誘導(dǎo)了基因的重新活化與表達(dá)。 DNA甲基化能引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、DNA構(gòu)象、DNA穩(wěn)定性及DNA與蛋白質(zhì)相互作用方式的改變，從而控制基因表達(dá)。1DNA甲基化的主要形式 DNA甲基化主要形成5-甲基胞嘧啶（5-mC）和少量的N6-甲基腺

8、嘌呤（N6-mA）及7-甲基鳥嘌呤（7-mG）。 真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出現(xiàn)在CpG、CpXpG、CCA/TGG和GATC中。其中，CpG二核苷酸通常成串出現(xiàn)在DNA上，因而被稱為CpG島（CpG island）。它們大多位于結(jié)構(gòu)基因啟動子的核心序列和轉(zhuǎn)錄起始點，其中有6090%的CpG 被甲基化， 。2、真核生物甲基化酶的分類真核生物細(xì)胞內(nèi)存在兩種甲基化酶活性：日常型（maintenance）甲基轉(zhuǎn)移酶：在甲基化母鏈指導(dǎo)下可使半甲基化的DNA甲基化。例如: DNA復(fù)制之后新鏈的甲基化。從頭合成（de novo synthesis）甲基轉(zhuǎn)移酶：催化未甲基化的CpG成為mCpG，不需要母

9、鏈指導(dǎo)，但速度很慢。日常型甲基轉(zhuǎn)移酶引起的半甲基化DNA的甲基化3、甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機制DNA甲基化會導(dǎo)致某些區(qū)域DNA構(gòu)象改變，使染色質(zhì)高度螺旋化, 凝縮成團(tuán), 直接影響了轉(zhuǎn)錄因子與啟動子區(qū)DNA的結(jié)合效率。DNA的甲基化不利于模板與RNA聚合酶的結(jié)合，從而降低轉(zhuǎn)錄活性。甲基化的CpG可以通過與甲基化CpG結(jié)合蛋白1（Methyl CpG-binding protein1, MeCP1）的結(jié)合間接影響轉(zhuǎn)錄因子與DNA的結(jié)合。甲基化對基因轉(zhuǎn)錄的影響4、DNA甲基化程度與轉(zhuǎn)錄啟動子的關(guān)系 對弱啟動子來說，少量甲基化就能使其完全失去轉(zhuǎn)錄活性。當(dāng)這類啟動子被增強時，即使不去甲基化也可以恢復(fù)其轉(zhuǎn)錄

10、活性。甲基化密度較高時，即使增強后的啟動子仍無轉(zhuǎn)錄活性。 甲基化對轉(zhuǎn)錄的抑制強度與甲基化CpG結(jié)合蛋白因子MeCP1結(jié)合DNA的能力成正相關(guān)，甲基化的密度和啟動子強度之間的平衡決定了該啟動子是否具有轉(zhuǎn)錄活性。 甲基化對基因轉(zhuǎn)錄影響模式圖5、DNA甲基化對基因表達(dá)的其他影響 DNA甲基化通過對基因轉(zhuǎn)錄的抑制，可直接參與細(xì)胞分化和個體發(fā)育。隨著細(xì)胞的分化和個體發(fā)育，當(dāng)需要某些基因保持“沉默”時，它們將迅速被甲基化，若需要恢復(fù)轉(zhuǎn)錄活性，則去甲基化。DNA 去甲基化有兩種方式:被動途徑: 一種核因子可以粘附于上DNA, 使粘附點附近的DNA不能被完全甲基化, 從而阻斷甲基化酶的作用。主動途徑: 是由去

11、甲基酶的作用, 將DNA的甲基基團(tuán)移去。 五、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因表達(dá)調(diào)控1、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對基因轉(zhuǎn)錄的影響 在細(xì)胞分裂間期的染色質(zhì)的形態(tài)不均勻，根據(jù)其形態(tài)及染色特點可分為2類：常染色質(zhì)：呈疏松的環(huán)狀，電鏡下表現(xiàn)為淺染； 異染色質(zhì)：呈現(xiàn)凝縮狀態(tài)，電鏡下表現(xiàn)為深染。 轉(zhuǎn)錄發(fā)生時，染色質(zhì)需要在特定的區(qū)域解旋或松弛，導(dǎo)致基因暴露，轉(zhuǎn)錄因子與啟動子區(qū)DNA結(jié)合，起始基因轉(zhuǎn)錄。 因此，染色質(zhì)呈疏松或緊密結(jié)構(gòu)，即是否處于“活化狀態(tài)”是決定RNA聚合酶能否有效行使轉(zhuǎn)錄功能的關(guān)鍵。2、組蛋白和核小體對基因轉(zhuǎn)錄的影響組蛋白扮演了非特異性阻遏蛋白的作用。組蛋白與DNA結(jié)合阻止DNA上基因的轉(zhuǎn)錄，去除組蛋白基因又能夠恢復(fù)轉(zhuǎn)

12、錄;核小體結(jié)構(gòu)影響基因轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄活躍的區(qū)域也常缺乏核小體的結(jié)構(gòu)。第三節(jié) 轉(zhuǎn)錄水平的基因表達(dá)調(diào)控（ Transcriptional Regulation ） 真核基因表達(dá)調(diào)控主要也是在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行的，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）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)雜的相互作用來實現(xiàn)的。引 言一、真核生物的順式作用元件定義：指對基因表達(dá)有調(diào)節(jié)活性的DNA序列，其活性只影響與其自身同處在一個DNA分子上的基因。例如： 啟動子、增強子、沉默子等1、啟動子定義：在DNA分子中，R

13、NA聚合酶能夠識別、結(jié)合并導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄起始的序列。核心啟動子和上游啟動子元件（ 類）2、增強子（Enhancer）定義：指能使與它連鎖的基因轉(zhuǎn)錄頻率明顯增加的DNA序列。 作為基因表達(dá)的重要調(diào)節(jié)元件，增強子通常具有下列性質(zhì)： 增強效應(yīng)十分明顯，一般能使基因轉(zhuǎn)錄頻率增加10-200倍； 增強效應(yīng)與其位置和取向無關(guān)。不論增強子以什么方向排列（53或35），甚至和靶基因相距3 kb，或在靶基因下游，均表現(xiàn)出增強效應(yīng)； 大多為重復(fù)序列，一般長約50 bp，其內(nèi)部常含有一個核心序列：（G）TGGA/TA/TA/T（G），該序列是產(chǎn)生增強效應(yīng)時所必需的； 增強效應(yīng)有嚴(yán)密的組織和細(xì)胞特異性，說明增強子只有與特定

14、的蛋白質(zhì)（轉(zhuǎn)錄因子）相互作用才能發(fā)揮其功能； 沒有基因?qū)Ｒ恍裕梢栽诓煌幕蚪M合上表現(xiàn)增強效應(yīng)； 許多增強子還受外部信號的調(diào)控， 如：金屬硫蛋白的基因啟動區(qū)上游所帶的增強子，就可以對環(huán)境中的鋅、鎘濃度做出反應(yīng)。增強子的作用原理是什么呢？增強子可能有如下3種作用機制： 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子與啟動子之間“成環(huán)”連接，活化基因轉(zhuǎn)錄； 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聚合酶在DNA鏈上的結(jié)合和滑動； 增強子區(qū)可以作為反式作用因子或RN

15、A聚合酶進(jìn)入染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的“入口”。 3、沉默子（Silencer） 為負(fù)性調(diào)節(jié)元件，當(dāng)其結(jié)合特異蛋白因子時，對基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。最早在酵母中發(fā)現(xiàn)，可不受序列方向的影響，也能遠(yuǎn)距離發(fā)揮作用。4、 應(yīng)答元件（Response Element） 能與某個（類）專一蛋白因子結(jié)合，從而控制基因特異表達(dá)的DNA上游序列稱為應(yīng)答元件（Response Element）。 含有短的共有序列；在不同基因中，拷貝相似，有時有多個拷貝；與轉(zhuǎn)錄起點距離不固定，一般位于上游元件或增強子內(nèi)；熱激應(yīng)答元件（heatshock response element，HSE）糖皮質(zhì)應(yīng)答元件（glucocorticoid resp

16、onse element，GRE）金屬應(yīng)答元件（metal response element，MRE)常見的應(yīng)答元件有：二、真核生物的反式作用因子 反式作用因子是參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控的蛋白因子，能直接地或間接地識別或結(jié)合在各類順式作用元件上，與順式作用元件一起對轉(zhuǎn)錄起調(diào)控作用。通過蛋白質(zhì)-DNA，蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用是其發(fā)揮功能的基礎(chǔ)。1、反式作用因子的分類（1）通用反式作用因子：在一般細(xì)胞中普遍存在，主要識別啟動子的核心成分。如識別TATA框的TBP；識別GC框的SP1；識別八聚體核苷酸的Oct-1等；（2）特異反式作用因子：存在于特殊組織與細(xì)胞中的反式作用因子。如：淋巴細(xì)胞中的Oct-2；（3）

17、誘導(dǎo)型因子：與應(yīng)答元件相結(jié)合的反式作用因子。 如：與激素應(yīng)答元件GRE結(jié)合的糖皮質(zhì)激素；與熱激應(yīng)答元件特異性結(jié)合的熱激因子（HSF）等。2、反式作用因子中的功能結(jié)構(gòu)域3個主要的功能結(jié)構(gòu)域：（1）DNA識別結(jié)合域（DNA-binding domain） 與順式作用元件結(jié)合的結(jié)構(gòu)區(qū)域，主要起與DNA結(jié)合的作用。（2）轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域(transcriptional activation domain） 與其他蛋白因子結(jié)合，參與募集啟動子結(jié)合蛋白和轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合體，控制基因轉(zhuǎn)錄活化的結(jié)構(gòu)區(qū)域。（3）聯(lián)結(jié)區(qū)域（connector） 反式作用因子的“DNA結(jié)合域”和“活化結(jié)構(gòu)域”是獨立發(fā)揮作用的。DNA結(jié)合

18、域的功能是把活化結(jié)構(gòu)域“拴在”起始復(fù)合體附近，使之能夠發(fā)揮活化轉(zhuǎn)錄的作用。DNA結(jié)合域和活化結(jié)構(gòu)域之間的“聯(lián)結(jié)區(qū)域”是具有足夠柔性的，這樣無論DNA結(jié)合域所結(jié)合的具體位點在哪里，都能使活化結(jié)構(gòu)域找到其靶蛋白。3、反式作用因子中的DNA識別結(jié)合域 反式作用因子是能直接或間接地識別或結(jié)合在各類順式作用元件上，參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的蛋白質(zhì)。螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋（ Helix-turn-helix ，H-T-H）鋅指（ Zinc finger ）結(jié)構(gòu)堿性-亮氨酸拉鏈（ basic-Leucine zippers ）堿性-螺旋-環(huán)-螺旋（basic-helix-loop-helix）螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋 (H

19、-T-H)結(jié)構(gòu) 該結(jié)構(gòu)域主要包含兩個或以上-螺旋區(qū)和螺旋區(qū)中間的轉(zhuǎn)折區(qū)。主要通過一個靠C端的-螺旋與DNA雙螺旋大溝結(jié)合。鋅指（Zinc finger）結(jié)構(gòu) 是一種常出現(xiàn)在DNA結(jié)合蛋白中的結(jié)構(gòu)。是由一個含有大約30個氨基酸的環(huán)和一個與環(huán)上的4個Cys或2個Cys與2個His配位的Zn構(gòu)成，形成的結(jié)構(gòu)像手指狀。 Cys2 / Cys2鋅指Cys2 / His2鋅指甾體激素受體SP1，TF A具有Cys2/Cys2鋅指區(qū)的轉(zhuǎn)錄因子典型的類固醇激素受體結(jié)構(gòu)示意圖一些具有Cys2/His2鋅指區(qū)的轉(zhuǎn)錄因子和蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄因子SP1 （GC盒） 、連續(xù)的3個鋅指重復(fù)結(jié)構(gòu)。 TF III A結(jié)構(gòu)域示意圖堿性

20、-亮氨酸拉鏈 -螺旋結(jié)構(gòu)上每6個氨基酸就有1個亮氨酸殘基，這些亮氨酸出現(xiàn)在-螺旋的一個方向，每兩個蛋白組成一個二聚體，使亮氨酸相對排列，形成拉鏈樣結(jié)構(gòu)； 在拉鏈區(qū)的氨基端有約30個氨基酸殘基的堿性區(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。不同轉(zhuǎn)錄因子的亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)氨基酸組成圖堿性-螺旋-環(huán)-螺旋（ bHLH ） 蛋白質(zhì)的C端的氨基酸殘基形成兩個-螺旋，中間被非螺旋的環(huán)狀結(jié)構(gòu)隔開，蛋白質(zhì)的N端是堿性區(qū)，為DNA結(jié)合區(qū)。 堿性-螺旋-環(huán)-螺旋類蛋白通常也是組成二聚體的形式，這才具有結(jié)合DNA的能力。二聚體bHLH蛋白與DNA結(jié)合模式圖4、常見的轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域酸性-螺旋結(jié)

21、構(gòu)域（acidic helix domain）富含谷氨酰胺結(jié)構(gòu)域（glutamine-rich domain）富含脯氨酸結(jié)構(gòu)域（proline-rich domain） 一般是DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域以外的30-100氨基酸殘基組成，主要包括以下幾種特征性結(jié)構(gòu)：（1）酸性-螺旋(acidic -helix)/帶負(fù)電荷的螺旋結(jié)構(gòu) 該結(jié)構(gòu)域含有由酸性氨基酸殘基組成的保守序列，多呈帶負(fù)電荷的親脂性-螺旋。包含這種結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄因子有GAL4、GCN4和糖皮質(zhì)激素受體等。（2） 谷氨酰胺豐富區(qū)（glutamine-rich domain） SP1是啟動子GC盒的結(jié)合蛋白，共有4個參與轉(zhuǎn)錄活化的區(qū)域，其中最強的轉(zhuǎn)

22、錄活化域含25%左右的谷氨酰胺。酵母的HAP1、HAP2和GAL2及哺乳動物的OCT-1、OCT-2、Jun、AP2和SRF也含有這種結(jié)構(gòu)域。（3）脯氨酸豐富區(qū)（proline-rich domain） CTF家族（包括CTF-1、CTF-2、CTF-3）的C末端與其轉(zhuǎn)錄激活功能有關(guān)，含有20-30%的脯氨酸殘基，其它如Oct2、哺乳動物轉(zhuǎn)錄因子中也富含這種結(jié)構(gòu)。幾種常見的轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域三、真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的模式 細(xì)胞是生命活動的基本單位。細(xì)胞通過DNA的復(fù)制和細(xì)胞分裂將本身所固有的遺傳信息由親代傳至子代，實現(xiàn)增殖繁衍。同時，它們還不斷地“感知”環(huán)境變化，并對環(huán)境變化作出特定的應(yīng)答。 細(xì)胞應(yīng)答

23、可以分為3個階段： 感知外界信息（信息由細(xì)胞膜至核內(nèi)） 染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變，相應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子的活化 特定基因的表達(dá)過程問題1：信號是如何順利通過細(xì)胞膜和核膜的阻隔到達(dá)核內(nèi)，從而影響基因表達(dá)的特定區(qū)域？ 目前認(rèn)為，細(xì)胞表面受體與配體分子的高親和力特異性結(jié)合，能誘導(dǎo)受體蛋白構(gòu)象變化，使細(xì)胞胞外信號順利通過質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。受體（Receptor）：是細(xì)胞膜上或細(xì)胞內(nèi)能特別識別生物活性分子并與之結(jié)合的成分。它能把識別和接受的信號正確無誤地放大并傳遞到細(xì)胞內(nèi)部，進(jìn)而引起生物學(xué)效應(yīng)的特殊蛋白質(zhì)，個別是糖脂。 能與受體呈專一性結(jié)合的生物活性分子則稱為配體。配體（Ligand）：真核細(xì)胞主要跨膜信號傳導(dǎo)途徑細(xì)胞表面

24、的三類受體示意圖 胞外信號通過細(xì)胞膜和核膜的阻隔到達(dá)核內(nèi)后，反式作用因子被活化而特異性的結(jié)合到特定DNA序列（順式作用元件）上。同時，通過自身具有的轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域活化其他相關(guān)因子，從而發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用。問題2：反式作用因子是如何被活化呢？真核生物反式作用因子活性調(diào)節(jié)的主要方式1、蛋白質(zhì)磷酸化介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)及基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控2、蛋白質(zhì)乙?；瘜蜣D(zhuǎn)錄的影響3、激素對基因轉(zhuǎn)錄的影響4、熱激蛋白對基因表達(dá)的影響5、金屬硫蛋白基因的多重調(diào)控轉(zhuǎn)錄調(diào)控實例：第四節(jié) 其他水平上的調(diào)控（ Gene Regulation on the other levels） 在真核生物基因表達(dá)的調(diào)控中，DNA水平和轉(zhuǎn)錄水平上

25、的調(diào)控占有十分重要的地位，但其他水平上的調(diào)控也不能忽視。這些調(diào)控包括：RNA的加工成熟、翻譯水平的調(diào)控以及翻譯后水平的調(diào)節(jié)等多個環(huán)節(jié)的調(diào)控。引 言一、轉(zhuǎn)錄后加工的多樣性 真核生物的基因可以按其轉(zhuǎn)錄后的加工方式分為兩大類：簡單轉(zhuǎn)錄單位和復(fù)雜轉(zhuǎn)錄單位。1、簡單轉(zhuǎn)錄單位：這類基因只編碼產(chǎn)生一個多肽，其原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物有時需要加工，有時則不需要加工。第一種簡單轉(zhuǎn)錄單位：基因沒有內(nèi)含子，mRNA 3末端沒有ploy(A)，基本不存在轉(zhuǎn)錄后加工問題。如：組蛋白基因。第二種簡單轉(zhuǎn)錄單位：基因沒有內(nèi)含子，mRNA不需要剪接，但需要加ploy(A)。如：-干擾素和許多酵母蛋白質(zhì)基因。第三種簡單轉(zhuǎn)錄單位：這類基因都有

26、內(nèi)含子，也需要加ploy(A)，但加工剪接后只產(chǎn)生一種有功能的mRNA，所以仍然是簡單轉(zhuǎn)錄單位。如：大多數(shù)核基因。簡單轉(zhuǎn)錄單位又可以分為3個亞類：簡單轉(zhuǎn)錄單位轉(zhuǎn)錄后加工的3種主要形式組成型剪接: 一個基因的mRNA前體按一種方式剪接，產(chǎn)生一種mRNA，翻譯成一種蛋白質(zhì)。2、復(fù)雜轉(zhuǎn)錄單位：其原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物能通過多種不同方式，加工成兩種或兩種以上的mRNA。主要是一些編碼組織和發(fā)育特異性蛋白質(zhì)/多肽的基因。（1）利用多個5端轉(zhuǎn)錄起始位點產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)（2）選用不同的剪接位點產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)可變剪接（選擇性剪接，alternative splicing）：有些基因的mRNA前體，按不同方式剪接，產(chǎn)生

27、兩種以上mRNA，翻譯產(chǎn)生多種蛋白質(zhì)。其實質(zhì)是5供體與3受體剪接點的選擇搭配問題。大鼠肌鈣蛋白（Torponin）基因在不同的發(fā)育階段以及在不同橫紡肌種類中，由于不同的選擇性剪接產(chǎn)生不同的肌鈣蛋白 。（3）既利用多個5端轉(zhuǎn)錄起始位點，又選用不同的剪接位點，產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)。（4）利用多個ploy(A)位點和不同的剪接位點，產(chǎn)生不同的蛋質(zhì)。（5）無剪接，有多個轉(zhuǎn)錄起始位點和/或加poly(A)位點的基因。 例如：二氫葉酸還原酶基因和酵母乙醇脫氫酶基因都具有不同的5端和ploy(A)位點。大鼠-2-珠蛋白基因、雞波形蛋白基因和人N-ras基因均含有多個ploy(A)位點，而雞溶菌酶基因和酵母蔗糖酶

28、基因則擁有多個5端。二、翻譯水平的調(diào)控1、mRNA運輸控制2、mRNA穩(wěn)定性的調(diào)控3、mRNA結(jié)構(gòu)4、翻譯的起始調(diào)節(jié)5、選擇性翻譯 6、翻譯的自我調(diào)節(jié)1、mRNA運輸控制 一般來說，合成的mRNA只有大約1/12能被轉(zhuǎn)運出核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，50左右的在核內(nèi)降解，還有一些留在核內(nèi)。 換句話說，真核生物可以對從細(xì)胞核轉(zhuǎn)運到細(xì)胞質(zhì)中的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物數(shù)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)方式被稱為運輸控制（Transport Control）。2、mRNA的穩(wěn)定性與基因表達(dá)調(diào)控 真核生物能否長時間、及時利用成熟的mRNA分子翻譯出蛋白質(zhì)以供生長、發(fā)育的需要，是與mRNA的穩(wěn)定性密切相關(guān)的。 高等真核生物細(xì)胞質(zhì)中所有的RNA都要

29、受到降解控制（Degradation Control），不同mRNA降解效率不同。mRNA的選擇性降解主要由于核酸酶和mRNA內(nèi)部結(jié)構(gòu)相互作用的結(jié)果。有時，加入調(diào)節(jié)物可以增加mRNA穩(wěn)定性。不加入催乳素時，體系中的酪蛋白mRNA在1-2小時內(nèi)降解50%；而加入催乳素40小時后，酪蛋白mRNA才降解50%。例子1：催乳素延緩酪蛋白（casein）mRNA的降解例子2：人鐵蛋白及轉(zhuǎn)運鐵蛋白受體mRNA翻譯調(diào)控 轉(zhuǎn)鐵蛋白受體（TfR）和鐵蛋白分別負(fù)責(zé)鐵吸收和鐵解毒。這兩個mRNA上存在鐵應(yīng)答元件（Iron response element, IRE）。IRE與IRE結(jié)合蛋白（IRE-BP）相互作用控

30、制了這兩個mRNA的翻譯效率。 當(dāng)細(xì)胞缺鐵時，IRE-BP與IRE具有高親和力。IRE-BP與鐵蛋白mRNA的5非翻譯區(qū)中的IRE結(jié)合，有效地阻止鐵蛋白mRNA的翻譯。與此同時，轉(zhuǎn)鐵蛋白受體mRNA上3非翻譯區(qū)中的IRE也與IREBP特異結(jié)合，有效地阻止轉(zhuǎn)鐵蛋白受體mRNA的降解，促進(jìn)轉(zhuǎn)鐵蛋白受體蛋白的合成。 細(xì)胞高鐵時細(xì)胞缺鐵時鐵吸收鐵解毒3、mRNA的結(jié)構(gòu)（1）mRNA的5非編碼序列對翻譯水平的影響5帽結(jié)構(gòu)是否存在和易于接近eIF-4F的程度對翻譯效率有著明顯的影響。起始密碼子AUG的位置和其側(cè)翼的序列對翻譯的效率也有影響。 5端非翻譯區(qū)的長度也會影響到翻譯的效率和起始的精確性，當(dāng)此區(qū)長度在17-80 nt之間時，體外翻譯效率與其長度變成正