DNA調(diào)控元素-同源異型基因

1、DNA調(diào)控元素-同源異型基因2010-01-2119:41:24|分類：Biology|標(biāo)簽：|字號大中小訂閱同源異型基因廣泛地存在于所有動物中，它在發(fā)育中起著極其重要的作用。同源異型蛋白家族是基因表達(dá)調(diào)控因子，在其分子中包含有一個由60個氨基酸組成的功能域，對應(yīng)的基因中的序列稱為同源異型框。此功能域有一個三個螺旋的結(jié)構(gòu)，它是實現(xiàn)同源異型蛋白與靶基因DNA調(diào)控元素結(jié)合的功能部位。當(dāng)它結(jié)合到DNA分子上時，兩個螺旋處在DNA分子上方，第三個順伏在DNA的主槽之中。在發(fā)育中，同源異型蛋白通過此功能域與靶基因DNA分子中的調(diào)控元素結(jié)合，指導(dǎo)靶基因的特異表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)，在三級結(jié)構(gòu)上，同源異型框高度保守

2、。這里自然提出了一個疑問，在進(jìn)化上，同源異型框基因在序列和功能上發(fā)生了明顯的分化，形成了一個大家族，但是，它們與DNA的功能域在空間結(jié)構(gòu)上幾乎沒有變化這如何能適應(yīng)它們對不同靶基因表的特異控制呢？發(fā)育生物學(xué)研究還發(fā)現(xiàn)，即使是在進(jìn)化上距離很遠(yuǎn)的物種，他們的同源異型基因產(chǎn)物在功能上仍表現(xiàn)出很大的通用性。例如，將果蠅的同源異型基因Antennapaedia引入到封閉了其同源基因表達(dá)的線蟲體內(nèi)，可以完全替代宿主同源異型基因，使之正常發(fā)育。盡管，節(jié)肢動物與線蟲在演化上的分離起碼超過了5億年，并且兩種動物的發(fā)育程序也很不一樣，但是，同源異型基因在異體內(nèi)卻完全可以正常工作。更有甚者，如果將某些同源異型基因的同

3、源異型框刪除，它的表達(dá)產(chǎn)物仍可能正常發(fā)揮功能。難道說，同源異型因子對靶基因DNA調(diào)控元素的特異結(jié)合并不重要，甚至是可有可無的嗎？深入研究發(fā)現(xiàn)，同源異型結(jié)構(gòu)域?qū)NA結(jié)合的特異性確實不高，不同的同源異型蛋白可以結(jié)合到同樣的DNA序列上，而同一種同源異型蛋白也可以結(jié)合到不同的DNA序列上，其親和性都沒有明顯的區(qū)別。在于增強子調(diào)控因子比較，對各自DNA序列的親和度測定顯示，它們之間可以相差1000數(shù)量級，即同源異型蛋白與DNA的結(jié)合力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于增強子與其結(jié)合蛋白間的結(jié)合（如lac抑制因子）。此外，實驗表明，同源異型蛋白對調(diào)控元素DNA序列突變的耐受性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于增強子結(jié)合蛋白。同源異性基因家族對于細(xì)胞分

4、化、體制建立、器官形成有著及其重要的作用。多種同源異型基因的剔除可以造成發(fā)育終止、器官易位等嚴(yán)重的后果。這表明不同同源異型基因在基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)專一性上一定存在著嚴(yán)格的分化。那么，這一進(jìn)化又是通過什么方式實現(xiàn)的呢？根據(jù)近年發(fā)育生物學(xué)的研究同源異型基因自身的表達(dá)和它對靶基因表達(dá)控制的進(jìn)化主要是通過發(fā)展多種協(xié)同、輔助因子的方式來完成的。實際上，正是由于同源異型蛋白對DNA結(jié)合力弱，給這種發(fā)展帶來了很大的便利和更多的機遇。對應(yīng)于大量協(xié)同、輔助因子的出現(xiàn)，同源異型基因及其靶基因在非編碼的區(qū)域都出現(xiàn)了廣泛的分化現(xiàn)象（圖23）。將果蠅ftz基因中的同源異型框基因刪除，它仍然可以正常發(fā)揮ftz基因的功能，這表明

5、，輔助因子可以彌補同源異型功能域完全葬失造成的與DNA集合能力的影響，即在大量輔助因子存在的情況下，同源異型蛋白本省對DNA的特異識別就變得不那么重要了。調(diào)節(jié)朮件蠟構(gòu)臺肉轉(zhuǎn)錄氓拉Ubx先變調(diào)廿子家變副體節(jié)翻翻麗催鑑迪G+20+40+60+80+100-120+140圖23果蠅UbxbdAAbdB因中的調(diào)節(jié)元索不僅不同Hox晴因扛染色怵上的排布驗序與梵莊休肯中衣達(dá)的謝后順序有乎行対應(yīng)的集系面豈基因上的調(diào)節(jié)元索的順序與受具控制的副庫節(jié)的擷洋也相一致。注怠“處率因順武瀾節(jié)區(qū)很大，仲麗大約lOOkd祖是它址變的mKNA分子卻報小t即轉(zhuǎn)錄單位所示凰城幾現(xiàn)在看來，這和生物在開發(fā)新的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)機制方面，增

6、加轉(zhuǎn)錄因子及其擴大它們之間的相互合作起著重要的作用。可以想見，通過增加因子并開發(fā)新的DNA結(jié)合區(qū)域，可能選擇性的獲得高強度和高特異性的調(diào)節(jié)區(qū)分。同時，也可能因為新因子的加進(jìn)，使他們與DNA間的結(jié)合產(chǎn)生新的不穩(wěn)定因素，也就提供了更多調(diào)節(jié)因子介入及于DNA序列相互作用的機會。因此，這是一個不斷增強穩(wěn)定性有不斷創(chuàng)造新的不穩(wěn)定因素的過程?？傊?，在蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-DNA相互作用方面，這個復(fù)雜體系一方面朝著特異化提高和建立復(fù)雜信號網(wǎng)絡(luò)的方向前進(jìn)同時又不封閉它不斷拓展的可能性。由于原初的調(diào)節(jié)因子是從新的附加因子上獲得其對某某基因表達(dá)調(diào)控特異性的提高，而不是強調(diào)對自身的改造，它自然長久地保持了被重復(fù)利用，建立新的調(diào)節(jié)方式的潛能性。在生物演化過程中，伴隨基因表達(dá)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中多種因子出現(xiàn)其機制結(jié)構(gòu)的不斷復(fù)雜化，基因表達(dá)調(diào)節(jié)體系出現(xiàn)急速的大動蕩、大改造現(xiàn)象是完全可能的，