真核生物轉(zhuǎn)錄起始市公開課金獎市賽課一等獎課件

1、第五章 真核生物轉(zhuǎn)錄起始第1頁 第一節(jié) 真核細胞核第2頁真核細胞核第3頁染色質(zhì)(chromatin)真核生物細胞中細胞核內(nèi)DNA和蛋白質(zhì)高度包裝緊密復合體結(jié)構(gòu)。染色質(zhì)低水平包裝：核小體和30nm螺旋管纖維是分裂間期細胞核染色質(zhì)形式。（渙散）中期染色體是最高水平壓縮。第4頁常染色質(zhì)(euchromatin)與異染色質(zhì)(heterchromatin)常染色質(zhì)，是指間期核內(nèi)染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度地處于伸展狀態(tài)，用堿性染料染色時著色淺那些染色質(zhì)。是基因轉(zhuǎn)錄必要條件，也就是說不是常染色質(zhì)全部基因都轉(zhuǎn)錄。異染色質(zhì)，是指在間期細胞核中，依然高度折疊、用堿性染料染色著色深一部分染色質(zhì)。它們不轉(zhuǎn)錄而且復制較晚。

2、第5頁組成性異染色質(zhì)和兼性異染色質(zhì)組成性異染色質(zhì)（constitutive heterchromatatin),是指全部細胞中永久存在異染色質(zhì)。其DNA不含基因，包含著絲粒、端粒等特定區(qū)域DNA。兼性異染色質(zhì)（facultative heterchromatatin), 是指在一些細胞類型一定階段出現(xiàn)高度聚縮，喪失基因轉(zhuǎn)錄活性DNA。普通胚胎細胞含量較少，而告獨特化細胞含量較多。這種兼性染色質(zhì)，實際上是基因組活性調(diào)控一個形式。第6頁核基質(zhì)核基質(zhì)(nuclear matrix),細胞核內(nèi)除核膜、染色質(zhì)、核仁和核孔外骨架結(jié)構(gòu)。第7頁核基質(zhì)與染色質(zhì)核基質(zhì)連接區(qū)域常染色質(zhì)中附著于基質(zhì)上DNA區(qū)域，富含

3、AT，稱為基質(zhì)相關(guān)區(qū)域(matrix-associated region, MAR)或骨架附著區(qū)(scaffold attachment region, SAR)連接在核基質(zhì)上DNA環(huán)，稱為結(jié)構(gòu)域。第8頁結(jié)構(gòu)域、功效域和DNA酶I敏感區(qū)域功效域，也稱為活性染色質(zhì)，含有轉(zhuǎn)錄活性染色質(zhì)，即表示基因周圍DNA區(qū)域?；钚匀旧|(zhì)對DNA酶I消化作用更敏感。這些敏感位點常位于基因5端開啟子區(qū)域。第9頁 第二節(jié) 染色質(zhì)結(jié)構(gòu)第10頁染色質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)控基因組表示方式染色質(zhì)結(jié)構(gòu)區(qū)間性1）絕緣子2）基因座控制區(qū)（LCR）染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變1）核小體重建2）組蛋白修飾：乙?；?、甲基化、磷酸化3）DNA甲基化4）異染色質(zhì)擴展第

4、11頁絕緣子（insulator）功效域中或功效域間，阻斷基因激活或失活效應元件當其位于增強子和開啟子之間時候，能阻斷增強子對開啟子激活作用第12頁絕緣子與異染色質(zhì)擴展異染色質(zhì)擴展，異染色質(zhì)在特殊序列生成關(guān)鍵，隨即沿染色質(zhì)纖維傳輸阻斷開啟子當絕緣子位于一條活性基因和異染色質(zhì)之間時，能夠提供一個屏障來保護基因免受異染色質(zhì)擴展所造成失活效應第13頁絕緣子維持功效域獨立性第14頁基因座控制區(qū)(locus control region, LCR)與調(diào)控結(jié)構(gòu)域染色體DNA中一個順式作用元件，含有穩(wěn)定染色質(zhì)疏松結(jié)構(gòu)作用實際上一個增強子一個調(diào)控結(jié)構(gòu)域，可能由一個絕緣子、一個LCR、一個核基質(zhì)附著點（MAR）

5、和單個或多個轉(zhuǎn)錄單位組成。第15頁核小體重建能量依賴第16頁組蛋白修飾乙?；?乙酰化活化基因組；去乙酰緘默基因組甲基化 緘默基因組磷酸化泛素化第17頁第18頁DNA甲基化DNA甲基化和組蛋白甲基化是非活性染色質(zhì)特征這兩類甲基化常相互關(guān)聯(lián)大多數(shù)DNA甲基化位點是CpG島第19頁 第三節(jié) DNA結(jié)合蛋白第20頁染色質(zhì)化學組成染色質(zhì)DNA：攜帶遺傳信息染色質(zhì)蛋白質(zhì)1）組蛋白：與DNA非特異性結(jié)合2）非組蛋白：與DNA特異性結(jié)合，DNA結(jié)合蛋白 a)種類多樣 b)功效多樣 c)對DNA含有識別特異性第21頁DNA結(jié)合蛋白第22頁DNA結(jié)合蛋白結(jié)構(gòu)特征以轉(zhuǎn)錄因子為例轉(zhuǎn)錄因子三個結(jié)構(gòu)組成部分1）DNA結(jié)合

6、結(jié)構(gòu)域（分類依據(jù)）2）連接域3）轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域第23頁DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域常見類型螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋花樣(helix-turn-helix motif, HTH, 圖A)鋅指花樣(zinc finger motif, 圖B,C)亮氨酸拉鏈花樣(Leucine zipper motif，圖D)螺旋-環(huán)-螺旋花樣(heliex-loop-helix motif, 圖E)HMG框花樣(HMG box motif，圖F)第24頁第四節(jié) 轉(zhuǎn)錄起始中DNA與蛋白質(zhì)相互作用第25頁DNA-蛋白質(zhì)相互作用是轉(zhuǎn)錄調(diào)控方式DNA: 順式調(diào)控元件(cis-regulating element),是指對基因表示有調(diào)控活性D

7、NA 序列，其活性只影響與其本身同處于一個DNA分子上基因蛋白質(zhì)：反式作用因子(trans-acting factor)是經(jīng)過識別和結(jié)合順式調(diào)控元件關(guān)鍵序列而調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率一組蛋白質(zhì)第26頁順式調(diào)控元件開啟子(promoter)增強子(enhancer)負調(diào)控元件寂靜子(silencer)絕緣子其它順式調(diào)控元件： 1）應答元件(responsive elements) 真核細胞中對一些特定環(huán)境作出應答基因，常含有相同順式元件應答元件 應答元件能被在一些特定情況下表示調(diào)控因子識別(又稱為可誘導順式調(diào)控元件反式作用因子)。 2）轉(zhuǎn)座元件第27頁開啟子(promoter)與基因轉(zhuǎn)錄開啟相關(guān)一組D

8、NA 序列，普通位于轉(zhuǎn)錄起始點上游100-200bp 以內(nèi)，其功效是決定轉(zhuǎn)錄起始點和調(diào)控轉(zhuǎn)錄頻率原核開啟子： 1）-35框： 5-TTGACA-3 2）-10框 5-TATAAT-3第28頁真核開啟子真核開啟子區(qū)域包含關(guān)鍵開啟子和開啟子上游近側(cè)序列： 1、關(guān)鍵開啟子(core promoter) 是決定轉(zhuǎn)錄起始位置關(guān)鍵序列，也是普通轉(zhuǎn)錄因子TFD 結(jié)合位點， TATA 盒(TATA box) 位于轉(zhuǎn)錄起始點上游-25-30bp 起始子(initiator，Inr) Inr 是與轉(zhuǎn)錄起始位點重合短較保守序列 注：不是全部基因都含有 TATA 盒或Inr 序列有只有其中之一，有二者都無 這些關(guān)鍵開

9、啟子序列和它們之間間隔多變2、上游開啟子元件(Upstream Promoter element，UPE) 位于較上游(-30 一-110bp)，能較強影響轉(zhuǎn)錄起始頻率，如CAAT 盒和GC 盒其中GC盒是轉(zhuǎn)錄因子SPl 結(jié)合位點。第29頁增強子(enhancer)能顯著提升基因轉(zhuǎn)錄效率一類順式調(diào)控元件（其關(guān)鍵序列常為8-12bp)增強子作用特點： 1）能(經(jīng)過開啟子)提升同一條鏈上靶基因轉(zhuǎn)錄速率； 2）增強子對同源基因或異源基因一樣有效； 3）增強子位置可在基因5-上游、基因內(nèi)或3下游序列中； 4）本身沒有5-或3-方向性； 5）增強子可遠離轉(zhuǎn)錄起始點(最多30Kb)； 6）增強子普通含有組

10、織或細胞特異性第30頁RNA聚合酶RNA 聚合酶I, 轉(zhuǎn)錄28S, 5. 8S 和18S 核糖體 RNA (rRNA) RNA 聚合酶，負責真核生物蛋白編碼基因和大部分小核RNA（snRNA)轉(zhuǎn)錄，有7-10 個亞基，最大亞基羧基末端結(jié)構(gòu)域(CTD)含有7 個氨基酸(Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Set)重復序列，其中有多個磷酸化位點CTD 磷酸化對調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄有主要作用RNA 聚合酶III,轉(zhuǎn)錄tRNA, 5S rRNA, U6-snRNA, 小核仁RNA (snoRNA), 小細胞質(zhì) RNA (seRNA) 第31頁基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子(basal transcription f

11、actor)真核基因轉(zhuǎn)錄除 RNA 聚合酶外，還需要許多蛋白因子轉(zhuǎn)錄因子參加，其中一些轉(zhuǎn)錄因子是RNA 聚合酶轉(zhuǎn)錄起始必需，而且能夠維持基礎(chǔ)水平轉(zhuǎn)錄，所以稱為基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子或普通轉(zhuǎn)錄因子(general transcription factor)RNA 聚合酶 II 普通轉(zhuǎn)錄因子(TF II)包含TFIID,TFB,TFIIF，TFIIE，TFIIH，TFIIA 等TFIID 是最先結(jié)合到DNA上轉(zhuǎn)錄因子，由TATA結(jié)合蛋白（TATA-binding protein, TBP)和12個TBP相關(guān)因子（TAF, TBP-associated factor)組成第32頁轉(zhuǎn)錄起始事件RNA 聚合酶結(jié)合關(guān)鍵開啟子封閉開啟子復