第八章真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控詳解演示文稿

第八章真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控詳解演示文稿當(dāng)前1頁(yè)，總共83頁(yè)。優(yōu)選第八章真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控當(dāng)前2頁(yè)，總共83頁(yè)。真核生物和原核生物由于基本生活方式不同所決定基因表達(dá)調(diào)控上的巨大差別。原核生物的調(diào)控系統(tǒng)就是要在一個(gè)特定的環(huán)境中為細(xì)胞創(chuàng)造高速生長(zhǎng)的條件，或使細(xì)胞在受到損傷時(shí)，盡快得到修復(fù)，所以，原核生物基因表達(dá)的開關(guān)經(jīng)常是通過(guò)控制轉(zhuǎn)錄的起始來(lái)調(diào)節(jié)的。

當(dāng)前3頁(yè)，總共83頁(yè)。真核生物（除酵母、藻類和原生動(dòng)物等單細(xì)胞類之外）主要由多細(xì)胞組成，每個(gè)真核細(xì)胞所攜帶的基因數(shù)量及總基因組中蘊(yùn)藏的遺傳信息量都大大高于原核生物。人類細(xì)胞單倍體基因組就包含有3×109bp總DNA，約為大腸桿菌總DNA的1000倍，是噬菌體總DNA的10萬(wàn)倍左右！當(dāng)前4頁(yè)，總共83頁(yè)。真核基因表達(dá)調(diào)控的最顯著特征是能在特定時(shí)間、特定的細(xì)胞中激活特定的基因，從而實(shí)現(xiàn)"預(yù)定"的、有序的、不可逆轉(zhuǎn)的分化、發(fā)育過(guò)程，并使生物的組織和器官在一定的環(huán)境條件范圍內(nèi)保持正常功能。當(dāng)前5頁(yè)，總共83頁(yè)。真核生物基因調(diào)控，根據(jù)其性質(zhì)可分為兩大類：

第一類是瞬時(shí)調(diào)控或稱可逆性調(diào)控，它相當(dāng)于原核細(xì)胞對(duì)環(huán)境條件變化所做出的反應(yīng)，包括某種底物或激素水平升降及細(xì)胞周期不同階段中酶活性和濃度的調(diào)節(jié)。

當(dāng)前6頁(yè)，總共83頁(yè)。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(zhǎng)、分化、發(fā)育的全部進(jìn)程。當(dāng)前7頁(yè)，總共83頁(yè)。原核生物真核生物

操縱元調(diào)控。

多樣化調(diào)控，更為復(fù)雜。

基因組小，大腸桿菌：總長(zhǎng)4.6×106bp,編碼4288個(gè)基因,每個(gè)基因約1100bp。

基因組大，人類基因組全長(zhǎng)3×109bp，編碼10萬(wàn)個(gè)基因，其余為重復(fù)序列。

基因分布在同一染色體上，操縱元控制。

DNA與組蛋白結(jié)合成染色質(zhì)，染色質(zhì)的變化調(diào)控基因表達(dá)；基因分布在不同的染色體上，存在不同染色體間基因的調(diào)控問(wèn)題。

適應(yīng)外界環(huán)境，操縱元調(diào)控表達(dá)。

基因差別表達(dá)是細(xì)胞分化和功能的核心。

轉(zhuǎn)錄和翻譯同時(shí)進(jìn)行，大部分為轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控。

轉(zhuǎn)錄和翻譯在時(shí)間和空間上均不同，從DNA到蛋白質(zhì)的各層次上都有調(diào)控，但多數(shù)為轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控真核生物與原核生物的調(diào)控差異當(dāng)前8頁(yè)，總共83頁(yè)。一、真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)(一)真核基因表達(dá)調(diào)控的環(huán)節(jié)更多基因表達(dá)是基因經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄、翻譯、產(chǎn)生有生物活性的蛋白質(zhì)的整個(gè)過(guò)程。同原核生物一樣，轉(zhuǎn)錄依然是真核生物基因表達(dá)調(diào)控的主要環(huán)節(jié)。但真核基因轉(zhuǎn)錄發(fā)生在細(xì)胞核(線粒體基因的轉(zhuǎn)錄在線粒體內(nèi))，翻譯則多在胞漿，兩個(gè)過(guò)程是分開的，因此其調(diào)控增加了更多的環(huán)節(jié)和復(fù)雜性，轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控占有了更多的分量。

當(dāng)前9頁(yè)，總共83頁(yè)。當(dāng)前10頁(yè)，總共83頁(yè)。(二)真核基因的轉(zhuǎn)錄與染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化相關(guān)。真核基因組DNA絕大部分都在細(xì)胞核內(nèi)與組蛋白等結(jié)合成染色質(zhì)。染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)、染色質(zhì)中DNA和組蛋白的結(jié)合狀態(tài)都影響轉(zhuǎn)錄，有以下特點(diǎn)：1.染色質(zhì)結(jié)構(gòu)影響基因轉(zhuǎn)錄染色體結(jié)構(gòu)復(fù)雜由DNA、組蛋白、非組蛋白等大分子組成；DNA序列重復(fù)；基因不連續(xù)性，真核生物基因的不連續(xù)性和轉(zhuǎn)錄后加工是真核基因有別于原核基因的重要特征。當(dāng)前11頁(yè)，總共83頁(yè)。2、存在許多基因家族(genefamily)

來(lái)源相同、結(jié)構(gòu)相似、功能相關(guān)的基因組成單一的基因簇或稱基因家族。同一家族中的成員有時(shí)緊密地排列在一起，成為一個(gè)基因簇；更多的時(shí)候，它們卻分散在同一染色體的不同部位，甚至位于不同的染色體上，具有各自不同的表達(dá)調(diào)控模式。當(dāng)前12頁(yè)，總共83頁(yè)。3、組蛋白的作用：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轉(zhuǎn)錄。組蛋白是堿性蛋白質(zhì)，帶正電荷，可與DNA鏈上帶負(fù)電荷的磷酸基相結(jié)合，從而遮蔽了DNA分子，妨礙了轉(zhuǎn)錄，可能扮演了非特異性阻遏蛋白的作用；染色質(zhì)中的非組蛋白成分具有組織細(xì)胞特異性，可能消除組蛋白的阻遏，起到特異性的去阻遏促轉(zhuǎn)錄作用。

當(dāng)前13頁(yè)，總共83頁(yè)。4.轉(zhuǎn)錄活躍的區(qū)域也常缺乏核小體的結(jié)構(gòu)。這表明核小體結(jié)構(gòu)影響基因轉(zhuǎn)錄。

5.轉(zhuǎn)錄活躍區(qū)域?qū)怂崦缸饔妹舾卸仍黾印?/p>

活躍進(jìn)行轉(zhuǎn)錄的染色質(zhì)區(qū)域受DNaseⅠ消化常出現(xiàn)100－200bp的DNA片段，且長(zhǎng)短不均一，說(shuō)明其DNA受組蛋白掩蓋的結(jié)構(gòu)有變化，出現(xiàn)了對(duì)DNaseⅠ高敏感點(diǎn)(hypersensitivesite)。這種高敏感點(diǎn)常出現(xiàn)在轉(zhuǎn)錄基因的5′側(cè)區(qū)、3′末端或在基因上，多在調(diào)控蛋白結(jié)合位點(diǎn)的附近，分析該區(qū)域核小體的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，可能有利于調(diào)控蛋白結(jié)合而促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。當(dāng)前14頁(yè)，總共83頁(yè)。6.DNA堿基修飾變化：真核DNA中的胞嘧啶約有5%被甲基化為5-甲基胞嘧啶(5methylcytidine,m5C)，而活躍轉(zhuǎn)錄的DNA段落中胞嘧啶甲基化程度常較低。這種甲基化最常發(fā)生在某些基因5′側(cè)區(qū)的CG序列中實(shí)驗(yàn)表明這段序列甲基化可使其后的基因不能轉(zhuǎn)錄，甲基化可能阻礙轉(zhuǎn)錄因子與DNA特定部位的結(jié)合從而影響轉(zhuǎn)錄。如果用基因打靶的方法除去主要的DNA甲基化酶，小鼠的胚胎就不能正常發(fā)育而死亡，可見(jiàn)DNA的甲基化對(duì)基因表達(dá)調(diào)控是重要的。由此可見(jiàn)，染色質(zhì)中的基因轉(zhuǎn)錄前先要有一個(gè)被激活的過(guò)程，但目前對(duì)激活機(jī)制還缺乏認(rèn)識(shí)。當(dāng)前15頁(yè)，總共83頁(yè)。(三)真核基因表達(dá)以正性調(diào)控為主真核RNA聚合酶對(duì)啟動(dòng)子的親和力很低，基本上不依靠自身來(lái)起始轉(zhuǎn)錄，需要依賴多種激活蛋白的協(xié)同作用。真核基因調(diào)控中雖然也發(fā)現(xiàn)有負(fù)性調(diào)控元件，但其存在并不普遍；當(dāng)前16頁(yè)，總共83頁(yè)。真核基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)的調(diào)控蛋白也有起阻遏和激活作用或兼有兩種作用者，但總的是以激活蛋白的作用為主。即多數(shù)真核基因在沒(méi)有調(diào)控蛋白作用時(shí)是不轉(zhuǎn)錄的，需要表達(dá)時(shí)就要有激活的蛋白質(zhì)來(lái)促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。因此，真核基因表達(dá)以正性調(diào)控為主導(dǎo)。當(dāng)前17頁(yè)，總共83頁(yè)。三、真核基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控真核細(xì)胞的三種RNA聚合酶(Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ)中，只有RNA聚合酶Ⅱ能轉(zhuǎn)錄生成mRNA，以下主要討論RNA聚合酶Ⅱ的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。(一)順式作用元件(cisactingelements)真核基因的順式調(diào)控元件是基因周圍能與特異轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合而影響轉(zhuǎn)錄的DNA序列。其中主要是起正性調(diào)控作用的順式作用元件，包括啟動(dòng)子(promoter)、增強(qiáng)子(enhancer)；近年又發(fā)現(xiàn)起負(fù)性調(diào)控作用的元件靜止子(silencer)當(dāng)前18頁(yè)，總共83頁(yè)。1.啟動(dòng)子

與原核啟動(dòng)子的含義相同，是指RNA聚合酶結(jié)合并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的DNA序列。但真核啟動(dòng)子間不像原核那樣有明顯共同一致的序列，而且單靠RNA聚合酶難以結(jié)合DNA而起動(dòng)轉(zhuǎn)錄，而是需要多種蛋白質(zhì)因子的相互協(xié)調(diào)作用。不同蛋白質(zhì)因子又能與不同DNA序列相互作用；不同基因轉(zhuǎn)錄起始及其調(diào)控所需的蛋白因子也不完全相同，因而不同啟動(dòng)子序列也很不相同，要比原核更復(fù)雜、序列也更長(zhǎng)。

當(dāng)前19頁(yè)，總共83頁(yè)。真核啟動(dòng)子一般包括轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)及其上游約100－200bp序列，包含有若干具有獨(dú)立功能的DNA序列元件，每個(gè)元件約長(zhǎng)7－30bp。最常見(jiàn)的哺乳類RNA聚合酶Ⅱ啟動(dòng)子中的元件序列見(jiàn)下表。當(dāng)前20頁(yè)，總共83頁(yè)。元件名稱共同序列結(jié)合的蛋白因子名稱分子量結(jié)合DNA長(zhǎng)度TATAboxTATAAAATBP30,000～10bpGCboxGGGCGGSP-1105,000～20bpCAATboxGGCCAATCTCTF/NF160,000～22bpOctamerATTTGCATOct-176,000～10bp

Oct-253,000～20bpkBGGGACTTTCCNFkB44,000～10bpATFGTGACGTAFT?20bp哺乳類RNA聚合酶Ⅱ啟動(dòng)子中的元件序列當(dāng)前21頁(yè)，總共83頁(yè)。啟動(dòng)子中的元件可以分為兩種：①核心啟動(dòng)子元件(corepromoterelement)指RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄所必需的最小的DNA序列，包括轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)及其上游－25/－30bp處的TATA盒。核心元件單獨(dú)起作用時(shí)只能確定轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)和產(chǎn)生基礎(chǔ)水平的轉(zhuǎn)錄。當(dāng)前22頁(yè)，總共83頁(yè)。②上游啟動(dòng)子元件(upstreampromoterelement)包括通常位于－70bp附近的CAAT盒和GC盒、以及距轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)更遠(yuǎn)的上游元件。這些元件與相應(yīng)的蛋白因子結(jié)合能提高或改變轉(zhuǎn)錄效率。不同基因具有不同的上游啟動(dòng)子元件，其位置也不相同，這使得不同的基因表達(dá)分別有不同的調(diào)控。當(dāng)前23頁(yè)，總共83頁(yè)。2.增強(qiáng)子

是一種能夠提高轉(zhuǎn)錄效率的順式調(diào)控元件，最早是在SV40病毒中發(fā)現(xiàn)的長(zhǎng)約200bp的一段DNA，可使旁側(cè)的基因轉(zhuǎn)錄提高100倍。其后在多種真核生物，甚至在原核生物中都發(fā)現(xiàn)了增強(qiáng)子。增強(qiáng)子通常占100－200bp長(zhǎng)度，也和啟動(dòng)子一樣由若干組件構(gòu)成，基本核心組件常為8－12bp，可以單拷貝或多拷貝串連形式存在。當(dāng)前24頁(yè)，總共83頁(yè)。增強(qiáng)子的作用有以下特點(diǎn)：①增強(qiáng)子提高同一條DNA鏈上基因轉(zhuǎn)錄效率，可以遠(yuǎn)距離作用，通常可距離1－4kb、個(gè)別情況下離開所調(diào)控的基因30kb仍能發(fā)揮作用，而且在基因的上游或下游都能起作用。②增強(qiáng)子作用與其序列的正反方向無(wú)關(guān)，將增強(qiáng)子方向倒置依然能起作用。而將啟動(dòng)子倒就不能起作用，可見(jiàn)增強(qiáng)子與啟動(dòng)子是很不相同的。當(dāng)前25頁(yè)，總共83頁(yè)。③增強(qiáng)子要有啟動(dòng)子才能發(fā)揮作用，沒(méi)有啟動(dòng)子存在，增強(qiáng)子不能表現(xiàn)活性。但增強(qiáng)子對(duì)啟動(dòng)子沒(méi)有嚴(yán)格的專一性，同一增強(qiáng)子可以影響不同類型啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄。例如當(dāng)含有增強(qiáng)子的病毒基因組整合入宿主細(xì)胞基因組時(shí)，能夠增強(qiáng)整合區(qū)附近宿主某些基因的轉(zhuǎn)錄；當(dāng)增強(qiáng)子隨某些染色體段落移位時(shí)，也能提高移到的新位置周圍基因的轉(zhuǎn)錄。使某些癌基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)增強(qiáng)，可能是腫瘤發(fā)生的因素之一。當(dāng)前26頁(yè)，總共83頁(yè)。④增強(qiáng)子的作用機(jī)理雖然還不明確，但與其他順式調(diào)控元件一樣，必須與特定的蛋白質(zhì)結(jié)合后才能發(fā)揮增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄的作用。增強(qiáng)子一般具有組織或細(xì)胞特異性，許多增強(qiáng)子只在某些細(xì)胞或組織中表現(xiàn)活性，是由這些細(xì)胞或組織中具有的特異性蛋白質(zhì)因子所決定的。當(dāng)前27頁(yè)，總共83頁(yè)。增強(qiáng)子可能有如下3種作用機(jī)制：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(dòng)子之間“成環(huán)”連接，活化基因轉(zhuǎn)錄；當(dāng)前28頁(yè)，總共83頁(yè)。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聚合酶II在DNA鏈上的結(jié)合和滑動(dòng)；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”。當(dāng)前29頁(yè)，總共83頁(yè)。3.靜止子

最早在酵母中發(fā)現(xiàn)，以后在T淋巴細(xì)胞的T抗原受體基因的轉(zhuǎn)錄和重排中證實(shí)這種負(fù)調(diào)控順式元件的存在。靜止子的作用可不受序列方向的影響，也能遠(yuǎn)距離發(fā)揮作用，并可對(duì)異源基因的表達(dá)起作用。目前對(duì)這種在基因轉(zhuǎn)錄降低或關(guān)閉中起作用的序列研究還不多。當(dāng)前30頁(yè)，總共83頁(yè)。第二節(jié)真核生物DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控當(dāng)前31頁(yè)，總共83頁(yè)。一、真核生物DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn)

分子生物學(xué)的最新研究表明，在個(gè)體發(fā)育過(guò)程中，用來(lái)合成RNA的DNA模板也會(huì)發(fā)生規(guī)律性變化，從而控制基因表達(dá)和生物體的發(fā)育。

當(dāng)前32頁(yè)，總共83頁(yè)。高度重復(fù)基因的形成通常與個(gè)體分化階段DNA的某些變化有關(guān)。例如，一個(gè)成熟的紅細(xì)胞能產(chǎn)生大量的可翻譯出成熟珠蛋白的mRNA，而其前體細(xì)胞卻不產(chǎn)生珠蛋白。許多情況下，這種變化是由于基因本身或它的拷貝數(shù)發(fā)生了永久性變化。

當(dāng)前33頁(yè)，總共83頁(yè)。

這種DNA水平的調(diào)控是真核生物發(fā)育調(diào)控的一種形式，它包括了基因丟失、擴(kuò)增、重排和移位等方式，通過(guò)這些方式可以消除或變換某些基因并改變它們的活性。這些調(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。當(dāng)前34頁(yè)，總共83頁(yè)。二、“開放”型活性染色質(zhì)（activechromatin）結(jié)構(gòu)對(duì)轉(zhuǎn)錄的影響

真核基因的活躍轉(zhuǎn)錄是在常染色質(zhì)上進(jìn)行的。轉(zhuǎn)錄發(fā)生之前，染色質(zhì)常常會(huì)在特定的區(qū)域被解旋松弛，形成自由DNA。這種變化可能包括核小體結(jié)構(gòu)的消除或改變，DNA本身局部結(jié)構(gòu)的變化等，這些變化可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)基因暴露，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)區(qū)DNA的結(jié)合，誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄。當(dāng)前35頁(yè)，總共83頁(yè)。用DNA酶I處理各種組織的染色質(zhì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)處于活躍狀態(tài)的基因比非活躍狀態(tài)的DNA更容易被DNA酶I所降解。

雞成紅細(xì)胞（erythroblast）染色質(zhì)中，β-血紅蛋白基因比卵清蛋白基因更容易被DNA酶I切割降解。

雞輸卵管細(xì)胞的染色質(zhì)中被DNA酶I優(yōu)先降解的是卵清蛋白基因，而不是β-血紅蛋白基因。當(dāng)前36頁(yè)，總共83頁(yè)。存在于“燈刷型”染色體（lampbrush）上的環(huán)形結(jié)構(gòu)可能與基因的活性轉(zhuǎn)錄有關(guān)。“燈刷型”染色體只有在兩棲類動(dòng)物卵細(xì)胞發(fā)生減數(shù)分裂時(shí)才能被觀察到，它是染色體充分伸展時(shí)的一種形態(tài)。高倍電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，燈刷型染色體上存在許多突起的“泡”狀或“環(huán)”狀結(jié)構(gòu)，有時(shí)還能看到RNP沿著這些突起結(jié)構(gòu)移動(dòng)，表明這些DNA正在被RNA聚合酶所轉(zhuǎn)錄。當(dāng)前37頁(yè)，總共83頁(yè)。當(dāng)前38頁(yè)，總共83頁(yè)。三、基因擴(kuò)增

基因擴(kuò)增是指某些基因的拷貝數(shù)專一性大量增加的現(xiàn)象，它使細(xì)胞在短期內(nèi)產(chǎn)生大量的某個(gè)基因產(chǎn)物以滿足生長(zhǎng)發(fā)育的需要，是基因活性調(diào)控的一種方式。當(dāng)前39頁(yè)，總共83頁(yè)。

兩棲類和昆蟲卵母細(xì)胞rRNA基因的擴(kuò)增非洲爪蟾的染色體上有約450拷貝編碼18SrRNA和28SrRNA的DNA，在卵母細(xì)胞中它們的拷貝數(shù)擴(kuò)大了1000倍。一旦卵母細(xì)胞成熟，多余的rDNA就沒(méi)有用了，將被逐漸降解。受精之后，染色體DNA開始復(fù)制，并通過(guò)有絲分裂的方式，不斷擴(kuò)大細(xì)胞群體。在此期間，多余的rDNA繼續(xù)被降解，直到分裂產(chǎn)生幾百個(gè)細(xì)胞時(shí)，rDNA的過(guò)?，F(xiàn)象就不復(fù)存在了。當(dāng)前40頁(yè)，總共83頁(yè)。四、基因重排

將一個(gè)基因從遠(yuǎn)離啟動(dòng)子的地方移到距它很近的位點(diǎn)從而啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄，這種方式被稱為基因重排。真核生物最典型的例子是免疫球蛋白在成熟過(guò)程中的重排以及酵母的交配型轉(zhuǎn)變。當(dāng)前41頁(yè)，總共83頁(yè)。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(shí)，通過(guò)染色體內(nèi)DNA重組把4個(gè)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。當(dāng)前42頁(yè)，總共83頁(yè)。五、DNA甲基化與基因活性的調(diào)控1、DNA的甲基化DNA甲基化是最早發(fā)現(xiàn)的修飾途徑之一，它可能存在于所有高等生物中并與基因表達(dá)調(diào)控密切相關(guān)。研究表明，DNA甲基化能關(guān)閉某些基因的活性，去甲基化則誘導(dǎo)了基因的重新活化和表達(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)。CpG二核苷酸中胞嘧啶的甲基化導(dǎo)致了人體1/3以上由于堿基轉(zhuǎn)換而引起的遺傳病。當(dāng)前43頁(yè)，總共83頁(yè)。DNA甲基化修飾現(xiàn)象廣泛存在于多種有機(jī)體中。實(shí)驗(yàn)證明，這個(gè)過(guò)程不但與DNA復(fù)制起始及錯(cuò)誤修正時(shí)的定位有關(guān)，還通過(guò)改變基因的表達(dá)參與細(xì)胞的生長(zhǎng)、發(fā)育過(guò)程及X染色體失活等的調(diào)控。當(dāng)前44頁(yè)，總共83頁(yè)。DNA甲基化主要形成5-甲基胞嘧啶（5-mC）和少量的N6-甲基腺嘌呤（N6-mA）及7-甲基鳥嘌呤（7-mG）。在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出現(xiàn)在CpG序列、CpXpG、CCA/TGG和GATC中。因?yàn)楦叩壬顲pG二核苷酸序列中的C通常是甲基化的，極易自發(fā)脫氨，生成胸腺嘧啶。由于這些CpG二核苷酸通常成串出現(xiàn)在DNA上，這段序列往往被稱為CpG島。當(dāng)前45頁(yè)，總共83頁(yè)。2、真核生物細(xì)胞內(nèi)存在兩種甲基化酶活性：一種為日常型甲基轉(zhuǎn)移酶、另一種是從頭合成型甲基轉(zhuǎn)移酶日常型主要在甲基化母鏈（模板鏈）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(duì)應(yīng)的胞嘧啶甲基化。該酶催化特異性極強(qiáng)，對(duì)半甲基化的DNA有較高的親和力，使新生的半甲基化DNA迅速甲基化，從而保證DNA復(fù)制及細(xì)胞分裂后甲基化模式不變。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。當(dāng)前46頁(yè)，總共83頁(yè)。當(dāng)前47頁(yè)，總共83頁(yè)。3、DNA甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)理DNA甲基化導(dǎo)致某些區(qū)域DNA構(gòu)象變化，從而影響了蛋白質(zhì)與DNA的相互作用，抑制了轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)區(qū)DNA的結(jié)合效率。當(dāng)組蛋白H1與含CCGG序列的甲基化或非甲基化DNA分別形成復(fù)合體時(shí)，DNA的構(gòu)型存在著很大的差別，甲基化達(dá)到一定程度時(shí)會(huì)發(fā)生從常規(guī)的B-DNA向Z-DNA的過(guò)渡。由于Z-DNA結(jié)構(gòu)收縮，螺旋加深，使許多蛋白質(zhì)因子賴以結(jié)合的元件縮入大溝而不利于基因轉(zhuǎn)錄的起始。當(dāng)前48頁(yè)，總共83頁(yè)。有實(shí)驗(yàn)用序列相同但甲基化水平不同的DNA為材料，比較其作為RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄模板的活性，發(fā)現(xiàn)甲基的引入不利于模板與RNA聚合酶的結(jié)合，降低了其體外轉(zhuǎn)錄活性。當(dāng)前49頁(yè)，總共83頁(yè)。

5-甲基胞嘧啶在DNA上并不是隨機(jī)分布的，基因的5‘端和3’端往往富含甲基化位點(diǎn)，而啟動(dòng)區(qū)DNA分子上的甲基化密度與基因轉(zhuǎn)錄受抑制的程度密切相關(guān)。

當(dāng)前50頁(yè)，總共83頁(yè)。對(duì)于弱啟動(dòng)子來(lái)說(shuō)，稀少的甲基化就能使其完全失去轉(zhuǎn)錄活性。當(dāng)這一類啟動(dòng)子被增強(qiáng)時(shí)（帶有增強(qiáng)子），即使不去甲基化也可以恢復(fù)其轉(zhuǎn)錄活性。若進(jìn)一步提高甲基化密度，即使增強(qiáng)后的啟動(dòng)子仍無(wú)轉(zhuǎn)錄活性。因?yàn)榧谆瘜?duì)轉(zhuǎn)錄的抑制強(qiáng)度與MeCPl（methylCpG-bindingproteinl）結(jié)合DNA的能力成正相關(guān)，甲基化CpG的密度和啟動(dòng)子強(qiáng)度之間的平衡決定了該啟動(dòng)子是否具有轉(zhuǎn)錄活性。當(dāng)前51頁(yè)，總共83頁(yè)。4、DNA甲基化與X染色體失活

X染色體失活是發(fā)育過(guò)程中獨(dú)特的調(diào)節(jié)機(jī)制。雌性胎生哺乳類動(dòng)物細(xì)胞中兩條X染色體之一在發(fā)育早期隨機(jī)失活，以確保與只有一條X染色體的雄性個(gè)體內(nèi)X染色體基因的劑量相同。一旦發(fā)生X染色體失活，這個(gè)信息便能夠穩(wěn)定地傳遞給子代細(xì)胞，使該細(xì)胞有絲分裂所產(chǎn)生的后代都保持同一條X染色體失活。當(dāng)前52頁(yè)，總共83頁(yè)。第三節(jié)反式作用因子

(transactingfactors)

當(dāng)前53頁(yè)，總共83頁(yè)。一、反式作用因子(transactingfactors)由不同染色體上基因座位編碼的、能直接或間接地識(shí)別或結(jié)合在各順式作用元件8－12bp核心序列上并參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的這些結(jié)合蛋白，稱作反式作用因子(transactingfactor)。當(dāng)前54頁(yè)，總共83頁(yè)。反式作用因子在轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)中具有特殊的重要性。這類DNA結(jié)合蛋白有多種，能特異性識(shí)別這類蛋白的序列也有多種。正是不同的DNA結(jié)合蛋白與不同識(shí)別序列之間在空間結(jié)構(gòu)上的相互作用，以及蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間的相互作用，構(gòu)成了復(fù)雜的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制的基礎(chǔ)。當(dāng)前55頁(yè)，總共83頁(yè)。

真核生物啟動(dòng)子和增強(qiáng)子是由若干DNA序列元件組成的，由于它們常與特定的功能基因連鎖在一起，因此被稱為順式作用元件。這些序列組成基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控區(qū)，影響基因的表達(dá)。

反式作用因子是能直接或間接地識(shí)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)。當(dāng)前56頁(yè)，總共83頁(yè)。如果某個(gè)蛋白是體外轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)中起始RNA合成所必需的，它就是轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的一部分。根據(jù)各個(gè)蛋白成分在轉(zhuǎn)錄中的作用，將整個(gè)復(fù)合物分為3部分：①參與所有或某些轉(zhuǎn)錄階段的RNA聚合酶亞基，不具有基因特異性。當(dāng)前57頁(yè)，總共83頁(yè)。②與轉(zhuǎn)錄的起始或終止有關(guān)的輔助因子，不具有基因特異性。③與特異調(diào)控序列結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子。它們中有些被認(rèn)為是轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的一部分，因?yàn)樗谢虼蟛糠只虻膯?dòng)區(qū)都含有這一特異序列。更多的則是基因或啟動(dòng)子特異性結(jié)合調(diào)控蛋白，它們是起始某個(gè)（類）基因轉(zhuǎn)錄所必需的。當(dāng)前58頁(yè)，總共83頁(yè)。二、反式作用因子可以分為3類

(1)

通用反式作用因子，主要識(shí)別啟動(dòng)子的核心啟動(dòng)成分（2）特殊組織與細(xì)胞中的反式作用因子（3）和反應(yīng)性元件（responseelenents）相結(jié)合的反式作用因子。如HSE（熱休克反應(yīng)元件，heatshockresponseelement），

GRE（糖皮質(zhì)激素反應(yīng)元件glucocorticoidresponseelement）；MRE（金屬反應(yīng)元件，metalresponseelement）；TRE（腫瘤誘導(dǎo)劑反應(yīng)元件，tumorgenicagentresponseelement);當(dāng)前59頁(yè)，總共83頁(yè)。三、DNA結(jié)合蛋白的共同特性：（1）具有一些與DNA結(jié)合的螺旋區(qū)（2）能形成二聚體（3）有一個(gè)共同的基本序列當(dāng)前60頁(yè)，總共83頁(yè)。DNA結(jié)合蛋白基本序列由40—50個(gè)氨基酸組成，含有2個(gè)兩親的(既有極性基也有非極性基)螺旋，由2個(gè)長(zhǎng)度不等的連接區(qū)(環(huán))相連。通過(guò)兩條螺旋對(duì)應(yīng)位置上的疏水性氨基酸殘基之間的相互作用，可以生成同源二聚體或異源二聚體。每個(gè)螺旋區(qū)長(zhǎng)15一16個(gè)氨基酸，其中有幾個(gè)氨基酸殘基是保守的。兩個(gè)螺旋區(qū)之間的環(huán)使兩個(gè)螺旋區(qū)可以彼此獨(dú)立地相互作用。當(dāng)前61頁(yè)，總共83頁(yè)。DNA結(jié)合蛋白當(dāng)前62頁(yè)，總共83頁(yè)。第四節(jié)真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的主要模式當(dāng)前63頁(yè)，總共83頁(yè)。一、蛋白質(zhì)磷酸化、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及基因表達(dá)

蛋白質(zhì)的磷酸化是指由蛋白質(zhì)激酶催化的把ATP或GTP上γ位的磷酸基轉(zhuǎn)移到底物蛋白質(zhì)氨基酸殘基上的過(guò)程，其逆轉(zhuǎn)過(guò)程是由蛋白質(zhì)磷酸酶催化的，稱為蛋白質(zhì)脫磷酸化。

當(dāng)前64頁(yè)，總共83頁(yè)。蛋白質(zhì)的磷酸化蛋白質(zhì)的磷酸化反應(yīng)是生物體內(nèi)存在的一種普遍的調(diào)節(jié)方式，在細(xì)胞信號(hào)的傳遞過(guò)程中占有極其重要的地位。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在人體內(nèi)有多達(dá)2000個(gè)左右的蛋白質(zhì)激酶和1000個(gè)左右的蛋白質(zhì)磷酸酶基因。當(dāng)前65頁(yè)，總共83頁(yè)。蛋白質(zhì)的磷酸化與去磷酸化過(guò)程是生物體內(nèi)普遍存在的信息傳導(dǎo)調(diào)節(jié)方式，幾乎涉及所有的生理及病理過(guò)程，如糖代謝、光合作用、細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育、神經(jīng)遞質(zhì)的合成與釋放甚至癌變等等。當(dāng)前66頁(yè)，總共83頁(yè)。蛋白激酶的種類根據(jù)底物蛋白質(zhì)被磷酸化的氨基酸殘基的種類可分為三大類：

1、絲氨酸/蘇氨酸型。這類蛋白激酶使底物蛋白質(zhì)的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化。2、酪氨酸型。被磷酸化的是底物的酪氨酸殘基。

當(dāng)前67頁(yè)，總共83頁(yè)。3、是“雙重底物特異性蛋白激酶（dual-specificityproteinkinase），既可使絲氨酸和蘇氨酸殘基磷酸化又可使酪氨酸殘基磷酸化。細(xì)胞受刺激以后，通過(guò)蛋白質(zhì)磷酸化及一系列級(jí)聯(lián)放大過(guò)程將胞外信號(hào)轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)信號(hào)，從而引起廣泛的生理反應(yīng)。當(dāng)前68頁(yè)，總共83頁(yè)。二、激素的調(diào)控作用：

激素誘導(dǎo)模式：真核生物內(nèi)的調(diào)控信號(hào)來(lái)自體內(nèi)激素，這些可擴(kuò)散的物質(zhì)稱反式作用因子。許多類固醇激素（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(guò)啟始基因轉(zhuǎn)錄而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)前69頁(yè)，總共83頁(yè)。

三、作用機(jī)制：

靶細(xì)胞具有專一的細(xì)胞質(zhì)受體，可與激素形成復(fù)合物，導(dǎo)致三維結(jié)構(gòu)甚至化學(xué)性質(zhì)的變化。經(jīng)修飾的受體與激素復(fù)合物通過(guò)核膜進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，并與染色質(zhì)的特定區(qū)域相結(jié)合，導(dǎo)致基因轉(zhuǎn)錄的起始或關(guān)閉。研究發(fā)現(xiàn)，體內(nèi)存在的許多糖皮質(zhì)類激素應(yīng)答基因都有一段大約20bp的順式作用元件（激素應(yīng)答元件），該序列具有類似增強(qiáng)子的作用，其活性受激素制約。

當(dāng)前70頁(yè)，總共83頁(yè)。靶細(xì)胞中含有大量激素受體蛋白，而非靶細(xì)胞中沒(méi)有或很少有這類受體，這是激素調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄組織特異性的根本原因。所有固醇類激素的受體蛋白分子都有相同的結(jié)構(gòu)框架，包括保守性極高的、位于分子中央的DNA結(jié)合區(qū)，位于C端的有較強(qiáng)同源性的激素結(jié)合區(qū)和保守性較小的N端。該區(qū)的具體功能不詳，但它的存在保證了轉(zhuǎn)錄的高效進(jìn)行。當(dāng)前71頁(yè)，總共83頁(yè)。研究還發(fā)現(xiàn)，如果糖皮質(zhì)激素受體蛋白激素結(jié)合區(qū)的某個(gè)部分丟失，就變成一種永久型的活性分子，即無(wú)需激素誘導(dǎo)也有激活基因轉(zhuǎn)錄的作用。當(dāng)前72頁(yè)，總共83頁(yè)。第五節(jié)基因轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控當(dāng)前73頁(yè)，總共83頁(yè)。一、不同剪接方式可產(chǎn)生不同的mRNA：

組成型剪接、交替剪接；

組成型剪接：大多數(shù)前體mRNA都含有多個(gè)內(nèi)含子，他們常被有序的逐一切除，形成一個(gè)由各外顯子連接而成的成熟mRNA，這種剪接方式稱~。當(dāng)前74頁(yè)，總共83頁(yè)。交替剪接（alt