基因的表達(dá)與調(diào)控真核基因表達(dá)調(diào)控模式

基因的表達(dá)與調(diào)控真核基因表達(dá)調(diào)控模式第1頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四1.真核基因表達(dá)調(diào)控的特點2.DNA染色體水平的調(diào)控3.真核基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控4.翻譯水平的調(diào)節(jié)因素及其調(diào)節(jié)內(nèi)容第2頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四

真核生物（除酵母、藻類和原生動物等單細(xì)胞類之外）主要由多細(xì)胞組成，每個細(xì)胞基因組中蘊(yùn)藏的遺傳信息量及基因數(shù)量都大大高于原核生物人類細(xì)胞單倍體基因組有3×109bp，為大腸桿菌總DNA的1000倍，噬菌體的10萬倍左右真核生物染色質(zhì)被包裹在細(xì)胞核內(nèi)，基因的轉(zhuǎn)錄（核內(nèi)）和翻譯（細(xì)胞質(zhì)內(nèi)）被核膜所隔開，核內(nèi)RNA的合成與轉(zhuǎn)運(yùn)，細(xì)胞質(zhì)中RNA的剪接和加工等都屬于真核生物基因調(diào)控的范圍第3頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四

真核生物基因表達(dá)的調(diào)控是當(dāng)前分子生物學(xué)中最活躍的研究領(lǐng)域之一人們已經(jīng)能夠利用許多過去不曾具備的先進(jìn)儀器設(shè)備等手段來研究許多分子生物學(xué)方面的重大問題，使我們能從分子水平上認(rèn)識許多復(fù)雜的基因表達(dá)過程第4頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四1真核基因表達(dá)調(diào)控的特點

真核基因表達(dá)調(diào)控的許多基本原理與原核生物基因(以下稱原核基因)相同。

主要表現(xiàn)在：第5頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四①與原核基因的調(diào)控一樣，真核基因表達(dá)調(diào)控也有轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控和轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控，并且也以轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控為最重要②在真核結(jié)構(gòu)基因的上游和下游(甚至內(nèi)部)也存在著許多特異的調(diào)控成分，并依靠特異蛋白因子與這些調(diào)控成分的結(jié)合與否調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄真核基因表達(dá)調(diào)控的許多基本原理與原核基因相同第6頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四由兩者生活方式的不同所決定的真核基因表達(dá)調(diào)控與原核基因的4點不同點①原核細(xì)胞的染色質(zhì)是裸露的DNA，而真核細(xì)胞染色質(zhì)則是由DNA與組蛋白緊密結(jié)合形成的核小體

在原核細(xì)胞中染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對基因的表達(dá)沒有明顯的調(diào)控作用，而在真核細(xì)胞中這種作用十分明顯第7頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四②在原核基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控中，既有激活物參與的正調(diào)控，也有阻遏物參與的負(fù)調(diào)控，二者同等重要。

真核細(xì)胞中雖然也有正調(diào)控成分和負(fù)調(diào)控成分，但主要是正調(diào)控，且一個真核基因通常有多個調(diào)控序列，必須有多個激活物同時特異地結(jié)合上去才能調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。真核基因表達(dá)調(diào)控與原核基因的4個不同點第8頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四③原核基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯通常是相互偶聯(lián)的，即在轉(zhuǎn)錄尚未完成之前翻譯便已開始。

真核基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯在時空上是分開的，從而使真核基因的表達(dá)有多種調(diào)控機(jī)制，其中許多機(jī)制是原核細(xì)胞所沒有的；真核基因表達(dá)調(diào)控與原核基因的4個不同點第9頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四④真核生物大都為多細(xì)胞生物，在個體發(fā)育過程中發(fā)生細(xì)胞分化后，不同細(xì)胞的功能不同，基因表達(dá)的情況也就不一樣，某些基因僅特異地在某種細(xì)胞中表達(dá)，稱為細(xì)胞特異性或組織特異性表達(dá)，因而具有調(diào)控這種特異性表達(dá)的機(jī)制。真核基因表達(dá)調(diào)控與原核基因的4個不同點第10頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四

真核生物基因調(diào)控，根據(jù)其性質(zhì)可分為

第一類是瞬時調(diào)控或稱可逆性調(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)，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)。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。在一株玉米的全部細(xì)胞內(nèi)都有發(fā)育雌花絲的基因，但是在根、莖、葉上不會長出雌花絲來，只有在形成子房后，在子房的頂端才長出雌花絲第11頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四真核生物基因調(diào)控，根據(jù)順序可分為

轉(zhuǎn)錄水平

RNA加工成熟水平轉(zhuǎn)錄后水平翻譯水平蛋白質(zhì)加工水平第12頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四真核生物基因表達(dá)的一般過程第13頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四真核基因表達(dá)的多級調(diào)控⑤翻譯調(diào)節(jié)真核染色質(zhì)體（DNA）①轉(zhuǎn)錄前調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄初級產(chǎn)物RNA（Pro－RNA）hnRNA③轉(zhuǎn)錄后加工的調(diào)節(jié)④轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)節(jié)mRNA⑥mRNA降解的調(diào)控mRNA降解物多肽鏈⑦翻譯后加工及蛋白質(zhì)活性控制活性蛋白失活蛋白②轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)第14頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四2.DNA染色體水平的調(diào)控

每個真核細(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

基因組DNA中基因之間存在許多重復(fù)序列、基因內(nèi)部有大量不編碼蛋白質(zhì)的序列、真核生物的DNA常與蛋白質(zhì)(包括組蛋白和非組蛋白)結(jié)合形成十分復(fù)雜的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、染色質(zhì)構(gòu)象的變化、染色質(zhì)中蛋白質(zhì)的變化以及染色質(zhì)對DNA酶敏感程度的不同等，都直接影響著真核基因的表達(dá)調(diào)控。第15頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四

真核細(xì)胞基因表達(dá)調(diào)控在DNA和染色體水平上主要有以下幾個方面：染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)、DNA在染色體上的位置、基因拷貝數(shù)的變化、基因重組、基因擴(kuò)增、基因丟失、基因重排、DNA修飾等2.DNA染色體水平的調(diào)控第16頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四在細(xì)胞分裂間期的細(xì)胞核中，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

常染色質(zhì)：折疊疏松、凝縮程度低，處于伸展?fàn)顟B(tài)，堿性染料染色時著色淺

異染色質(zhì)：折疊壓縮程度高，處于凝集狀態(tài)，經(jīng)堿性染料染色著色深

真核基因的活躍轉(zhuǎn)錄是在常染色質(zhì)上進(jìn)行

(1)染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)第17頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四(1)染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)在間期細(xì)胞中以核小體為基本單位的染色質(zhì)是真核基因組DNA的主要存在方式。DNA盤繞組蛋自核心形成核小體，妨礙了與轉(zhuǎn)錄因子及RNA聚合酶的靠近和結(jié)合。使基因的活性受到抑制

第18頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四但這種作用可以通過改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的一系列重要變化可以暴露順式作用元件及其鄰近區(qū)域，使轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合并起始轉(zhuǎn)錄染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)第19頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四DNA（2nm）核小體(10nm）一級結(jié)構(gòu)螺旋管（30nm，6個核小體）二級結(jié)構(gòu)超螺旋管（0.4μm）三級結(jié)構(gòu)染色單體（2μm）四級結(jié)構(gòu)

染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)第20頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四第21頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四異染色質(zhì)（核內(nèi)深染部分）和常染色質(zhì)（核內(nèi)淺染部分）

電鏡觀察細(xì)胞分裂間期中染色質(zhì)情況第22頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四果蠅基因轉(zhuǎn)錄時常染色質(zhì)與異染色質(zhì)示意圖圖上黑點為H3尿嘧啶標(biāo)記物的放射自顯影第23頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)錄發(fā)生之前，染色質(zhì)常常在特定的區(qū)域被解旋或松弛，形成自由DNA并發(fā)生DNA局部結(jié)構(gòu)的變化，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)基因暴露，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄因子與啟動區(qū)DNA的結(jié)合，從而使基因轉(zhuǎn)錄第24頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四按功能狀態(tài)的不同可將染色質(zhì)分為活性染色質(zhì)和非活性染色質(zhì)，所謂活性染色質(zhì)是指具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)；非活性染色質(zhì)是指沒有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)活性染色質(zhì)由于核小體發(fā)生構(gòu)象的改變，往往具有疏松的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)從而便于轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子與順式調(diào)控元件結(jié)合及RNA聚合酶在轉(zhuǎn)錄模板上滑動活性染色質(zhì)(1)染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)第25頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四真核細(xì)胞中基因轉(zhuǎn)錄的模板是染色質(zhì)而不是裸露的DNA，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(1)染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)第26頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四活性染色質(zhì)的主要特點在結(jié)構(gòu)上活性染色質(zhì)上具有DNaseI超敏感位點活性染色質(zhì)上具有基因座控制區(qū)活性染色質(zhì)上具有核基質(zhì)結(jié)合區(qū)（MAR序列）第27頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四DNaseⅠ（DNA酶I）超敏感位點DHSs

活躍表達(dá)的基因所在染色質(zhì)上包含一個或數(shù)個DNaseⅠ超敏感位點，常出現(xiàn)在轉(zhuǎn)錄基因的5‘端啟動區(qū)，多在調(diào)控蛋白結(jié)合位點的附近，該處易被核酸酶降解，使DNA裸露，啟動基因表達(dá)第28頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四C為對照無DNaseI;U為沒有誘導(dǎo)但加DNaseI;為誘導(dǎo)乙醇脫氫酶轉(zhuǎn)錄，加DNaseI,被酶切成四條帶DNaseI的超敏感位點是轉(zhuǎn)錄的活躍區(qū)第29頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四用DNA酶I處理各種組織的染色質(zhì)時，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(1)染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)第30頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四

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物卵細(xì)胞發(fā)生減數(shù)分裂時才能被觀察到，它是染色體充分伸展時的一種形態(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)，有時還能看到核糖核蛋白RNP沿著這些突起結(jié)構(gòu)移動，表明這些DNA正在被RNA聚合酶所轉(zhuǎn)錄第31頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四

占先模型(pre-emptivemodel)可以解釋轉(zhuǎn)錄時染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化。該模型認(rèn)為基因能否轉(zhuǎn)錄取決于特定位置上組蛋白和轉(zhuǎn)錄因子之間的不可逆競爭性結(jié)合。(1)染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)第32頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四第33頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四

要阻止核小體形成，則必須保持轉(zhuǎn)錄因子同DNA的持續(xù)結(jié)合。盡管該模型揭示了轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合對核小體結(jié)構(gòu)的影響，但這種簡單的占先原則并不能很好的反映體內(nèi)的實際情況動態(tài)模型(dynamicmodel)則較好地解決了上述問題，并不斷被新的實驗結(jié)果所證實該模型認(rèn)為轉(zhuǎn)錄因子與組蛋白處于動態(tài)競爭之中，基因轉(zhuǎn)錄前染色質(zhì)必須經(jīng)歷結(jié)構(gòu)上的改變，即轉(zhuǎn)換核小體中的全部或部分成分并重新組裝，這個耗能的基因活化過程稱為染色質(zhì)重構(gòu)(chromatinremodeling)(1)染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)第34頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四第35頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四(2)組蛋白的修飾

各種核心組蛋白都可能被乙酰化，其中H3和H4上分布著乙?；闹饕稽c組蛋白的乙?；c基因表達(dá)水平密切相關(guān)，是一個動態(tài)過程，高乙?；腔钚匀旧|(zhì)的標(biāo)志之一，而低乙?；０殡S著轉(zhuǎn)錄沉默而失活,X染色體中H4組蛋白則完全不被乙?；?。此外DNA復(fù)制過程也伴隨有組蛋白的乙?；?6頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四組蛋白與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)錄轉(zhuǎn)錄活躍的區(qū)域也常缺乏核小體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行活躍基因轉(zhuǎn)錄的染色質(zhì)區(qū)段常有富含賴氨酸的組蛋白（H1組蛋白）水平降低、H2A、H2B組蛋白二聚體不穩(wěn)定性增加、組蛋白乙?；╝cetylation）和泛素化（obiquitination）、以及H3組蛋白巰基活化等現(xiàn)象，這些都是核小體不穩(wěn)定或解體的因素，核小體的結(jié)構(gòu)消除或改變，會使DNA結(jié)構(gòu)由右旋變?yōu)樽笮瑢?dǎo)致結(jié)構(gòu)基因暴露，促使轉(zhuǎn)錄因子與啟動區(qū)結(jié)合，誘發(fā)轉(zhuǎn)錄

(2)組蛋白的修飾第37頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四第38頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四

動物基因組DNA中約有2-7％的胞嘧啶是被甲基化修飾的，形成5-甲基胞嘧啶(mC)，幾乎所有的mC與其3′的鳥嘌呤以5′mCpG3′的形式存在，可占全部CpG的50-

70％。(3)DNA甲基化與轉(zhuǎn)錄抑制第39頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四DNA甲基化的主要形式

主要形成5-甲基胞嘧啶(5-mC)，少量N6-甲基腺嘌呤(N6-mA)和7-甲基鳥嘌呤(7-mG)。在真核生物DNA中，胞嘧啶約有5%被甲基化，5-甲基胞嘧啶主要出現(xiàn)在CpG和CpXpG等序列中第40頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四CpG二核苷酸序列通常成串出現(xiàn)并零散地分布于基因組中，此段序列被稱為CpG島。哺乳類基因組中約存在4萬個CpG島，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60-

90%的CpG被甲基化，CpG島在基因表達(dá)調(diào)控中起重要作用真核生物中的CpG島與甲基化第41頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四真核生物甲基化酶的分類日常型（mainte-nance）甲基轉(zhuǎn)移酶：分I、II、III三類，它們在甲基化母鏈（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應(yīng)的胞嘧啶甲基化，例如DNA復(fù)制之后新鏈的甲基化從頭合成（denovosynthesis）甲基轉(zhuǎn)移酶：催化未甲基化的CpG成為mCpG，不需要母鏈指導(dǎo)，但速度很慢(3)DNA甲基化與轉(zhuǎn)錄抑制第42頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四三類日常型甲基轉(zhuǎn)移酶的特點回文序列：5’GAATTC3’5’GGATCC3’3’CTTAAG5’3’CCTAGG5’第43頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)制

DNA甲基化會導(dǎo)致某些區(qū)域DNA構(gòu)象改變，包括甲基化后染色質(zhì)對于核酸酶或限制性內(nèi)切酶的敏感度下降，更容易與組蛋白H1相結(jié)合，DNaseⅠ超敏感位點丟失，使染色質(zhì)高度螺旋化,凝縮成團(tuán),直接影響了轉(zhuǎn)錄因子于啟動區(qū)DNA的結(jié)合效率的結(jié)合活性，不能啟始基因轉(zhuǎn)錄。

DNA的甲基化不利于模板與RNA聚合酶的結(jié)合，降低了轉(zhuǎn)錄活性甲基化的CpG可以通過與甲基化CpG結(jié)合蛋白因子MeCP1（methylCpG-bindingprotein1）的結(jié)合間接影響轉(zhuǎn)錄因子與DNA的結(jié)合第44頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四甲基化對基因轉(zhuǎn)錄的影響第45頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四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(qiáng)時，即使不去甲基化也可以恢復(fù)其轉(zhuǎn)錄活性。甲基化密度較高時，即使增強(qiáng)后的啟動子仍無轉(zhuǎn)錄活性甲基化對轉(zhuǎn)錄的抑制強(qiáng)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CpG的密度和啟動子強(qiáng)度之間的平衡決定了該啟動子是否具有轉(zhuǎn)錄活性

DNA甲基化與轉(zhuǎn)錄抑制第46頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四

甲基化對基因轉(zhuǎn)錄影響模式圖第47頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四基因印記由表觀遺傳修飾決定的，來源于雙親(Parent-of-origin)的特異性表達(dá)的基因A.兩個等位基因中只有一個印記基因表達(dá)B.可遺傳的修飾，并且不改變基因序列的組成由雙親基因組功能的不對稱性所決定第48頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四1.父系印記基因:來自父系的等位基因的表達(dá)被抑制來自母系的等位基因表達(dá)(mono-allelic)2.母系印記基因:來自母系的等位基因的表達(dá)被抑制來自父系的等位基因表達(dá)(mono-allelic)基因印記第49頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四在小鼠中已發(fā)現(xiàn)>80個印記基因一般認(rèn)為在人中具有大致相等數(shù)量的印記基因基因表達(dá)譜的分析結(jié)果表明可能有更多的印記基因主要功能:出生前的生長發(fā)育;父系基因的表達(dá)胚胎發(fā)育能力增強(qiáng)母系基因的表達(dá)胚胎發(fā)育能力削弱在特定細(xì)胞系及神經(jīng)發(fā)育方面有重要功能基因印記第50頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四基因組印記的相關(guān)理論兩性之戰(zhàn)(Kinship)，遺傳斗爭(GeneticConflict),雙親投資(ParentalInvestment)許多印記基因與胎兒(fetus)和胎盤(placenta)的生長和發(fā)育相關(guān)父系：希望后代健康，能夠延續(xù)基因的存在。父系表達(dá)的基因，例如Igf2,Peg3能夠促進(jìn)胎兒的生長以及營養(yǎng)的攝取，可能會損害母系的健康母系：產(chǎn)生更多的后代，延續(xù)自己的基因。母系表達(dá)的基因，例如Igf2R,Mash2,Gnas等能夠抑制胎兒的生長，減少營養(yǎng)的開支，從而提高生育后代的數(shù)量。第51頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四X-chromosomeinactivation雌性的一條X染色體完全失去活性在哺乳動物中，雌雄性個體X染色體的數(shù)目不同，這類動物需要以一種方式來解決X染色體劑量的差異。在雌性哺乳動物中，兩條X染色體有一個是失活的，稱為X染色體的劑量補(bǔ)償(dosagecompensation)X染色體失活的選擇和起始發(fā)生在胚胎發(fā)育的早期,這個過程被X失活中心(X-inactivationcenter,Xic)所控制,是一種反義轉(zhuǎn)錄調(diào)控模式第52頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四失活的X染色體被稱為Barrbody第53頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四

萊昂假說的內(nèi)容巴氏小體是一條失活的X染色體；哺乳動物雌性個體兩條X染色體有其中一條在受精后失活；兩條X染色體中哪一條失活是隨機(jī)的；細(xì)胞中某染色體失活后，由該細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞都是該染色體失活；生殖細(xì)胞形成時，失活的染色體得以恢復(fù)。1961年，TheLyonHypothesis,由英國遺傳學(xué)家MaryLyon提出X染色體失活：Lyonization第54頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四X染色體隨機(jī)失活，雌性為多，如為雄性，則XXY黃色：顯性黑色：隱性玳瑁貓第55頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四

萊昂假說證據(jù)○雌性三色貓腹部白色，背部和頭部散布黃色和黑色的斑塊

基因型為XBXb,B基因產(chǎn)生黑斑，b基因產(chǎn)生黃斑。XB和Xb隨機(jī)失活，有活性的基因表現(xiàn)出相應(yīng)的斑塊，形成黑黃相間的斑塊?！鹈偳缎∈蠛诎装呙偳洞菩孕∈?/p>

基因型為XBXb,B基因產(chǎn)生黑斑，b基因產(chǎn)生白斑。XB和Xb隨機(jī)失活，有活性的基因表現(xiàn)出相應(yīng)的斑塊，形成黑白相間的斑塊。X染色體失活：Lyonization第56頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四人類6-磷酸葡萄糖脫氫酶（G-6PD）的測定

G-6PD基因位于X染色體，男女活性相同，表明女性有一條X染色體失活。

G-6PD電泳分出快型F和慢型S，由一對等位基因F和S編碼。FF或SS型出現(xiàn)一條帶，F(xiàn)/S型出現(xiàn)兩條帶。用胰酶消材化處理F/S型女人的皮膚組織，使其分成單個細(xì)胞，進(jìn)行單克隆培養(yǎng)，從各克隆取樣電泳，每個克隆都只有一條帶。X染色體失活：Lyonization第57頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四在真核細(xì)胞的細(xì)胞核內(nèi)，除核被膜、核纖絲、核仁和染色質(zhì)之外，還存在著一個以蛋白質(zhì)為主的網(wǎng)狀系統(tǒng)，即核基質(zhì)(核骨架)。主要有非組蛋白和高分子量RNA組成核基質(zhì)纖維直徑3-30nm，主要成分包括DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ、核基質(zhì)蛋白以及多種DNA結(jié)合蛋白，并含有少量RNA(4)核基質(zhì)與基因活化第58頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四

在基因表達(dá)調(diào)控的眾多過程中，轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控最為重要，而轉(zhuǎn)錄調(diào)控又以轉(zhuǎn)錄的起始為關(guān)鍵性的環(huán)節(jié)3.真核基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)控制第59頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四真核基因調(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-actingelement）和反式作用因子（trans－actingfactor，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)雜的相互作用來實現(xiàn)的。真核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控是整個基因表達(dá)調(diào)控的關(guān)鍵點之一第60頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四順式作用元件：由若干可以區(qū)分的DNA序列組成，并與特定的功能基因相連，組成基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控區(qū)，通過與相應(yīng)的反式作用因子結(jié)合，實現(xiàn)對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控反式作用因子：能直接地或間接地識別或結(jié)合在各類順式作用元件核心序列上，參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的蛋白因子，也被稱為轉(zhuǎn)錄因子（TF）第61頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四真核與原核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控的區(qū)別①原核生物功能相關(guān)的基因常組織在一起構(gòu)成操縱子，作為基因表達(dá)和調(diào)節(jié)的單元真核生物基因不組成操縱子，每個基因都有其自身的基本啟動子和調(diào)節(jié)元件，單獨(dú)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄②原核生物的調(diào)節(jié)元件種類較少，主要包括上游的啟動區(qū)域調(diào)控元件和激活蛋白(activator)以及阻遏蛋白(repressor)的結(jié)合位點；真核生物的調(diào)節(jié)元件種類很多，包括上游調(diào)節(jié)元件，如組成型元件、可誘導(dǎo)元件、應(yīng)答元件、增強(qiáng)子和沉默子以及反式作用因子如激活因子、阻遏因子等第62頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四③無論是原核還是真核生物，其轉(zhuǎn)錄都受反式調(diào)節(jié)因子(轉(zhuǎn)錄激活因子或抑制因子)的調(diào)節(jié)這類調(diào)節(jié)可在兩個水平上進(jìn)行通過調(diào)節(jié)因子的生物合成(即對其種類和數(shù)量的調(diào)節(jié))，其過程緩慢而持續(xù)，主要涉及到細(xì)胞的分化等通過對它們進(jìn)行構(gòu)象轉(zhuǎn)變或共價修飾(即對其活性的調(diào)節(jié))真核與原核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控的區(qū)別第63頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四④真核生物具有染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，基因活化首先需要改變?nèi)旧|(zhì)的狀態(tài)，使轉(zhuǎn)錄因子能夠接觸并作用于啟動子，稱此過程為染色質(zhì)改型(chromatinremodeling)染色質(zhì)水平的調(diào)節(jié)主要涉及真核生物發(fā)育與細(xì)胞分化等調(diào)節(jié)真核與原核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控的區(qū)別第64頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四第65頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四第66頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四

(1)順反子

(2)啟動子(promoter)

(3)增強(qiáng)子對轉(zhuǎn)錄的影響

(4)絕緣子(insulator)

(5)Britten-Davidson模型真核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控的順式作用元件第67頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四

一個完整的基因，不但包括編碼區(qū)（codingregion），還包括5’和3’端長度不等的特異性序列，它們雖然不編碼氨基酸，卻在基因表達(dá)的過程中起著重要作用。所以，“基因”的分子生物學(xué)定義是：產(chǎn)生一條多肽鏈或功能RNA所必需的全部核苷酸序列第68頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四順式作用元件第69頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四(4)絕緣子(insulator)

絕緣子(insulator)是近年發(fā)現(xiàn)的一類特殊順式作用元件，它不同于增強(qiáng)子，其功能是阻止激活或阻遏作用在染色質(zhì)上的傳遞，使染色質(zhì)的活性限定于結(jié)構(gòu)域之內(nèi)。如果將—個絕緣子置于增強(qiáng)子和啟動子之間，它能阻止增強(qiáng)子對啟動子的激活。如果一個絕緣子在活性基因和異染色質(zhì)之間，則它可保護(hù)該基因免受異染色質(zhì)化而失活。說明：絕緣子可能影響染色質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)第70頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四(5)Britten-Davidson模型

1969年，Britten和Davidson提出了真核生物單拷貝基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的模型。認(rèn)為在整合基因的5′端連接著一段具有高度專一性的DNA序列，稱為傳感基因(Sensorgene)，當(dāng)它和某種信號分子(如激素或激素蛋白復(fù)合物)相互作用時，激活了整合基因的表達(dá)，產(chǎn)生具有生物活性的RNA或蛋白質(zhì)分子；當(dāng)整合基因的表達(dá)產(chǎn)物和受體基因(receptorgene)相互作用時，就啟動了結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)第71頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四如果許多結(jié)構(gòu)基因的鄰近位置上同時具有相同的受體基因，則這些基因?qū)⑹艿侥骋环N激活因子的控制而表達(dá)，這些基因就歸屬到一個組如果有幾個不同的受體基因與—個結(jié)構(gòu)基因相鄰接，它們能被不同的因子所激活，那么這個結(jié)構(gòu)基因就會在不同的情況下表達(dá)如果一個傳感基因可以控制幾個整合基因，則一種信號分子就可以通過一個相應(yīng)的傳感基因激活幾個組中的基因。因此，可以把一個傳感基因所控制的全部基因歸屬為—套。如果一種整合基因重復(fù)出現(xiàn)在不同的套中，則同一組基因也可以分屬于不同的套(5)Britten-Davidson模型第72頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四基因的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄及其調(diào)節(jié)

參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控的蛋白因子有3類:基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子(通用轉(zhuǎn)錄因子):廣泛分布于各種細(xì)胞類型,與核心啟動子結(jié)合上游因子:與上游啟動子序列結(jié)合,提高轉(zhuǎn)錄水平可誘導(dǎo)因子:其識別序列稱為應(yīng)答元件

第73頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四

基因的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄是指由核心啟動子與通用轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合后起始的轉(zhuǎn)錄過程。只含有通用轉(zhuǎn)錄因子和上游因子識別序列的啟動子可在各種細(xì)胞類型中都發(fā)揮作用，由它所控制的基因呈組成型表達(dá)，用以合成細(xì)胞所必需的各種成分，又稱為管家基因(house-keepinggene)。基因的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄及其調(diào)節(jié)第74頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四反式作用因子的結(jié)構(gòu)與功能遠(yuǎn)離受影響的基因之外的基因所編碼的產(chǎn)物，又稱為轉(zhuǎn)錄因子。有非特異性和特異性之分有三個結(jié)構(gòu)域：

DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域

轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域

二聚化結(jié)構(gòu)域許多轉(zhuǎn)錄因子含有介導(dǎo)蛋白質(zhì)二聚化的位點，二聚體的形成對它們行使功能具有重要意義

第75頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四第76頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四反式作用因子的結(jié)構(gòu)與功能第77頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四

DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域：螺旋-轉(zhuǎn)折-螺旋（Helix-turn-helix，H-T-H）鋅指結(jié)構(gòu)（zincfinger）堿性-亮氨酸拉鏈（basic-leucinezipper）堿性-螺旋-環(huán)-螺旋（basic–helix/loop/helix，bHLH）第78頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四(1)螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋結(jié)構(gòu)基序

(helix-turn-helix，HTH)

螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋結(jié)構(gòu)由兩段α螺旋及連接它們的β轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)組成，一般長約20個AA殘基，由其中靠近C端的一段螺旋與DNA大溝中的堿基直接接觸，該螺旋稱為識別α螺旋，另一段螺旋沒有特異性，與DNA骨架相接觸第79頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四第80頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四(2)鋅指結(jié)構(gòu)基序(zincfinger，ZF)一種常出現(xiàn)在DNA結(jié)合蛋白中的結(jié)構(gòu)基元。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和2個His配位的Zn構(gòu)成，形成的結(jié)構(gòu)像手指狀第81頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四Cys2/Cys2鋅指Cys2/His2鋅指見于甾體激素受體見于SP1，TFⅢA等第82頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)錄因子SP1（GC盒）、連續(xù)的3個鋅指重復(fù)結(jié)構(gòu)

第83頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四(3)螺旋一突環(huán)一螺旋結(jié)構(gòu)基序

(helix-loop-helix,HLH)

螺旋-突環(huán)-螺旋型DNA結(jié)合蛋白是近年來發(fā)現(xiàn)的一種新型DNA結(jié)合蛋白。由40-50個AA殘基形成兩個兩性的α螺旋，中間由長約9-20個氨基酸殘基間隔的可變連接區(qū)(突環(huán))，通過兼性的螺旋疏水面相互作用形成二聚體第84頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四螺旋-環(huán)-螺旋第85頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四

(4)亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)基序(1eucinezipper，ZIP)二聚體亮氨酸之間相互作用形成二聚體，形成“拉鏈”肽鏈氨基端20-30個富含堿性氨基酸結(jié)構(gòu)域與DNA結(jié)合第86頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四第87頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四

這類蛋白質(zhì)的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域?qū)嶋H是以堿性區(qū)和亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域整體作為基礎(chǔ)的第88頁，共96頁，2023年，2月20日，星期四4翻譯水平的調(diào)節(jié)因素及其調(diào)節(jié)翻譯水平的調(diào)控是真核基因表達(dá)多級調(diào)節(jié)的一個重要環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)過程通常涉及mRNA和多種蛋白因子之間的相互作用，mRNA5′端和3′端所含有的非翻譯區(qū)(untranslatedregion，UTR)是影響翻譯過程的主要調(diào)