細胞分化的分子機制-轉錄后的調控課件

第三章細胞分化的分子機制

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轉錄后的調控真核生物：DNA→nRNA（核）→mRNA（質）第一節(jié)RNA加工水平的調控大多數(shù)編碼細胞特異性蛋白質的基因選擇性表達的調控主要發(fā)生在轉錄水平，但轉錄后調控對決定蛋白質結構和功能重要（一）、異質性核RNA（hnRNA）由于轉錄模板不同，nRNA的長度和性質差別較大分子量：nRNA﹥mRNA；半壽期：nRNA﹤mRNA；復雜性：hnRNA﹥mRNA，核苷酸序列多樣性一、mRNA前體和mRNA（二）、前體mRNA的加工對

早期發(fā)育的調控海膽：囊胚期與長腕幼蟲期細胞nRNA相同；囊胚期處于轉錄激活狀態(tài)的DNA序列與長腕幼蟲期完全一致；隨著發(fā)育進程由基因組DNA的轉錄所產生的細胞質mRNA的復雜性逐漸減小；早期胚胎發(fā)育的調控機制：存在加工水平的差異RNA加工前三個胚層中的RNA量無差異。EctEn/mes加工后的RNA主要存在于外胚層中。核酸保護實驗(放射性intron或exon探針與總RNA雜交后再RNase消化)表明：海膽鈣結合蛋白基因CyIIIa在原腸胚的外胚層中表達核酸run-on(在膜上固定intron序列與放射性RNA探針雜交)實驗表明：Spec1基因在原腸胚的內、中、外胚層細胞核中都表達，但成熟的Spec1mRNA只存在于外胚層中。nRNA（一）、同一基因的初始轉錄物（nRNA）經(jīng)選擇性拼接可產生不同的成熟RNA原肌球蛋白基因二、RNA加工水平的調控α-原肌球蛋白基因nRNAmRNAB淋巴細胞的DNA，發(fā)生重排生殖細胞的DNA重鏈可變區(qū)（抗原結合區(qū)）在淋巴細胞形成過程中，發(fā)生基因重排（DNA水平）重鏈恒定區(qū)發(fā)生分子轉換，該模式通過RNA加工完成前體RNAμ區(qū)δ區(qū)IgMIgD果蠅性別表型的決定事件，通過3個主要性別決定基因RNA的不同拼接模式，引起差異基因表達選擇性RNA加工與性別決定（二）、RNA3’末端的決定絕大多數(shù)真核生物nRNA在剪接之前，先進行3’末端斷裂和多聚腺苷酸化加工，這種加工由順式和反式作用元件調控。1、順式作用元件AAUAAA序列：位于3’末端，對其下游10-30bp位點發(fā)生的裂解是必需的；GU或U富積序列：位于3’末端AAUAAA區(qū)域下游，調控mRNA3’末端裂解的效率。2、反式作用元件（人癌細胞）特異性核蛋白因子：可識別發(fā)生裂解和進行多聚腺苷酸化的順式因子；poly（A）聚合酶：用于合成多聚腺苷酸尾；裂解因子I和II：mRNA前體的裂解酶；裂解刺激因子：可顯著提高裂解反應的效率（三）、mRNA向核外的運輸推測：RNA在核基質內完成轉錄和加工，然后將mRNA運輸?shù)胶四た?，由此運出核外，但機制尚不十分清楚。然而，已知細胞分化中基因選擇性表達調控的另一種方式是細胞核以何種方式處理mRNA前體，通過調控，有的mRNA運出核外，有的不能運出；已發(fā)現(xiàn)：一種特殊的病毒蛋白對于mRNA運輸是必需的。2.mRNA壽命的不同對蛋白質合成的調控——通過mRNA的選擇性降解和mRNA穩(wěn)定性不同調控蛋白質的合成rabbit3’不同基因的mRNA的半衰期不同，主要受其3`UTR控制。短壽命mRNA的3’UTR通常含有一個或多個AU富集區(qū)，其作用是促進Poly(A)降解。β-珠蛋白RNA的3’UTR中含有3個C富集區(qū)，穩(wěn)定，半衰期17h一種生長因子mRNA的半壽期不超過30minmRNA降解性能的差異可以影響細胞的功能C-fosmRNA5’UTRcodingsequence3’UTR成纖維細胞腫瘤細胞AU富集區(qū)c-fos基因編碼正常成纖維細胞分裂必需的一種蛋白質二、早期發(fā)育中母體效應因子的影響1、卵母細胞中合成并貯藏大量的發(fā)育信息（mRNA和蛋白質），這些信息在排卵以前至早期發(fā)育過程中逐漸被利用；2、每個卵母細胞中貯藏20000–50000種不同的mRNA，每種mRNA大約1600個拷貝；3、貯藏的信息在卵細胞中梯度分布或者均勻分布1、卵母細胞中翻譯調控機制的假說mRNAmasking（掩蔽）:mRNA與其它蛋白結合成ribonucleoprotein(RNP)complex,阻止與核糖體結合；卵成熟或受精后，離子強度改變或蛋白磷酸化等導致RNP不穩(wěn)定/解體，翻譯得以進行。5’Cap（7-甲基鳥苷酸）的調控：如某些種類(蛾)，其卵中的部分mRNA的5`-鳥苷酸在受精后才甲基化，然后開始翻譯。mRNAsequester（隱蔽）:指mRNA被阻隔于蛋白合成裝置。如海膽未受精卵的組蛋白mRNA定位于原核中，受精后原核破裂，mRNA才能進入胞質開始翻譯。Poly(A)對翻譯的調控：卵母細胞減數(shù)分裂成熟前后，mRNApolyA的長度發(fā)生變化（由3’UTR調控）。帶長polyA的mRNA具翻譯活性翻譯效率的調控：如將海膽卵母細胞裂解液的pH從自然狀態(tài)下的pH6.9提高到pH7.4（受精后自然狀態(tài)下的pH）,蛋白質合成量急劇增加。受精后pH升高的作用可能包括去除mRNA的封閉蛋白和激活翻譯起始因子。三、翻譯和翻譯后調控的機制Poly(A)對翻譯的調控：

在小鼠的未成熟卵母細胞質中可以翻譯的mRNA具有較長的poly(A),減數(shù)成熟分裂后poly(A)降解，翻譯終止。在減數(shù)成熟分裂前不表達的mRNA的poly(A)較短(15-90A),但其3`UTR具有胞質多聚腺苷酸化信號序列(CPEs)(UUUUAUinmiceandfrogs)。減數(shù)成熟分裂后這些mRNA迅速加上一個長的polyA,開始翻譯。成體血紅蛋白

2n中，4α和2β珠蛋白基因→4肽鏈2α/2β

α-mRNA:β-mRNA=1.4:1α珠蛋白:β珠蛋白=1:1平衡調節(jié)機制：

兩者競爭翻譯起始因子

β珠蛋白mRNA具有更強的與翻譯起始因子結合的能力

3.血紅蛋白翻譯水平的調控

4.

RNA編輯血清脂質攜帶蛋白RNA編輯是指在已有的RNA分子上改變（缺失、插入或置換）一個特定的堿基以改變遺傳信息，使翻譯生成的蛋白質氨基酸組成，不同于基因序列中原有的編碼信息5、翻譯后水