真核生物的基因表達調控專家講座

第九章真核生物基因表示調控第一節(jié)特點一.與原核生物相同點1.有轉錄水平和轉錄后調控2.在真核生物結構基因上游和下游也一樣存在對應特異調控因子二.不一樣點1.細胞結構不一樣造成調控系統(tǒng)不一樣2.原核生物多為操縱子為單位進行調控3.真核生物有致密染色體結構、龐大基因組4.真核生物基因組DNA中有許多重復序列，基因內(nèi)部被內(nèi)含子隔開，基因組之間分布著大段非編碼序列真核生物的基因表達調控專家講座第1頁5.染色質結構及與DNA相互結合蛋白質結構，成為調整基因開關6.核膜存在，使得轉錄和翻譯在時間與空間上被分隔開，從而形成多層次調控系統(tǒng)?真核生物基因調控貫通于DNA到功效蛋白質全過程，包括基因結構改變、轉錄起始及其后加工、mRNA轉運及翻譯幾個調控階段

真核生物的基因表達調控專家講座第2頁第二節(jié)真核細胞基因表示調控步驟1.染色體核染色質水平上結構改變與基因活化2.轉錄水平上調控，包含基因開啟與關閉，轉錄效率高低3.RNA水平上調控包含初始轉錄產(chǎn)物特異性剪接、修飾、活化與編輯等4.轉錄后加工產(chǎn)物轉運調控5.翻譯水平調控6.蛋白質合成后選擇性調控7.控制mRNA選擇性降解調控真核生物的基因表達調控專家講座第3頁短期調控:

基因快速活化或封閉長久調控:

基因被永久性地或半永久地開啟或關閉，從而不間斷和不可逆地改變細胞生活特征，最終造成細胞分化，成為含有特定生理機能細胞。真核生物的基因表達調控專家講座第4頁第三節(jié)DNA染色體水平調控一.概述染色質結構、DNA在染色體上位置、基因拷貝數(shù)改變、基因重組、基因丟失、基因重排以及基因修飾等二.染色質結構

以核小體為基本結構單位形成染色質，其組裝影響著DNA復制、基因表示和細胞周期進程真核生物的基因表達調控專家講座第5頁緊密壓縮狀態(tài):DNA分子被緊密地壓縮在細胞核內(nèi)，從而造成基因處于非活性狀態(tài)被阻遏狀態(tài):DNA分子與組蛋白結合造成染色質處于被阻遏狀態(tài)有活性狀態(tài):

能使基因處于可轉錄狀態(tài)染色質結構，稱為染色質活性狀態(tài)被激活狀態(tài):

當開啟子被激活因子結合，從而促使RNA聚合酶等在開啟子區(qū)域形成轉錄復合物，使染色質成為激活狀態(tài)真核生物的基因表達調控專家講座第6頁三.異染色質

在細胞核中處于凝聚狀態(tài)，不含有轉錄活性。組成型異染色質在整個細胞周期一直保持壓縮狀態(tài)，其DNA不含有基因，而兼型異染色質只在一定發(fā)育階段或生理條件下由常染色質凝聚而成，沒有持久活性。四.組蛋白對基因活性影響

組蛋白是基因活性主要調控因子，當組蛋白與裸露基因DNA混合后，能使該基因轉錄停頓。經(jīng)研究表明，組蛋白H1比關鍵組蛋白阻遏轉錄作用強，組蛋白H1與連接DNA相結合后穩(wěn)定了核小體結構，經(jīng)過維持染色質高級結構而抑制了轉錄過程。真核生物的基因表達調控專家講座第7頁五.組蛋白乙?；?去乙?；?/p>

與基因活化、染色質改變及基因表示水平親密相關，是一個動態(tài)過程，組蛋白乙?；^程由組蛋白乙?；D移酶(histoneacetyltransferase,HAT)催化乙?；艽龠M基因轉錄活性組蛋白乙?；c轉錄起始復合物裝配組蛋白去乙?；c基因緘默真核生物的基因表達調控專家講座第8頁六.活性染色質對DNase敏感性

基因組不一樣區(qū)域染色質被不一樣濃度酶水解特征定義為基因組DNA對酶敏感性。染色質對DNaseI敏感性表現(xiàn)基因活性區(qū)域對DNaseI敏感性有細胞和組織特異性，只有在活躍表示細胞中，基因才含有這種敏感性該基因含有被轉錄潛在能力，并非就一定能轉錄有一定界限基因編碼轉錄大范圍表現(xiàn)為普通敏感性，而只有基因調控區(qū)域才顯示高度敏感性組蛋白乙?；苁谷旧|對DNaseI和微球菌核酸酶敏感性顯著增強真核生物的基因表達調控專家講座第9頁第四節(jié)DNA水平上調控一.DNA甲基化位點:5‘CG３’二核苷酸序列密度:GC堿基對形成CpG序列約為1/100bp機理:

動態(tài)過程，需要構建性甲基化酶與維持性甲基化酶參加檢測:

經(jīng)過特殊限制性內(nèi)切酶進行檢測確認真核生物的基因表達調控專家講座第10頁二.DNA甲基化與轉錄抑制

經(jīng)過甲基化DNA上結合特異性轉錄阻遏物，即甲基化CpG結合蛋白，該蛋白能與轉錄調控因子競爭甲基化DNA結合位點而起作用甲基化影響DNA與蛋白質相互作用C上加5-甲基能增強或減弱DNA與蛋白質之間相互作用能使基團擁擠在DNA大溝內(nèi)，造成DNA構象偏離標準B型總而言之，DNA構象改變能極大程度地改變阻遏蛋白或激活蛋白結合能力真核生物的基因表達調控專家講座第11頁第五節(jié)真核基因轉錄水平調控一.真核與原核生物轉錄調控異同1.基因組結構不一樣2.調整元件與數(shù)量不一樣3.轉錄都受反式調整因子調整①經(jīng)過調整因子生物合成②經(jīng)過它們進行構象轉變或共價修飾4.染色質改型真核生物的基因表達調控專家講座第12頁真核生物的基因表達調控專家講座第13頁真核生物的基因表達調控專家講座第14頁二.基因基礎轉錄調整概述:

由關鍵開啟子與通用轉錄因子結合后起始轉錄過程作用:

由它所控制基因呈組成型表示，用以合成細胞所必需各種成份，又稱持家基因機理:

依賴各種通用轉錄因子間相互作用，按照特定時空次序組建轉錄起始復合物，其中TBP與TATA框結合是這一過程開始真核生物的基因表達調控專家講座第15頁三.真核生物轉錄調控順式作用元件（一）順反子概述:

由染色體上突變位確定遺傳功效單位順式作用元件:

含有調整功效特定DNA序列只能影響統(tǒng)一分子中相關基因，發(fā)生在一個序列中突變不會改變其它染色體上等位基因表示，這么序列即為順式作用元件分類:

開啟子、增強子與緘默子真核生物的基因表達調控專家講座第16頁（二）II型基因轉錄調控真核生物的基因表達調控專家講座第17頁（三）增強子作用機能概述:

能使與它連鎖基因轉錄效率顯著增加DNA序列機能作用效率顯著，能使基因轉錄頻率增加10-200倍無基因專一性，對于同源或異源基因以及不一樣基因組合上都有促進轉錄作用，而且能夠位于基因不一樣區(qū)域不含有方向性真核生物的基因表達調控專家講座第18頁4.能遠距離對開啟子產(chǎn)生影響，即對遠距離基因轉錄起始位點起作用5.增強效應含有組織和細胞特異性，只有在特定蛋白質參加下才能發(fā)揮其功效6.多為重復序列，普通長度約為50bp，適合與一些蛋白質因子結合7.增強子內(nèi)部普通都含有一個關鍵序列(G)TGGA/TA/TA/T(G),該序列是在另一個基因附近產(chǎn)生增強效應時所必需8.受外部信號調控

上述機能有別于上游調控元件真核生物的基因表達調控專家講座第19頁機制與反式作用因子結合，引發(fā)DNA構象改變，形成環(huán)狀結構，同時增強子上各種反式作用因子間相互作用促進轉錄起始復合物組裝，從而激活轉錄是一些特異蛋白質因子結合位點，能使模板DNA固定在細胞核特定機構上，有利于DNA拓撲異構酶發(fā)揮作用假說:增強子為轉錄因子提供進入開啟子區(qū)位點能改變?nèi)旧|構象真核生物的基因表達調控專家講座第20頁與開啟子異同位置不固定無方向性由模塊組成順式元件，不過更密集真核生物的基因表達調控專家講座第21頁（四）絕緣子與緘默子絕緣子:

近年發(fā)覺一類特殊順式作用元件，不一樣于增強子，其功效為阻止激活或阻遏作用在染色質上傳遞，使染色質活性限定于結構域之內(nèi)。緘默子:基因負調控元件，與調控蛋白結合后阻斷轉錄起始復合物形成與活化，使基因表示活性被關閉真核生物的基因表達調控專家講座第22頁四.感受應答調控真核生物經(jīng)過兩種機制準確控制基因表示：*組成重復結構，不一樣類型細胞有選擇地表示重復序列中特定拷貝。*單一拷貝基因復合控制，調控蛋白經(jīng)內(nèi)外源信號分子激活后，大幅度提升開啟轉錄頻率，即感受應答調控模型(Britten-Davidsonmodel)。真核生物的基因表達調控專家講座第23頁一.基本原理真核生物的基因表達調控專家講座第24頁應答元件（ResponseElements)：一個或多個，位于開啟子或增強子處，或遠離上游區(qū)域內(nèi)，為含有活性轉錄調控蛋白因子識別并結合。編碼轉錄調控蛋白因子調整基因遠離結構基因，在其結構基因上游還有一個或多個感受位點(SensorSite)，負責接收細胞內(nèi)外信息傳遞。真核生物的基因表達調控專家講座第25頁二.基本形式1、單調整基因-單結構基因模式各種信號分子可來自不一樣細胞類型，或同類細胞不同時段，完成基因表示時空特異表示控制。2、單調整基因-多結構基因模式多個單拷貝基因含有相同應答元件，熱休克響應-轉錄調控因子控制20多個熱休克相關結構基因。3、多調整基因-單結構基因模式一個結構基因擁有多個應答元件，分別為不一樣因子識別和不一樣程度調控，從而實現(xiàn)在不一樣細胞中時序表示。4、多調整基因-多結構基因模式多元復合控制機制真核生物的基因表達調控專家講座第26頁真核生物的基因表達調控專家講座第27頁五.真核生物轉錄調控元件相互作用應答元件含有與開啟子或增強子上游調控元件相同基本特征：短保守序列2.位置：轉錄起始位點上游200bp內(nèi)不固定位置3.功效：經(jīng)過蛋白質與DNA特異性結合將可誘導性轉錄調控因子激活形式吸引至開啟子－增強子區(qū)域，方便其實施正調控作用。熱休克響應：普遍存在于原核生物與真核生物中，當環(huán)境溫度升高時，關閉一些基因表示，同時開啟熱休克基因組轉錄。原核：有-10區(qū)特征開啟子，其表示依賴于新δ因子合成。b.真核：通用HSE保守序列，為熱休克轉錄調控因子HSTE所識別，HSTE在激活（磷酸化）后，使熱休克基因轉錄。一個HSE與HSTE結合會促進另外位置二者作用。真核生物的基因表達調控專家講座第28頁4.轉錄調控因子作用機理：a.DNA結合功效域：識別對應應答元件序列并與之結合b.轉錄激活功效域：借助長臂伸縮，作用于轉錄基本因子，進而激活轉錄開啟。c.結合功效域與激活功效域無必定聯(lián)絡真核生物的基因表達調控專家講座第29頁5.真核生物轉錄調控因子激活方式：轉錄調控因子由調整基因編碼，其表示依賴于感受位點與信號分子相互作用，但合成后并不直接作用于相關基因應答元件，而是經(jīng)過修飾才能含有活性。誘導和激活是轉錄調控因子活性產(chǎn)生兩大要素。同質異型蛋白質：組織特異性表示，只在特定類型細胞中合成，表示后即有調控功效，不需激活程序。廣泛存在于真核細胞中，作為DNA結合功效域，與各種形式轉錄激活功效域組合形成各種轉錄調控因子。轉錄調控因子激活方式：（1）磷酸化（熱休克轉錄因子）與去磷酸化激活（2）配體結合激活（影響調控因子定位、運輸及與DNA結合）（3）抑制劑釋放激活（NF-κB）（4）亞基置換激活真核生物的基因表達調控專家講座第30頁與轉錄模板鏈結合調整轉錄一類蛋白質調整因子，包含激活因子和阻遏因子。它們與順式作用元件中上游激活元件、應答元件、開啟子、增強子和緘默子等序列特異性結合，對真核生物基因轉錄分別起促進和阻遏作用。結構:

通常由DNA結合結構域和轉錄激活結構域組成，另外，還有許多轉錄因子含有二聚化結構域，以形成同型或異型二聚體六.真核生物轉錄因子真核生物的基因表達調控專家講座第31頁DNA結合結構域1.螺旋-轉角-螺旋結構域，這類結構域特點是它DNA結合蛋白包含一個60個氨基酸同源域，該同源域是由一段稱為同源框序列編碼2.鋅指結構域:

有C2H2型和C4型兩種a.C2H2型:

有一個12氨基酸環(huán)，經(jīng)過2個半胱氨酸和兩個組氨酸殘基固定，這四個殘基與鋅離子在空間上形成一個四面體結構，這種鋅指折疊形成一個緊密結構，由兩條β鏈和一個α螺旋組成，后者與DNA大溝結合b.C4型:

鋅離子與4個半胱氨酸結合。真核生物的基因表達調控專家講座第32頁二聚體結構域1.亮氨酸拉鏈:肽鏈上每隔7個殘基就有位于D