第八章 真核基因表達(dá)調(diào)控

章真核基因表達(dá)調(diào)控一般規(guī)律2021/5/91引言與原核生物相比，真核生物：多細(xì)胞組成；復(fù)雜的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)；大量重復(fù)序列；內(nèi)含子序列；轉(zhuǎn)錄翻譯的時(shí)空差異。2021/5/92真核生物基因調(diào)控分類

根據(jù)調(diào)控反應(yīng)是否可逆分為

瞬時(shí)調(diào)控或可逆性調(diào)控包括某種底物或激素水平升降時(shí)，或細(xì)胞周期不同階段中酶活性的調(diào)節(jié)。發(fā)育調(diào)控或不可逆調(diào)控決定了真核細(xì)胞生長、分化、發(fā)育的全部進(jìn)程。2021/5/93

根據(jù)基因調(diào)控發(fā)生的先后次序分為：轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控轉(zhuǎn)錄后水平

RNA加工成熟過程的調(diào)控翻譯水平的調(diào)控蛋白質(zhì)加工水平2021/5/94P281,Fig.8-12021/5/95研究基因調(diào)控主要應(yīng)回答三個(gè)問題

什么是誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄的信號(hào)？基因調(diào)控主要是在哪一步（模板DNA的轉(zhuǎn)錄、mRNA的成熟或蛋白質(zhì)合成）實(shí)現(xiàn)的？不同水平基因調(diào)控的分子機(jī)制是什么？2021/5/96本章主要內(nèi)容提要真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性；真核基因轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要組成；蛋白質(zhì)磷酸化對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控；蛋白質(zhì)乙酰化對(duì)基因表達(dá)的影響；激素與熱激蛋白對(duì)基因表達(dá)的影響；其他水平上的表達(dá)調(diào)控。2021/5/978.1真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性真核與原核基因表達(dá)過程中的主要差異：①在真核細(xì)胞中，一條成熟的mRNA鏈只能翻譯出一條多肽鏈，很少原核生物中常見的多基因操縱子形式。②真核細(xì)胞DNA與組蛋白和大量非組蛋白結(jié)合，只有一小部分DNA是裸露的。2021/5/98③真核細(xì)胞DNA很大一部分不轉(zhuǎn)錄。④真核生物能夠有序地根據(jù)生長發(fā)育階段的需要進(jìn)行DNA片段重排，增加細(xì)胞內(nèi)某些基因的拷貝數(shù)。⑤基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)很大，可能遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)達(dá)幾百個(gè)甚至上千個(gè)堿基對(duì)，主要通過改變整個(gè)所控制基因5'上游區(qū)DNA構(gòu)型來影響它與RNA聚合酶的結(jié)合能力。2021/5/99⑥許多真核生物的基因只有經(jīng)過復(fù)雜的成熟和剪接過程，才能被順利地翻譯成蛋白質(zhì)。⑦真核生物的RNA在細(xì)胞核中合成，只有經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)穿過核膜，到達(dá)細(xì)胞質(zhì)后，才能被翻譯成蛋白質(zhì)。2021/5/9108.1.1基因家族（genefamily）基因家族——真核細(xì)胞中許多相關(guān)的基因常按功能成套組合。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，也可能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。2021/5/9111、簡(jiǎn)單多基因家族

簡(jiǎn)單多基因家族中的基因一般以串聯(lián)方式前后相連。例，rRNA。原核中，16S，23S和5SrRNA基因聯(lián)合成一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，各種rRNA分子都是從這個(gè)轉(zhuǎn)錄單位上剪切下來的。真核生物中，前rRNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的分子量為45S，（約有14000個(gè)核苷酸），包括18S，28S和5.8S三個(gè)主要rRNA分子。2021/5/912細(xì)菌中rRNA基因家族各成員的分布與成熟過程分析P283,圖8-22021/5/913脊椎動(dòng)物中rRNA基因家族主要成員的分布與成熟過程分析P283,圖8-32021/5/9142、復(fù)雜多基因家族復(fù)雜多基因家族一般由幾個(gè)相關(guān)基因家族構(gòu)成，基因家族之間由間隔序列隔開，并作為獨(dú)立的轉(zhuǎn)錄單位。例，海膽組蛋白基因家族：編碼不同組蛋白的基因處于一個(gè)約為6000bp的片段中，分別被間隔序列所隔開。這5個(gè)基因組成的串聯(lián)單位在整個(gè)海膽基因組中可能重復(fù)多達(dá)1000次。2021/5/915

每個(gè)基因被轉(zhuǎn)錄成單順反子RNA（無內(nèi)含子）；核心組蛋白物質(zhì)的量相等，H1是其一半；在胚胎發(fā)育的不同階段或不同組織中，有不同的串聯(lián)單位被轉(zhuǎn)錄，可能存在具有不同專一性的組蛋白亞類和發(fā)育調(diào)控機(jī)制。2021/5/9163、發(fā)育調(diào)控的復(fù)雜多基因家族

血紅蛋白是所有動(dòng)物體內(nèi)輸送分子氧的主要載體，由2α2β（珠蛋白）組成的四聚體加上一個(gè)血紅素輔基（結(jié)合鐵原子）后形成功能性血紅蛋白。在生物個(gè)體發(fā)育的不同階段出現(xiàn)幾種不同形式的α和β亞基。2021/5/917人β-珠蛋白基因的基本結(jié)構(gòu)2021/5/918

人α珠蛋白基因簇位于16號(hào)染色體短臂上，約占30kb左右，其中ζ為胚胎期基因，在胚胎第一天，ζ多肽鏈（42%），α2多肽鏈（24%），從第五周起，ζ開始關(guān)閉。β珠蛋白基因簇位于11號(hào)染色體短臂上，約占50-60kb，其中ε為胚胎期基因，Gγ和Aγ為胎兒型基因，δ和β為成人期基因。2021/5/919不同發(fā)育階段血紅蛋白亞型2021/5/9202021/5/921人細(xì)胞中α和β-珠蛋白基因簇結(jié)構(gòu)示意圖假基因P285,Fig.8-7假基因：基因組中存在的一段與正常基因非常相似但不能表達(dá)的DNA序列。

2021/5/9228.1.2真核基因的斷裂結(jié)構(gòu)1、外顯子與內(nèi)含子“intron”是指存在于原始轉(zhuǎn)錄物或基因組DNA中，但不存在于成熟mRNA、rRNA或tRNA中的那部分核苷酸序列。大多數(shù)真核基因都是由蛋白質(zhì)編碼序列和非蛋白質(zhì)編碼序列兩部分組成的。2021/5/9232、外顯子與內(nèi)含子的連接區(qū)與剪接有關(guān)的序列3、外顯子與內(nèi)含子的可變調(diào)控

真核基因的原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物可通過不同的剪接產(chǎn)生不同的mRNA，翻譯成不同的蛋白質(zhì)。有些真核基因，如肌紅蛋白重鏈基因雖有41個(gè)外顯子，卻能精確地剪接成一個(gè)成熟的mRNA，我們稱這種方式為組成型剪接。一個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物通過組成型剪接只能產(chǎn)生一種成熟的mRNA，編碼一個(gè)多肽。2021/5/924

原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物可通過不同的剪接方式，得到不同的mRNA，并翻譯成不同蛋白質(zhì)；有些基因選擇了不同的啟動(dòng)子，或者選擇了不同的多聚（A）位點(diǎn)而使原始轉(zhuǎn)錄物具有不同的二級(jí)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生不同的mRNA分子，但翻譯成相同蛋白質(zhì)。同一基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物由于不同的剪接方式形成不同mRNA的過程稱為選擇性剪接。選擇性剪接2021/5/9252021/5/9268.1.3真核生物DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控

DNA水平的調(diào)控是真核生物發(fā)育調(diào)控的一種形式，包括基因丟失、擴(kuò)增、重排和移位等。2021/5/9271.“開放”型活性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)轉(zhuǎn)錄的影響

轉(zhuǎn)錄前染色質(zhì)在特定區(qū)域發(fā)生核小體結(jié)構(gòu)的消除或改變、DNA本身局部結(jié)構(gòu)變化、DNA從右旋到左旋轉(zhuǎn)變等，促使結(jié)構(gòu)基因暴露而誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄。DNA酶I敏感位點(diǎn)（多位于5‘端啟動(dòng)區(qū)）燈刷染色體核小體的伸展和壓縮2021/5/9282021/5/9292、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)生大量的基因產(chǎn)物以滿足生長發(fā)育的需要，是基因活性調(diào)控的一種方式。例，非洲爪蟾的卵母細(xì)胞中原有rRNA基因（rDNA）約500個(gè)拷貝，在減數(shù)分裂粗線期，基因開始迅速復(fù)制，到雙線期拷貝數(shù)約為200萬個(gè)，擴(kuò)增近4000倍，可用于合成1012個(gè)核糖體。2021/5/930

基因擴(kuò)增之前，rDNA區(qū)位于單個(gè)核仁中；在卵母細(xì)胞發(fā)育過程中，核仁數(shù)量大大增加，能達(dá)幾百個(gè)；卵母細(xì)胞成熟后，多余的rDNA將逐漸被降解；降解過程一直持續(xù)到卵母細(xì)胞受精后并分裂產(chǎn)生幾個(gè)百個(gè)細(xì)胞時(shí)。2021/5/9313、基因重排與變換基因重排——將一個(gè)基因從遠(yuǎn)離啟動(dòng)子的地方移到較近的位點(diǎn)從而啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。例，免疫球蛋白的肽鏈主要由可變區(qū)（V區(qū)）、恒定區(qū)（C區(qū)）以及兩者之間的連接區(qū)（J區(qū)）組成，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，產(chǎn)生具有表達(dá)活性的免疫球蛋白基因。2021/5/932

所有Ig分子都含有兩類輕鏈中的一類，即κ型或λ型。

Κ型和λ型輕鏈的恒定區(qū)和可變區(qū)的氨基酸序列是不同的。在小鼠中，95%的抗體輕鏈?zhǔn)铅市?，而人類抗體輕鏈中，κ型和λ型各占50%左右。2021/5/933人類基因組中免疫球蛋白基因主要片段的數(shù)2021/5/934免疫球蛋白重鏈基因片段重排與組織特異性表達(dá)2021/5/935酵母交配型轉(zhuǎn)換2021/5/9368.1.4DNA甲基化與基因調(diào)控A.DNA的甲基化

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)。研究證實(shí)，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。2021/5/937DNA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）。真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出現(xiàn)在CpG、CpXpG、CCA/TGG和GATC中。2021/5/938

高等生物CpG二核苷酸中的C通常被甲基化，極易自發(fā)脫氨，生成胸腺嘧啶，所以CpG二核苷酸序列出現(xiàn)的頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于按核苷酸組成計(jì)算出的頻率。

CpG島是指DNA上一個(gè)區(qū)域，此區(qū)域含有大量相聯(lián)的胞嘧啶（C）、鳥嘌呤（G）。2021/5/939

甲基化可以改變DNA雙螺旋構(gòu)型，也會(huì)影響模板與RNA聚合酶的結(jié)合。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)。對(duì)于弱啟動(dòng)子來說，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)子仍無轉(zhuǎn)錄活性。B.DNA甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄2021/5/9402021/5/941P295,Fig.8-152021/5/942C.DNA甲基化與X染色體失活

失活染色體上的基因都是高度甲基化的；

X染色體上具有失活中心Xic與失活有關(guān)的基因Xist，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為沒有ORF的RNA；

失活染色體上的Xist基因是非甲基化的，而活性染色體上的Xist基因是甲基化的；失活染色體上的非甲基化Xist基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA的作用用于Xic，引起構(gòu)象變化，促使染色體甲基化，而使該染色體失活。2021/5/9438.2真核基因轉(zhuǎn)錄機(jī)器的主要組成

真核基因調(diào)控主要在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行，受大量特定的順式作用元件（cis-actingelement）和反式作用因子（transactingfactor，又稱跨域作用因子）調(diào)控。2021/5/9448.2.1真核基因的轉(zhuǎn)錄P297，圖8-162021/5/9451、啟動(dòng)子核心啟動(dòng)子（corepromoter）：是指保證RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄正常起始所必需的、最少的DNA序列，包括轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)及轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游-25～-30bp處的TATA盒。上游啟動(dòng)子元件（upstreampromoterelement，UPE）包括通常位于-70bp附近的CAAT盒（CCAAT）和GC盒（GGGCGG）等，能通過TFIID復(fù)合物調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄起始的頻率，提高轉(zhuǎn)錄效率。2021/5/9462.轉(zhuǎn)錄模板；3.RNA聚合酶Ⅱ；4.轉(zhuǎn)錄因子；5.轉(zhuǎn)錄終止位點(diǎn)。2021/5/9478.2.2增強(qiáng)子及其對(duì)轉(zhuǎn)錄的影響增強(qiáng)子是指能使與它連鎖的基因轉(zhuǎn)錄頻率明顯增加的DNA序列，最早發(fā)現(xiàn)于SV40早期基因的上游，有兩個(gè)長72bp的正向重復(fù)序列。大多為重復(fù)序列，一般長約50bp，適合與某些蛋白因子結(jié)合。其內(nèi)部常含有一個(gè)核心序列，該序列是產(chǎn)生增強(qiáng)效應(yīng)所必需的。

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根據(jù)各個(gè)蛋白質(zhì)成分在轉(zhuǎn)錄中的作用，能將整個(gè)復(fù)合物分為3部分：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。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。與特異調(diào)控序列結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子。8.2.3反式作用因子2021/5/949

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)。1反式作用因子中的DNA識(shí)別或結(jié)合域2021/5/950A、螺旋-轉(zhuǎn)折-螺旋（helix-turn-helix,H-T-H）結(jié)構(gòu)。這一類蛋白質(zhì)分子中有至少兩個(gè)α螺旋，中間由短側(cè)鏈氨基酸殘基形成“轉(zhuǎn)折”，近羧基端的α螺旋中氨基酸殘基的替換會(huì)影響該蛋白質(zhì)在DNA雙螺旋大溝中的結(jié)合。2021/5/951同源域蛋白通過其第三個(gè)螺旋與雙鏈DNA的大溝相結(jié)合，其N端的多余臂部分則與DNA的小溝相結(jié)合，提高了穩(wěn)定性2021/5/952B、鋅指（Zincfinger）蛋白：包括鋅指、鋅鈕(twist)和鋅簇(cluster)結(jié)構(gòu)，有鋅參與時(shí)才具備轉(zhuǎn)錄調(diào)控活性。與DNA的結(jié)合較為牢固，特異性也很高。例，類固醇激素受體家族含有連續(xù)的兩個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)，以同源或異源性二聚體的方式將兩個(gè)α螺旋結(jié)合在相鄰的兩個(gè)大溝中。2021/5/9532021/5/954一些轉(zhuǎn)錄因子和蛋白質(zhì)通過Cys2/His2與DNA相結(jié)合2021/5/955具有Cys2/Cys2鋅指區(qū)的轉(zhuǎn)錄因子2021/5/956C、堿性-亮氨酸拉鏈（basic-leucinezipper），即bZIP結(jié)構(gòu)，與CAAT盒和病毒的增強(qiáng)子結(jié)合。蛋白中每隔6個(gè)氨基酸就有一個(gè)亮氨酸殘基，導(dǎo)致第7個(gè)亮氨酸殘基都在螺旋的同一方向出現(xiàn)。以二聚體形式與DNA結(jié)合，亮氨酸拉鏈區(qū)并不直接結(jié)合DNA，肽鏈氨基端20～30個(gè)富含堿性氨基酸結(jié)構(gòu)域與DNA結(jié)合，但以堿性區(qū)和亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域整體作為基礎(chǔ)。2021/5/957堿性亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄激活因子2021/5/958堿性亮氨酸拉鏈轉(zhuǎn)錄激活蛋白與調(diào)控區(qū)DNA相結(jié)合的示意圖2021/5/959D、堿性-螺旋-環(huán)-螺旋（basic-helix/loop/helix，即bHLH結(jié)構(gòu)）例，在免疫球蛋白κ輕鏈基因的增強(qiáng)子結(jié)合蛋白E12與E47中，羧基端100～200個(gè)氨基酸殘基可形成兩個(gè)兩性α螺旋，被非螺旋的環(huán)狀結(jié)構(gòu)所隔開，蛋白質(zhì)的氨基端則是堿性區(qū)，其DNA結(jié)合特性與亮氨酸拉鏈類蛋白相似。2021/5/960bHLH類蛋白只有形成同源或異源二聚體時(shí)，才具有足夠的DNA結(jié)合能力。當(dāng)這類異源二聚體中的一方不含有堿性區(qū)（如Id或E12蛋白）時(shí)，該二聚體明顯缺乏對(duì)靶DNA的親和力。2021/5/961bHLH蛋白的DNA結(jié)合能力分析2021/5/962E、同源域（homeodomains)蛋白是指編碼60個(gè)保守氨基酸序列的DNA片段，它廣泛存在于真核生物基因組內(nèi)，由于最早從果蠅homeoticloci（該遺傳位點(diǎn)的基因產(chǎn)物決定了軀體發(fā)育）中克隆得到而命名，同源轉(zhuǎn)換基因與生物有機(jī)體的生長、發(fā)育和分化密切相關(guān)。2021/5/963各種同源域DNA結(jié)合蛋白中保守序列分析2021/5/9642轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域在真核生物中，反式作用因子的功能由于受蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)之間相互作用的調(diào)節(jié)變得精密、復(fù)雜，完整的轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能通常以復(fù)合物的方式來完成，因此，是否具有轉(zhuǎn)錄活化域就成為反式作用因子中唯一的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。2021/5/965不同的轉(zhuǎn)錄活化域有下列特征性結(jié)構(gòu)：A帶負(fù)電荷的螺旋結(jié)構(gòu)

哺乳動(dòng)物細(xì)胞中糖皮質(zhì)激素受體的兩個(gè)轉(zhuǎn)錄活化域，AP1家族的Jun及GAL4都有酸性的螺旋結(jié)構(gòu)，它們可能與TFIID復(fù)合物中某個(gè)通用因子或RNA聚合酶II本身結(jié)合，具有穩(wěn)定轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的作用。2021/5/966B富含谷氨酰胺的結(jié)構(gòu)

SP1是啟動(dòng)子GC盒的結(jié)合蛋白，共有4個(gè)參與轉(zhuǎn)錄活化的區(qū)域，其中最強(qiáng)的轉(zhuǎn)錄活化域含25%左右的谷氨酰胺。

Oct1/2、Jun、AP2、血清應(yīng)答因子（SRF）等都有相同的富含谷氨酰胺的結(jié)構(gòu)域。2021/5/967C富含脯氨酸的結(jié)構(gòu)

CTF-NF1因子（CAAT結(jié)合因子）的羧基端富含脯氨酸（達(dá)20%～30%），很難形成α螺旋。在Oct2、Jun、AP2、SRF等哺乳動(dòng)物因子中也有富含脯氨酸的結(jié)構(gòu)域。2021/5/968幾種常見的轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域2021/5/9698.3蛋白質(zhì)磷酸化對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控細(xì)胞應(yīng)答可以分為3個(gè)階段：①外界信息的“感知”，即由細(xì)胞膜到細(xì)胞核內(nèi)的信息傳遞；②染色質(zhì)水平上的基因活性調(diào)控；③特定基因的表達(dá)，即從DNA→RNA→蛋白質(zhì)的遺傳信息傳遞過程。2021/5/970

蛋白質(zhì)的磷酸化與去磷酸化過程是生物體內(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程，如糖代謝、光合作用、細(xì)胞的生長發(fā)育、神經(jīng)遞質(zhì)的合成與釋放甚至癌變等等。2021/5/9712021/5/972

細(xì)胞表面受體與配體分子的高親和力特異性結(jié)合，能誘導(dǎo)受體蛋白構(gòu)象變化，使胞外信號(hào)順利通過質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，或使受體發(fā)生寡聚化而被激活。2021/5/9732021/5/974受體分子活化細(xì)胞功能的途徑主要有兩條：一是受體本身或受體結(jié)合蛋白具有內(nèi)源酪氨酸激酶活性，胞內(nèi)信號(hào)通過酪氨酸激酶途徑得到傳遞；二是配體與細(xì)胞表面受體結(jié)合，通過G蛋白介異的效應(yīng)系統(tǒng)產(chǎn)生介質(zhì)，活化絲氨酸/蘇氨酸或酪氨酸激酶，從而傳遞信號(hào)。2021/5/9752021/5/976蛋白質(zhì)磷酸化和GTP結(jié)合蛋白參與的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程2021/5/977根據(jù)是否有調(diào)節(jié)物參與蛋白激酶活性可分為兩大類：信使依賴型（又分胞內(nèi)信使、調(diào)節(jié)因子依賴型和激素或生長因子依賴型）和非信使依賴型。根據(jù)底物蛋白質(zhì)被磷酸化的氨基酸殘基可分為：①絲氨酸/蘇氨酸型；②酪氨酸型；③組氨酸型。2021/5/9782021/5/9798.3.1受cAMP水平調(diào)控的A激酶依賴于cAMP的蛋白激酶稱為A激酶（PKA），它能把ATP分子上的末端磷酸基團(tuán)加到某個(gè)特定蛋白質(zhì)的絲氨酸或蘇氨酸殘基上。A激酶在非活性蛋白激酶的磷酸化位點(diǎn)——氨基酸N端上游往往存在兩個(gè)或兩個(gè)以上堿性氨基酸（X-Arg-Arg-X-Ser-X）。2021/5/980在不同的細(xì)胞中，A激酶的反應(yīng)底物不一樣，所以，cAMP能在不同靶細(xì)胞中誘發(fā)不同的反應(yīng)。A激酶的結(jié)構(gòu)：A激酶調(diào)節(jié)亞基（R2）催化亞基（C2）結(jié)合cAMP釋放后有活性2021/5/9812021/5/982例，糖原代謝激素與其受體在肌肉細(xì)胞外表面相結(jié)合，誘發(fā)細(xì)胞質(zhì)cAMP的合成并活化A激酶；A激酶將活化磷酸基團(tuán)傳遞給無活性的磷酸化酶激酶，活化糖原磷酸化酶，最終將糖原磷酸化，進(jìn)入糖酵解過程并提供ATP。2021/5/9832021/5/984

許多轉(zhuǎn)錄因子都可通過cAMP介導(dǎo)的蛋白質(zhì)磷酸化過程而被激活

這類基因的5′端啟動(dòng)區(qū)大都擁有一個(gè)或數(shù)個(gè)cAMP應(yīng)答元件，基本序列為TGACGTCA；膜上的受體R與外源配基結(jié)合，引起構(gòu)象變化，與GTP結(jié)合蛋白結(jié)合；激活了與膜相關(guān)的腺苷酸環(huán)化酶，導(dǎo)致胞內(nèi)cAMP濃度上升；

cAMP結(jié)合A激酶的調(diào)節(jié)亞基，釋放催化亞基，催化底物磷酸化；被磷酸化的底物可作為轉(zhuǎn)錄激活因子誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄。2021/5/9858.3.2C激酶該蛋白激酶活性是依賴于Ca2+的，所以稱為C激酶（PKC）；C激酶的胞內(nèi)信使是PIP2兩個(gè)降解產(chǎn)物：IP3和DAG；PIP2定位于膜上，受到外源信號(hào)后，磷酸酯酶活化，水解PIP2，降解產(chǎn)物：IP3和DAG；2021/5/986IP3提高胞質(zhì)Ca2+濃度，導(dǎo)致C激酶從胞質(zhì)運(yùn)到膜附近；

C激酶與膜上的DAG結(jié)合被激活。

C激酶是一個(gè)7.7×104的蛋白質(zhì)，主要實(shí)施對(duì)絲氨酸、蘇氨酸的磷酸化，它具有一個(gè)催化結(jié)構(gòu)域和一個(gè)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域。2021/5/987P312,Fig.8-312021/5/9888.3.3CaM激酶及MAP激酶

Ca2+的細(xì)胞學(xué)功能主要通過鈣調(diào)蛋白激酶（CaM-kinase）來實(shí)現(xiàn)的，它們也是一類絲氨酸/蘇氨酸激酶，但僅應(yīng)答于細(xì)胞內(nèi)Ca2+

水平。2021/5/989MAP激酶活性受許多外源細(xì)胞生長、分化因子的誘導(dǎo)；MAP-激酶的活性取決于該蛋白中僅有一個(gè)氨基酸之隔的酪氨酸、絲氨酸殘基是否都被磷酸化；能同時(shí)催化MAP兩個(gè)氨基酸殘基的酶稱為MAP-激酶-激酶；MAP-激酶-激酶是被它的（MAP-激酶-激酶）激酶磷酸化；可寫為MAP-激酶-激酶-激酶MAP-激酶-激酶-激酶能被C激酶等激活。2021/5/9902021/5/9918.3.4酪氨酸蛋白激酶（PTK）途徑PTK家族包括跨膜受體家族（有活性）與胞質(zhì)非受體家族（無活性）兩大類；受體類由胞外結(jié)合配體結(jié)構(gòu)域、跨膜結(jié)構(gòu)域和細(xì)胞質(zhì)激酶結(jié)構(gòu)域組成；配體與受體結(jié)合可誘導(dǎo)受體蛋白的二聚化，將受體胞質(zhì)區(qū)酪氨酸殘基磷酸化。2021/5/992很多PTK家族有幾個(gè)保守區(qū)，激酶功能區(qū)為SH1，另外兩個(gè)區(qū)分別為SH2和SH3；SH2能與帶有磷酸酪氨酸的蛋白質(zhì)結(jié)合，定位在質(zhì)膜內(nèi)側(cè)；SH3參與SH2定位。2021/5/993

抑制區(qū)的氨基酸殘基決定了該蛋白是否有轉(zhuǎn)化活性；轉(zhuǎn)化型pp60v-Src和非轉(zhuǎn)化型pp60c-Srcpp60c-Src上的Tyr527被磷酸化并以頭尾相連的締合方式折入同一分子的SH2結(jié)構(gòu)域中，從而抑制了PTK活性。去除pp60c-Src上Tyr527的磷酸化或Tyr→Phe均能活化pp60c-Src2021/5/9942021/5/9952021/5/996

細(xì)胞通過P53及P21蛋白控制CDK（cyclin-dependentproteinkinase）活性，調(diào)控細(xì)胞分裂的進(jìn)程。8.3.5蛋白質(zhì)磷酸化與細(xì)胞分裂調(diào)控CDK，細(xì)胞周期依賴性蛋白激酶2021/5/997PRb蛋白通過與轉(zhuǎn)錄因子E2F結(jié)合，結(jié)合后的E2F不能激活與DNA合成有關(guān)的酶，導(dǎo)致細(xì)胞不能由G1期進(jìn)入S期，細(xì)胞分裂受阻；磷酸化后的PRb蛋白不具備結(jié)合E2F能力，即細(xì)胞分裂正常；CDKⅡ與周期蛋白結(jié)合具有將PRb蛋白磷酸化的激酶活性，即CDKⅡ可促使細(xì)胞分裂正常；過量的P21蛋白可與CDKⅡ結(jié)合，而使后者失去激酶活性，細(xì)胞分裂受阻。P21蛋白過量可使細(xì)胞分裂受阻！2021/5/9982021/5/999

如果細(xì)胞中P53基因活性降低，P21蛋白含量急劇下降，周期蛋白E-CDK2復(fù)合物就能有效地將PRb蛋白磷酸化。此時(shí)，PRb蛋白不能與E2F相結(jié)合，后者發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的作用，激活許多與DNA合成有關(guān)的基因表達(dá)，細(xì)胞從G1期進(jìn)入S期，開始分裂。2021/5/91008.4蛋白質(zhì)乙?；瘜?duì)基因表達(dá)的影響8.4.1組蛋白的乙酰化及去乙酰化1.組蛋白的基本組成；2.核心組蛋白的乙?；腿ヒ阴；?；3.組蛋白乙酰基轉(zhuǎn)移酶。一類與轉(zhuǎn)錄有關(guān)，另一類與核小體組裝以及染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。2021/5/91014.組蛋白去乙?；?/p>

如人類中的HDAC1和酵母中的Rpd3，Rpd3能特異性去除組蛋白的乙酰基團(tuán)，使核小體相互靠近，并在轉(zhuǎn)錄共抑制子Sin3及R的協(xié)同作用下，抑制基因轉(zhuǎn)錄。2021/5/91028.4.2組蛋白乙?；叭ヒ阴；瘜?duì)基因表達(dá)的影響組蛋白N端尾巴上賴氨酸殘基的乙酰化中和了組蛋白尾巴的正電荷，降低了它與DNA的親和性，導(dǎo)致核小體構(gòu)象發(fā)生有利于轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白與染色質(zhì)相結(jié)合的變化，從而提高了基因轉(zhuǎn)錄的活性；乙?；绊懞诵◇w的濃縮水平和可接近性。2021/5/91038.4.3p53乙?；瘜?duì)轉(zhuǎn)錄活性的影響腫瘤抑制因子p53蛋白的活性受翻譯后修飾（如磷酸化、乙?；龋C(jī)制調(diào)控，經(jīng)修飾的p53蛋白能與不同的靶分子或蛋白復(fù)合體結(jié)合，從而抑制或激活參與特定生理反應(yīng)的靶基因；

p53的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為三個(gè)不同區(qū)域：N端酸性區(qū)，C端堿性區(qū)和中間的疏水區(qū)；乙?；筽53蛋白的DNA結(jié)合區(qū)域暴露，增強(qiáng)了DNA結(jié)合能力，從而促進(jìn)了靶基因的轉(zhuǎn)錄。2021/5/9104Rb蛋白的去乙?；疪b蛋白主要與E2F類轉(zhuǎn)錄激活因子相互作用，抑制靶基因的轉(zhuǎn)錄活性；

Rb蛋白與E2F的結(jié)合能夠募集去乙?；福箚?dòng)子區(qū)發(fā)生特異性的去乙?；磻?yīng)，導(dǎo)致該區(qū)段染色質(zhì)濃縮，靶基因轉(zhuǎn)錄活性消失；

DNA甲基化誘導(dǎo)了組蛋白的去乙?；饔茫前谢蜣D(zhuǎn)錄受到抑制。2021/5/91058.5激素與熱激蛋白對(duì)基因表達(dá)的影響8.5.1激素對(duì)靶基因的影響

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)控作用都是通過起始基因轉(zhuǎn)錄而實(shí)現(xiàn)的。2021/5/9106

靶細(xì)胞具有專一的細(xì)胞受體，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)合物通過核膜進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，并與染色質(zhì)的特定區(qū)域結(jié)合，導(dǎo)致基因轉(zhuǎn)錄的起始或關(guān)閉；2021/5/9107

體內(nèi)許多糖皮質(zhì)類激素應(yīng)答基因都有一段大約20bp的順式作用原件，該序列具有類似增強(qiáng)子的作用，活性受激素制約。

靶細(xì)胞中含有大量激素受體蛋白，而非靶細(xì)胞中沒有或很少有這類受體。激素調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄組織特異性2021/5/9108固醇類激素的受體蛋白分子的結(jié)構(gòu)框架

位于分子中央的DNA結(jié)合區(qū)，保守性極高（42%~94%）；

C端為激素結(jié)合區(qū)，保守性15%~57%；

N端保守性小于15%。2021/5/9109激素及其胞內(nèi)受體介導(dǎo)的基因表達(dá)調(diào)控模式。（A）小分子激素激活其胞內(nèi)受體分子的機(jī)制；（B）胞內(nèi)受體的基本結(jié)構(gòu)分析2021/5/9110部分激素受體蛋白的研究結(jié)果：

激素結(jié)合區(qū)（C端）的某個(gè)部分丟失，就變成一種永久性的活性分子；受體蛋白中激素結(jié)合結(jié)構(gòu)域妨礙了DNA結(jié)合區(qū)及轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)發(fā)揮生理功能，只有與相應(yīng)激素結(jié)合后才能打破這種障礙。例，雌激素刺激卵清蛋白產(chǎn)生。2021/5/9111胰高血糖素激活糖原分解連鎖反應(yīng)2021/5/9112三種假說：

受體流動(dòng)假說；中介物假說；例，腺苷酸環(huán)化酶和胰高血糖素受體2021/5/9113

鄰位互調(diào)假說

腺苷酸環(huán)化酶系統(tǒng)至少有3個(gè)活性部位：激素受體結(jié)合部位、Mg2+-ATP作用中心和核苷酸調(diào)節(jié)部位。2021/5/91148.5.2熱休克蛋白誘導(dǎo)的基因表達(dá)應(yīng)答元件（responseelement）指能與某個(gè)（類）專一蛋白因子結(jié)合，從而控制基因特異表達(dá)的DNA上游序列。如，熱休克應(yīng)答元件，糖皮質(zhì)應(yīng)答元件，金屬應(yīng)答元件。2021/5/9115熱休克蛋白（heatshockprotein,HSP）：許多生物在最適溫度范圍以上，能受熱誘導(dǎo)合成一系列熱休克蛋白，又稱熱激蛋白。

受熱后，果蠅細(xì)胞內(nèi)Hsp70mRNA水平提高1000倍，就是因?yàn)闊峒ひ蜃樱╤eatshockfactor，HSF）與hsp70基因TATA區(qū)上游60bp處的HSE相結(jié)合，誘發(fā)轉(zhuǎn)錄起始。2021/5/9116熱休克蛋白的功能

按相對(duì)分子量的大小以及同源程度可分為HSP90、HSP70、小分子HSP及泛蛋白；真核細(xì)胞的熱休克蛋白可能具有機(jī)體保護(hù)功能并在細(xì)胞的正常生長和發(fā)育中起重要作用；

HSP70主要參與蛋白質(zhì)代謝，泛蛋白的主要功能是清除細(xì)胞內(nèi)的變性蛋白質(zhì)；分子伴侶。熱休克基因中內(nèi)含子數(shù)量很少。2021/5/9117不受熱或其他環(huán)境脅迫時(shí)，HSF主要以單體的形式存在于細(xì)胞質(zhì)和核內(nèi)；單體HSF沒有DNA結(jié)合能力，Hsp70可能參與了維持HSF的單體形式；受熱激或其他環(huán)境脅迫時(shí)，細(xì)胞內(nèi)變性蛋白增多，與HSF競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合Hsp70，從而釋放HSF，使之形成三體并輸入核內(nèi)；HSF的三體能與HSE（應(yīng)答元件）特異結(jié)合，促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄。熱激因子HSF2021/5/91182021/5/9119HSF也受磷酸化水平的影響；熱激后，HSF不但形成三體，還會(huì)迅速被磷酸化。HSF與HSE（熱休克應(yīng)答元件）的特異性結(jié)合，引起包括Hsp70在內(nèi)的許多熱激應(yīng)答基因表達(dá)，大量產(chǎn)生Hsp70蛋白。隨著熱激溫度消失，細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)大量游離的Hsp70蛋白，它們與HSF相結(jié)合，形成沒有DNA結(jié)合能力的單體并脫離DNA。2021/5/9120熱激因子HSF結(jié)構(gòu)具有多個(gè)可形成拉鏈的疏水DNA區(qū)域；3個(gè)位于N端，靠近DNA結(jié)合區(qū)，參與促進(jìn)三體的形成；第4個(gè)拉鏈位于C末端，與位于第452～488位氨基酸殘基之間的保守區(qū)一起參與維持HSF單體構(gòu)象。2021/5/9121

序列刪除實(shí)驗(yàn)表明，無論去除第4個(gè)拉鏈區(qū)，還是更換該區(qū)甲硫氨酸391→賴氨酸，亮氨酸395→脯氨酸，都會(huì)導(dǎo)致HSF突變體對(duì)HSE在常溫下的高親和力。刪除第452～488位氨基酸，也可部分替代熱激效應(yīng)。2021/5/91222021/5/9123在常溫下，Hsp蛋白第1和4號(hào)拉鏈發(fā)生相互作用，從而阻斷了三體的形成；熱激或其他環(huán)境脅迫導(dǎo)致內(nèi)源拉鏈之間的解離，蛋白質(zhì)伸展成長鏈，不同鏈上的拉鏈發(fā)生作用，形成具有DNA結(jié)合能力的三體。2021/5/91242021/5/91258.6其他水平上的基因調(diào)控8.6.1RNA的加工成熟mRNA，rRNA和tRNA2021/5/9126rRNA的分子內(nèi)切割和化學(xué)修飾；

tRNA初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物先進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，然后經(jīng)過核苷的修飾，生成4.5S前體tRNA，最后剪接成為成熟tRNA（4S）；