第七章 真核基因的表達(dá)調(diào)控

第七章真核基因的表達(dá)調(diào)控第一頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四真核生物基因調(diào)控可分為兩大類，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，或細(xì)胞周期不同階段酶活性的調(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(zhǎng)、分化、發(fā)育的進(jìn)程。第二頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四根據(jù)基因調(diào)控發(fā)生的先后次序，可將其分為轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控及轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控。后者又進(jìn)一步分為RNA加工成熟過(guò)程的調(diào)控、翻譯水平的調(diào)控及蛋白質(zhì)加工水平的調(diào)控。①誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄的信號(hào)、②基因調(diào)控在哪一步(模板DNA的轉(zhuǎn)錄、mRNA的成熟或蛋白質(zhì)合成)實(shí)現(xiàn)以及③不同水平基因調(diào)控的分子機(jī)制是研究基因調(diào)控的三個(gè)主要內(nèi)容。第三頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四1真核生物的基因結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)錄活性

真核細(xì)胞與原核細(xì)胞在基因轉(zhuǎn)錄、翻譯及DNA的空間結(jié)構(gòu)方面存在的差異:(l)在真核細(xì)胞中，成熟mRNA為單順反子mRNA，很少存在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相結(jié)合，只有一小部分DNA是裸露的。第四頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四(3)高等真核細(xì)胞DNA中很大部分是不轉(zhuǎn)錄的，大部分真核細(xì)胞的基因中間存在不被翻譯的內(nèi)含子。(4)真核生物能夠有序地根據(jù)生長(zhǎng)發(fā)育階段的需要進(jìn)行DNA片段重排，還能在需要時(shí)增加細(xì)胞內(nèi)某些基因的拷貝數(shù)，這種能力在原核生物中是極為鮮見的。5第五頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四(5)在原核生物中，轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)很小，大都位于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游不遠(yuǎn)處；調(diào)控蛋白結(jié)合到調(diào)節(jié)位點(diǎn)上可直接促進(jìn)或抑制RNA聚合酶對(duì)它的結(jié)合。在真核生物中，基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)則大得多，可能遠(yuǎn)離核心啟動(dòng)子達(dá)幾百個(gè)甚至上千個(gè)堿基對(duì)。這些調(diào)節(jié)區(qū)也能與蛋白質(zhì)結(jié)合，但并不直接影響啟動(dòng)子對(duì)RNA聚合酶的接受程度，而是通過(guò)改變整個(gè)基因5'上游區(qū)DNA構(gòu)型來(lái)影響它與RNA聚合酶的結(jié)合力。第六頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四(6)真核生物的RNA在細(xì)胞核中合成，只有經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)穿過(guò)核膜，到達(dá)細(xì)胞質(zhì)后，才能被翻譯成蛋白質(zhì)。原核生物中不存在這樣嚴(yán)格的空間間隔。(7)許多真核生物的基因只有經(jīng)過(guò)復(fù)雜的成熟和剪接過(guò)程，才能被順利地翻譯成蛋白質(zhì)。第七頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四1.1外顯子和內(nèi)含子的可變調(diào)控通常，一個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物通過(guò)組成型剪接只能產(chǎn)生一種成熟mRNA。由于選擇性剪接，有一些真核生物基因的原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物可通過(guò)不同的剪接方式，產(chǎn)生不同的mRNA。一些核基因由于轉(zhuǎn)錄時(shí)選擇不同的啟動(dòng)子，使mRNA表達(dá)水平發(fā)生極大的變化。第八頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四小鼠淀粉酶基因表達(dá)由S外顯子起始的轉(zhuǎn)錄物是由L外顯子起始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的100倍以上。第九頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四1.2DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控在個(gè)體發(fā)育過(guò)程中，DNA會(huì)發(fā)生規(guī)律性變化，從而控制基因表達(dá)和生物的發(fā)育。成熟紅細(xì)胞能產(chǎn)生大量的可翻譯成熟珠蛋白的mRNA，它的前體細(xì)胞是不產(chǎn)生珠蛋白的。這種變化是由于基因的拷貝數(shù)發(fā)生了永久性變化所調(diào)控的。這樣的DNA水平的調(diào)控是真核生物發(fā)育調(diào)控的一種形式，這包括基因丟失、擴(kuò)增、重排和移位。這種調(diào)控使基因組發(fā)生了改變。10第十頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四開放型活性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)引起轉(zhuǎn)錄真核基因的活躍轉(zhuǎn)錄是在染色質(zhì)上進(jìn)行的。準(zhǔn)備轉(zhuǎn)錄時(shí)，染色質(zhì)在特定區(qū)域被解旋松弛，引起核小體結(jié)構(gòu)和DNA局部結(jié)構(gòu)的變化，并導(dǎo)致結(jié)構(gòu)基因暴露，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)子區(qū)DNA的結(jié)合，誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄。第十一頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四暴露的DNA易受核酶的攻擊，活躍表達(dá)基因所在染色質(zhì)上含有DNA酶I超敏感位點(diǎn)，這些超敏感位點(diǎn)大多位于基因5’端啟動(dòng)子區(qū)。非活性狀態(tài)基因5’端相應(yīng)位點(diǎn)不表現(xiàn)對(duì)DNA酶I的超敏感性。第十二頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四基因擴(kuò)增基因擴(kuò)增――為了滿足某個(gè)階段生長(zhǎng)發(fā)育的需要，基因的拷貝數(shù)專一性大量增加的現(xiàn)象，是基因活性調(diào)控的一種方式。例如，非洲爪蟾的卵母細(xì)胞中原有rRNA基因（rDNA）約500個(gè)拷貝。卵裂期和胚胎期，需要大量的rRNA，基因會(huì)大量復(fù)制rDNA，使拷貝數(shù)達(dá)到200萬(wàn)，擴(kuò)增約4000倍。第十三頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四1·3DNA甲基化與基因活性的調(diào)控DNA甲基化修飾途徑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)。大量研究表明，DNA甲基化能關(guān)閉某些基因的活性。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)。第十四頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四DNA的甲基化DNA甲基化修飾過(guò)程通過(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。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)。15

第十五頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四DNA甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)理用組蛋白Hl與含CCGG序列的甲基化和非甲基化DNA實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)：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。又由于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。DNA甲基化導(dǎo)致某些區(qū)域DNA構(gòu)象變化，影響蛋白質(zhì)與DNA的相互作用；抑制轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)區(qū)DNA的結(jié)合效率。第十六頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四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。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)。17

第十七頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四7·2真核基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控真核基因的調(diào)控主要也是在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行的。具體方式是特定的反式作用因子(trans-actingfactor，又稱跨域作用因子)與順式作用元件(cis-acting，element)相互作用而進(jìn)行的。第十八頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.2.1順式作用元件真核生物啟動(dòng)子和增強(qiáng)子。它們由若干DNA序列元件組成，它們常與特定的功能基因連鎖在一起。第十九頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四1.啟動(dòng)子(Promoter)真核基因啟動(dòng)子由核心啟動(dòng)子和上游啟動(dòng)子兩個(gè)部分組成，是在基因轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)(+1)及其5'上游大約100～200bp以內(nèi)的一組具有獨(dú)立功能的DNA序列，是決定RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)和轉(zhuǎn)錄頻率的關(guān)鍵元件。20第二十頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四(1)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。核心啟動(dòng)子單獨(dú)起作用時(shí)，只能確定轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)并產(chǎn)生基礎(chǔ)水平的轉(zhuǎn)錄。第二十一頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四(2)上游啟動(dòng)子元件(upstreampromoterelement，UPE)包括通常位于-7Obp附近的CAAT盒(CCAAT)和GC盒(GGGCGG)等，能通過(guò)TFⅡD復(fù)合物調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄起始的頻率，提高轉(zhuǎn)錄效率。第二十二頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.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。病毒、植物、動(dòng)物和人類正常細(xì)胞中都發(fā)現(xiàn)有增強(qiáng)子存在。作為基因表達(dá)的重要調(diào)節(jié)元件，增強(qiáng)子通常具有下列特性:第二十三頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四(1)增強(qiáng)效應(yīng)十分明顯一般能使基因轉(zhuǎn)錄頻率增加10～200倍，有的可以增加上千倍。(2)增強(qiáng)效應(yīng)與其位置和取向無(wú)關(guān)不論增強(qiáng)子以什么方向排列(5'→3'或3'→5')，甚至與靶基因相距3000bp或在靶基因下游，均表現(xiàn)出增強(qiáng)效應(yīng)。(3)大多為重復(fù)序列一般長(zhǎng)約50bp，適合與某些蛋白因子結(jié)合。其內(nèi)部常含有一個(gè)產(chǎn)生增強(qiáng)效應(yīng)時(shí)所必需的核心序列:(G)TGGA/TA/TA/T(G)。第二十四頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四(4)沒有基因?qū)Ｒ恍?，可以在不同的基因組合上表現(xiàn)增強(qiáng)效應(yīng)。(5)許多增強(qiáng)子受外部信號(hào)的調(diào)控，如金屬硫蛋白基因啟動(dòng)區(qū)上游所帶的增強(qiáng)子，就可以對(duì)環(huán)境中的鋅、鎬濃度做出反應(yīng)。25第二十五頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四增強(qiáng)子的功能受DNA雙螺旋空間構(gòu)象的影響。增強(qiáng)子有如下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。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聚合酶進(jìn)入染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的"入口"。第二十六頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四7．2．2反式作用因子參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄效率的蛋白質(zhì)，它們能識(shí)別或者結(jié)合在各類順式作用元件核心序列上(如:上游調(diào)控元件或增強(qiáng)子區(qū)域)。這些因子有兩種獨(dú)立的活性:特異地與DNA結(jié)合位點(diǎn)相結(jié)合，然后激活轉(zhuǎn)錄。兩種活性可以獨(dú)立分配給特定的蛋白結(jié)構(gòu)域，分別稱作DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域和激活結(jié)構(gòu)域，兩者是相分離的。它們?cè)诘鞍踪|(zhì)的不同區(qū)域。第二十七頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四1DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域1.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”，近竣基端的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。與DNA相互作用時(shí)，同源域蛋白的第一、二兩個(gè)螺旋往往靠在外側(cè)，其第三個(gè)螺旋則與DNA大溝相結(jié)合，并通過(guò)其N-端的多余臂與DNA的小溝相結(jié)合。

第二十八頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四第二十九頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.鋅指結(jié)構(gòu)域這種結(jié)構(gòu)域有兩種形式，"C2H2"型鋅指通過(guò)2個(gè)半胱氨酸和2個(gè)組氨酸殘基固定，這四個(gè)殘基與鋅離子在空間上形成一個(gè)四面體結(jié)構(gòu)。這種鋅指折疊形成一個(gè)緊密的結(jié)構(gòu)，由二條β鏈和一個(gè)α-螺旋組成，α-螺旋與DNA大溝結(jié)合。該α-螺旋區(qū)域上含有保守的堿性氨基酸，負(fù)責(zé)與DNA的結(jié)合。另一鋅指結(jié)構(gòu)是鋅離子與4個(gè)半胱氨酸結(jié)合，它出現(xiàn)在一百多種類固醇激素受體轉(zhuǎn)錄因子中。這些因子由同型或異型的二聚體組成，其中每一單體包含2個(gè)C4鋅指結(jié)構(gòu)。兩個(gè)單體通過(guò)鋅離子穩(wěn)定折疊成更復(fù)雜的構(gòu)象，再把每個(gè)單體的α-螺旋插入到DNA的連續(xù)大溝中。30第三十頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四第三十一頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四3.堿性結(jié)構(gòu)域在許多DNA結(jié)合蛋白中都發(fā)現(xiàn)了堿性結(jié)構(gòu)域，它通常是與亮氨酸拉鏈或HLH基序中的一個(gè)聯(lián)合在一起的，結(jié)果被稱做堿性亮氨酸拉鏈(bZIP)或堿性HLH蛋白。蛋白的二聚作用使二個(gè)堿性結(jié)構(gòu)城相鄰，進(jìn)而可與DNA發(fā)生作用。第三十二頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四2二聚體結(jié)構(gòu)域1.亮氨酸拉鏈亮氨酸拉鏈的肽鏈上每相隔七個(gè)殘基就會(huì)有一個(gè)疏水的亮氨酸殘基，這些殘基位于DNA結(jié)合域的C端-α螺旋上，這樣α-螺旋的側(cè)面每?jī)扇蜁?huì)出現(xiàn)一個(gè)亮氨酸，形成一個(gè)疏水的表面。結(jié)果在α-螺旋的疏水表面間就可以互相作用，形成二聚體。這種相互作用形成一個(gè)卷曲的卷曲結(jié)構(gòu)(coiled-coilstructure)。第三十三頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四bZIP轉(zhuǎn)錄因子包含一個(gè)堿性的DNA結(jié)合區(qū)域，其N端與亮氨酸拉鏈相連，這也可以被看作是α-螺旋C端的延伸。每個(gè)α-螺旋相連的堿性結(jié)構(gòu)域形成一個(gè)對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，沿DNA相反的方向延伸并與對(duì)稱的DNA識(shí)別位點(diǎn)發(fā)生作用，最終像一個(gè)夾子夾在DNA上。亮氨酸拉鏈在一些利用DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域的蛋白中也可以不通過(guò)堿性結(jié)構(gòu)域而作為二聚體結(jié)構(gòu)域使用，包括一些同源域蛋白。第三十四頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四第三十五頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.螺旋-環(huán)-螺旋（HLH）結(jié)構(gòu)域這一結(jié)構(gòu)在總體上與亮氨酸拉鏈相似，只是它的二個(gè)α-螺旋被一個(gè)非螺旋的多肽環(huán)分成二個(gè)單體蛋白，C端α-螺旋一側(cè)的疏水殘基可以二聚化。與亮氨酸拉鏈一樣，HLH結(jié)構(gòu)也經(jīng)常與堿性結(jié)構(gòu)域相鄰，以形成DNA結(jié)合所需的二聚體。第三十六頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四7．2．2．3轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域1.酸性激活結(jié)構(gòu)域通過(guò)比較酵母Gcn4和Gal4的轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域、哺乳動(dòng)物糖皮質(zhì)激素受體以及疤疹病毒激活子VPl6發(fā)現(xiàn)它們都含有很高比例的酸性氨基酸，這樣的結(jié)構(gòu)域被稱作酸性激活結(jié)構(gòu)域，且是許多轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域的特征。第三十七頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.富含谷氨酰胺結(jié)構(gòu)域富含谷氨酞胺的結(jié)構(gòu)域是在轉(zhuǎn)錄因子SPl的二個(gè)激活區(qū)域上首次發(fā)現(xiàn)的。與酸性結(jié)構(gòu)域一樣，谷氨酰胺殘基所占的比例很重要。3.富含脯氨酸結(jié)構(gòu)域在一些轉(zhuǎn)錄因子中所發(fā)現(xiàn)的富含脯氨酸結(jié)構(gòu)域，與谷氨酰氨相似，有一個(gè)能激活轉(zhuǎn)錄的連續(xù)脯氨酸殘基鏈。第三十八頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四7．2．2．4阻抑物結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄的阻抑有可能是通過(guò)間接地對(duì)激活因子功能的干擾而實(shí)現(xiàn)的，有以下幾種情況:阻斷了激活因子的DNA結(jié)合位點(diǎn)(與原核生物的阻抑蛋白一樣)。并非阻礙DNA結(jié)合而是掩蓋了激活結(jié)構(gòu)域。第三十九頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四哺乳動(dòng)物甲狀腺激素受體的結(jié)構(gòu)域在缺少甲狀腺激素的情況下可以阻抑轉(zhuǎn)錄，而在與配體結(jié)合后又可激活轉(zhuǎn)錄。Wilms癌基因WT1的產(chǎn)物是一個(gè)抑癌蛋白，這個(gè)抑癌蛋白就有一個(gè)特定的富脯氨酸阻抑結(jié)構(gòu)域。第四十頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四7．2．3轉(zhuǎn)錄調(diào)控的對(duì)象激活結(jié)構(gòu)城多樣性的存在給我們提出了一個(gè)問題，即在起始轉(zhuǎn)錄復(fù)合體中它們的調(diào)控對(duì)象是相同的還是不同的?酸性激活結(jié)構(gòu)域可以從下游的增強(qiáng)子位點(diǎn)激活轉(zhuǎn)錄，而富含脯氨酸結(jié)構(gòu)域的激活力很弱，富含谷氨酰氨根本無(wú)法激活;在酵母中富含脯氨酸的結(jié)構(gòu)域和酸性結(jié)構(gòu)域具有活性，而富含谷氨酰胺的結(jié)構(gòu)域則沒有活性，這些都表明激活結(jié)構(gòu)域有著不同的調(diào)控對(duì)象。

第四十一頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四不同的轉(zhuǎn)錄激活因子調(diào)控的對(duì)象是不一樣的，可能的情況有以下幾種:·染色質(zhì)結(jié)構(gòu);·與TFⅡD作用;·與TFⅡB作用;·對(duì)TFⅡH復(fù)合體的調(diào)整和作用。不同的激活結(jié)構(gòu)域有著不同的調(diào)控對(duì)象，而且轉(zhuǎn)錄起始和延伸過(guò)程的任何組分或階段都可能成為調(diào)控的對(duì)象，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄的多階段調(diào)控。第四十二頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四7．2．4轉(zhuǎn)錄調(diào)控實(shí)例1.組成性轉(zhuǎn)錄因子:SPlSPl與一段富含GC的保守序列GGGCC沿相連，是一種組成性轉(zhuǎn)錄因子。SPl存在于所有的細(xì)胞類型中，包含3個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)以及2個(gè)富含谷氨酰胺轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域。SPl的富含谷氨酰胺結(jié)構(gòu)域與TAFⅡll0發(fā)生特異性作用，而TAFⅡll0與TATA結(jié)合蛋白（TBP)相結(jié)合組成TFⅡD。這就是SPl如何調(diào)控起始轉(zhuǎn)錄復(fù)合體的一種方式。第四十三頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.激素調(diào)控:類固醇激素受體激素由一類細(xì)胞分泌，然后將信號(hào)轉(zhuǎn)移給另一類細(xì)胞。如類固醇激素是脂溶性的，可以穿過(guò)細(xì)胞膜與被稱作類固醇激素受體的轉(zhuǎn)錄因子相互作用。在沒有類固醇激素存在的條件下，該受體與抑制蛋白結(jié)合，游離在細(xì)胞質(zhì)中，對(duì)轉(zhuǎn)錄有阻抑作用。當(dāng)類固醇激素與受體結(jié)合后，可以使受體從抑制蛋白上游離出來(lái)，然后受體二聚化，進(jìn)而轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中，轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)錄激活因子。

第四十四頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四第四十五頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四3.磷酸化調(diào)控:STAT蛋白某些激素不穿過(guò)細(xì)胞，它們與細(xì)胞表面的受體結(jié)合，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的過(guò)程將信號(hào)傳遞給細(xì)胞內(nèi)的蛋白。如γ-干擾素通過(guò)激活JAK激酶，誘發(fā)轉(zhuǎn)錄因子（STATlα）的磷酸化（當(dāng)STATlα沒有磷酸化時(shí)，以單體的形成存在于細(xì)胞質(zhì)中，沒有轉(zhuǎn)錄活性）。它的一個(gè)特定酪氨酸殘基發(fā)生磷酸化后，便能夠形成同型二聚體，并從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中，進(jìn)而激活在啟動(dòng)子處含有一保守DNA結(jié)合序列的目標(biāo)基因的表達(dá)。

第四十六頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四第四十七頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四4.轉(zhuǎn)錄延伸：HIVTatHIV編碼一種稱為Tat的激活蛋白，該蛋白為HIV基因的大量表達(dá)所必需。Tat與RNA上的一段稱為TAR的莖環(huán)結(jié)構(gòu)結(jié)合（TAR是HIVRNA5’端的轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)后的一段不翻譯區(qū)域）。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中Tat所起的主要作用表現(xiàn)在轉(zhuǎn)錄延伸的過(guò)程中，若沒有Tat的存在，RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄復(fù)合體將因進(jìn)程過(guò)慢而使HIV的轉(zhuǎn)錄過(guò)早終止。

第四十八頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四Tat可與RNA結(jié)合因子一起以復(fù)合體形式結(jié)合在轉(zhuǎn)錄物的TAR序列上，Tat-RNA復(fù)合體可以向后成環(huán)，并與裝配在啟動(dòng)子處的新形成的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合體作用，這種作用導(dǎo)致TFⅡH的激酶活性被激活，結(jié)果RNA聚合酶Ⅱ的羧基端結(jié)構(gòu)域(CTD)實(shí)現(xiàn)磷酸化，使得RNA聚合酶前進(jìn)，完成HIV轉(zhuǎn)錄單位的閱讀，實(shí)現(xiàn)HIV蛋白的大量合成。第四十九頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四第五十頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四5.胚胎發(fā)育:同源域蛋白同源框是一段保守的DNA序列，編碼一種同源異型域的螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋的DNA結(jié)合蛋白。果蠅同源異型基因編碼的轉(zhuǎn)錄因子中的同源異型域負(fù)責(zé)身體各部分的正確分化。例如，同源異型基因中的一種Antennapedia的突變可使果蠅在應(yīng)該長(zhǎng)觸角的地方長(zhǎng)出腿來(lái)。

第五十一頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四7·3轉(zhuǎn)錄后的基因調(diào)控轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)是基因表達(dá)調(diào)控的最重要方式，但還有其他方式?；虮磉_(dá)的過(guò)程中可能被調(diào)控，步驟越多產(chǎn)生調(diào)控的形式也會(huì)越多。真核生物轉(zhuǎn)錄之后到達(dá)翻譯的路比原核生物長(zhǎng)，所經(jīng)步驟也多，因此，基因的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控就顯得更為重要。RNA的加工成熟和蛋白質(zhì)合成，在真核基因調(diào)控中起著重要作用。第五十二頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四7·3·1mRNA加工成熟過(guò)程中的調(diào)控編碼蛋白質(zhì)的基因轉(zhuǎn)錄時(shí)首先生成前體pre-mRNA(或稱hnRNA)，然后再加工剪接為成熟有生物功能的mRNA。這些加工主要包括在mRNA的5‘末端加“帽子”，在其3’末端加上poly(A)，進(jìn)行RNA的剪接以及核苷酸的甲基化修飾等。由于hnRNA被不同的加工會(huì)產(chǎn)生不同mRNA，它作為蛋白質(zhì)合成模板的功能就會(huì)不同，所以mRNA的加工成熟是基因表達(dá)的重要調(diào)控環(huán)節(jié)。第五十三頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四1、復(fù)雜轉(zhuǎn)錄單位對(duì)調(diào)控的影響一些編碼組織和發(fā)育特異性蛋白質(zhì)的基因含有復(fù)雜轉(zhuǎn)錄單位，它們除了含有數(shù)量不等的內(nèi)含子以外，其原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物能通過(guò)多種不同方式加工成兩個(gè)或兩個(gè)以上的mRNA。(1)利用多個(gè)5’端轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)或剪接位點(diǎn)產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)。下圖說(shuō)明肌球蛋白堿性輕鏈基因選用了不同的5'轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)及剪接不同外顯子產(chǎn)生蛋白質(zhì)異構(gòu)體LCl和LC3的過(guò)程。第五十四頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四第五十五頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四(2)利用多個(gè)加poly(A)位點(diǎn)和不同的剪接方式產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)。這類基因調(diào)控點(diǎn)在于有兩個(gè)或多個(gè)加poly(A)位點(diǎn)，可通過(guò)不同的剪接方式得到不同的蛋白質(zhì)。例如大鼠降鈣素基因就是如此。第五十六頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四第五十七頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四2、mRNA有效性的調(diào)控真核生物能否及時(shí)、長(zhǎng)時(shí)間利用成熟的mRNA翻譯出蛋白質(zhì)，與mRNA的穩(wěn)定性相關(guān)。原核生物mRNA的半衰期平均大約3min。高等真核生物迅速生長(zhǎng)的細(xì)胞中mRNA的半衰期平均約為3h。在高度分化的終端細(xì)胞中許多mRNA極其穩(wěn)定，有的壽命長(zhǎng)達(dá)十幾天，加上強(qiáng)啟動(dòng)子的多次轉(zhuǎn)錄，使一些終端細(xì)胞特有的蛋白質(zhì)合成達(dá)到驚人的水平。第五十八頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四1112第五十九頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四例如，家蠶絲心蛋白基因具有很強(qiáng)的啟動(dòng)子，幾天內(nèi)即可轉(zhuǎn)錄出105個(gè)絲心蛋白mRNA，而它的壽命長(zhǎng)達(dá)4天，每個(gè)mRNA分子能重復(fù)翻譯出105個(gè)絲心蛋白，所以4天內(nèi)可產(chǎn)生1010個(gè)絲心蛋白，說(shuō)明mRNA壽命的延長(zhǎng)是mRNA有效性的一個(gè)重要因素。第六十頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四7．3．2翻譯水平的調(diào)控在高等真核生物中轉(zhuǎn)運(yùn)鐵蛋白受體（TfR）和鐵蛋白負(fù)責(zé)鐵吸收和鐵解毒。這兩個(gè)mRNA上存在相似的順式作用元件－－鐵應(yīng)答元件(ironresponsiveelement，IRE)，IRE與IRE結(jié)合蛋白(IREBP)相互作用控制了這兩個(gè)mRNA的翻譯效率。當(dāng)細(xì)胞處于缺鐵或高鐵水平時(shí)，能產(chǎn)生兩個(gè)數(shù)量級(jí)的蛋白水平差異，卻沒有在mRNA水平上發(fā)現(xiàn)存在顯著差異。第六十一頁(yè)，共六十九頁(yè)，編輯于2023年，星期四研究表明，位于5’非翻譯區(qū)的IRE控制了鐵蛋白mRNA的翻譯效率，去掉這個(gè)非翻譯區(qū)IRE，可造成鐵蛋白的永久性高水平翻譯