《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件

基本概念與原理一、基因表達的時間性及空間性（一）時間特異性按功能需要，某一特定基因的表達嚴格按特定的時間順序發(fā)生，稱之為基因表達的時間特異性(temporalspecificity)。多細胞生物基因表達的時間特異性又稱階段特異性(stagespecificity)。目錄第八章真核生物基因表達調控基本概念與原理（一）時間特異性按功能需要，某一特定基因的表達1（二）空間特異性基因表達伴隨時間順序所表現(xiàn)出的這種分布差異，實際上是由細胞在器官的分布決定的，所以空間特異性又稱細胞或組織特異性(cellortissuespecificity)。在個體生長全過程，某種基因產物在個體按不同組織空間順序出現(xiàn)，稱之為基因表達的空間特異性(spatialspecificity)。目錄（二）空間特異性基因表達伴隨時間順序所表現(xiàn)出的這種分布差異，2二、基因表達的方式按對刺激的反應性，基因表達的方式分為：（一）組成性表達某些基因在一個個體的幾乎所有細胞中持續(xù)表達，通常被稱為管家基因(housekeepinggene)。二、基因表達的方式按對刺激的反應性，基因表達的方式分為：（一3無論表達水平高低，管家基因較少受環(huán)境因素影響，而是在個體各個生長階段的大多數或幾乎全部組織中持續(xù)表達，或變化很小。區(qū)別于其他基因，這類基因表達被視為組成性基因表達(constitutivegeneexpression)。無論表達水平高低，管家基因較少受環(huán)境因素影響，而是在個體各個4（二）誘導和阻遏表達在特定環(huán)境信號刺激下，相應的基因被激活，基因表達產物增加，這種基因稱為可誘導基因?？烧T導基因在特定環(huán)境中表達增強的過程，稱為誘導(induction)。

如果基因對環(huán)境信號應答是被抑制，這種基因是可阻遏基因?？勺瓒艋虮磉_產物水平降低的過程稱為阻遏(repression)。（二）誘導和阻遏表達在特定環(huán)境信號刺激下，相應的基因被激活，5在一定機制控制下，功能上相關的一組基因，無論其為何種表達方式，均需協(xié)調一致、共同表達，即為協(xié)調表達(coordinateexpression)，這種調節(jié)稱為協(xié)調調節(jié)(coordinateregulation)。在一定機制控制下，功能上相關的一組基因，無論其為何種表達方式6三、基因表達調控的基本原理（一）基因表達的多級調控基因激活轉錄起始轉錄后加工mRNA降解蛋白質降解等蛋白質翻譯翻譯后加工修飾轉錄起始三、基因表達調控的基本原理（一）基因表達的多級調控基因激活轉7（二）基因轉錄激活調節(jié)基本要素基因表達的調節(jié)與基因的結構、性質，生物個體或細胞所處的內、外環(huán)境，以及細胞內所存在的轉錄調節(jié)蛋白有關。1.特異DNA序列和調節(jié)蛋白質（二）基因轉錄激活調節(jié)基本要素基因表達的調節(jié)與基因的結構、性8指的是反式作用因子與順式作用元件之間的特異識別及結合。通常是非共價結合，被識別的DNA結合位點通常呈對稱、或不完全對稱結構。絕大多數調節(jié)蛋白質結合DNA前，需通過蛋白質-蛋白質相互作用，形成二聚體(dimer)或多聚體(polymer)。2.DNA-蛋白質蛋白質-蛋白質的相互作用指的是反式作用因子與順式作用元件之間的特異識別及結合。通常是93.RNA聚合酶⑴原核啟動序列/真核啟動子與RNA聚合酶活性RNA聚合酶與其的親和力，影響轉錄。⑵調節(jié)蛋白與RNA聚合酶活性一些特異調節(jié)蛋白在適當環(huán)境信號刺激下表達，然后通過DNA-蛋白質、蛋白質-蛋白質相互作用影響RNA聚合酶活性。3.RNA聚合酶⑴原核啟動序列/真核啟動子與RNA聚合酶10第一節(jié)概述

真核生物和原核生物在基因表達調控上有以下幾點不同：1.真核生物的轉錄激活總是伴隨著轉錄區(qū)染色質結構的變化。2.基因表達調控一般以正調控為主。3.真核生物的轉錄和翻譯在時間和空間上是分離的，調控的環(huán)節(jié)更多，復雜性更高。4真核生物基本上是采取逐個基因調控表達的形式。第一節(jié)概述11真核生物轉錄的起始是基因表達調控最主要的步驟。真核生物基因的表達能在幾個連續(xù)步驟中的任一步中以基因特有（genespecific）的方式受到調控。真核生物體內各種細胞表型的差異主要是編碼蛋白質的基因的表達不同引起的。這些編碼蛋白質的基因都經過RNA聚合酶Ⅱ轉錄。真核生物轉錄的起始是基因表達調控最主要的步驟。12《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件13《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件14DNA水平的調控染色質丟失低等生物及動物紅細胞，不可逆基因擴增基因重排基因片段改變原銜接順序，重排為完整的轉錄單位DNA水平的調控染色質丟失低等生物及動物紅細胞，不可逆15DNA甲基化與基因的表達成反比關系直接改變基因的構型影響轉錄因子與順式作用元件結合5′端調控序列甲基化后與核內甲基化CG序列結合蛋白結合DNaseⅠ高敏感區(qū)為去甲基化的標志DNA甲基化與基因的表達成反比關系16真核細胞會發(fā)生基因擴增(geneamplification)，即基因組中的特定段落在某些情況下會復制產生許多拷貝?；虻臄U增無疑能夠大幅度提高基因表達產物的量，但這種調控機理至今還不清楚?！冬F(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件17真核生物基因表達調控的主要控制點包括：1.基因結構的激活（基因的活化）2.處于活化狀態(tài)基因的轉錄由轉錄起始階段控制。3.轉錄過程中的調控4.轉錄產物的后加工除了加帽、加尾、去除內含子和連接外顯子以外，在核RNA水平上，真核生物還可以通過改變剪接類型實現(xiàn)調控蛋白質產物的類型。5.胞漿中一個特定的mRNA是否被翻譯仍被調控。真核生物基因表達調控的主要控制點包括：18基因結構的激活（基因的活化）染色質的結構、染色質中DNA和組蛋白的結構狀態(tài)都影響基因的活化，有以下現(xiàn)象：（1）染色質結構影響基因轉錄。異染色質(heterochromatin)中從未見有基因轉錄表達；（2）組蛋白的作用，可能扮演了非特異性阻遏蛋白的作用；核小體結構中的組蛋白乙酰化(acetylation)和泛素化(ubiquitination)，以及H3組蛋白巰基化等現(xiàn)象，都是核小體不穩(wěn)定或解體的因素或特征。轉錄活躍的區(qū)域也常缺乏核小體的結構。這些都表明核小體結構影響基因轉錄。

《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件19（3）轉錄活躍區(qū)域對核酸酶作用敏感度增加。對DNaseⅠ高敏感點多在調控蛋白結合位點的附近，該區(qū)域核小體的結構發(fā)生變化，可能有利于調控蛋白結合而促進轉錄。

（4）DNA拓撲結構變化。

RNA聚合酶轉錄方向前方DNA的構象是正性超螺旋，正性超螺旋會拆散核小體，有利于RNA聚合酶向前移動轉錄；（3）轉錄活躍區(qū)域對核酸酶作用敏感度增加。對DNaseⅠ高20（5）DNA堿基修飾變化甲基化最常發(fā)生在某些基因5′側區(qū)的CpG序列中，實驗表明這段序列甲基化可使其后的基因不能轉錄，甲基化可能阻礙轉錄因子與DNA特定部位的結合從而影響轉錄。由此可見，染色質中的基因轉錄前先要有一個被激活的過程，但目前對激活機制還缺乏認識。

（5）DNA堿基修飾變化甲基化最常發(fā)生在某些基因5′側區(qū)的21細胞中處于“活化”狀態(tài)的基因才得到表達，變成“活化”結構是基因表達的第一步。核心組蛋白N末端乙?；揎椗c基因調控有關?！盎罨颉迸c核心組蛋白乙?；脑鰪娪忻芮嘘P系。細胞中處于“活化”狀態(tài)的基因才得到表達，變成“活化”結構是基22《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件23最近關于組蛋白乙?；c轉錄過程的直接聯(lián)系已有報道。普遍認為，其N端尾鏈的正電荷性很可能與轉錄因子發(fā)生競爭，奪取DNA磷酸骨架的負電荷性，因此特定賴氨酸殘基的乙?；蟠蠼档土私M蛋白-DNA的相互作用，把染色體從抑制狀態(tài)下釋放出來，激活轉錄。因此，對核心組蛋白乙酰化的調節(jié)，是基因調控的一個控制點?！冬F(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件24《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件25《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件26《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件27《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件28《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件29基因的活化基因的活化30染色質重組裝是指染色質或核小體的結構、成分變化，這些變化具有轉錄調控作用。在染色質重組裝過程中，連接組蛋白H1成分的時序變化以及核心組蛋白的乙?；?，都對早期發(fā)育過程的轉錄調控起了關鍵性的作用。染色質重組裝控制著早期轉錄抑制狀態(tài)向激活狀態(tài)的轉變，是母型基因控制向合子型基因控制過渡（即所謂“中期囊胚轉換(midblastulatransition,MBT）的重要途徑。染色質重組裝是指染色質或核小體的結構、成分變化，這些變化具有31第二節(jié)真核生物基因轉錄調控真核生物絕大多數基因調控發(fā)生在轉錄起始階段，但由于基因表達的控制可發(fā)生在多個階段，因此RNA產物的產生并不一定會形成蛋白質產物。組織特異性基因表達調控是真核細胞分化的核心?？刂婆咛グl(fā)育的轉錄因子大多具有這方面的特點。第二節(jié)真核生物基因轉錄調控真核生物絕大多數基因調控發(fā)生在32一、基因轉錄的順式調控元件真核基因的順式作用元件按照功能可以分為啟動子、增強子以及沉寂子。（一）啟動子的選擇RNA聚合酶Ⅱ的啟動子有含有TATA框的典型啟動子和不含TATA框的非典型啟動子兩種。一、基因轉錄的順式調控元件真核基因的順式作用元件按照功能可以33哺乳類RNA聚合酶Ⅱ啟動子中常見的元件元件名稱共同序列結合的蛋白因子名稱分子量結合DNA長度TATAboxTATAAAATBP30,000～10bpGCboxGGGCGGSP-1105,000～20bpCAATboxGGCCAATCTCTF/NF160,000～22bpOctamerATTTGCATOct-176,000～10bp

Oct-253,000～20bpkBGGGACTTTCCNFkB44,000～10bpATFGTGACGTAFT?20bp哺乳類RNA聚合酶Ⅱ啟動子中常見的元件元件名稱共34TATA框是核心啟動子中有效的定位成分，也是上游啟動子和增強子產生誘導效應所必需的。1．含有TATA框的啟動子TATA框是核心啟動子中有效的定位成分，也是上游啟動子35有時一個基因上有串聯(lián)著的兩個TATA框，它們可分別地或有側重地對不同的誘導物作出應答。淀粉酶基因在唾液腺和肝臟中分別選擇了轉錄效率不同的兩個轉錄起始點。有時一個基因上有串聯(lián)著的兩個TATA框，它們可分別地或有側重362．非典型的啟動子

少數基因沒有典型的TATA框啟動子序列。非典型啟動子有的富含GC框，有的則沒有GC框。富含GC的非典型啟動子的轉錄

含有這類啟動子結構的基因的轉錄起始是不規(guī)則的，并且只有基礎水平表達。持家基因（housekeepinggene）多以這種轉錄方式。2．非典型的啟動子37無TATA框、GC框的基因轉錄

這類基因啟動子上沒有TATA框，卻在轉錄起始點附近處形成起始子（initiator，Inr）。這種元件的保守序列為PyPyANT/APyPy。RNA聚合酶Ⅱ在這些基因上的轉錄起始于一個或數個緊密成簇的起始元件－轉錄起始子的A位上。無TATA框、GC框的基因轉錄38（二）、增強子增強子（enhancer）最早是在SV40病毒中發(fā)現(xiàn)的一段長約200bp的DNA片段，可使旁側基因的轉錄效率提高100倍。以后在多種真核生物甚至是原核生物都發(fā)現(xiàn)了增強子。增強子是真核細胞中通過啟動子來提高轉錄效率的一種遠端的順式調控元件。（二）、增強子39增強子相對于啟動子的位置不固定。有效的增強子可以位于基因的5’端，也可位于3’端，還可位于內含子區(qū)，一般跨度為100～200bp。增強子和啟動子一樣由多種組件構成，其基本的核心元件常由8～12bp組成，可以有完整的或部分的回文結構，以單拷貝或多拷貝串聯(lián)的形式存在。增強子相對于啟動子的位置不固定。有效的增強子可以位于基因的540《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件41

1.增強子的特性：增強子能提高同一條DNA鏈上相鄰啟動子轉錄的效率和速率。增強子對同源或異源基因同樣有效。增強子的位置可在基因5’上游、基因內或基因的3’下游序列中。增強子在DNA雙鏈中沒有5’與3’固定的方向性，將增強子倒置依然有效。1.增強子的特性：42增強子可以遠離轉錄起始點，通常在1～4kb。增強子一般有組織或細胞特異性。增強子的活性與其在DNA雙螺旋結構中的空間方向性有關。增強子必需有啟動子才可以發(fā)揮作用。增強子可以遠離轉錄起始點，通常在1～4kb。43《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件44（三）沉寂子

最早在酵母中發(fā)現(xiàn)，以后在T淋巴細胞的T抗原受體基因的轉錄和重排中證實這種負調控順式元件的存在。目前對這種在基因轉錄降低或關閉中起作用的序列研究還不多，但從已有的例子看到：沉寂子的作用可不受序列方向的影響，也能遠距離發(fā)揮作用，并可對異源基因的表達起作用。

（三）沉寂子45《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件46《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件47《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件48《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件49二、通用調控中的調控效應元件受共同控制的一組基因經常共用一個被轉錄調控因子識別的啟動子元件。能夠使基因應答此類因子的元件被稱為效應元件（responseelement）。如熱激效應元件和糖皮質激素效應元件等。為順式作用元件。二、通用調控中的調控效應元件受共同控制的一組基因經常共用一個50效應元件具有與啟動子上游元件或增強子相同的特點。它們含有短的保守序列，調控因子的結合區(qū)在保守序列上，只要單個效應元件就可以受調控因子的調控。效應元件可能位于啟動子內，也可能位于增強子內。效應元件具有與啟動子上游元件或增強子相同的特點。它們含有短的51《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件52金屬硫蛋白的調控說明了調控的通用原理，幾個不同的元件中的任一個，無論位于啟動子中還是增強子中都能獨立激活基因表達。熱激應答在原核和真核生物中許多基因的表達控制中很普遍，溫度增加關閉一些基因的轉錄，同時開放熱激基因(heatshockgene)的轉錄，從而引起mRNA翻譯的變化。金屬硫蛋白的調控說明了調控的通用原理，幾個不同的元件中的任一53三、反式作用因子以反式作用影響轉錄的因子可統(tǒng)稱為轉錄因子(transcriptionfactors,TF)。RNA聚合酶是一種反式作用于轉錄的蛋白因子。在真核細胞中RNA聚合酶通常不能單獨發(fā)揮轉錄作用，而需要與其他轉錄因子共同協(xié)作。對TFⅡ研究最多。RNA聚合酶的轉錄活性依賴于基本轉錄因子，在轉錄前先形成轉錄復合體，其轉錄效率受許多蛋白因子的影響，協(xié)調表達更為復雜。

三、反式作用因子以反式作用影響轉錄的因子可統(tǒng)稱為轉錄因子(t54人類Ⅱ型啟動子的轉錄因子 因子 分子量 功能 RNAPolⅡ≥10K 依賴模板合成RNA TFⅡA 12,19,35K穩(wěn)定TFⅡD和DNA的結合，激活TBP亞基 TFⅡB 33K 結合模板鏈（-10～+10），起始PolⅡ結合，和TFⅡE/F相互作用 TFⅡD (TBP,30K)TBP亞基識別TATA，將聚合酶組入復合體中，TAFs識別特殊啟動子 TFⅡE 34K(β)結合在PolⅡ的前部，使復合體的保護區(qū)延伸到下游 57K(α)TFⅡF 38,74K 大亞基具解旋酶活性（RAP74）,小亞基和PolⅡ結合，介導其加入復合體 TFⅡH 具激酶活性，可以磷酸化PolⅡC端的CTD，使PolⅡ逸出，延伸 TFⅡI 120K 識別Inr，起始TFⅡF/D結合 TFⅡJ 在TFⅡF后加入復合體，不改變DNA的結合方式 TFⅡS RNA合成延伸 人類Ⅱ型啟動子的轉錄因55《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件56不同基因由不同的上游啟動子元件組成，能與不同的轉錄因子結合，這些轉錄因子通過與基礎的轉錄復合體作用而影響轉錄的效率?，F(xiàn)在已經發(fā)現(xiàn)有許多不同的轉錄因子，看到的現(xiàn)象是：同一DNA序列可被不同的蛋白因子所識別；能直接結合DNA序列的蛋白因子是少數，但不同的蛋白因子間可以相互作用，因而多數轉錄因子是通過蛋白質－蛋白質間作用與DNA序列聯(lián)系并影響轉錄效率的(見圖)。轉錄因子之間或轉錄因子與DNA的結合都會引起構象的變化，從而影響轉錄的效率。

不同基因由不同的上游啟動子元件組成，能與不同的轉錄因子結合，57作為蛋白質的轉錄因子從功能上分析其結構可包含有不同區(qū)域，①DNA結合域(DNAbindingdomain)，多由60－100個氨基酸殘基組織的幾個亞區(qū)組成；②轉錄激活域(activatingdomain)，常由30－100氨基酸殘基組成，這結構域有富含酸性氨基酸、富含谷氨酰胺、富含脯氨酸等不同種類，以酸性結構域最多見；③連接區(qū)，即連接上兩個結構域的部分。不與DNA直接結合的轉錄因子沒有DNA結合域，但能通過轉錄激活域直接或間接作用于轉錄復合體而影響轉錄效率。

作為蛋白質的轉錄因子從功能上分析其結構可包含有不同區(qū)域，①D58

DNA結合基序

與DNA結合的轉錄因子大多以二聚體形式起作用，與DNA結合的功能域（又稱基序motif）典型的有以下幾種：鋅指結構（zincfinger）基序螺旋-環(huán)-螺旋（helix-loop-helix,HLH)亮氨酸拉鏈（leucinezipper)螺旋-轉角-螺旋(helixturnhelix,HTH)

DNA結合基序

與DNA結合的轉錄因子大多以二聚體形式起59鋅指基序鋅指基序是由保守氨基酸的小基團與鋅離子結合形成類似手指狀的DNA結合結構域。鋅指基序是DNA結合蛋白的一個通用基序，鋅指結構通常由相對獨立的結構域串連重復排列在一起而形成。鋅指基序鋅指基序是由保守氨基酸的小基團與鋅離子結合形成類似手60每個重復的“指”狀結構約含23個氨基酸殘基，鋅以4個配價鍵與4個半胱氨酸、或2個半胱氨酸和2個組氨酸相結合。整個蛋白質分子可有多個這樣的鋅指重復單位。每一個單位可以其指部伸入DNA雙螺旋的深溝，接觸5個核苷酸。例如與GC盒結合的轉錄因子SP1中就有連續(xù)的3個鋅指重復結構。每個重復的“指”狀結構約含23個氨基酸殘基，鋅以4個配價鍵與61通用轉錄因子SP1有一個DNA結合域，含3個鋅指基序。通用轉錄因子SP1有一個DNA結合域，含3個鋅指基序。62《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件63《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件64《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件65已知的鋅指結構主要發(fā)現(xiàn)于促進RNA聚合酶II和RNA聚合酶III轉錄的轉錄因子中。典型的鋅指蛋白—TFⅡA與5SrRNA基因及產物5SrRNA都結合?！冬F(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件66螺旋-環(huán)-螺旋結構此基序長40－50個氨基酸殘基，其中含兩個既親水又親脂的α-螺旋，α-螺旋被不同長度的環(huán)（連接區(qū)）分開。大多數HLH蛋白有一與HLH基序相鄰的強堿性的區(qū)域，它是與DNA結合必需的，含有此區(qū)的HLH稱為bHLH蛋白。螺旋-環(huán)-螺旋結構此基序長40－50個氨基酸殘基，其中含兩個67《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件68《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件69《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件70《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件71螺旋轉角螺旋(helixturnhelix,HTH)及螺旋-環(huán)-螺旋(helixloophelix,HLH)這類結構至少有兩個α螺旋，其間由短肽段形成的轉角或環(huán)連接，兩個這樣的motif結構以二聚體形式相連，距離正好相當于DNA一個螺距(3.4nm)，兩個α螺旋剛好分別嵌入DNA的深溝。

螺旋轉角螺旋(helixturnhelix,HTH72亮氨酸拉鏈結構亮氨酸拉鏈是一個富含亮氨酸殘基的結構域，參與形成二聚體。在每個拉鏈蛋白中都有一個與重復的亮氨酸相鄰的高堿性區(qū)，該區(qū)可能含一個DNA結合點。亮氨酸拉鏈形成的二聚體構成莖，分叉對稱的兩個堿性區(qū)形成臂，與DNA結合。這種結構稱為bZIP基序。亮氨酸拉鏈結構亮氨酸拉鏈是一個富含亮氨酸殘基的結構域，參與形73該結構的特點是蛋白質分子的肽鏈上每隔6個氨基酸就有一個亮氨酸殘基，結果就導致這些亮氨酸殘基都在α螺旋的同一個方向出現(xiàn)。兩個相同結構的兩排亮氨酸殘基就能以疏水鍵結合成二聚體，該二聚體的另一端的肽段富含堿性氨基酸殘基，借其正電荷與DNA雙螺旋鏈上帶負電荷的磷酸基團結合。若不形成二聚體則對DNA的親和結合力明顯降低。在肝臟、小腸上皮、脂肪細胞和某些腦細胞中有稱為C/EBP家族的一大類蛋白質能夠與CAAT盒和病毒增強子結合，其特征就是能形成bZIP二聚體結構。該結構的特點是蛋白質分子的肽鏈上每隔6個氨基酸就有一個亮氨酸74(3)亮氨酸拉鏈結構：

l

見于真核生物DNA結合蛋白質的C端，與癌基因表達調控有關。由兩段α-螺旋平行排列構成，其α-螺旋中存在每隔7個殘基規(guī)律性排列的Leu殘基，Leu側鏈交替排列而呈拉鏈狀。兩條肽鏈呈鉗狀與DNA結合。

(3)亮氨酸拉鏈結構：l見于真核生物DNA結合蛋白質的C75《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件76酵母菌的Gcn4轉錄因子以二聚體的結合結構結合在DNA上酵母菌的Gcn4轉錄因子以二聚體的結合結構結合在DNA上77亮氨酸拉鏈結構解釋了為什么這種蛋白質的目標序列總是沒有間隔的反向重復序列。亮氨酸拉鏈結構解釋了為什么這種蛋白質的目標序列總是沒有間隔的78四、結合相關靶DNA的同源域同源（異型）框（homeobox)是一種編碼由60個氨基酸組成的結構域序列。由于最早在果蠅的同源框基因座（其基因決定身體結構的特點）中發(fā)現(xiàn)而得名。同源（異型）框存在于許多真核生物的DNA結合蛋白中，負責與DNA結合，其C端與原核生物阻抑蛋白的HTH基序同源，與發(fā)育調控有關。在一些動物的轉錄因子中也發(fā)現(xiàn)了與同源框類似的短序列。四、結合相關靶DNA的同源域同源（異型）框（homeobox79《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件80《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件81《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件82《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件83從上述可見：轉錄調控的實質在于蛋白質與DNA、蛋白質與蛋白質之間的相互作用，構象的變化正是蛋白質和核酸“活”的表現(xiàn)。但對生物大分子間的辨認、相互作用、結構上的變化及其在生命活動中的意義，人們的認識和研究還只在起步階段，其中許多內容甚至重要的規(guī)律我們可能至今還一無所知，有待于努力探索。

從上述可見：轉錄調控的實質在于蛋白質與DNA、蛋白質與蛋白質84五、蛋白質與DNA的結合蛋白質與雙鏈DNA的結合分為普遍性結合和特異性結合。特異性結合的蛋白質能識別特定DNA序列，同堿基的接觸是結合的關鍵。接觸包括：（1）蛋白質側鏈同堿基直接形成氫鍵；（2）多肽骨架同堿基偶然形成氫鍵；（3）水分子介導的氫鍵；（4）疏水接觸等。雙鏈DNA的大溝對位點特異性識別更為重要。在特異性識別中，蛋白質和堿基序列之間存在著某種匹配的結構因素。五、蛋白質與DNA的結合蛋白質與雙鏈DNA的結合分為普遍性結85蛋白質與雙鏈DNA的結合的規(guī)律：（1）識別序列的DNA具有對稱性；（2）接觸區(qū)只在DNA分子的一側。（3）蛋白質分子通常有一到多個螺旋區(qū)，其中一個是“識別螺旋”。（4）蛋白質與DNA分子都發(fā)生構象的變化，通過誘導、配合進行相互作用?？傊?，蛋白質與DNA的相互識別、結合是兩類分子在立體結構上弱化學鍵的相互作用與吻合。蛋白質與雙鏈DNA的結合的規(guī)律：（1）識別序列的DNA具有對86H-BondinginaProtein-DNAInteractionH-BondinginaProtein-DNAInt87反式作用因子的活性調節(jié)表達式調節(jié)合成后即有活性，不能積累共價修飾磷酸化、去磷酸化，糖基化配體結合激素受體蛋白質與蛋白質相互作用復合物的解離與形成反式作用因子的活性調節(jié)88反式作用因子與順式元件的結合反式作用因子的作用方式成環(huán)扭曲滑動Oozing反式作用因子的組合式調控作用組合式基因調控（conbinatorialgeneregulation）幾種反式作用因子組合而發(fā)揮特定作用反式作用因子與順式元件的結合89六、基因激活的占先模型真核生物細胞的DNA與組蛋白組成核小體結構，如果啟動子區(qū)處在核小體內，轉錄的起始通常會被抑制。基因激活占先模型模型認為，轉錄因子與組蛋白之間在占有DNA上存在競爭，且無論誰先占領DNA上的位點，都不能被另一方替換。六、基因激活的占先模型真核生物細胞的DNA與組蛋白組成核小體90《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件91基因激活占先模型的一個重要特點是如果不形成核小體構型，DNA上必需存在轉錄因子。如果DNA復制時沒有某種轉錄因子，核小體形成，不能轉錄。轉錄因子和組蛋白兩者誰首先與控制位點結合是起決定的因素?；蚣せ钫枷饶Ｐ偷囊粋€重要特點是如果不形成核小體構型，DNA92《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件93復制時組蛋白八聚體的脫離為轉錄因子結合DNA提供了機會，這些轉錄因子的結合一直持續(xù)到下一個復制周期，抑制了組蛋白八聚體的重新與DNA結合。最近的實驗結果認為組蛋白置換需要輸入能量。復制時組蛋白八聚體的脫離為轉錄因子結合DNA提供了機會，這些94《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件95七、基因表達與去甲基化的關系DNA的甲基化也是真核生物轉錄調控的方式之一。啟動子區(qū)的甲基化將抑制轉錄的發(fā)生。甲基化可以在兩個等位基因上發(fā)生。也可只發(fā)生在單個的等位基因上，這樣就可造成來自父方和母方基因表達的差異。七、基因表達與去甲基化的關系DNA的甲基化也是真核生物轉錄調96甲基化對復制的影響：原核細胞：甲基化影響顯著，只有復制起點對稱甲基化才能有效復制。真核細胞：

延遲從同一個復制起始位點開始的DNA復制再起始（reinitiatiing）；

促進復制起始相關蛋白與相應DNA序列的結合；

通過影響起始相關蛋白的表達，間接地影響復制的起始。甲基化對復制的影響：原核細胞：甲基化影響顯著，只有復制起點對97甲基化顯著抑制基因轉錄甲基化DNA序列構型發(fā)生改變，影響相應轉錄因子對這段序列的識別和結合。；識別、結合甲基化序列的蛋白質(包括MeCP1、2；MBD1、2等)與甲基化序列結合后，募集轉錄阻遏蛋白到局部，使局部組蛋白去乙?；?、染色質重構、異染色質化等；識別、結合甲基化序列的蛋白質結合甲基化的啟動子、增強子序列，干擾轉錄因子的活性；甲基轉移酶自身就可以與一些轉錄抑制蛋白相互作用，抑制基因轉錄。甲基化顯著抑制基因轉錄甲基化DNA序列構型發(fā)生改變，影響相應98甲基化可以解釋印記（imprinting)現(xiàn)象，印記描述了來自兩個親本的等位基因之間的行為差異。甲基化發(fā)生在在特定的配子發(fā)生期間，并且是可逆的。目前已經在小鼠中發(fā)現(xiàn)了60多個發(fā)生甲基化的基因，大多與胚胎的發(fā)育生長有關。其中一些基因與早期胚胎發(fā)生相關，有的與胚后發(fā)育有關?！冬F(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件99《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件100DNA的甲基化發(fā)生在特定位點上。動物細胞DNA的胞嘧啶2％－7％發(fā)生甲基化。大多數甲基化基因發(fā)生于CG聯(lián)體。甲基化基因沒有激活，而未甲基化基因有表達活性。因此活性基因稱為甲基化不足（undermethylation)基因。DNA的甲基化發(fā)生在特定位點上。動物細胞DNA的胞嘧啶2％－101甲基化是一個可逆的過程，去除甲基或添加甲基，可以特異性地重置基因的甲基化狀態(tài)。甲基化模式的改變發(fā)生在胚胎發(fā)生時期。目前只確定了一種甲基酶可以將甲基添加到CpG對上。適當的靶基因甲基化可以防止它們的不適當表達?！冬F(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件102第三節(jié)mRNA前體的可變剪接一、可變剪接mRNA前體通過不同方式的剪接，可由一個基因的轉錄產物產生出不同的成熟mRNA，從而翻譯出不同的蛋白質的過程稱為可變剪接（alternativesplicing）或選擇性剪接。有些基因常不止一個轉錄起始位點，在不同的組織或不同的發(fā)育階段由同一個基因轉錄出不同的mRNA前體，以不同的剪接方式產生有活性的蛋白質。第三節(jié)mRNA前體的可變剪接一、可變剪接103《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件104二、可變剪接的調控機制1．SR蛋白家族的調控剪接體的形成與多種蛋白質和RNA復合體密切相關。在可變剪接上保守的SR磷蛋白家族因子的參與起重要作用。SR蛋白家族以不同的質的組成與量的差異選擇特定的mRNA前體剪接位點，不同的SR家族蛋白對適當的mRNA前體可以誘導出不同選擇的剪接方式，在選擇剪接上起決定作用。二、可變剪接的調控機制1．SR蛋白家族的調控1052．RNP的調節(jié)hnRNP-A1在不同組織中的含量變化很大，不參與組成性剪接。在選擇5’和3’剪接點時具有可變剪接活性，成為參與可變剪接的調節(jié)因子，在體內與SR蛋白共同調節(jié)組織特異性的剪接。U5hnRNP在酵母中參與5’剪接點突變的可變剪接。2．RNP的調節(jié)106《現(xiàn)代分子生物學》第八章-真核生物基因表達調控課件1073．外顯子限定模型真核細胞mRNA前體中內含子遠遠大于外顯子，5’與3’剪接位點可以跨越數萬個核苷酸準確地組合在剪接體中。有證據表明，在前速激肽原mRNA前體的可變剪接中，外顯子下游的5’剪接位點可影響其上游內含子3’的剪接。3．外顯子限定模型108

Recentgenome-wideanalysesofalternativesplicingindicatethat40–60%ofhumangeneshavealternativespliceforms,suggestingthatalternativesplicingisoneofthemostsignificantcomponentsofthefunctionalcomplexityofthehumangenome.Herewereviewtheserecentresultsfrombioinformaticsstudies,assesstheirreliabilityandconsidertheimpactofalternativesplicingonbiologicalfunctions.Althoughthe‘bigpicture’ofalternativesplicingthatisemergingfromgenomicsisexciting,therearemanychallenges.High-throughputexperimentalverificationofalternativespliceforms,functionalcharacterization,andregulationofalternativesplicingarekeydirectionsforresearch.Werecommendacommunity-basedefforttodiscoverandcharacterizealternativespliceformscomprehensivelythroughoutthehumangenome.-------AgenomicviewofalternativesplicingBarmakModrek&ChristopherLeenaturegenetics?volume30?january2002

109三、反式剪接三、反式剪接110RNAiRNAi技術可引起DNA甲基化或mRNA降解，導致轉錄后基因沉默或后成的基因沉默。是研究基因功能的重要技術。RNAiRNAi技術可引起DNA甲基化或mRNA降解，導致111RNaseIII-Dicer切割dsRNA形成siRNA.RISC(RNA誘導的沉默復合體)裂解