第十章 真核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控

第十章真核基因的表達(dá)調(diào)控原核生物的調(diào)控系統(tǒng)就是要在一個(gè)特定的環(huán)境中為細(xì)胞創(chuàng)造高速生長(zhǎng)的條件，或使細(xì)胞在受到損傷時(shí)，盡快得到修復(fù)，所以，原核生物基因表達(dá)的開關(guān)經(jīng)常是通過控制轉(zhuǎn)錄的起始來調(diào)節(jié)的。

真核基因表達(dá)調(diào)控的最顯著特征是能在特定時(shí)間和特定的細(xì)胞中激活特定的基因，從而實(shí)現(xiàn)"預(yù)定"的、有序的、不可逆轉(zhuǎn)的分化、發(fā)育過程，并使生物的組織和器官在一定的環(huán)境條件范圍內(nèi)保持正常功能。

一、真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)真核生物基因表達(dá)調(diào)控與原核的共同點(diǎn)：?基因表達(dá)都有轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控，且以轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控為最重要；?在結(jié)構(gòu)基因上游和下游、甚至內(nèi)部存在多種調(diào)控成分，并依靠特異蛋白因子與這些調(diào)控成分的結(jié)合與否調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄。

一、真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)真核生物基因表達(dá)調(diào)控與原核的不同點(diǎn)：1、真核基因表達(dá)調(diào)控的環(huán)節(jié)更多：轉(zhuǎn)錄與翻譯間隔進(jìn)行，具有多種原核生物沒有的調(diào)控機(jī)制；個(gè)體發(fā)育復(fù)雜，具有調(diào)控基因特異性表達(dá)的機(jī)制。2、真核生物活性染色體結(jié)構(gòu)的變化對(duì)基因表達(dá)具有調(diào)控作用：DNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化、DNA堿基修飾變化

、組蛋白變化；3、正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)，且一個(gè)真核基因通常有多個(gè)調(diào)控序列，需要有多個(gè)激活物。

一、真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)根據(jù)其性質(zhì)可分為兩大類：一是瞬時(shí)調(diào)控或稱為可逆性調(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)。瞬時(shí)調(diào)控包括某種底物或激素水平的升降，及細(xì)胞周期不同階段中酶活性和濃度的調(diào)節(jié)。二是發(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)育的全部進(jìn)程。

根據(jù)基因調(diào)控在同一事件中發(fā)生的先后次序又可分為：–DNA水平調(diào)控Replicationalregulation–轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控transcriptionalregulation–轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控posttranscriptionalregulation–翻譯水平調(diào)控translationalregulation–蛋白質(zhì)加工水平的調(diào)控regulationofproteinmaturation

一、真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)一、真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)二、轉(zhuǎn)錄前調(diào)控1、真核生物DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控包括基因丟失、基因擴(kuò)增、基因重排、DNA的甲基化與基因調(diào)控和染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因表達(dá)調(diào)控。(1)基因丟失?丟失一段DNA或整條染色體的現(xiàn)象。?在細(xì)胞分化過程中，可以通過丟失掉某些基因而去除這些基因的活性。某些原生動(dòng)物、線蟲、昆蟲和甲殼類動(dòng)物在個(gè)體發(fā)育中，許多體細(xì)胞常常丟失掉整條或部分的染色體，只有將來分化產(chǎn)生生殖細(xì)胞的那些細(xì)胞一直保留著整套的染色體。

二、轉(zhuǎn)錄前調(diào)控(2)基因擴(kuò)增?基因擴(kuò)增是指某些基因的拷貝數(shù)專一性增大的現(xiàn)象，它使得細(xì)胞在短期內(nèi)產(chǎn)生大量的基因產(chǎn)物以滿足生長(zhǎng)發(fā)育的需要，是基因活性調(diào)控的一種方式。

(3)基因重排?將一個(gè)基因從遠(yuǎn)離啟動(dòng)子的地方移到距它很近的位點(diǎn)從而啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄，這種方式被稱為基因重排。?在人類基因組中，所有抗體的重鏈和輕鏈都不是由固定的完整基因編碼的，而是由不同基因片段經(jīng)重排后形成的完整基因編碼的。

(4)真核生物細(xì)胞內(nèi)存在兩種甲基化酶活性：?構(gòu)建性甲基轉(zhuǎn)移酶：作用于非甲基化位點(diǎn)，對(duì)發(fā)育早期DNA甲基化位點(diǎn)的確定起重要作用。?維持性甲基轉(zhuǎn)移酶：作用于半甲基化位點(diǎn)，使子代細(xì)胞具備親代的甲基化狀態(tài)。在一些不表達(dá)的基因中，啟動(dòng)區(qū)的甲基化程度很高，而處于活化狀態(tài)的基因則甲基化程度較低。

機(jī)理：DNA甲基化導(dǎo)致某些區(qū)域DNA構(gòu)象變化，從而影響了蛋白質(zhì)與DNA的相互作用，抑制了轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)區(qū)DNA的結(jié)合效率。

二、轉(zhuǎn)錄前調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子直接結(jié)合或間接作用于基因啟動(dòng)子、形成具有RNA聚合酶活性的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)錄復(fù)合體的蛋白質(zhì)因子。一般分為通用轉(zhuǎn)錄因子、序列特異性轉(zhuǎn)錄因子、輔助轉(zhuǎn)錄因子等。與RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ相對(duì)應(yīng)的有三類轉(zhuǎn)錄因子：TFⅠ、TFⅡ、TFⅢ。真核生物轉(zhuǎn)錄起始十分復(fù)雜，往往需要多種蛋白因子的協(xié)助，轉(zhuǎn)錄因子與RNA聚合酶Ⅱ形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，共同參與轉(zhuǎn)錄起始的過程。二、轉(zhuǎn)錄前調(diào)控二、轉(zhuǎn)錄前調(diào)控根據(jù)轉(zhuǎn)錄因子的作用特點(diǎn)可分為二類：第一類為普遍轉(zhuǎn)錄因子，它們與RNA聚合酶Ⅱ共同組成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，轉(zhuǎn)錄才能在正確的位置開始。TFⅡD以外，還發(fā)現(xiàn)TFⅡA，TFⅡF，TFⅡE，TFⅡH等，它們?cè)谵D(zhuǎn)錄起始復(fù)合物組裝的不同階段起作用。第二類轉(zhuǎn)錄因子為組織細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子，這此TF是在特異的組織細(xì)胞或是受到一些類固醇激素，生長(zhǎng)因子或其它刺激后，開始表達(dá)某些特異蛋白質(zhì)分子時(shí)，才需要的一類轉(zhuǎn)錄因子。二、轉(zhuǎn)錄前調(diào)控(5)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化?按功能狀態(tài)的不同可將染色質(zhì)分為活性染色質(zhì)和非活性染色質(zhì)：?活性染色質(zhì)是指具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)；?非活性染色質(zhì)是指沒有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)。?真核細(xì)胞中基因轉(zhuǎn)錄的模板是染色質(zhì)而不是裸露的DNA，因此染色質(zhì)呈疏松或緊密結(jié)構(gòu)，即是否處于活化狀態(tài)是決定RNA聚合酶能否有效行使轉(zhuǎn)錄功能的關(guān)鍵。

二、轉(zhuǎn)錄前調(diào)控活性染色質(zhì)的主要特點(diǎn)?活性染色質(zhì)上具有DNaseI超敏感位點(diǎn)?活性染色質(zhì)上具有基因座控制區(qū)?活性染色質(zhì)上具有核基質(zhì)結(jié)合區(qū)（MAR序列）

活性染色質(zhì)上具有核基質(zhì)結(jié)合區(qū)（matrixattachmentregion，MAR）。MAR一般位于DNA放射環(huán)或活性轉(zhuǎn)錄基因的兩端。在外源基因兩端接上MAR，基因表達(dá)水平增加10倍以上，說明MAR在基因表達(dá)調(diào)控中有作用。每個(gè)活躍表達(dá)的基因都有一個(gè)或幾個(gè)超敏感位點(diǎn)，大部分位于基因5′端啟動(dòng)子區(qū)域。

(6)組蛋白的作用?早期體外實(shí)驗(yàn)觀察到組蛋白與DNA結(jié)合阻止DNA上基因的轉(zhuǎn)錄，去除組蛋白基因又能夠轉(zhuǎn)錄。核小體的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，有利于調(diào)控蛋白結(jié)合而促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。二、轉(zhuǎn)錄前調(diào)控三、轉(zhuǎn)錄調(diào)控1、順式作用元件(cis－actingelements)主要是起正性調(diào)控作用的元件（影響自身基因表達(dá)活性的非編碼DNA序列)，包括啟動(dòng)子(promoter)、增強(qiáng)子(enhancer)；近年又發(fā)現(xiàn)起負(fù)性調(diào)控作用的元件沉寂子(silencer)。沉默子:某些基因含有負(fù)性調(diào)節(jié)元件——沉默子，當(dāng)其結(jié)合特異蛋白因子時(shí)，對(duì)基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。三、轉(zhuǎn)錄調(diào)控啟動(dòng)子中的元件可以分為兩種：

①核心啟動(dòng)子元件(corepromoterelement,CPE)?指RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄所必需的最小的DNA序列，包括轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)及其上游－25處的TATA盒。②上游啟動(dòng)子元件(upstreampromoterelement,UPE)或稱上游激活序列（upstreamactivatingsequence,UAS)?包括通常位于－70bp附近的CAAT盒和GC盒、以及距轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)更遠(yuǎn)的上游元件。三、轉(zhuǎn)錄調(diào)控2、反式作用因子(trans

actingfactors)

能直接或間接地識(shí)別或結(jié)合在各類順式作用元件上，參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì),也稱為轉(zhuǎn)錄因子（transcriptionalfactor，TF）。

轉(zhuǎn)錄因子TFⅡD識(shí)別結(jié)合TATAbox轉(zhuǎn)錄因子SP1識(shí)別結(jié)合GCbox轉(zhuǎn)錄因子CTF1識(shí)別結(jié)合CCAATbox

三、轉(zhuǎn)錄調(diào)控(1)反式作用因子的類型:基本轉(zhuǎn)錄因子（通用轉(zhuǎn)錄因子):又稱TATA盒結(jié)合蛋白，如TFⅠ、TFⅡ和TFⅢ等。與RNApolII相關(guān)的基本轉(zhuǎn)錄因子。組織或細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子可誘導(dǎo)（inducible）的轉(zhuǎn)錄因子

三、轉(zhuǎn)錄調(diào)控(2)轉(zhuǎn)錄因子的常見功能結(jié)構(gòu)域：1、DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域–螺旋-轉(zhuǎn)折-螺旋（Helix-turn-helix