真核生物基因表達的調控

真核生物基因表達的調控DNA轉錄初產物RNAmRNA蛋白質前體mRNA降解物活性蛋白質DNA水平調節(jié)轉錄水平調節(jié)轉錄后加工的調節(jié)翻譯調節(jié)mRNA降解調節(jié)翻譯后加工的調節(jié)核細胞質真核基因表達調控的五個水平

DNA水平調節(jié)轉錄水平調節(jié)轉錄后加工的調節(jié)翻譯水平調節(jié)翻譯后加工的調節(jié)一DNA水平的調控（一）基因丟失（二）基因擴增（三）基因重排（四）DNA的甲基化與去甲基化二染色質水平調控（一）異染色質化（二）組蛋白質修飾和非組蛋白的作用（三）DNA酶的敏感區(qū)域（四）核基質蛋白三轉錄水平的調控

◆許多真核生物基因編碼關鍵代謝酶或細胞組成成分，這些基因常在所有細胞中都處于活躍狀態(tài)。這種組成型表達的基因稱為持家基因(housekeepinggene)?！袅硪恍┗虻谋磉_則因細胞或組織不同而異，只在某些才高效表達。這類基因表達的調控通常發(fā)特定的發(fā)育時期或細胞中生在轉錄水平。。（一）順式作用元件（二）反式作用因子三轉錄水平的調控

（一）順式作用元件啟動子增強子沉默子絕緣子1啟動子◆啟動子是轉錄因子和RNA聚合酶的結合位點，位于受其調控的基因上游某一固定位置，緊鄰轉錄起始點，是基因的一部分。◆真核生物啟動子TATA盒(TATAbox)：轉錄起始點上游25~30bp處，RNA聚合酶II能識別并結合的位點。

CAAT盒(CAATbox)：轉錄起始點上游70－80bp處，這段序列沒有方向性，對于起始轉錄具有重要作用。1啟動子2增強子(transcriptionalenhancer)轉錄增強子

是另一種順式調控元件，通常位于啟動子上游700-1000bp處，離轉錄起始點較遠。增強子可以提高轉錄效率，在基因中的位置不定。位于基因的上游，下游，基因序列內。增強子的作用沒有方向性，可以轉移到其它基因附近，加強該基因的轉錄。啟動子是轉錄起始和達到基礎水平所必須的，而增強子則可以使轉錄達到最高水平。增強子的存在，使基因轉錄只能在有適宜的轉錄因子存在時才能進行。許多增強子可對細胞內外的信號作出反應沉默子負調控元件--對轉錄起阻遏作用絕緣子阻止激活或阻遏作用在染色質上的傳遞（二）反式作用因子◆是識別、結合順式作用元件，并調控基因轉錄的蛋白。（二）反式作用因子通用反式作用因子。在一般細胞中普遍存在，主要識別一些啟動子的核心啟動成分TATA框（如TBP），上游啟動子成分CAAT框（如CTF/NF-1），GC框（如SP1），識別八聚體核苷酸（如Oct-1）等。特殊組織與細胞中的反式作用因子。如淋巴細胞中的Oct-2；反應性元件（responseelements）相結合的反式作用因子。如HSE（熱休克反應元件），GRE（糖皮質激素反應元件）◆

a-螺旋-轉角-a-螺旋(HTH)有3個螺旋，螺旋3識別并和DNA結合，一般結合于大溝；螺旋1和2和其它蛋白質結合

1蛋白質直接和DNA結合◆鋅指區(qū)域包括二個半胱氨酸(Cys)及二個組氨酸(His)族，其保守重復序列為Cys-N2-4-Cys-N12-14-His-N3-His。其中的Cys和His殘基與鋅離子(Zn++)形成的配位鍵，使氨基酸折疊成環(huán)，形成類似手指的構型。1蛋白質直接和DNA結合◆亮氨酸拉鏈具有可形成蛋白質-蛋白質二聚體的亮氨酸拉鏈區(qū)(leucinezipper，LP)。1蛋白質直接和DNA結合調節(jié)蛋白先和配基結合被活化。甾類激素如雌激素、雄激素等可以誘導某些基因表達。甾類受體蛋白一般都具有3個功能區(qū)：N-端區(qū)是激活轉錄所需的區(qū)域；DNA結合及轉錄活化區(qū)；C-端的激素結合和二聚體形成區(qū)。2蛋白質和配基結合

真核生物轉錄水平的調控還有mRNA選擇性加工、內含子剪接等，這實際上是轉錄后水平的調控。轉錄后水平的調控。

mRNA加工大多數(shù)真核生物的mRNA在轉錄后必須進行下面三方面的加工后，才能運送到細胞質進行蛋白質的翻譯◆當RNA鏈合成大概達到30個核苷酸后，就在其5’端加上一個7－甲基鳥嘌呤核苷的帽子，它含有二個甲基和稀有的5’－5’三磷酸鍵?！羝渥饔弥饕窃诘鞍踪|翻譯時幫助識別起始位置以及防止被RNA酶降解。（1）5’端加帽一般前體mRNA的轉錄終止于加polyA尾巴的3’末端的下游1000－2000個核苷酸處。然后由核酸內切酶切除多余的核苷酸。一般在保守的共有序列AAUAAA的下游11－30個核苷酸處停止切割。最后在polyA聚合酶的催化下加上大約200個聚腺苷酸polyA尾巴?！粼黾觤RNA的穩(wěn)定性以及從細胞核向細胞質的運輸（2）3’端尾不同剪接方式：◆在剪接內切核酸酶(splicingendonuclease)的催化下，非常精確地在內含子與外顯子的交界處進行切割，并在一種特殊的剪接連接酶(splicingligase)的催化下重新連接起來。◆某些mRNA前體的內含子是在RNA分子本身的催化下完成所以稱為RNA自剪接(self-splicing)，這種具有自動催化活性的RNA有時也稱為核酶(ribozyme)?！粼诤怂岬鞍踪|復合結構－核酸剪接體(spliceosome)作用下完成。(3)內含子切除選擇性mRNA切割

◆同一初級轉錄產物在不同細胞中可以用不同方式切割加工，形成不同的成熟mRNA分子老鼠α-淀粉酶的合成基因四翻譯水平的調控（一）mRNA運輸（二）mRNA翻譯的控制（三）mRNA的結構

（四）選擇性翻譯（五）反義RNA運輸控制（transportcontrol）是對轉錄本從細胞核運送到細胞質中的數(shù)量進行調節(jié)。核膜是一個基因表達的控制點。幾乎只有一半的編碼蛋白基因的初始轉錄本一直留在核里面，然后被降解掉。（一）mRNA運輸◆翻譯明顯地影響到基因的表達。例如mRNA儲存在動物的未受精卵中，蛋白質合成率很低；一旦受精蛋白質合成立即增加。并沒有新的mRNA的合成，是一種翻譯控制?！粼诩毎|中mRNA分子的穩(wěn)定性很不一致，幾分鐘～幾個月。mRNA的降解可能是一個重要控制點。降解速率和mRNA結構特點有關，如很多短壽命的mRNA3′非翻譯區(qū)（UTR）中富含AU的序列（UUAAUUUAU），作用機制還不清楚。（二）mRNA翻譯的控制多數(shù)mRNA的翻譯活性依賴于5′端“帽”結構，只有“帽”被甲基化，方可有效翻譯。起始密碼子AUG的位置和其側翼的序列影響翻譯的效率。影響起始復合物的形成，進而影響翻譯效率。5′UTR的長度影響翻譯的效率和起始的精確性。當17～80bp之間時，體外翻譯效率與長度成正比。5′UTR可能形成發(fā)夾或莖環(huán)二級結構，阻止核糖體40S亞基的遷移，對翻譯起始有順式抑制作用。但若二極結構位于AUG的近下游（最佳距離為14bp），會使40亞基?？吭贏UG位點，增強起始反應(翻譯起始因子使二極結構解鏈，翻譯復合體順利通過)。（三）mRNA的結構

3′端的polyA影響mRNA的穩(wěn)定性和翻譯效率。有polyA的mRNA其翻譯效率明顯高；隨著翻譯次數(shù)的增加，polyA在逐步縮短，也就是說polyA越長，半衰期越長。PolyA對翻譯的促進作用需要PABP（polyA結合蛋白），PAPB結合polyA最短長度為12bp，當缺乏PAPB的結合時，裸露mRNA3′端易降解。PAPB遷移到AU序列時，導致polyA的暴露，促進mRNA的降解。（三）mRNA的結構

珠蛋白是由兩條α鏈和兩條β鏈組成的。在二倍體細胞中有4個α-珠蛋白基因，如果它們相同轉錄和翻譯的話，應是α:β=2:1，而實際上是1:1。是轉錄調控還是翻譯調控？體外實驗：在無細胞系統(tǒng)中加入等量α-mRNA、β-mRNA、少量起始因子，合成的α-珠蛋白僅占3%，說明β-mRNA和起始因子的親和性遠大于α-mRNA。當加入過量的起始因子時，α:β=1.4:1

，接近1:1。表明是在翻譯水平上存在的差異，即和翻譯起始因子的親和性不同。（四）選擇性翻譯來自骨髓細胞瘤病毒的癌基因myc三個外顯子中的第1，2兩個外顯之間有部分互補。在有的細胞中，當失去外顯子1時，myc基因過量表達，推測外顯子1可能通過互補來抑制myc的表達。（五）反義RNA1.蛋白質折疊

蛋白質在一定的條件下(如在伴蛋白chaperones存在時)，才能折疊成一定的空間構型，并具有生物學功能。在細胞中，許多真核生物的伴蛋白對蛋白質形成有功能的空間構型具有重要的作用。翻譯后水平的調控翻譯后經蛋白酶(protease)加工切割的主要作用是切除氨基端或羧基端的序列，以便形成有功能的空間構型。同時將多聚蛋白質分子切割產生小分子片段，使每一個片段形成一個有功能的蛋白質。2.蛋白酶切割◆最簡單的化學修飾就是將一些小化學基團，如乙?；⒓谆⒘姿峄拥桨被醾孺?、或蛋白質的氨基端或羧基端。這種修飾的方式是特異的，同一蛋白質的不同拷貝具有完全相同的修飾。例如，核小體的H3的乙酰化，使染色質結構發(fā)生變化，影響基因表達。◆復雜的修飾是蛋白質的糖基化，即一些分子量大的碳水化合物側鏈加到多肽鏈上。例：糖分子連接到絲氨酸或蘇氨酸的羧基上，形成O-連糖基化；糖分子與天門冬酰胺的氨基連接，形成N-連糖基化。