第十三章 真核生物基因表達(dá)調(diào)控

真核生物基因表達(dá)調(diào)控Controlofgeneexpressionineukaryote一、真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)真、原核基因表達(dá)調(diào)控的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)相同點(diǎn)：與原核調(diào)控一樣，真核基因表達(dá)調(diào)控有轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，并且以轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控為最主要在真核結(jié)構(gòu)基因的上游和下游（甚至基因內(nèi)部）也存在著許多特異的調(diào)控成分，并依靠特異蛋白質(zhì)因子與這些調(diào)控成分的結(jié)合與否調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄不同點(diǎn)

Repeptitive

gene

Overlapping

gene

Splitting

gene

no

intron

Post-transcription

transcription&translation

RNA

processing

synchronizelyEukaryote

Prokaryote

DNA+histon→chromatin

Naked

DNA

enhancer&silencerAttenuater

monocistronpolycistron(operon)m5C

geneoff

transfactoractive

formEukaryoteProkaryote

acetylationphosphorylationmethylation

glucosylation二、真核細(xì)胞基因表達(dá)調(diào)控的不同層次7個(gè)層次：染色體和染色質(zhì)水平上的結(jié)構(gòu)變化和基因活化轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控RNA加工水平上的調(diào)控轉(zhuǎn)錄后加工產(chǎn)物從細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)過程的調(diào)控翻譯水平的調(diào)控蛋白質(zhì)合成以后選擇性地被激活的控制，蛋白質(zhì)和酶分子水平上的剪切、活性水平的控制mRNA的選擇性降解的調(diào)控染色質(zhì)DNADNA轉(zhuǎn)錄初產(chǎn)物（RNA）細(xì)胞核細(xì)胞質(zhì)mRNA蛋白質(zhì)前體mRNA降解物活性蛋白質(zhì)染色質(zhì)水平調(diào)控轉(zhuǎn)錄調(diào)控轉(zhuǎn)錄后加工調(diào)控轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)控翻譯調(diào)控mRNA降解調(diào)控翻譯后加工調(diào)控真核生物基因表達(dá)調(diào)控七個(gè)層次三、染色體水平上的調(diào)控主要有：染色質(zhì)結(jié)構(gòu)DNA在染色體上的位置基因拷貝數(shù)的變化基因重組基因擴(kuò)增

基因丟失基因重排DNA修飾

基因丟失在細(xì)胞分化過程中，通過丟掉某些基因而去除其活性。例如某些原生動(dòng)物，線蟲、昆蟲、甲殼類動(dòng)物，體細(xì)胞常丟掉部分或整條染色體，只保留將來分化產(chǎn)生生殖細(xì)胞的那套染色體?；驍U(kuò)增在沒有發(fā)生細(xì)胞分裂，整條染色體幾乎沒有復(fù)制的情況下，細(xì)胞內(nèi)某些特定基因的拷貝數(shù)專一性增加的現(xiàn)象為滿足正常的生長發(fā)育需要如兩棲類和昆蟲卵母細(xì)胞rRNA基因的擴(kuò)增:卵母細(xì)胞中的rDNA拷貝數(shù)比體細(xì)胞中增加了4000倍，用于轉(zhuǎn)錄合成卵裂期所需要的1012個(gè)核糖體。

編碼卵殼蛋白的卵殼基因的擴(kuò)增外界環(huán)境因素引起基因擴(kuò)增基因擴(kuò)增與腫瘤形成及細(xì)胞衰老有關(guān)。

在原發(fā)性的視網(wǎng)膜細(xì)胞瘤中，含myc原癌基因的DNA區(qū)段擴(kuò)增10－200倍。

許多致癌劑可誘導(dǎo)DNA擴(kuò)增?；蛑嘏盘禺愋哉{(diào)節(jié)，發(fā)生在特殊的細(xì)胞類型中例如：釀酒酵母接合型哺乳動(dòng)物免疫球蛋白編碼區(qū)的連接無序的，發(fā)生在腫瘤細(xì)胞基因組中免疫球蛋白基因重拍脊椎動(dòng)物和人的淋巴細(xì)胞在成熟過程中抗體基因的重排是基因重排研究中的重要實(shí)例淋巴細(xì)胞分化而來的漿細(xì)胞能夠產(chǎn)生無數(shù)種類的抗體分子（免疫球蛋白）免疫球蛋白由兩條輕鏈（L）和一條重鏈（H）組成，分別由三個(gè)獨(dú)立的基因簇組成，其中κ和λ編碼輕鏈，另一條編碼重鏈無論重鏈、輕鏈都是由多個(gè)V和C基因簇組成的

說明編碼一條完整多肽鏈的基因在表達(dá)之前必須經(jīng)過重排重鏈基因座的重排酵母結(jié)合型的染色質(zhì)重排單倍體細(xì)胞,aor

接合型不同接合型的細(xì)胞可以接合相同接合型的細(xì)胞不能接合MATa,MAT接合型可互變a←→

需要HO基因，編碼內(nèi)切酶盒式模型一個(gè)單倍體細(xì)胞中同時(shí)存在MATa和MAT在同一染色體上，活躍匣子MAT

沉寂匣子HML,HMR接合型互變與活躍匣子不同類型的沉寂匣子可以取代活躍匣子，改變接合型染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)緊密壓縮狀態(tài)不利于基因表達(dá)，為非活性狀態(tài)被阻遏狀態(tài)DNA與組蛋白結(jié)合后被阻遏表達(dá)有活性狀態(tài)除去H1組蛋白，使染色質(zhì)處于伸展?fàn)顟B(tài)，部分基因活化被轉(zhuǎn)錄被激活狀態(tài)DNA啟動(dòng)子上結(jié)合激活因子，形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合物為激活狀態(tài)異染色質(zhì)化—DNA結(jié)構(gòu)高度致密，處于阻遏狀態(tài)，無轉(zhuǎn)錄活性組成型異染色質(zhì)：染色質(zhì)在整個(gè)細(xì)胞周期一直保持壓縮狀態(tài)，不具轉(zhuǎn)錄活性兼性異染色質(zhì)：只在一定的發(fā)育階段或者生理?xiàng)l件下由常染色質(zhì)凝聚而成，無持久活性組蛋白對基因活性的影響是基因活性的重要調(diào)控因子，當(dāng)與裸露DNA混合后，能使該基因轉(zhuǎn)錄停止組蛋白H1比核心組蛋白阻遏轉(zhuǎn)錄的作用強(qiáng)H1轉(zhuǎn)錄模板的活性能被轉(zhuǎn)錄因子，如sp1，Gal4等因子作為抗阻遏物，阻止H1阻遏作用，是因?yàn)檗D(zhuǎn)錄因子能與H1競爭DNA上的結(jié)合位點(diǎn)

決定基因是否轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵是轉(zhuǎn)錄因子和組蛋白那個(gè)先占據(jù)到DNA上的調(diào)節(jié)位點(diǎn)組蛋白的乙酰化與去乙?；诵慕M蛋白都能夠發(fā)生乙酰化修飾，H3和H4乙?；潭却笥贖2A-H2B，且H3和H4上分布著乙?；闹饕稽c(diǎn)，Lys側(cè)基上的ε-NH2生物功能乙?；龠M(jìn)基因轉(zhuǎn)錄的活性促進(jìn)轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的裝配組蛋白的去乙酰化導(dǎo)致基因沉默活性染色質(zhì)對DNase的的敏感性基因活性區(qū)域?qū)NaseⅠ的敏感性有細(xì)胞和組織特異性，只在活躍表達(dá)的細(xì)胞中，基因才具有這種敏感性雞卵清蛋白100kb的基因簇，在輸卵管組織中都對DNaseⅠ有敏感性，而在不表達(dá)卵清蛋白肝細(xì)胞中，該基因簇區(qū)域不顯示對DNaseⅠ的敏感性在染色質(zhì)中的基因DNA對DNaseⅠ的敏感性只能說明該基因具有被轉(zhuǎn)錄的潛在能力，并非一定就能轉(zhuǎn)錄在染色質(zhì)中的DNA潛在活性區(qū)域核小體組裝較為松弛且某些位點(diǎn)用DNaseⅠ處理時(shí)DNA極易斷裂，為高敏感位點(diǎn)（HS）染色質(zhì)上對DNaseⅠ的敏感區(qū)域有一定的界限即使在一個(gè)基因內(nèi)，各個(gè)區(qū)段對DNaseⅠ敏感程度也不同，基因編碼轉(zhuǎn)錄大范圍表現(xiàn)一般的敏感性，而在基因調(diào)控區(qū)的少數(shù)區(qū)域則顯示高度敏感性人的β-珠蛋白基因簇上、下游兩個(gè)遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域就是超敏感位點(diǎn)LCR是一種遠(yuǎn)距離順式調(diào)控元件（基因座調(diào)控區(qū)），具有增強(qiáng)子和穩(wěn)定活化染色質(zhì)的功能，也是特異性反式調(diào)控因子的結(jié)合位點(diǎn)組蛋白的乙酰化能使染色質(zhì)對DNaseⅠ和微球菌核酸酶的敏感性顯著增強(qiáng)非組蛋白與染色質(zhì)松散結(jié)合，或者在某些條件下才能夠結(jié)合的蛋白質(zhì)組分（NHP組分）核內(nèi)的NHP組分參與了DNA的復(fù)制，基因產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運(yùn)，初始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA的加工，RNP顆粒的組裝，核亞顯微結(jié)構(gòu)，細(xì)胞周期內(nèi)核的變化和基因表達(dá)調(diào)控以及所有這些過程中信息的傳遞等步驟。DNA水平上的調(diào)控DNA的甲基化大多數(shù)DNA的甲基化位點(diǎn)存在于雙鏈CpG島的胞嘧啶上。★

2%~7%的動(dòng)物細(xì)胞DNA胞嘧啶是被甲基化的（數(shù)值依物種而變化）。大多數(shù)甲基基團(tuán)能在CG“雙聯(lián)體”中被找到，事實(shí)上，大多數(shù)CG序列是被甲基化的。★形成的回文結(jié)構(gòu)為：

5`mCpG3`3`GpCm5`堿基甲基化的形成部位DNA甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)理作用機(jī)理：

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)。

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)。甲基化對轉(zhuǎn)錄有抑制作用，主要是通過甲基化的DNA上結(jié)合特異性轉(zhuǎn)錄阻遏物，或稱為甲基化CpG結(jié)合蛋白而起作用，這些蛋白能與轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子競爭甲基化DNA結(jié)合位點(diǎn)真核基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控真核、原核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的區(qū)別原核生物功能相關(guān)的基因組成操縱子；真核生物不組成操縱子原核生物調(diào)節(jié)元件較少，真核生物調(diào)節(jié)元件多原核生物通常以負(fù)調(diào)控為主，其調(diào)節(jié)因子的活性主要受變構(gòu)效應(yīng)調(diào)節(jié)；真核生物以正調(diào)節(jié)為主，調(diào)節(jié)因子以共價(jià)修飾為主，如磷酸化和去磷酸化真核生物具有染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，基因活化需要染色質(zhì)重塑的過程復(fù)習(xí)原核與真核生物轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游區(qū)的結(jié)構(gòu)原核生物TTGACATATAATRNA聚合酶主要接觸位點(diǎn)正調(diào)控因子結(jié)合區(qū)負(fù)調(diào)控因子結(jié)合區(qū)-70-30-20+1mRNA-35-10增強(qiáng)子GC區(qū)CAAT區(qū)TATACCGCCCGGGCGGGGCCAA轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游調(diào)節(jié)元件（UPE）mRNA真核生物UPE從種類上講要比原核生物多真核生物基因結(jié)構(gòu)模式UPE:upstreampromotorelementUAS:upstreamactivatingsequence基因基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)基因的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄是指由核心啟動(dòng)子與通用轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合后起始的轉(zhuǎn)錄過程調(diào)節(jié)包括：轉(zhuǎn)錄中涉及的蛋白質(zhì)因子之間的競爭，核心啟動(dòng)子的完整性以及轉(zhuǎn)錄模板DNA的損傷等（DNA損傷在轉(zhuǎn)錄前必須先得到修復(fù)）都影響調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。真核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控的順式作用元件順式作用元件：具有調(diào)節(jié)功能的特定的DNA序列只能影響同一分子中的相關(guān)基因，發(fā)生在一個(gè)序列中的突變不會(huì)改變其他染色體上等位基因的表達(dá)反式作用因子：與順式作用元件相反的調(diào)節(jié)蛋白，可通過擴(kuò)散結(jié)合于細(xì)胞內(nèi)的多個(gè)靶位點(diǎn)，當(dāng)發(fā)生突變后將同時(shí)影響不同染色體上的等位基因的表達(dá)，表現(xiàn)反式作用通過各種順式作用元件和反式作用因子的復(fù)雜的相互識別與作用對基因轉(zhuǎn)錄的啟動(dòng)，延伸速率等進(jìn)行調(diào)節(jié)。Ⅱ類基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控區(qū)與啟動(dòng)子Ⅱ類基因的轉(zhuǎn)錄指真核細(xì)胞RNA聚合酶Ⅱ負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄的基因，一般為編碼蛋白質(zhì)的基因Ⅱ類基因調(diào)控區(qū)近端作用元件遠(yuǎn)端作用元件位置劃分Ⅱ類基因調(diào)控區(qū)啟動(dòng)子調(diào)控元件功能劃分增強(qiáng)子正調(diào)控作用功能增強(qiáng)子：指能夠使和它連鎖的基因效率明顯增加的DNA序列，主要存在于真核生物基因組最早是在研究SV40基因表達(dá)時(shí)，發(fā)現(xiàn)的一段位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游的序列對早期、晚期兩個(gè)方向轉(zhuǎn)錄都有增強(qiáng)作用，故稱為增強(qiáng)子ENHANCER

SV40增強(qiáng)子的作用特點(diǎn)增強(qiáng)效應(yīng)明顯增強(qiáng)子沒有基因?qū)Ｒ恍圆痪叻较蛐?，功能與序列取向無關(guān)能對遠(yuǎn)離基因的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)起作用增強(qiáng)效應(yīng)具有組織或細(xì)胞特異性大多為重復(fù)序列內(nèi)部一般含有一個(gè)核心序列許多增強(qiáng)子還受外部信號的調(diào)控SV40至少有3個(gè)不連續(xù)的21bp的增強(qiáng)子成分A,B,C，6個(gè)增強(qiáng)子元增強(qiáng)子的作用機(jī)制增強(qiáng)子和UPE都可以被反式作用的調(diào)控因子結(jié)合，引起DNA構(gòu)象變化，甚至DNA螺旋彎曲，形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，結(jié)合到增強(qiáng)子的各種反式作用因子之間相互作用，并接觸作用于啟動(dòng)子上的各種蛋白質(zhì)因子，促進(jìn)PIC組裝，從而激活轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)子序列元件是一些特異蛋白質(zhì)因子結(jié)合位點(diǎn)，它能使模板DNA固定在細(xì)胞核特定結(jié)構(gòu)如核基質(zhì)上，有利于DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶發(fā)揮作用絕緣子與沉默子絕緣子：能夠阻止激活或阻遏作用在染色質(zhì)上傳遞的一類順式作用元件例如：如果將一個(gè)絕緣子置于增強(qiáng)子和啟動(dòng)子之間，能阻止增強(qiáng)子對啟動(dòng)子的激活如果一個(gè)絕緣子在活性基因和異染色質(zhì)之間，則可以保護(hù)該基因免受異染色質(zhì)化而失活A(yù)nenhanceractivatesapromoterinitsvicinity,butmaybeblockedfromdoingsobyaninsulatorlocatedbetweenthem.沉默子：是基因的負(fù)調(diào)控元件，它的DNA序列被調(diào)控蛋白結(jié)合后阻斷了轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成或活化，使基因表達(dá)活性關(guān)閉負(fù)調(diào)控元件,不受距離和方向限制，可對異源基因的表達(dá)起作用對真核生物成簇基因的選擇性表達(dá)起重要作用例如酵母，matingtype

?-珠蛋白ε基因簇基因轉(zhuǎn)錄的反式作用因子調(diào)控蛋白質(zhì)包括負(fù)調(diào)控因子（阻遏蛋白）正調(diào)控因子（轉(zhuǎn)錄因子）原核生物調(diào)控蛋白種類較少（由于啟動(dòng)子或操作子結(jié)構(gòu)簡單）真核生物調(diào)控蛋白種類較多，主要是轉(zhuǎn)錄因子DNAbindingdomain：<100aa，氫鍵，大溝transcriptionactive