分子生物學(xué)：Section M 真核生物的轉(zhuǎn)錄

SectionM

真核生物的轉(zhuǎn)錄TranscriptioninEukaryotesTopics主題:三種RNA聚合酶:characterizationandfunction性質(zhì)與功能

RNAPolIgenes:theribosomalrepeat核糖體重復(fù)RNAPolⅢgenes:5SandtRNAtranscription5S和tRNA基因轉(zhuǎn)錄

RNAPolⅡgenes:promotersandenhancers啟動子和增強(qiáng)子GeneraltranscriptionfactorsandRNAPolⅡinitiation通用轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶Ⅱ的起始一.三種RNA聚合酶:性質(zhì)與功能Thebasicmechanismofeukaryotictranscriptionissimilartothatinprokaryotes.轉(zhuǎn)錄基本機(jī)制與原核生物相似Muchmoreproteinsareassociatedwiththeeukaryotictranscriptionmachinery,resultinginmuchmorecomplicatedtranscription.更多蛋白參與、更復(fù)雜Threeeukaryoticpolymerases三種真核RNA聚合酶

轉(zhuǎn)錄不同的基因，可以用層析法和對

-鵝膏蕈堿（真菌毒素）的敏感性來區(qū)分。4. 真核細(xì)胞的線粒體和葉綠體中含有另外的RNA聚合酶。類型位置轉(zhuǎn)錄的基因?qū)?/p>

-鵝膏蕈堿敏感性RNAPolINucleoli核仁大部分rRNA的基因Insensitive不敏感RNAPolⅡNucleo-plasm核質(zhì)所有的編碼基因和一些snRNA基因Verysensitive非常敏感RNAPolⅢNucleo-plasm核質(zhì)tRNA,5SrRNA,U6snRNA基因和其它一些小分子RNAModeratelysensitive中度敏感三種RNA聚合酶的比較RNA聚合酶亞基Eukaryoticpolymeraseshave12ormoredifferentsubunit.12個或更多亞基

AllcontainsubunitshomologoustothesubunitsoftheE.coliRNAPolcore(

2’).都包含有類似E.coli的(

2’)亞基

atleastfiveothersubunitsarecommontothreedifferentRNAPols.至少還有5種其它亞基普遍存在于三種聚合酶

EachRNAPolcontainadditionalfourorsevenspecificsubunit.每種含4-7個特殊亞基EukaryoticRNApolymeraseactivity真核RNA聚合酶的活性

Similaritiestothatinprokaryoticcells

與原核細(xì)胞的類似之處：Don’trequireaprimer不要引物

SynthesizeRNAina5’to3’direction.RNA的合成方向由5’到3’RNAcomplementarytotheantisensetemplatestrand.合成的RNA鏈與DNA反義模板鏈互補(bǔ)與原核細(xì)胞的不同之處：有3種RNA聚合酶。

要求更多的補(bǔ)充因子參與結(jié)合啟動子DNA和起始轉(zhuǎn)錄。

RNA聚合酶II最大亞基的羧基端含有一段7個氨基酸的序列,稱為羧基末端結(jié)構(gòu)域（carboxylterminaldomain，CTD)

氨基酸序列:Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser.

重復(fù)26次(酵母)&52次(老鼠)

與延伸過程中RNA聚合酶的磷酸化有關(guān).4.在轉(zhuǎn)錄開始時，CTD被去磷酸化；在轉(zhuǎn)錄延伸過程中，當(dāng)RNA聚合酶II離開啟動子時，又被磷酸化(在試管中的結(jié)果).5.因為轉(zhuǎn)錄真核細(xì)胞所有的編碼基因，所以,RNA聚合酶II是研究不同基因表達(dá)的最重要的RNA聚合酶.CTD是轉(zhuǎn)錄延伸過程中特異激活的一個重要靶標(biāo).二.RNA聚合酶I基因:核糖體重復(fù)

theribosomalrepeatthatistranscribedbyRNAPolIrRNA基因的結(jié)構(gòu)RNA聚合酶I的啟動子和結(jié)合因子其它rRNA基因(簡要介紹)核糖體RNA基因RibosomalRNAGenes真核細(xì)胞中，18S、5.8S和28SrRNA基因的一個拷貝作為一個單一的轉(zhuǎn)錄單位(transcriptionunit).一個45SrRNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物(13000nt)通過轉(zhuǎn)錄形成，然后被加工成為18S(2000nt)、5.8S(160nt)和28S(5000nt)三種rRNA.前rRNA轉(zhuǎn)錄單元在基因組內(nèi)一前一后(longtandemarray)排列成簇，單元之間被非轉(zhuǎn)錄間隔序列隔開.一個單一轉(zhuǎn)錄單元一前一后排列成簇rRNA基因多拷貝的連續(xù)轉(zhuǎn)錄保證了產(chǎn)生足夠的rRNA用于核糖體的裝配。成串(cluster)排列的rRNA基因環(huán)在一起形成核仁，被稱作核仁形成區(qū)(nucleolarorganizerregions).(人類,5clustersofca40copies)在活躍的rRNA合成期,前rRNA轉(zhuǎn)錄物和rRNA基因捆扎在一起,可以用電子顯微鏡觀察到“圣誕樹”“Christmastreestructures”樣的結(jié)構(gòu)。圣誕樹結(jié)構(gòu)RNA聚合酶I的啟動子通常是在轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)周圍的一段雙向序列,包括核心元件coreelement和上游控制元件upstreamcontrolelements.

人類細(xì)胞中明顯的特征.Coreelement:

-45to+20,轉(zhuǎn)錄起始所必需的.Upstreamcontrolelement

(UCE):-180to-107,增加轉(zhuǎn)錄效率(10-100倍

).兩個區(qū)域都富含堿基G:C,約85%一致性.

人類細(xì)胞中RNA聚合酶I的啟動子RNA聚合酶I的兩個輔助因子(UBF1andSL1)在轉(zhuǎn)錄起始中的作用上游結(jié)合因子(UBF)

一種特異的DNA結(jié)合蛋白，可以與UCE(upstreamcontrolelement)結(jié)合,也可以結(jié)合到核心元件coreelement的上游.UBF是高水平轉(zhuǎn)錄所必需的.2. 選擇因子1(SL1)結(jié)合并穩(wěn)定UBF-DNA復(fù)合物,但對啟動子無特殊要求.與核心元件游離的下游部分相互作用.征募RNA聚合酶I的結(jié)合并起始轉(zhuǎn)錄.(很重要)SL1的亞基SubunitsofSL1SL1由四種蛋白（亞基）構(gòu)成：TBP(TATA-bindingprotein)也為RNAPolIIandIII轉(zhuǎn)錄起始所需要.是真核生物轉(zhuǎn)錄過程中的一個通用的關(guān)鍵因子，保證RNA聚合酶正確地定位在轉(zhuǎn)錄點(diǎn)。其它三個亞基屬于TBP相關(guān)因子(TBP-associatedfactors,TAFs)，為RNA聚合酶I轉(zhuǎn)錄所需要的亞基稱為TAFI。起始復(fù)合物裝配的三個步驟Theinitiationcomplex起始復(fù)合物

UBFUBFRNAPolITBPTAFIsTAFIsTAFIs更精確的描述還不知道三:RNA聚合酶III基因:

5SRNA和tRNA轉(zhuǎn)錄RNA聚合酶III啟動子tRNA和5SrRNA基因可變RNA聚合酶III啟動子RNA聚合酶III的終止RNA聚合酶III包含至少16個不同的亞基位于核質(zhì)中合成5SrRNA前體,tRNAs以及其它snRNAs

和細(xì)胞質(zhì)RNAs。RNA聚合酶III啟動子可能由轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)下游的雙向序列組成,包含A框(boxA)、B框或C框(boxBorboxC)兩個高度保守的序列區(qū)。也可能由轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游的調(diào)控序列組成(例如：Oct,PSE,TATAbox)。5SRNA&tRNA的啟動子:在轉(zhuǎn)錄區(qū)內(nèi).snRNAs的啟動子:轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游.5SrRNAgenetRNAgenetRNA基因tRNA基因的轉(zhuǎn)錄控制區(qū)(promoters)位于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)之后.在tRNA編碼區(qū)有兩個高度保守的序列區(qū),即Abox

(5’-TGGCNNAGTGG)

和Bbox(5’-GGTTCGANNCC).

這些保守序列也編碼tRNA本身,即D-loop(D環(huán))和T

C-loop.HighlyconservedsequenceintRNAsarealsohighlyconservedpromoterDNAsequences.兩個復(fù)雜的DNA結(jié)合因子TFIIIC結(jié)合到A框和B框TFIIIB:真正的起始因子結(jié)合A框上游50bp.包括3個亞基：TBP、Brf和B’’募征RNAPolIII5SrRNA基因串聯(lián)排列在基因簇中.在人類基因組中,有一個大約由2000個基因組成的基因簇.轉(zhuǎn)錄控制區(qū)(promoters)的組成與tRNA的相似,但用C框替代了B框.Cbox:+81-99bp;Abox:+50-65.C框作為TFIIIA的結(jié)合位點(diǎn).TFIIIA作為一個裝配因子允許TFIIIC與5SrRNA的啟動子相互作用.5SRNA基因可變RNA聚合酶Ⅲ啟動子許多RNA聚合酶III基因(核內(nèi)小RNA、細(xì)胞質(zhì)RNA)也依靠上游序列來調(diào)控它們的轉(zhuǎn)錄.例如：U6snRNA僅僅使用轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游的調(diào)控序列.編碼區(qū)也含有一個獨(dú)特的A框,但其并不為轉(zhuǎn)錄所需。上游序列含有RNA聚合酶II啟動子的典型序列,包括Oct、PSE(proximalsequenceelement)和一個TATAbox（-30－-23）.

一般的轉(zhuǎn)錄因子可以調(diào)節(jié)RNA聚合酶II和聚合酶III基因。RNA聚合酶III的終止RNA聚合酶III(&I)的終止僅僅需要識別一個簡單的核苷酸序列（離散的序列），不需要輔助因子。一個由成簇的dA殘基構(gòu)成的序列通常就能有效地終止轉(zhuǎn)。例如：5’-GCAAAAGC-3’序列就是在非洲爪蟾(Xenopusborealis)體細(xì)胞中5SrRNA基因的有效終止信號。M4RNA聚合酶II基因:

啟動子和增強(qiáng)子RNA聚合酶II調(diào)控元件啟動子上游調(diào)控元件增強(qiáng)子RNA聚合酶II

位于核質(zhì)中催化所有編碼蛋白質(zhì)基因的mRNA

前體的合成.RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄的前mRNA需要經(jīng)過加帽、加poly(A)尾巴及剪接掉內(nèi)含子才能成為成熟的mRNA.典型的RNA聚合酶II基因啟動子Promoters

大多數(shù)啟動子都有一個稱為TATA框的序列，位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游25-35bp處.TATA框是一個富含A/T七對堿基序列:7bp的一致序列幾乎全部由A:T堿基對構(gòu)成(在兩個位點(diǎn)的堿基有變化),僅僅少數(shù)情況下出現(xiàn)G:C堿基對.TATA框的作用與E.coli啟動子的–10序列相似，決定RNA聚合酶II的位置或正確起始轉(zhuǎn)錄.TATA框與轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)之間的序列并不重要，TATA框周圍的序列卻非常關(guān)鍵,并且TATA框與轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)之間的距離也很重要.轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)大約50%是A.PYAPYCAT

某些真核基因含有一個起始元件(initiatorelement，Inr)代替TATA框，該起始元件位于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)附近.

其它基因缺乏上述二者，通常轉(zhuǎn)錄效率很低，其轉(zhuǎn)錄起始可發(fā)生在長至200bp內(nèi)的不同起始點(diǎn).上游調(diào)控元件基本元件(TATA框、起始元件):首先確定起始點(diǎn)的位置,并在一個很低的水平引發(fā)轉(zhuǎn)錄.上游調(diào)控元件如SP1框(GC框)和CCAAT框,能極大地增加起始效率,很可能是直接地與通用轉(zhuǎn)錄因子作用來提高起始復(fù)合體的裝配效率.CAATbox:atca.–75bp,functionsineitherdirection.RecognizedbyCTFfamilyfactors,CP1&CP2,C/EBP&ACF.GCboxorSP1box(e.g.GGGCGG):-90bp,ineitherdirection.RecognizedbySP1.Octamersequence(TGCAAAGC):Oct-1(ubiquitous普遍存在的)andOct-2(lymphoid淋巴cells).Enhancer增強(qiáng)子Enhancerelementisacis-acting順式作用

sequencethatincreasestheutilization利用

of(some)eukaryoticpromoters,andcanfunctionineitherorientationandinanylocation(upstreamordownstream)relativetothepromoter.PropertiesofEnhancer增強(qiáng)子特征Sequenceelementswhichcanactivatetranscriptionfromthousandsofbasepairsupstreamordownstream.Theyexert發(fā)揮

strongactivationoftranscriptionofalinkedgenefromthecorrectstartsite.Theyactivatetranscriptionwhenplacedineitherorientationwithrespectto關(guān)于

linkedgenesTheyareabletofunctionoverlongdistancesofmorethan1kbwhetherfromanupstreamordownstreampositionrelativetothestartsite.Theyexertpreferential優(yōu)先的

stimulation刺激

oftheclosetsoftwotandem一前一后

promotersProteinsboundtoenhancerinteractwiththatatpromoterelements.M5GeneraltranscriptionfactorsandRNAPolⅡinitiation

通用轉(zhuǎn)錄因子和

RNA聚合酶Ⅱ的起始3typesoffactorsforRNApolIIGeneral(basal)transcriptionfactors:requiredforallpromoters.Upstreamfactors:bindingtoconservedseq,notregulated(非調(diào)控的).Induciblefactors可誘導(dǎo)因子:bindingtoresponseelements,synthesized/activatedatspecifictimesortissues.Housekeepinggenes:factors1+2(constitutiveexpression)General(basal)transcriptionfactors(TFIIx):requiredforallpromoters;+RNApol=basaltranscriptionapparatus設(shè)備.1.TFIID:

Multi-proteincomplexincluding

TBP,otherproteinsareknownasTAFIIsTBPistheonlyproteinbindstoTATAboxTAFIIs:TBP相關(guān)因子TBPisageneraltranscriptionfactorforPolpositioning

定位(inSL1,TFIID&TFIIIB)TBPhasasaddle-likestructure馬鞍狀結(jié)構(gòu)DNATBPcausesDNAbending彎曲TBPmutationinTATAbindingdomaininterferespolIITBP2.TFIIA

結(jié)合到TFIID

穩(wěn)定TFIID-DNA復(fù)合物包括最少3個亞基抵消抑制因子(DR1&DR2)的作用3.TFIIB&RNAPolbinding

BindstoRNAPolwithTFIIFBindstoTFIID(AbridgebetwTFIIDandPol)4.1TFIIEbindingNecessaryfortranscriptionAfterPolIIbinding:4.2TFIIJ,TFIIHbindingNecessaryfortranscription5.Phosphorylation磷酸化