細(xì)胞分化的分子機(jī)制轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄前和轉(zhuǎn)錄后課件

上海海洋大學(xué)Shanghai

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University概述個體發(fā)育的中心問題是細(xì)胞分化，研究細(xì)胞分化的分子機(jī)制是探索發(fā)育機(jī)制的基礎(chǔ)。細(xì)胞分化是指多細(xì)胞有機(jī)體的細(xì)胞從簡單、原始的狀態(tài)到復(fù)雜和異樣化的方向發(fā)展的過程，是通過細(xì)胞分裂產(chǎn)生結(jié)構(gòu)和功能有穩(wěn)定差異的過程。細(xì)胞表型

cell

phenotype：是細(xì)胞特定基因型在一定的環(huán)境條件的表現(xiàn)，是細(xì)胞的特定性狀。全能細(xì)胞:能產(chǎn)生完整有機(jī)體，并且機(jī)體所需要的全部基因信息都被表達(dá)的細(xì)胞多潛能細(xì)胞:含有的基因信息被限制表達(dá)的細(xì)胞分化細(xì)胞:多潛能細(xì)胞通過分離和分化發(fā)育成的特殊細(xì)胞表型個體發(fā)育過程：全能性細(xì)胞→多潛能性細(xì)胞→分化細(xì)胞Shanghai

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University上海海洋大學(xué)概述概述多潛能細(xì)胞：表現(xiàn)出發(fā)育潛能的一定局限性，僅能分化成為特定范圍內(nèi)的細(xì)胞。如多潛能生血干細(xì)胞僅能分化成為淋巴細(xì)胞、單核細(xì)胞、粒細(xì)胞等。①多潛能細(xì)胞后代的發(fā)育命運(yùn)在一定的程度上已被限定；②在不同的環(huán)境條件下也能表現(xiàn)出某些相同的細(xì)胞表型，而且這種決定不能通過形態(tài)或生物化學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)（無特殊的亞顯微結(jié)構(gòu)變化，不含特異性蛋白質(zhì)）來識別；③多潛能細(xì)胞的基因表達(dá)受到一定的限制。Shanghai

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University上海海洋大學(xué)細(xì)胞分化Shanghai

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University上海海洋大學(xué)概述分化細(xì)胞：由多潛能細(xì)胞通過一系列分裂和分化發(fā)育成的特殊細(xì)胞表型。①合成特異性蛋白或具有特殊功能性的細(xì)胞器；②有絲分裂的頻率明顯降低，有的甚至完全停止細(xì)胞分型。細(xì)胞分化的過程是從全能性細(xì)胞→多潛能性細(xì)胞→分化細(xì)胞的發(fā)展過程，也是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。分化細(xì)胞一般僅有5％-10％的基因表達(dá)，除了合成細(xì)胞生長、代謝必需的產(chǎn)物之外，主要是特異性產(chǎn)物的合成。Shanghai

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University上海海洋大學(xué)DNA水平Shanghai

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University上海海洋大學(xué)轉(zhuǎn)錄水平翻譯水平基因表達(dá)的多級調(diào)控基因激活轉(zhuǎn)錄起始

轉(zhuǎn)錄后加工

mRNA降解蛋白質(zhì)翻譯翻譯后加工修飾蛋白質(zhì)降解等Shanghai

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University上海海洋大學(xué)概述Shanghai

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University上海海洋大學(xué)細(xì)胞分化是基因差異性表達(dá)的結(jié)果，差異性基因表達(dá)產(chǎn)生的原因主要來自于兩方面。①細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的差異影響核基因的表達(dá)。在早期胚胎發(fā)育的卵裂階段，由于卵質(zhì)的不均勻分布，卵裂的結(jié)果所產(chǎn)生的分裂球(細(xì)胞)存在不同的細(xì)胞內(nèi)環(huán)境，引起胚胎細(xì)胞核基因的差異表達(dá)。②細(xì)胞外環(huán)境的影響。⑴在胚胎發(fā)育早期不同的胚胎細(xì)胞位于不同的區(qū)域，受到不同的外界環(huán)境的影響，接受不同的位置信息。⑵特別是鄰近細(xì)胞的相互關(guān)系，如胚胎誘導(dǎo)對于胚胎細(xì)胞分化具有重要意義。⑶各種細(xì)胞外信號分子

(細(xì)胞因子、激素等信號分子)，通過細(xì)胞間的通訊，特別是信號傳導(dǎo)間接影響細(xì)胞核基因的表達(dá)。概述Shanghai

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University上海海洋大學(xué)差異基因表達(dá)的調(diào)控機(jī)制主要是在以下幾個水平完成：①差異基因轉(zhuǎn)錄：調(diào)節(jié)哪些核基因轉(zhuǎn)錄成RNA。?核RNA的選擇性加工：調(diào)節(jié)哪些核RNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)并加工成為mRNA，構(gòu)成特殊的轉(zhuǎn)錄子組。?mRNA的選擇性翻譯：調(diào)節(jié)哪些mRNA翻譯成蛋白質(zhì)。④差別蛋白質(zhì)加工：選擇哪些蛋白質(zhì)加工成為功能性蛋白質(zhì)，即基因功能的實(shí)施者。第一節(jié)

基因組相同和基因差異表達(dá)Shanghai

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University上海海洋大學(xué)多細(xì)胞有機(jī)體具有許多形態(tài)、功能和生物化學(xué)組成不同的細(xì)胞。這些不同的細(xì)胞都來自于一個共同的始祖細(xì)胞——受精卵。這些不同的組織細(xì)胞雖然具有相同的基因結(jié)構(gòu)，但由于基因表達(dá)受到復(fù)雜的調(diào)控，發(fā)生差別基因轉(zhuǎn)錄，繼而合成組織專一性蛋白質(zhì)，出現(xiàn)細(xì)胞形態(tài)和功能的分化。換句話說就是這些細(xì)胞的基因組相同，只是在發(fā)育過程中不同的細(xì)胞利用了基因組中不同的基因，結(jié)果導(dǎo)致各類細(xì)胞合成其特有的蛋白質(zhì)。1、在發(fā)育中核潛能被限定移核試驗（豹蛙）：發(fā)育時期越晚，細(xì)胞核潛能的受限性越大去核受精卵囊胚核原腸胚早期內(nèi)胚層核神經(jīng)胚內(nèi)胚層核50%蝌蚪，異常個體以內(nèi)胚層細(xì)胞形成較其他胚層細(xì)胞更容易□10%蝌蚪80%以上蝌蚪結(jié)論：隨著發(fā)育，體細(xì)胞的核潛能存在普遍的受限現(xiàn)象，且具有供體核的特異性Shanghai

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University上海海洋大學(xué)二、核潛能的限定豹蛙核移植實(shí)驗Shanghai

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University上海海洋大學(xué)（一）在發(fā)育中核潛能被限定Shanghai

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University上海海洋大學(xué)細(xì)胞核潛能的限定是穩(wěn)定的且具有一定的組織特異性。三胚層細(xì)胞核移植實(shí)驗：①采用具有組織特異性的原腸胚后期內(nèi)胚層細(xì)胞核為供體時，易于形成內(nèi)胚層細(xì)胞，指導(dǎo)發(fā)育成為外胚層和中胚層細(xì)胞的能力已受到限制。②外胚層細(xì)胞核為供體進(jìn)行移核實(shí)驗，產(chǎn)生發(fā)育異常的蝌蚪，可具有正常的神經(jīng)分化但是缺乏內(nèi)胚層結(jié)構(gòu)。在發(fā)育過程中體細(xì)胞核潛能的限定是一個普遍的規(guī)律。（二）細(xì)胞核具有潛在全能性的研究Shanghai

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University上海海洋大學(xué)關(guān)于分化細(xì)胞核潛能限定的觀點(diǎn)長期以來存在著爭議。有些學(xué)者認(rèn)為用已分化細(xì)胞核進(jìn)行的移植實(shí)驗在很多情況下不能獲得正常發(fā)育胚胎的原因，主要是由于核移植的方法使已分化細(xì)胞核突然進(jìn)入了一個高頻率分裂的陌生胞質(zhì)環(huán)境，容易引起染色體斷裂。為真正評價細(xì)胞核的潛能，人們采用核克隆技術(shù)（連續(xù)克?。挂浦驳墓w核逐漸地適應(yīng)這種環(huán)境，結(jié)果也可以獲得發(fā)育正常的蝌蚪。核克隆技術(shù)Shanghai

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University上海海洋大學(xué)將供體細(xì)胞核先移植進(jìn)激活的去核卵中，再將發(fā)育產(chǎn)生的大量卵裂期或囊胚期細(xì)胞核為供體，再次進(jìn)行移植，移植到更多的去核卵中，通過多次核移植可制備出原來供體核的許多拷貝。已分化細(xì)胞的核經(jīng)歷這一系列的移植后，其中有些細(xì)胞核變得可以指導(dǎo)整個有機(jī)體的發(fā)育。如原腸胚后期內(nèi)胚層細(xì)胞核可以指導(dǎo)胚胎發(fā)育成為正常的蝌蚪。甚至將已分化的小腸上皮細(xì)胞核或紅細(xì)胞的細(xì)胞核作為供體移植到去核卵中，也可以獲得少數(shù)發(fā)育正常的蝌蚪或成體。一般核移植過程Shanghai

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University上海海洋大學(xué)核克隆過程Shanghai

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University上海海洋大學(xué)Dolly的誕生克隆羊Dolly的誕生（1997）對于說明體細(xì)胞核發(fā)育的全能性具有特別重要的意義。這是人類首次成功的用哺乳動物體細(xì)胞-成年母羊乳腺上皮細(xì)胞核為供體，經(jīng)過多次核移植而獲得的后代。隨后，克隆猴、克隆牛等一系列動物的研究獲得了成功。Shanghai

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University上海海洋大學(xué)Dolly的標(biāo)本和伊恩博士Dolly：1996.7.5.世界上第一只克隆羊Dolly由英國愛丁堡大學(xué)的伊恩博士研制成功，2003.2.14.由于肺結(jié)核而被安樂死，它的標(biāo)本于2003年4月9日陳列于蘇格蘭首都愛丁堡國家博物館。Shanghai

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University上海海洋大學(xué)1、基因刪除：原生動物、線蟲、昆蟲、甲殼動物。2、基因擴(kuò)增：爪蟾的rDNA、果蠅多線染色體。3、基因重排：免疫球蛋白基因（106~108種抗體）。Shanghai

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University上海海洋大學(xué)三、基因組相同的例外——基因組的改變副蛔蟲

染色體消減癭蠅等

卵裂時，部分染色體丟失，丟失的→體細(xì)胞； 不丟失的→生殖細(xì)胞。如：癭蠅

40

→8；搖蚊

40→38哺乳類（除駱駝）的紅細(xì)胞、皮膚的羽毛、毛發(fā)角化細(xì)胞中 整個細(xì)胞核丟失1、染色體消減Shanghai

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University2、基因擴(kuò)增A、基因的選擇擴(kuò)增（gene

selective

amplification）：某些特殊基因被選擇性復(fù)制出許多拷貝的現(xiàn)象非洲爪蟾rDNA擴(kuò)增,從變態(tài)期開始，一直到卵母細(xì)胞成熟之前；初級卵母細(xì)胞末期，其rDNA為體細(xì)胞的2×105倍果蠅卵殼蛋白基因——濾泡細(xì)胞中超量DNA合成（16倍）B、基因組擴(kuò)增（genomeamplification）：通過多倍體和多線染色體擴(kuò)增完整基因組哺乳動物肝細(xì)胞（營養(yǎng)原細(xì)胞）——多倍體擴(kuò)增果蠅卵巢中營養(yǎng)細(xì)胞——多線染色體擴(kuò)增rDNA——核糖體RNA基因5’前導(dǎo)序列上海海轉(zhuǎn)錄洋間大隔學(xué)3、基因重排免疫球蛋白的基因重組淋巴母細(xì)胞在為抗體制備作準(zhǔn)備

時，組合多個獨(dú)立的遺傳程序（體細(xì)胞重組），其間，它總是試

圖將抗體輕鏈或重鏈的DNA序列隨機(jī)編排成受體或抗體的可變區(qū)，以增加識別和結(jié)合未知外來抗原

的機(jī)會Shanghai

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University上海海洋大學(xué)B淋巴細(xì)胞：C區(qū)編碼恒定區(qū)

V，D，J編碼可變區(qū)剪切Shanghai

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University上海海洋大學(xué)免疫球蛋白基因重排第二節(jié) 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控Shanghai

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University上海海洋大學(xué)差異基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控是最重要的調(diào)控機(jī)制。一、基因表達(dá)的時間和空間特異性基因表達(dá)的時間特異性：有些特異性的基因，只有在發(fā)育的某個特定時期或某些時期才具有活性，而在其他時期則是無功能的基因?；虮磉_(dá)的空問特異性：主要指基因表達(dá)的組織細(xì)胞特異性。斑馬魚早期發(fā)育中vasa

mRNA的時空表達(dá)（原位雜交）Shanghai

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University上海海洋大學(xué)一、差異基因表達(dá)的研究方法（一）珠蛋白基因的轉(zhuǎn)錄Shanghai

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University上海海洋大學(xué)血紅蛋白=珠蛋白+血紅素利用珠蛋白mRNA的探針，對雞胚紅細(xì)胞發(fā)育中血紅蛋白最初的轉(zhuǎn)錄進(jìn)行監(jiān)控。①分離孵化20-23h的雞胚后部明區(qū)血島時，可以觀察到紅

細(xì)胞的前體細(xì)胞，但并未檢測到血紅蛋白基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。②到雞胚孵化35h，紅細(xì)胞的前體細(xì)胞分化為幼紅細(xì)胞，血紅蛋白迅速合成。這表明血紅蛋白基因是在這一段發(fā)育時期中轉(zhuǎn)錄的。血紅蛋白血紅蛋白是一個四聚體蛋

白質(zhì)，在人和許多動物中，胚胎、胎兒和成體紅細(xì)胞

的血紅蛋白分子的組成都

不相同。人胚胎血紅蛋白：由2個ζ-珠蛋白鏈、2個ε-珠蛋白鏈和4個血紅素分子組成。Shanghai

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University上海海洋大學(xué)血紅蛋白妊娠第2個月：ζ–和ε

-珠蛋白鏈的合成突然停止，而α-和γ-珠蛋白鏈合成量增加。由兩個α-和兩個γ-珠蛋白鏈組成胎兒的血紅蛋白分子。Shanghai

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University上海海洋大學(xué)血紅蛋白妊娠第3個月：γ-珠蛋白基因表達(dá)逐漸停止，同時β-和δ-基因開始表達(dá)，產(chǎn)量逐漸增加。出生后：血紅蛋白分子的組成迅速轉(zhuǎn)換，由胎兒型代之為成體型，即α2β2。正常成體的血紅蛋白分子中α2β2占97%，α2δ2為2%-3%，α2γ2為1%。Shanghai

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University上海海洋大學(xué)血紅蛋白人的ζ-和α-珠蛋白基因位于第16號染色體上，而ε

-、γ-、δ-和β-珠蛋白基因相連，在第一號染色體上依次排列。β-珠蛋白基因家族的表達(dá)顯示了一種調(diào)控機(jī)制，即指導(dǎo)其從胚胎型→胎兒型→成體型轉(zhuǎn)變的順序開關(guān)。Shanghai

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University上海海洋大學(xué)(二)轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白5S核糖體RNA基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控Shanghai

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University上海海洋大學(xué)1.中心啟動子元件在整個發(fā)育過程中5SrRNA基因表達(dá)的調(diào)控都是在轉(zhuǎn)錄水平進(jìn)行的。非洲爪蟾基因組具有2個編碼5SrRNA的多基因家族，即卵母細(xì)胞型和體細(xì)胞型。卵母細(xì)胞型：20

000個，轉(zhuǎn)錄水平很低，卵發(fā)生早期開始囊胚中期可被檢測到。體細(xì)胞型：400個，合成體細(xì)胞的95％以上5SrRNA，卵發(fā)生早期開始一直可以檢測到。5SrRNA的基因的轉(zhuǎn)錄是由RNA聚合酶Ⅲ所調(diào)控的2．TFⅢA的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)Shanghai

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University上海海洋大學(xué)轉(zhuǎn)錄因子TFⅢA參與RNA聚合酶Ⅲ對非洲爪蟾5SrRNA轉(zhuǎn)錄的控制。TFⅢA既是RNA聚合酶Ⅲ控制中的第一個轉(zhuǎn)錄因子，也是5SrRNA的基因的專一性轉(zhuǎn)錄因子。但是TFⅢA分子與5SrRNA的基因中間啟動子的結(jié)合力很弱，相比之下非特異性轉(zhuǎn)錄因子TFⅢC能夠更牢固地與

5SrRNA的基因中間啟動子相結(jié)合，所以TFⅢA分子與TFⅢC結(jié)合形成TFⅢA-TFⅢC

復(fù)合物。當(dāng)RNA聚合酶Ⅲ與該復(fù)合物結(jié)合時5SrRNA的基因的轉(zhuǎn)錄即發(fā)生。Switch

gene:發(fā)育中可以決定細(xì)胞向兩種不同命運(yùn)分化的基因（主基因的表達(dá)決定）果蠅腹中線外胚層細(xì)胞具有分化成為上皮細(xì)胞或神經(jīng)母細(xì)胞的雙重潛能；notch轉(zhuǎn)錄缺乏時，腹中線所有細(xì)胞都分化成神經(jīng)母細(xì)胞，胚胎不能正常發(fā)育；notch控制分化成皮膚細(xì)胞和神經(jīng)母細(xì)胞myod1轉(zhuǎn)錄子是肌細(xì)胞分化的主要開關(guān)基因，也是肌母細(xì)

胞決定子。將其通過病毒載體轉(zhuǎn)染其它細(xì)胞（如色素細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、肝細(xì)胞等），可使它們轉(zhuǎn)分化為肌

細(xì)胞。Shanghai

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University上海海洋大學(xué)(三)轉(zhuǎn)錄調(diào)控的“開關(guān)基因”(switch

gene)三、差異基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控機(jī)制Shanghai

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University上海海洋大學(xué)真核生物基因的結(jié)構(gòu)：(一)外顯子與內(nèi)含子真核生物的基因主要由兩種DNA序列組成：一種是蛋白質(zhì)編碼序列稱為外顯子(exon)，另一種是非蛋白質(zhì)編碼序列稱為內(nèi)含子(intron)。編碼一個蛋白質(zhì)的序列常以外顯子和內(nèi)含子鑲嵌排列的方式存在。不同基因具有內(nèi)含子的數(shù)目和內(nèi)含子的長度差異很大。真核生物的基因還包括5’和3’末端長度不等的特異性序列，這些序列雖然不編碼氨基酸，但在基因表達(dá)的過程中起重要作用。人β-珠蛋白基因的10個區(qū)域①啟動子區(qū)：啟動子區(qū)位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游-95--26bp，由兩個上游啟動子成分和TATA盒組成。這個區(qū)域負(fù)責(zé)與

RNA聚合酶結(jié)合，同時與以后的轉(zhuǎn)錄起始有關(guān)。②ACATTG序列：該序列位于RNA的5’末端，又稱為帽子序列，是轉(zhuǎn)錄的起始點(diǎn)，在轉(zhuǎn)錄后帽子序列將被修飾，這段序列在不同的基因中有差異。③翻譯起始密碼ATG:該密碼子位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)后50bp處，在轉(zhuǎn)錄的起始點(diǎn)和翻譯起始點(diǎn)間的這段序列稱為前導(dǎo)序列，其長度在不同基因中差異很大。由前導(dǎo)序列決定翻譯的速

率。②

③①①①Shanghai

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University上海海洋大學(xué)人β-珠蛋白基因的10個區(qū)域④第一外顯子：長90bp，編碼人β-珠蛋白的1-30個氨基酸。⑤第一內(nèi)含子：長130bp，是人β-珠蛋白的非編碼序列，但對于RNA加工成為mRNA并轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核外具有重要作用。⑥第二外顯子：長222bp，編碼人β-珠蛋白的31-104個氨基酸。④Shanghai

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University上海海洋大學(xué)⑤⑥人β-珠蛋白基因的10個區(qū)域⑦第二內(nèi)含子：長850bp，也是人β-珠蛋白的非編碼序列。⑧第三外顯子：長126bp，編碼人β-珠蛋白的105-146個氨基酸。⑨翻譯終止密碼子TAA⑨⑧⑦Shanghai

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University上海海洋大學(xué)人β-珠蛋白基因的10個區(qū)域⑩3’末端非翻譯區(qū)：這段序列雖然轉(zhuǎn)錄但是并不參與蛋白質(zhì)的翻譯。該區(qū)域包括AATAAAA序列，此序列為轉(zhuǎn)錄的

RNA產(chǎn)物在3’末端增加200-300多聚核苷酸[poly（A）]尾所必需。

poly（A）尾插入進(jìn)RNA的位置?在AAUAA下游約20bp處，但是轉(zhuǎn)錄繼續(xù)進(jìn)行超過AATAAAA序列的位置，終止在大約1000bp處。在3’末端非翻譯區(qū)序列中，從

AATAAAA位點(diǎn)后600-900bp具有增強(qiáng)子功能，對于成體紅細(xì)胞前體β-珠蛋白基因適時的和組織特異性的表達(dá)是必需的。⑩Shanghai

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University上海海洋大學(xué)（二）啟動子和增強(qiáng)子Shanghai

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University上海海洋大學(xué)真核生物基因的轉(zhuǎn)錄起始和表達(dá)的調(diào)控依賴于兩類調(diào)控元件的相互作用，一類是順式調(diào)節(jié)子，另一類是反式調(diào)節(jié)蛋白。啟動子和增強(qiáng)子都是順式調(diào)節(jié)子，它們能與特定功能基因連鎖，作用于鄰近基因的表達(dá)。反式調(diào)節(jié)蛋白是可溶性的分子，包括具有調(diào)控作用的蛋白因子和RNA，它們可作用于鄰近基因或其他基因。1.啟動子的結(jié)構(gòu)與功能Shanghai

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University上海海洋大學(xué)啟動子：是位于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游的特殊DNA序列。能被RNA聚合酶Ⅱ識別和結(jié)合，對于決定基因轉(zhuǎn)錄起始和保證

DNA精確，有效地轉(zhuǎn)錄具有極其重要作用。轉(zhuǎn)錄量相對較大的基因，啟動子都具有相似的結(jié)構(gòu)。一個保守性較高且富含TA的序列，又稱為TATA框，位于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游大約30bp處。另外在TATA框的上游還有一個或多個上游啟動子元件，如：CCAAT(CAAT框）、GGGCGGG(GC序列）、GGGAGAGGG和ATGCAAAT序列。TATA框的主要作用：?使轉(zhuǎn)錄精確地從起始位點(diǎn)開始，其他的上游啟動子元件：主要調(diào)控轉(zhuǎn)錄起始頻率和維持基因轉(zhuǎn)錄，特別是CAAT框的作用相對較大。2.與啟動子結(jié)合的反式作用因子Shanghai

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University上海海洋大學(xué)基因轉(zhuǎn)錄還需要RNA聚合酶與啟動子的相互作用。在轉(zhuǎn)錄開始之前，首先要形成RNA聚合酶和啟動子的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。絕大多數(shù)真核生物的細(xì)胞有3種類型RNA聚合酶，即

RNA聚合酶Ⅰ、RNA聚合酶Ⅱ和RNA聚合酶Ⅲ。其中RNA聚合酶Ⅱ負(fù)責(zé)作用于多種基因的轉(zhuǎn)錄。在細(xì)胞核中存在一些轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白因子為RNA聚合酶與啟動子結(jié)合所必需，如果缺乏這些因子，純化的RNA聚合酶Ⅱ并不能識別啟動子序列，轉(zhuǎn)錄只能起始于任意位置。從不同動物細(xì)胞，甚至從酵母細(xì)胞分離的基本轉(zhuǎn)錄因子具有相似的活性。基本轉(zhuǎn)錄因子負(fù)責(zé)識別啟動子序列中TATA框，并與RNA聚合酶Ⅱ一起形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，進(jìn)而起始轉(zhuǎn)錄。已經(jīng)經(jīng)過鑒定的普通轉(zhuǎn)錄因子有TFⅡD、TFⅡB、TFⅡF、TFⅡA等。按一定順序參與形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。Shanghai

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University上海海洋大學(xué)2.與啟動子結(jié)合的反式作用因子Shanghai

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University上海海洋大學(xué)RNA聚合酶Ⅰ和RNA聚合酶Ⅲ分別負(fù)責(zé)18S、28S核糖體RNA和5S核糖體RNA，tRNA基因的轉(zhuǎn)錄，也需要多種蛋白因子參與，這些轉(zhuǎn)錄因子也必須與啟動子結(jié)合。3.增強(qiáng)子的結(jié)構(gòu)和功能Shanghai

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University上海海洋大學(xué)增強(qiáng)子(enhancer)指增加同它連鎖的基因轉(zhuǎn)錄頻率的DNA序列。增強(qiáng)子是通過啟動子來增加轉(zhuǎn)錄的。有效的增強(qiáng)子可以位于基因的5’端，也可位于基因的3’端，有的還可位于基因的內(nèi)含子中。增強(qiáng)子的效應(yīng)很明顯，一般能使基因轉(zhuǎn)錄頻率增加10～200倍，有的甚至可以高達(dá)上千倍。增強(qiáng)子的作用同增強(qiáng)子的取向(5’-3’或3’-5’)無關(guān)，甚至遠(yuǎn)離靶基因達(dá)幾千kb也仍有增強(qiáng)作用。有一類增強(qiáng)子對基因的轉(zhuǎn)錄起抑制作用，稱為沉默子

(suencer)。當(dāng)轉(zhuǎn)錄因子與沉默子結(jié)合時可抑制順式調(diào)控元件相連的啟動子的轉(zhuǎn)錄。增強(qiáng)子的分類Shanghai

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University上海海洋大學(xué)同一增強(qiáng)子在有的細(xì)胞中是順式調(diào)控元件，但在其他細(xì)胞中可能是沉默子，這是由細(xì)胞中其他轉(zhuǎn)錄因子決定的。由于增強(qiáng)子中有的能夠調(diào)節(jié)基因表達(dá)的時間；有的能夠調(diào)節(jié)基因表達(dá)的組織和細(xì)胞特異性；有的具有前述兩種功能；還有的增強(qiáng)子與激素或其他分子相關(guān)。根據(jù)增強(qiáng)子的功能特征可以將其分為以下幾類。(1)時間特異性增強(qiáng)子Shanghai

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University上海海洋大學(xué)在胚胎發(fā)育中存在一種時間特異性增強(qiáng)子。在兩棲類胚胎發(fā)育中存在最典型的基因活性的時間開關(guān)，即囊胚中期轉(zhuǎn)換(MBT)。MBT類型的基因由于含有一種時間特異性增強(qiáng)子，在囊胚中期被特異性激活。兩棲類的這種增強(qiáng)子位于MBT基因閱讀框5’末端上游約700bp。人β-珠蛋白基因的時間特異性增強(qiáng)子，位于3’末端，AATAAAA序列下游600-900bp之間。通常γ-珠蛋白基因在人胚胎時期轉(zhuǎn)錄，如果把含有β-珠蛋白基因的時間特異性增強(qiáng)子的DNA片段移到γ-珠蛋白基因的附近，在β-珠蛋白基因的時間特異性增強(qiáng)子的作用下，γ-珠蛋白基因可在成體中表達(dá)。(2)組織特異性增強(qiáng)子Shanghai

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University上海海洋大學(xué)調(diào)節(jié)β-珠蛋白基因表達(dá)的增強(qiáng)子，除了3’末端的臨時性特異性增強(qiáng)子之外，還有其他兩種增強(qiáng)子，由它們調(diào)節(jié)β-珠蛋白基因表達(dá)的組織特異性。其中一種增強(qiáng)子位子β-珠蛋白基因的第三個內(nèi)含子序列內(nèi)，其作用使β-珠蛋白基因的轉(zhuǎn)錄只能在紅細(xì)跑發(fā)生。另一種增強(qiáng)子事實(shí)上是“主”增強(qiáng)子，所有位于第11號染色體上的人β-珠蛋白基因家族的轉(zhuǎn)錄都由它調(diào)控。如果缺失此增強(qiáng)子區(qū)將引起所有β-珠蛋白基因家族的基因沉默?！爸鳌痹鰪?qiáng)子的功能可能是使整個轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子區(qū)域打開。(3)胰腺增強(qiáng)子Shanghai

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University上海海洋大學(xué)有時基因的活性在不同類型的相鄰細(xì)胞中由不同的增強(qiáng)子所調(diào)控。如胰腺外分泌蛋白胰凝乳蛋白酶、淀粉酶、胰蛋白酶基因的增強(qiáng)子，與內(nèi)分泌蛋白胰島素基因的增強(qiáng)子，雖然都位于各自基因5’末端旁的序列中，卻是不相同的兩類增強(qiáng)子。利用報道基因可對某一特定增強(qiáng)子的功能進(jìn)行研究。氯霉素乙配轉(zhuǎn)移酶(CAT)的基因活性很容易檢測，同時在哺乳動物中不表達(dá)，可作為哺乳動物的報道基因。(3)胰腺增強(qiáng)子Shanghai

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University上海海洋大學(xué)Walker等(1983)分別構(gòu)建這些基因5’末端旁序列和cat的重組基因，再將不同的重組基因分別轉(zhuǎn)人3種受體細(xì)胞：①不產(chǎn)生胰島素和胰凝乳蛋白酶的卵巢細(xì)胞；②分泌胰島素的胰腺細(xì)胞系；③一種產(chǎn)生外分泌蛋白的胰腺細(xì)胞系。說明胰腺外分泌細(xì)胞和內(nèi)分泌細(xì)胞的基因表達(dá)由不同的增強(qiáng)子調(diào)控。受體細(xì)胞外分泌蛋白基因5’末端旁序列+cat內(nèi)分泌蛋白基因5’末端旁序列+cat卵巢細(xì)胞不表達(dá)不表達(dá)分泌胰島素的胰腺細(xì)胞系不表達(dá)表達(dá)產(chǎn)生外分泌蛋白的胰腺細(xì)胞系表達(dá)不表達(dá)(4)卵黃蛋白增強(qiáng)子Shanghai

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University上海海洋大學(xué)果蠅卵黃蛋白是在雌性成體果蠅的特殊細(xì)胞中才大量合成的一種蛋白。果蠅有兩種卵黃蛋白基因，yp1和yp2，他們在DNA上的位置鄰近但是轉(zhuǎn)錄的方向相反。在卵巢和脂肪體中卵黃蛋白基因都轉(zhuǎn)錄，但是他們能用限制性內(nèi)切酶分解，在共同的5’末端分開。如果將這兩種基因分別與報道基因一起構(gòu)建表達(dá)質(zhì)粒，再導(dǎo)入果蠅DNA，可以檢測他們轉(zhuǎn)錄的性別和時間特異性。卵黃蛋白基因僅在成體的雌性果蠅中表達(dá)。同時yp2的mRNA僅在卵巢組織中檢測到，而yp1得mRNA僅在脂肪體中表達(dá)。說明卵黃蛋白基因有兩個增強(qiáng)子，而且都位于5’末端，分別負(fù)責(zé)在卵巢和在脂肪體中的轉(zhuǎn)錄，使兩個基因在兩種細(xì)胞中正常轉(zhuǎn)錄。增強(qiáng)子對于基因表達(dá)的特異性有決定性作用。脂肪體Shanghai

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University上海海洋大學(xué)卵巢組織（三）轉(zhuǎn)錄因子Shanghai

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University上海海洋大學(xué)轉(zhuǎn)錄因子是基因調(diào)控的反式作用因子，是能與啟動子和增強(qiáng)子結(jié)合的蛋白質(zhì)。轉(zhuǎn)錄因子既含有特異性DNA結(jié)合域，又含有能與啟動子或增強(qiáng)子結(jié)合并刺激基因轉(zhuǎn)錄的結(jié)構(gòu)域。通過相互作用使任何一種細(xì)胞中只有很少的一部分啟動子發(fā)生轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄因子可分為通用轉(zhuǎn)錄因子和特殊轉(zhuǎn)錄因子，即兩類基因調(diào)節(jié)蛋白。通用轉(zhuǎn)錄因子：指與啟動子TATA框序列結(jié)合的蛋白質(zhì)，他們與RNA聚合酶II共同裝配成為轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，以啟動轉(zhuǎn)錄。特殊轉(zhuǎn)錄因子：能識別特殊的DNA調(diào)節(jié)序列并與其結(jié)合，或與RNA聚合酶和其他轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合以行駛功能。(四)激素應(yīng)答成分Shanghai

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University上海海洋大學(xué)在發(fā)育過程中經(jīng)常出現(xiàn)基因表達(dá)的協(xié)同調(diào)節(jié)現(xiàn)象。當(dāng)一種類型的細(xì)胞同時表達(dá)幾種細(xì)胞特異性蛋白，或者在不向類型的細(xì)胞中由同一種激素誘導(dǎo)幾種基因表達(dá)時，這種基因表達(dá)的協(xié)同調(diào)節(jié)現(xiàn)象即發(fā)生。具有轉(zhuǎn)錄因子活性的類固醇激素特異性受體以非活性狀態(tài)存在時與一種熱體克蛋白結(jié)合，當(dāng)激素與受體蛋白結(jié)合后熱體克蛋白脫離，同時受體構(gòu)象發(fā)生改變。形成的激素-受體復(fù)合物進(jìn)入細(xì)胞核并與特異性DNA序列結(jié)合，激活啟動子調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄。能夠與激素受體蛋白特異性結(jié)合的DNA序列稱為激素效應(yīng)元件，它們既可以是增強(qiáng)子，也可以是啟動子。(五)免疫球蛋白輕鏈基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控Shanghai

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University上海海洋大學(xué)在每一個有機(jī)體中，絕大多數(shù)類型的細(xì)胞都具有相同的基因組，但是淋巴細(xì)胞例外。在與抗原接觸之前，處于休止期的B淋巴細(xì)胞就合成免疫球蛋白分子，但并不分泌。每一種B淋巴細(xì)胞本身具有產(chǎn)生107種以上不同的抗體分子的能力，但由于基因重排，每個細(xì)胞僅僅只合成一種抗體分子，并且將其置于細(xì)胞膜表面作為抗原受體。當(dāng)外來抗原與淋巴結(jié)或脾中的淋巴細(xì)胞膜上抗原受體結(jié)合后通過信號傳導(dǎo)調(diào)控基因表達(dá)，使細(xì)胞分裂和進(jìn)一步分化。細(xì)胞分化的分子機(jī)制Shanghai

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University上海海洋大學(xué)——

轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控57第一節(jié)

RNA加工水平的調(diào)控Shanghai

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University上海海洋大學(xué)第二節(jié) 翻譯和翻譯后的調(diào)控（一）、同一基因的初始轉(zhuǎn)錄物（nRNA）經(jīng)選擇性拼接可產(chǎn)生不同的成熟RNA原肌球蛋白基因Shanghai

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University上海海洋大學(xué)一、RNA加工水平的調(diào)控α-原肌球蛋白基因上海海洋大學(xué)上海海洋大學(xué) ShanghaShanghaii

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UnUniivvererssiitytymRNA生殖細(xì)胞的

DNAB淋巴細(xì)胞的DNA，發(fā)生重排nRNA重鏈可變區(qū)（抗原結(jié)合區(qū)）在淋巴細(xì)胞形成過程中，發(fā)生基因重排（DNA水平）前體RNAμ區(qū)δ區(qū)重鏈恒定區(qū)發(fā)生分子轉(zhuǎn)換，該模式通過RNA加工完成IgMIgD上海海洋大學(xué)Shanghai

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University相同基因在不同發(fā)育時期或不同組織細(xì)胞中拼接不同，合成不同的蛋白質(zhì)降鈣素/神經(jīng)多肽CGRP

mRNA前體61上海海洋大學(xué)上海海洋大學(xué) ShanghaShanghaii

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UnUniivvererssiityty果蠅性別表型的決定事件，通過3個主要性別決定基因RNA的不同拼接模式，引起差異基因表達(dá)選擇性RNA加工與性別決定上海海洋大學(xué)上海海洋大學(xué) ShanghaShanghaii

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UnUniivvererssiitytymRNA壽命的不同對蛋白質(zhì)合成的調(diào)控——通過mRNA的選擇性降解和mRNA穩(wěn)定性不同調(diào)控蛋白質(zhì)的合成不同基因的mRNA的半衰期不同，主要受其3`UTR控制。短壽命mRNA的3’UTR通常含有一個或多個AU富集區(qū)，其作用是促進(jìn)Poly(A)降解。β-珠蛋白RNA的3’UTR中含有3個C富集區(qū)，穩(wěn)定，半衰期17h一種生長因子mRNA的半壽期不超過30min第二節(jié) 翻譯和翻譯后的調(diào)控mRNA降解性能的差異可以影響細(xì)胞的功能C-fosmRNA5’UTRcoding

sequence3’UTR成纖維細(xì)胞AU富集區(qū)腫瘤細(xì)胞c-fos基因編碼正常成纖維細(xì)胞分裂必需的一種蛋白質(zhì)上海海洋大學(xué)

Shanghai

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University上海海洋大學(xué)上海海洋大學(xué) ShanghaShanghaii

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UnUniiversity早期發(fā)育中母體效應(yīng)因子的影響1、卵母細(xì)胞中合成并貯藏大量的發(fā)育信息（mRNA和蛋白質(zhì)），這些信息在排卵以前至早期發(fā)育過程中逐漸被利用；2、每個卵母細(xì)胞中貯藏20

000

–50

000種不同的mRNA，每種mRNA大約1600個拷貝；3、貯藏的信息在卵細(xì)胞中梯度分布或者均勻分布上海海洋大學(xué)上海海洋大學(xué) ShanghaShanghaii

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UnUniivvererssiityty激素對特定mRNA穩(wěn)定性的影響如Prolactin（泌乳刺激素）僅提高牛的casein（ 蛋白）基因轉(zhuǎn)錄水平2倍，提高其mRNA壽命25倍，使mRNA更多次的翻譯。1、卵母細(xì)胞中翻譯調(diào)控機(jī)制的假說

mRNA

masking（掩蔽）:mRNA與其它蛋白結(jié)合成ribonucleoprotein(RNP)

complex,阻止與核糖體結(jié)合；卵成熟或受精后，離子強(qiáng)度改變或蛋白磷酸化等導(dǎo)致RNP不穩(wěn)定/解體，翻譯得以進(jìn)行。

5’

Cap（7-甲基鳥苷酸）的調(diào)控：如某些種類(蛾)，其卵中的部分mRNA的5`-鳥苷酸在受精后才甲基化，然后開始翻譯。

mRNA

sequester（隱蔽）:指mRNA被阻隔于蛋白合成裝置。如海膽未受精卵的組蛋白mRNA定位于原核中，受精后原核破裂