轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)張年輝卿人韋吳俊年月日

轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)張年輝卿人韋吳俊

2002年10月21日1一．轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄因子（一）．轉(zhuǎn)錄所需的結(jié)構(gòu)組件順式反式（二）．轉(zhuǎn)錄因子：1．概念：又稱為反式作用因子，是能夠與真核基因啟動(dòng)子區(qū)域中順式作用元件發(fā)生特異性相互作用的DNA結(jié)合蛋白，通過(guò)它們之間以及與其他相關(guān)蛋白之間的相互作用，激活或抑制轉(zhuǎn)錄。2．結(jié)構(gòu)：一般由DNA結(jié)合區(qū)、轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)、寡聚化位點(diǎn)以及核定位信號(hào)四個(gè)功能區(qū)域組成。①DNA結(jié)合區(qū)：指轉(zhuǎn)錄因子識(shí)別DNA順式作用元件并與之結(jié)合的一段氨基酸序列。2常見(jiàn)的DNA結(jié)合區(qū)及其結(jié)構(gòu)特征：

DNA結(jié)合區(qū)結(jié)構(gòu)特征

堿性區(qū)-亮氨酸拉鏈由60～80個(gè)氨基酸殘基組成，包括一個(gè)由25個(gè)氨基酸殘基的富含堿

性氨基酸的區(qū)域和一個(gè)亮氨酸拉鏈區(qū)鋅指結(jié)構(gòu)由30個(gè)氨基酸殘基組成，含兩個(gè)保守的半胱氨酸殘基和/或兩個(gè)組氨

酸殘基，它們?cè)谒募?jí)結(jié)構(gòu)上與鋅離子結(jié)合MADS約56個(gè)氨基酸殘基組成，含有1個(gè)長(zhǎng)的α-螺旋和兩個(gè)β-鏈堿性-螺旋-環(huán)-螺旋含有兩個(gè)相連的基本亞區(qū)，其中堿性氨基酸區(qū)與DNA結(jié)合有關(guān)，螺

旋-環(huán)-螺旋區(qū)參與二聚體形成homeo結(jié)構(gòu)域約60個(gè)氨基酸殘基組成的折疊成球形的結(jié)構(gòu)域，含有3或4個(gè)α-螺旋AP2/EREBP約60個(gè)氨基酸殘基組成，含有3個(gè)平行的β-折疊和1個(gè)雙親性α-螺旋MYB結(jié)構(gòu)域含有1～3個(gè)有51～53個(gè)氨基酸組成的呈螺旋-轉(zhuǎn)折-螺旋構(gòu)象的不完

全重復(fù)序列，每個(gè)重復(fù)都含3個(gè)保守的Trp殘基AT-鉤基序含有1個(gè)R(G/P)RGRP共有核心序列，通過(guò)RGR區(qū)與富含A/T的區(qū)域

小溝結(jié)合三螺旋富含堿性、酸性以及脯氨酸/谷氨酸，呈螺旋-環(huán)-螺旋-環(huán)-螺旋構(gòu)象HMG盒由3個(gè)α-螺旋組成的“L”形區(qū)，兩臂張開約呈80°B3VP1和AB13AC-末端含120個(gè)氨基酸殘基的保守序列ARF結(jié)構(gòu)域由350個(gè)氨基酸殘基組成的類似B3的序列

3②轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)轉(zhuǎn)錄激活區(qū)：轉(zhuǎn)錄抑制區(qū):③核定位信號(hào)區(qū)：轉(zhuǎn)錄因子中富含精氨酸和賴氨酸殘基

的核定位區(qū)域，轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)入細(xì)胞核的過(guò)程受該區(qū)段

控制；④寡聚化位點(diǎn)：不同轉(zhuǎn)錄因子借以發(fā)生相互作用的功能

域。（三）轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)、活性及調(diào)控作用：1．編碼轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)受細(xì)胞發(fā)育、外界環(huán)境等因素

的調(diào)節(jié)；2．轉(zhuǎn)錄因子的活性受轉(zhuǎn)譯后修飾、在細(xì)胞中的位置、

以及與其他蛋白之間的相互作用等因素的影響；43．在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，植物對(duì)各種環(huán)境、組織和發(fā)育

信號(hào)作出反應(yīng)，這就要求對(duì)各種功能基因的表達(dá)進(jìn)

行精確的調(diào)控。而轉(zhuǎn)錄因子在基因的表達(dá)調(diào)控中起

關(guān)鍵作用。二．釀酒酵母中的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)（一）研究方法：全基因組位點(diǎn)分析，又稱為全基因組結(jié)合分析（genome-widelocationanalysisorgenome-widebindinganalysis）。1．步驟：甲醛固定細(xì)胞，收集，超聲裂解細(xì)胞→用特

異的抗體進(jìn)行免疫沉淀以富集與某一蛋白交

聯(lián)的DNA片段→去除交聯(lián)，用連接介導(dǎo)的多

聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)5（ligation-mediated-polymerasechainreaction，LM-PCR）擴(kuò)增富集的DNA并用熒光染料（Cy5，紅色）標(biāo)記，未被免疫沉淀富集的DNA在另一熒光染料（Cy3，綠色）存在的情況下進(jìn)行LM-PCR→與含所有酵母基因間序列的單個(gè)DNA微陣列雜交。（Fordetails,pleasefindatthefollowingtwowebsites:;.）圖1：酵母全基因組位點(diǎn)分析方法62．結(jié)果處理：single-arrayerrormodel.對(duì)雜交結(jié)果進(jìn)行光密度掃描→得到相對(duì)結(jié)合比率，用single-arrayerrormodel去除噪聲，計(jì)算其置信值→三次獨(dú)立試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)加權(quán)平均處理得到該蛋白與微陣列上的每一序列的結(jié)合能力。

圖2：全基因組位點(diǎn)分布鑒別方法73．確定P值的閾值范圍：圖3：P值對(duì)調(diào)控因子-啟動(dòng)子相互作用頻率的影響特點(diǎn)：可以鑒別由一個(gè)細(xì)胞的基因組編碼的每一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子在體內(nèi)結(jié)合的一系列的目標(biāo)基因。但需要獲得一個(gè)物種的全基因序列，特別是調(diào)控序列。8（二）結(jié)果1．轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子與啟動(dòng)子的相互作用方式圖4：轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子在整個(gè)基因組的分布

92．網(wǎng)絡(luò)組件特點(diǎn)：1.真核生物中僅占較少的比例（酵母中約為10%，且在較低的P值下其比例也不會(huì)發(fā)生明顯的改變。而在原核生物中，這種形式的調(diào)節(jié)方式占到多數(shù)（如大腸桿菌中可占到52%～74%）。2．該種調(diào)節(jié)方式具有如下一些優(yōu)勢(shì)，包括可以減少對(duì)環(huán)境刺激發(fā)生響應(yīng)的時(shí)間，減少生物合成過(guò)程中在調(diào)節(jié)上的“花費(fèi)”，增加基因表達(dá)的穩(wěn)定性。10特點(diǎn)：1.真核生物中所占比例較小，而在原核生物中尚未發(fā)現(xiàn)。2．使得反饋控制成為可能，而且能夠產(chǎn)生生物穩(wěn)定系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在兩種相互變化的狀態(tài)間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。11特點(diǎn)：1．該種調(diào)節(jié)方式在酵母轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)化中是非常有用的。2．作為一種對(duì)持續(xù)輸入而非暫時(shí)輸入敏感性的開關(guān)。它可以作為一種時(shí)間機(jī)制對(duì)某一過(guò)程進(jìn)行控制。它可能還提供了一種多步驟的超敏感性的形式。12特點(diǎn)：對(duì)于協(xié)調(diào)某一生物功能中各個(gè)分離單元的協(xié)同表達(dá)是非常有用的。13特點(diǎn)：可以協(xié)調(diào)在許多生長(zhǎng)條件下的基因表達(dá)。14特點(diǎn)：酵母的調(diào)節(jié)因子大多是以這種方式發(fā)生作用的，多見(jiàn)于細(xì)胞周期調(diào)控因子。它可以使得順序的轉(zhuǎn)錄事件在時(shí)間上前后繼起。153．網(wǎng)絡(luò)組件組裝成為轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)（1）方法：將全基因組位點(diǎn)分析數(shù)據(jù)與基因表達(dá)結(jié)果結(jié)合起來(lái)。（2）實(shí)例：細(xì)胞周期的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。目的：Ourgoalwastodeterminewhetherthecomputationalapproachwouldconstructtheregulatorylogicofthecellcyclefromthelocationandexpressiondatawhithoutpreviousknowledgeoftheregulatorsinvolved.

16圖5：細(xì)胞周期的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)174．細(xì)胞復(fù)雜生理及代謝過(guò)程的協(xié)調(diào)

圖6：轉(zhuǎn)錄因子與編碼其它轉(zhuǎn)錄因子基因結(jié)合所形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)

18結(jié)論：1．本研究鑒別了在酵母中具有不同調(diào)控能力的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)單元，表明酵母在