基因表達(dá)與調(diào)控

匯報(bào)人：AA2024-01-27基因表達(dá)與調(diào)控目錄基因表達(dá)概述基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制翻譯后修飾對(duì)基因表達(dá)影響表觀遺傳學(xué)在基因表達(dá)中作用細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)途徑對(duì)基因表達(dá)影響基因突變、多態(tài)性與人類疾病關(guān)系基因表達(dá)概述01基因表達(dá)是指基因攜帶的遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄和翻譯等過程，最終合成具有生物活性的蛋白質(zhì)分子或其他產(chǎn)物的過程。基因表達(dá)是生物體生長(zhǎng)發(fā)育、代謝調(diào)控、免疫應(yīng)答等生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，對(duì)于理解生物體的生理功能和疾病發(fā)生機(jī)制具有重要意義?；虮磉_(dá)定義與意義基因表達(dá)意義基因表達(dá)定義蛋白質(zhì)基因表達(dá)的主要產(chǎn)物是蛋白質(zhì)，包括酶、激素、抗體、受體等，它們?cè)谏矬w內(nèi)發(fā)揮各種生物功能。非編碼RNA除了蛋白質(zhì)編碼基因外，還有大量非編碼RNA基因，如microRNA、lncRNA等，它們通過調(diào)控其他基因的表達(dá)或參與其他生物過程來(lái)發(fā)揮作用?；虮磉_(dá)產(chǎn)物及功能

基因表達(dá)時(shí)空特異性時(shí)間特異性基因表達(dá)在不同的發(fā)育階段和生理狀態(tài)下具有時(shí)間特異性，如胚胎發(fā)育過程中不同基因的依次表達(dá)和關(guān)閉。空間特異性基因表達(dá)在不同的組織和細(xì)胞中具有空間特異性，如肝臟細(xì)胞特異性表達(dá)與代謝相關(guān)的基因。調(diào)控機(jī)制基因表達(dá)的時(shí)空特異性受到多種因素的調(diào)控，包括轉(zhuǎn)錄因子、表觀遺傳修飾、microRNA等?；蜣D(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制0201轉(zhuǎn)錄因子是一類具有特定DNA結(jié)合活性的蛋白質(zhì)，能夠識(shí)別并結(jié)合到基因啟動(dòng)子區(qū)域的特定序列上。02轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合通常受到細(xì)胞內(nèi)環(huán)境信號(hào)的影響，如激素、生長(zhǎng)因子等，這些信號(hào)能夠改變轉(zhuǎn)錄因子的構(gòu)象或與其他蛋白的相互作用，從而影響其與DNA的結(jié)合能力。03轉(zhuǎn)錄因子與DNA的結(jié)合通常具有序列特異性和空間特異性，即不同的轉(zhuǎn)錄因子識(shí)別不同的DNA序列，并在特定的時(shí)間和空間條件下發(fā)揮作用。轉(zhuǎn)錄因子識(shí)別與結(jié)合轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物是由RNA聚合酶和一系列轉(zhuǎn)錄輔助因子組成的復(fù)合物，負(fù)責(zé)啟動(dòng)基因的轉(zhuǎn)錄過程。在轉(zhuǎn)錄起始階段，RNA聚合酶在轉(zhuǎn)錄因子的引導(dǎo)下識(shí)別并結(jié)合到基因啟動(dòng)子區(qū)域，形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成需要消耗ATP等能量物質(zhì)，同時(shí)還需要其他輔助因子的參與，如TFIIA、TFIIB等。010203轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物形成轉(zhuǎn)錄延伸是指RNA聚合酶在DNA模板鏈上不斷添加RNA鏈的過程，該過程需要消耗NTP等能量物質(zhì)，并受到多種因素的影響。轉(zhuǎn)錄終止是指RNA聚合酶在轉(zhuǎn)錄延伸完成后從DNA模板鏈上脫離下來(lái)的過程，該過程需要消耗能量并受到多種因素的影響，如終止因子等。同時(shí)，轉(zhuǎn)錄終止也是基因表達(dá)調(diào)控的重要環(huán)節(jié)之一。在轉(zhuǎn)錄延伸過程中，RNA聚合酶能夠識(shí)別并結(jié)合到DNA模板鏈上的特定序列，如啟動(dòng)子和終止子等，從而控制轉(zhuǎn)錄的起始和終止。轉(zhuǎn)錄延伸與終止過程翻譯后修飾對(duì)基因表達(dá)影響03通過蛋白質(zhì)激酶將ATP的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)的特定氨基酸殘基上，從而改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能。磷酸化修飾可以影響蛋白質(zhì)的活性、穩(wěn)定性、亞細(xì)胞定位以及與其他蛋白質(zhì)的相互作用。蛋白質(zhì)磷酸化由蛋白質(zhì)磷酸酶催化，將磷酸基團(tuán)從磷酸化蛋白質(zhì)上去除，恢復(fù)蛋白質(zhì)的原始狀態(tài)。去磷酸化修飾同樣可以影響蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，與磷酸化修飾共同構(gòu)成一種可逆的蛋白質(zhì)調(diào)控機(jī)制。蛋白質(zhì)去磷酸化蛋白質(zhì)磷酸化與去磷酸化N-糖基化發(fā)生在蛋白質(zhì)的Asn殘基上，由N-乙酰葡糖胺與Asn的側(cè)鏈酰胺氮共價(jià)連接形成。N-糖基化可以影響蛋白質(zhì)的折疊、穩(wěn)定性、亞細(xì)胞定位以及與其他分子的相互作用。O-糖基化發(fā)生在蛋白質(zhì)的Ser或Thr殘基上，由單糖分子與Ser或Thr的側(cè)鏈羥基共價(jià)連接形成。O-糖基化可以影響蛋白質(zhì)的活性、穩(wěn)定性以及與其他分子的相互作用。糖基化修飾作用乙?；ㄟ^乙酰轉(zhuǎn)移酶將乙酰輔酶A的乙酰基團(tuán)轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)的特定氨基酸殘基上。乙?；揎椏梢杂绊懙鞍踪|(zhì)的穩(wěn)定性、亞細(xì)胞定位以及與其他分子的相互作用。甲基化通過甲基轉(zhuǎn)移酶將S-腺苷甲硫氨酸的甲基基團(tuán)轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)的特定氨基酸殘基上。甲基化修飾可以影響蛋白質(zhì)的活性、穩(wěn)定性以及與其他分子的相互作用。泛素化通過泛素連接酶將泛素分子連接到目標(biāo)蛋白質(zhì)上，從而標(biāo)記蛋白質(zhì)進(jìn)行降解。泛素化修飾在細(xì)胞周期調(diào)控、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等過程中發(fā)揮重要作用。010203其他翻譯后修飾方式表觀遺傳學(xué)在基因表達(dá)中作用04DNA甲基化與去甲基化過程DNA甲基化在DNA分子上添加甲基基團(tuán)，通常發(fā)生在CpG二核苷酸中的胞嘧啶上。這種修飾可以影響基因表達(dá)的調(diào)控，通常與基因沉默相關(guān)。DNA去甲基化移除DNA分子上的甲基基團(tuán)，使基因重新表達(dá)。去甲基化過程涉及特定的酶，如TET家族蛋白，它們能夠?qū)?-甲基胞嘧啶氧化為5-羥甲基胞嘧啶，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)去甲基化。在組蛋白的賴氨酸殘基上添加乙酰基團(tuán)，通常由組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（HATs）催化。乙酰化修飾可以中和賴氨酸的正電荷，減弱組蛋白與DNA的相互作用，從而使染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變得松散，有利于基因轉(zhuǎn)錄。組蛋白乙?；瞥M蛋白上的乙?；鶊F(tuán)，由組蛋白去乙?；福℉DACs）催化。去乙?；揎椏梢允谷旧|(zhì)結(jié)構(gòu)變得緊密，從而抑制基因轉(zhuǎn)錄。組蛋白去乙?；M蛋白乙?；c去乙酰化修飾microRNA（miRNA）01通過與mRNA的3'非翻譯區(qū)結(jié)合，抑制mRNA的翻譯或促進(jìn)其降解，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)基因表達(dá)的負(fù)調(diào)控。長(zhǎng)非編碼RNA（lncRNA）02通過多種方式參與基因表達(dá)的調(diào)控，如作為分子支架、招募染色質(zhì)修飾復(fù)合物或作為競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNA（ceRNA）等。環(huán)狀RNA（circRNA）03通過吸附miRNA或作為ceRNA等方式參與基因表達(dá)的調(diào)控。circRNA具有較高的穩(wěn)定性和特異性，可能在某些生理或病理過程中發(fā)揮重要作用。非編碼RNA在表觀遺傳學(xué)中角色細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)途徑對(duì)基因表達(dá)影響0503第二信使的產(chǎn)生與傳遞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)引發(fā)第二信使（如cAMP、Ca2+等）的產(chǎn)生和傳遞，進(jìn)一步放大和傳遞信號(hào)。01膜受體識(shí)別與結(jié)合細(xì)胞外信號(hào)分子與膜受體結(jié)合，引發(fā)構(gòu)象變化，激活受體。02信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)激活的膜受體通過偶聯(lián)的G蛋白或酶等效應(yīng)器，將信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)至細(xì)胞內(nèi)。膜受體介導(dǎo)信號(hào)傳導(dǎo)途徑核受體介導(dǎo)信號(hào)傳導(dǎo)途徑核受體是一類位于細(xì)胞核內(nèi)的受體，它們可以直接與DNA結(jié)合，調(diào)節(jié)基因表達(dá)。配體與核受體的結(jié)合導(dǎo)致核受體的構(gòu)象變化，進(jìn)而激活核受體。轉(zhuǎn)錄因子的招募激活的核受體招募轉(zhuǎn)錄因子，形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合物。基因表達(dá)的調(diào)控轉(zhuǎn)錄復(fù)合物結(jié)合到靶基因的啟動(dòng)子區(qū)域，調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)。核受體的激活信號(hào)放大與傳遞信號(hào)在細(xì)胞內(nèi)通過級(jí)聯(lián)反應(yīng)被放大和傳遞，確保信號(hào)的有效傳遞和響應(yīng)。信號(hào)終止與負(fù)反饋調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)存在信號(hào)終止機(jī)制，如磷酸酶的去磷酸化作用等，以及負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制，確保信號(hào)的適時(shí)終止和平衡。信號(hào)通路的交叉與整合細(xì)胞內(nèi)存在多個(gè)信號(hào)傳導(dǎo)通路，這些通路之間可以相互交叉和整合，形成一個(gè)復(fù)雜的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)。細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)整合基因突變、多態(tài)性與人類疾病關(guān)系06單個(gè)堿基對(duì)的替換，可能導(dǎo)致蛋白質(zhì)功能改變或喪失。點(diǎn)突變DNA序列中插入或缺失一個(gè)或多個(gè)堿基對(duì)，可能導(dǎo)致基因表達(dá)的異常。插入或缺失突變DNA序列發(fā)生重排或交換，可能導(dǎo)致基因結(jié)構(gòu)和功能的改變。重組突變基因突變類型及后果單基因多態(tài)性單個(gè)基因位點(diǎn)上存在多個(gè)等位基因，可能導(dǎo)致表型差異和遺傳多樣性。多基因多態(tài)性多個(gè)基因位點(diǎn)上存在多態(tài)性，可能影響復(fù)雜表型的遺傳基礎(chǔ)。基因組多態(tài)性整個(gè)基因組水平上存在的多態(tài)性，反映了個(gè)體間遺傳背景的差異?；蚨鄳B(tài)性及其意義囊性纖維化由CFTR基因突變引起，導(dǎo)致氯離子通道功