第八章基因表達(dá)的調(diào)控

第八章基因表達(dá)的調(diào)控原核生物染色質(zhì)裸露,并且僅有少量基因需調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)比重很大,其次就是翻譯水平。真核生物存在更多環(huán)節(jié):基因活化轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄后加工翻譯譯和翻譯后加工其中前兩個(gè)就是最重要得階段第一節(jié)原核生物基因表達(dá)調(diào)控一、轉(zhuǎn)錄調(diào)控反式因子(trans-factor)和順式元件(cis-element)啟動(dòng)子(promoter)和sigma因子阻遏蛋白(repressor)正調(diào)控蛋白(positivecontrolprotein)CAP(catabolicgeneactivatorprotein)氮調(diào)節(jié)蛋白(NTRC)衰減子(attenuator)嚴(yán)謹(jǐn)反應(yīng)(stringentresponse)一、乳糖操縱子(LacOperon,Monad&Jacob,1961)大腸桿菌得正常培養(yǎng)基無(wú)乳糖如將培養(yǎng)基中得葡萄糖用乳糖取代,則細(xì)菌生長(zhǎng)停止,但在幾分鐘細(xì)菌會(huì)重新正常生長(zhǎng)分析表明,此時(shí)細(xì)菌中出現(xiàn)了三種和乳糖代謝有關(guān)得酶類(lèi),包括半乳糖苷酶、滲透酶和轉(zhuǎn)乙?；?三種酶得量相同,說(shuō)明乳糖能夠誘導(dǎo)她們得表達(dá)培養(yǎng)基中含有葡萄糖時(shí),無(wú)此三種酶出現(xiàn)由此,Monad和Jacob提出了基因表達(dá)得第一個(gè)控制模型三個(gè)結(jié)構(gòu)基因就是線形排列得(Z,Y,A),在一個(gè)共同得基因調(diào)控區(qū)得控制之下上游得(ｉ)基因合成阻遏蛋白,結(jié)合于調(diào)控區(qū)得操縱基因(O,operator),只有當(dāng)阻遏蛋白脫離O基因時(shí),結(jié)構(gòu)基因才能被轉(zhuǎn)錄乳糖就是阻遏蛋白得配體,結(jié)合后可引起蛋白得購(gòu)象變化,失去結(jié)合操縱基因得能力現(xiàn)代版得乳糖操縱子－結(jié)合DNA序列啟動(dòng)子核心序列由-10得TATA盒和-35得TTGACA組成CAP結(jié)合位點(diǎn)緊靠啟動(dòng)子上游阻遏蛋白基因在Lac操縱子上游,其結(jié)合位點(diǎn)在轉(zhuǎn)錄起始位置9大家應(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問(wèn)的，可以詢問(wèn)和交流CAP蛋白正調(diào)控得乳糖操縱子在乳糖操縱子啟動(dòng)基因得上游有一個(gè)代謝基因活化蛋白(CAP)得結(jié)合位點(diǎn)CAP只有在和cAMP結(jié)合后才能和其結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合葡萄糖得代謝產(chǎn)物可促使細(xì)胞內(nèi)得cAMP含量降低,無(wú)葡萄糖得存在可提高乳糖操縱子得表達(dá)效率５０倍左右結(jié)合阻遏蛋白和CAP兩者因素,Lac操縱子只有在無(wú)葡萄糖和有乳糖得情況下才能充分表達(dá)乳糖操縱子中得元件和因子－啟動(dòng)子啟動(dòng)子就是RNA聚合酶得結(jié)合及識(shí)別位點(diǎn),-10得TATATT就是聚合酶得結(jié)合位點(diǎn),-35得TTGACA就是sigma因子得識(shí)別位點(diǎn),-10和-35之間得序列得特性對(duì)啟動(dòng)子無(wú)影響啟動(dòng)子序列具有方向性啟動(dòng)子決定轉(zhuǎn)錄得起始位置-10h和-35得序列在一定范圍內(nèi)可變,決定聚合酶結(jié)合得親和力,從而決定轉(zhuǎn)錄效率。乳糖操縱子得啟動(dòng)子就是弱啟動(dòng)子sigma因子有較大得結(jié)構(gòu)差異,這種差異就是不同啟動(dòng)子效率差異得基礎(chǔ)原核生物所有得啟動(dòng)子具有非常相似得結(jié)構(gòu)乳糖操縱子中得元件和因子－操縱基因操縱基因(operatorgene)位于啟動(dòng)子下游,一般在基因轉(zhuǎn)錄起始位置和其結(jié)合得蛋白質(zhì)為阻遏蛋白(repressor),結(jié)合后阻斷基因得轉(zhuǎn)錄過(guò)程,這種阻斷在原核生物就是“默認(rèn)”(default)得方式,阻遏蛋白由其她操縱子調(diào)控表達(dá),一般位于被調(diào)控得操縱子上游阻遏蛋白上有DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域(domine)和因子結(jié)合結(jié)構(gòu)域,乳糖作為誘導(dǎo)物(inducer)和其結(jié)合,使其不能和操縱基因結(jié)合而開(kāi)放基因表達(dá);在色氨酸操縱子,只有存在色氨酸作為共阻遏物(corepressor)時(shí)才能和操縱基因結(jié)合,關(guān)閉基因表達(dá)乳糖操縱子中得元件和因子－正調(diào)控因子(positivecontrolprotein)在乳糖操縱子中,啟動(dòng)子為弱啟動(dòng)子,只起到開(kāi)關(guān)得作用基因得有效轉(zhuǎn)錄依靠cAMP-CAP復(fù)合物和其結(jié)合位點(diǎn)得結(jié)合,就是一個(gè)典型得正調(diào)控因子大多數(shù)和能量利用得調(diào)節(jié)有關(guān)得操縱子都有CAP得參與其蛋白質(zhì)為同形二聚體,C端為alpha－螺旋構(gòu)像,識(shí)別序列為反向重復(fù)序列,在DNA結(jié)合蛋白中非常多見(jiàn)二、色氨酸操縱子(TrpOperon)共阻遏(corepressor)得代表色氨酸衰減子色氨酸操縱子就是典型得阻遏表達(dá)衰減子(attenuator)和共阻遏調(diào)節(jié)雙重抑制色氨酸合成基因得表達(dá)衰減子得調(diào)節(jié)得基礎(chǔ)就是轉(zhuǎn)錄和翻譯機(jī)器得偶聯(lián),無(wú)蛋白因子參與轉(zhuǎn)錄過(guò)程得自動(dòng)終止就是調(diào)節(jié)得位點(diǎn)核糖體在先導(dǎo)肽合成mRNA上得位置決定mRNA能否形成莖環(huán)結(jié)構(gòu),某種構(gòu)像得形成可導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄終止二、翻譯水平得調(diào)控SD序列(核糖體結(jié)合序列)和起始密碼子AUG間得距離序列差異SD序列得二級(jí)結(jié)構(gòu)及其其她調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合得影響mRNA得穩(wěn)定性翻譯產(chǎn)物得調(diào)控核糖核蛋白體得協(xié)調(diào)RF2翻譯得自身調(diào)節(jié)第二節(jié)真核生物得基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn):龐大得基因組復(fù)雜得染色體結(jié)構(gòu)具有核及核膜對(duì)特定細(xì)胞,只有極少數(shù)基因可表達(dá)細(xì)胞類(lèi)型繁多調(diào)控水平A染色質(zhì)結(jié)構(gòu):包裝在染色質(zhì)內(nèi)得DNA得物理結(jié)構(gòu),可影響轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白和RNA聚合酶對(duì)特定基因得結(jié)合。B轉(zhuǎn)錄調(diào)控:最重要得調(diào)控方式CRNA加工和修飾:加帽、加尾、去除內(nèi)含子,剪接有組織特異性。DRNA轉(zhuǎn)運(yùn):從核內(nèi)運(yùn)送出核。E轉(zhuǎn)錄本(transcript)得穩(wěn)定性:細(xì)菌1-5分鐘,真核生物從幾秒到很長(zhǎng),可維持幾千次轉(zhuǎn)錄。F翻譯起始:起始密碼子得識(shí)別。G轉(zhuǎn)錄后修飾:糖基化、乙?；?、酯?；?。一、DNA水平得調(diào)控染色質(zhì)丟失:極端得例子-Celegans和哺乳類(lèi)得紅細(xì)胞,在異常情況下,如體外培養(yǎng)得細(xì)胞,普遍發(fā)生?；驍U(kuò)增(amplification):通常發(fā)生在體外培養(yǎng)細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞,體內(nèi)得基因擴(kuò)增極少發(fā)生,所以不就是正常基因調(diào)控得范圍?；蛑嘏?generearrangement):現(xiàn)僅發(fā)現(xiàn)于免疫球蛋白基因,就是分子多樣性得基礎(chǔ)。在基因調(diào)控中得意義有限。DNA甲基化在細(xì)菌中,甲基化就是細(xì)菌間“限制”得基礎(chǔ)。在真核生物,甲基化和基因表達(dá)有關(guān)。高甲基化和基因表達(dá)抑制相關(guān)。甲基化發(fā)生于胞嘧啶得5`端,稱為5`甲基胞嘧啶,而且甲基化位點(diǎn)一般出現(xiàn)在-CG-,呈5`mCpG3`雙體。甲基化具有組織特異性。管家基因得上游-CG-含量極高,形成CpG島,占有CpG島得60%。親本印記(parentalimprinting)和甲基化有密切關(guān)系:指子代中,某些基因只有一個(gè)親本得可以表達(dá),和通常得遺傳學(xué)原理不同,最近得統(tǒng)計(jì)有大約50個(gè)這樣得親本印記基因。所有得組織被印記得基因就是相同得,對(duì)某一基因來(lái)說(shuō),父本或母本印記就是確定得。如Igf2只表達(dá)父本,而Igf2受體基因僅表達(dá)母本,如雙親本得Igf2表達(dá),則出現(xiàn)Wilms′tumor。親本印記之后甲基化可能不就是確定性因素,但印記發(fā)生時(shí),甲基化在兩親本間截然不同。染色質(zhì)結(jié)構(gòu)得影響常染色質(zhì)(euchromatin)異染色質(zhì)(heterochromatin)染色小體(nucleosome)和DNA雙螺旋組成基本結(jié)構(gòu)組蛋白(histone)得構(gòu)成對(duì)DNA得穩(wěn)定性影響巨大,一般轉(zhuǎn)錄時(shí)組蛋白不存在于DNA上DNA酶I高敏位點(diǎn)(DnaseIhypersensitivesite)代表高表達(dá)得區(qū)域組蛋白得乙酰化(Acetylation)可解開(kāi)組蛋白封閉,某些反式因子可激活乙?；疶hisschematicdrawingshowssomeoftheordersofchromatinpackingthoughttogiverisetothehighlycondensedmitoticchromosome、ThefoldingofnakedDNAintonucleosomesisthebestunderstoodlevelofpacking、Thestructurescorrespondingtotheadditionallayersofchromosomepackingaremorespeculative、二、轉(zhuǎn)錄水平得調(diào)控(一)轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物真核生物得RNA聚合酶有三種,mRNA得轉(zhuǎn)錄由RNA聚合酶II所完成轉(zhuǎn)錄起使復(fù)合物(transcriptioninitiationplex)就是轉(zhuǎn)錄調(diào)控得主控位點(diǎn)位于轉(zhuǎn)錄開(kāi)始位點(diǎn)之前-20-30bp得TATA序列就是聚合酶結(jié)合得特異位點(diǎn)聚合酶和TATA得拼裝需要多個(gè)蛋白因子得輔助,但這些因子僅作為轉(zhuǎn)錄得基本要素,本身不能對(duì)轉(zhuǎn)錄效率進(jìn)行調(diào)節(jié),被稱為基本轉(zhuǎn)錄因子或普通轉(zhuǎn)錄因子(basaltranscriptionfactors,BTF;generalTF,GTF),TATA盒被稱為基本啟動(dòng)子元件(basalpromoterelement),或最小啟動(dòng)子元件(minimumpromoterelement)(二)反式作用因子(trans-actingelement)就是能和特異性得得DNA調(diào)控序列結(jié)合得一類(lèi)蛋白質(zhì),其功能就是調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄得效率,在有些文獻(xiàn)中稱為調(diào)控性轉(zhuǎn)錄因子(regulatoryTF,RTF),一般所指得轉(zhuǎn)錄因子研究即指此類(lèi)因子基本轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物得促轉(zhuǎn)錄水平很低,只有有了RTF,才能提高效率這些因子對(duì)轉(zhuǎn)錄得調(diào)節(jié)就是通過(guò)直接或間接得影響GTF來(lái)實(shí)現(xiàn)得反式因子在細(xì)胞中得濃度非常低,種類(lèi)很多這些反式因子在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)得集中,就是因?yàn)樵趩?dòng)子得上游有這些因子得結(jié)合位點(diǎn),可以有效得募集反式因子大多因子可和其她因子結(jié)合,因而一般有DNA結(jié)合(DNAbinding)、轉(zhuǎn)錄激活(transcriptionactivator)和蛋白質(zhì)(proteinbinding)結(jié)合三個(gè)結(jié)構(gòu)域(domain)(三)順式反應(yīng)元件(cis-actionelement)指mRNA基因上調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄起始得DNA序列包括啟動(dòng)子、增強(qiáng)子(enhancer)、沉寂子(silencer)和絕緣子(insulator)啟動(dòng)子位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游不超過(guò)200bp得范圍,TATA就是基本啟動(dòng)子元件,另外一些元件可特異性得結(jié)合相應(yīng)得反式因子,可提高轉(zhuǎn)錄速度,稱調(diào)控性啟動(dòng)子元件(regulatorypromoterelement)增強(qiáng)子和沉寂子距離起始點(diǎn)較遠(yuǎn),并可以在上、下游或內(nèi)含子中絕緣子位于兩個(gè)基因之間,起到對(duì)上游和下游基因表達(dá)得隔絕作用(四)組合式調(diào)控作用(binatorialregulationoftranscription)每個(gè)基因得調(diào)控都有多數(shù)元件和因子參與,之間大多都就是相互協(xié)調(diào),提高基因表達(dá)效率同一元件可能由于結(jié)合因子得不同或配合不同產(chǎn)生不同得調(diào)節(jié)效果反式因子由基因編碼,因此由上一級(jí)調(diào)控產(chǎn)生,組成一個(gè)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)最終得細(xì)胞內(nèi)因子得差異由發(fā)育過(guò)程中基因在不同細(xì)胞內(nèi)就是否關(guān)閉所決定可誘導(dǎo)或阻遏基因得表達(dá),就是由胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)決定得幾個(gè)例子三、轉(zhuǎn)錄后水平得調(diào)控Ineucaryoticcells,theinitialRNAmoleculeproducedbytranscription(theprimarytranscript)containsbothintronandexonsequences