《真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)》課件

真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控歡迎來到真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的精彩世界。本課程將深入探討基因表達(dá)的精密調(diào)控機(jī)制，揭示生命的奧秘。引言基因表達(dá)的核心過程轉(zhuǎn)錄調(diào)控是細(xì)胞控制基因表達(dá)的關(guān)鍵機(jī)制，決定了細(xì)胞的命運(yùn)和功能。復(fù)雜而精密真核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控涉及多層次、多因素的協(xié)同作用，是一個(gè)高度復(fù)雜的過程。生命科學(xué)的前沿深入理解轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制對(duì)于生命科學(xué)研究和醫(yī)學(xué)應(yīng)用具有重要意義。什么是基因轉(zhuǎn)錄定義基因轉(zhuǎn)錄是將DNA序列信息轉(zhuǎn)換為RNA分子的過程。它是基因表達(dá)的第一步，也是調(diào)控的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。意義轉(zhuǎn)錄決定了基因何時(shí)、在何處以及以何種程度表達(dá)，是細(xì)胞適應(yīng)環(huán)境和執(zhí)行功能的基礎(chǔ)。真核生物的基因轉(zhuǎn)錄機(jī)制1前啟動(dòng)子結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子識(shí)別并結(jié)合到DNA特定序列。2啟動(dòng)子開放染色質(zhì)結(jié)構(gòu)重塑，使啟動(dòng)子區(qū)域暴露。3轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物形成RNA聚合酶II和基本轉(zhuǎn)錄因子組裝。4轉(zhuǎn)錄延伸RNA聚合酶II沿模板鏈移動(dòng)，合成RNA。5轉(zhuǎn)錄終止RNA合成完成，聚合酶與DNA模板解離。RNA聚合酶II的結(jié)構(gòu)與功能多亞基復(fù)合物RNA聚合酶II由12個(gè)亞基組成，形成一個(gè)復(fù)雜的分子機(jī)器。催化中心含有鎂離子的活性位點(diǎn)負(fù)責(zé)催化RNA合成反應(yīng)。C末端結(jié)構(gòu)域CTD受磷酸化修飾，調(diào)控轉(zhuǎn)錄各階段的進(jìn)程。與轉(zhuǎn)錄因子相互作用特定結(jié)構(gòu)域與各種轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)錄過程。啟動(dòng)子識(shí)別與結(jié)合序列特異性TATA盒、GC盒等保守序列元件是啟動(dòng)子識(shí)別的關(guān)鍵。結(jié)構(gòu)匹配轉(zhuǎn)錄因子的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域與特定DNA序列精確配對(duì)。穩(wěn)定結(jié)合多個(gè)蛋白因子協(xié)同作用，形成穩(wěn)定的啟動(dòng)子復(fù)合物?；巨D(zhuǎn)錄因子的作用TFIID識(shí)別并結(jié)合TATA盒，開啟轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的組裝。TFIIA穩(wěn)定TFIID-DNA復(fù)合物，促進(jìn)其他因子的結(jié)合。TFIIB橋接RNA聚合酶II與啟動(dòng)子，確定轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)。TFIIF將RNA聚合酶II招募到啟動(dòng)子，穩(wěn)定轉(zhuǎn)錄泡。TFIIE和TFIIH解開DNA雙鏈，激活RNA聚合酶II的催化活性。染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)變化1核小體DNA纏繞組蛋白八聚體形成的基本單位。230nm纖維核小體進(jìn)一步折疊形成的高級(jí)結(jié)構(gòu)。3染色質(zhì)環(huán)通過蛋白質(zhì)相互作用形成的大尺度結(jié)構(gòu)。4染色體領(lǐng)域特定的功能區(qū)域，如活躍轉(zhuǎn)錄區(qū)和沉默區(qū)。染色質(zhì)結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)錄過程中動(dòng)態(tài)變化，影響基因的可及性和表達(dá)水平。轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控1增強(qiáng)子激活遠(yuǎn)距離DNA元件與啟動(dòng)子相互作用。2染色質(zhì)重塑ATP依賴的復(fù)合物移動(dòng)或修飾核小體。3組蛋白修飾乙?；?、甲基化等改變?nèi)旧|(zhì)狀態(tài)。4轉(zhuǎn)錄因子募集特異性因子結(jié)合啟動(dòng)子區(qū)域。轉(zhuǎn)錄延伸的調(diào)控1啟動(dòng)子近端暫停RNA聚合酶II在轉(zhuǎn)錄起始后短暫停留，等待進(jìn)一步激活信號(hào)。2P-TEFb激活磷酸化RNA聚合酶II的CTD，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄延伸。3染色質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)整組蛋白修飾和重塑復(fù)合物協(xié)助RNA聚合酶II通過核小體。4轉(zhuǎn)錄因子輔助特定因子與RNA聚合酶II相互作用，提高其processivity。轉(zhuǎn)錄終止的調(diào)控多聚腺苷酸化信號(hào)AAUAAA序列被識(shí)別，引發(fā)mRNA的3'端加工。轉(zhuǎn)錄終止因子Xrn2等因子促進(jìn)RNA聚合酶II與DNA模板解離。CTD去磷酸化RNA聚合酶II的CTD去磷酸化，為下一輪轉(zhuǎn)錄做準(zhǔn)備。轉(zhuǎn)錄后加工調(diào)控RNA剪接內(nèi)含子的去除和外顯子的連接，產(chǎn)生成熟mRNA。5'帽子結(jié)構(gòu)加入7-甲基鳥苷，保護(hù)mRNA并促進(jìn)翻譯起始。3'多聚腺苷酸化添加多聚A尾巴，影響mRNA的穩(wěn)定性和翻譯效率。異染色質(zhì)與轉(zhuǎn)錄抑制結(jié)構(gòu)緊密異染色質(zhì)區(qū)域DNA高度壓縮，阻礙轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶的結(jié)合。組蛋白修飾H3K9me3等修飾標(biāo)記抑制性染色質(zhì)狀態(tài)。HP1蛋白結(jié)合異染色質(zhì)蛋白1結(jié)合甲基化的組蛋白，維持抑制狀態(tài)。DNA甲基化CpG島的高度甲基化與基因沉默相關(guān)。轉(zhuǎn)錄激活機(jī)制增強(qiáng)子結(jié)合轉(zhuǎn)錄激活因子識(shí)別并結(jié)合遠(yuǎn)端調(diào)控元件。染色質(zhì)開放招募組蛋白修飾酶和染色質(zhì)重塑復(fù)合物。輔激活因子募集形成轉(zhuǎn)錄激活復(fù)合物，如Mediator?；巨D(zhuǎn)錄機(jī)器組裝促進(jìn)RNA聚合酶II和基本轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合。轉(zhuǎn)錄因子家族轉(zhuǎn)錄因子家族根據(jù)其DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域的特征分類，每種結(jié)構(gòu)域都有獨(dú)特的DNA識(shí)別方式。轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)特征DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域直接與特定DNA序列結(jié)合，如鋅指、螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋等。轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域與其他轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白相互作用，如酸性、富含谷氨酰胺等。二聚化結(jié)構(gòu)域允許轉(zhuǎn)錄因子形成同源或異源二聚體，增強(qiáng)DNA結(jié)合特異性。轉(zhuǎn)錄因子的作用模式直接激活結(jié)合DNA并招募RNA聚合酶II和基本轉(zhuǎn)錄因子。輔激活與其他轉(zhuǎn)錄因子協(xié)同作用，增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄活性。抑制作用競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合或招募抑制因子，降低基因表達(dá)。先鋒因子能夠結(jié)合致密染色質(zhì)，開啟基因表達(dá)程序。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與轉(zhuǎn)錄調(diào)控1細(xì)胞外信號(hào)生長(zhǎng)因子、激素等與細(xì)胞表面受體結(jié)合。2信號(hào)傳遞激活胞內(nèi)蛋白激酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)。3轉(zhuǎn)錄因子修飾磷酸化等修飾改變轉(zhuǎn)錄因子活性。4核轉(zhuǎn)運(yùn)活化的轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)入細(xì)胞核。5基因表達(dá)改變轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合DNA，調(diào)控靶基因表達(dá)。細(xì)胞周期調(diào)控與轉(zhuǎn)錄周期特異性轉(zhuǎn)錄因子E2F家族在G1/S期轉(zhuǎn)換中起關(guān)鍵作用。周期依賴性激酶CDK-Cyclin復(fù)合物通過磷酸化調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子活性。檢查點(diǎn)調(diào)控p53等因子在DNA損傷響應(yīng)中調(diào)控基因表達(dá)。發(fā)育過程中的轉(zhuǎn)錄調(diào)控1母體效應(yīng)基因控制早期胚胎軸的建立。2分節(jié)基因決定體節(jié)的數(shù)量和特征。3同源盒基因指導(dǎo)器官和肢體的發(fā)育。4組織特異性基因調(diào)控細(xì)胞分化和組織形成。組織特異性轉(zhuǎn)錄調(diào)控組織特異性增強(qiáng)子包含特定組織中活躍的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)。主調(diào)控因子如肌肉中的MyoD，能啟動(dòng)整個(gè)分化程序。表觀遺傳狀態(tài)不同組織中基因的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和修飾狀態(tài)不同。轉(zhuǎn)錄因子組合多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的協(xié)同作用決定基因表達(dá)模式。逆轉(zhuǎn)錄病毒與轉(zhuǎn)錄調(diào)控病毒LTR長(zhǎng)末端重復(fù)序列含有強(qiáng)啟動(dòng)子和增強(qiáng)子元件。Tat蛋白HIV-1轉(zhuǎn)錄反式激活因子，大幅增強(qiáng)病毒基因轉(zhuǎn)錄。宿主因子利用病毒利用宿主細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄機(jī)器實(shí)現(xiàn)自身基因表達(dá)。核受體轉(zhuǎn)錄調(diào)控配體依賴性激素等小分子配體結(jié)合后激活核受體。DNA結(jié)合核受體二聚體識(shí)別特定的響應(yīng)元件。構(gòu)象變化配體結(jié)合引起結(jié)構(gòu)改變，暴露轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域。表觀遺傳調(diào)控機(jī)制1DNA甲基化通常與基因沉默相關(guān)。2組蛋白修飾乙?；?、甲基化等影響染色質(zhì)結(jié)構(gòu)。3非編碼RNA長(zhǎng)非編碼RNA參與染色質(zhì)調(diào)控。4染色質(zhì)重塑ATP依賴的復(fù)合物改變核小體位置。非編碼RNA與轉(zhuǎn)錄調(diào)控長(zhǎng)非編碼RNA如Xist，參與X染色體失活。增強(qiáng)子RNA從活躍增強(qiáng)子轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)基因表達(dá)。microRNA通過靶向mRNA調(diào)控基因表達(dá)。siRNA參與轉(zhuǎn)錄水平的基因沉默。植物特有的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制光響應(yīng)因子如phytochrome介導(dǎo)的光信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和基因表達(dá)調(diào)控。開花調(diào)控網(wǎng)絡(luò)FLOWERINGLOCUSC等基因控制開花時(shí)間。植物激素響應(yīng)如生長(zhǎng)素、赤霉素等激素信號(hào)通路特異的轉(zhuǎn)錄因子。細(xì)菌與古細(xì)菌的轉(zhuǎn)錄調(diào)控操縱子結(jié)構(gòu)多個(gè)基因共同受一個(gè)啟動(dòng)子控制。σ因子決定RNA聚合酶的啟動(dòng)子特異性。雙組分系統(tǒng)感應(yīng)環(huán)境信號(hào)并調(diào)控基因表達(dá)。核糖開關(guān)RNA結(jié)構(gòu)變化直接調(diào)控基因表達(dá)。轉(zhuǎn)錄調(diào)控研究的前沿進(jìn)展新技術(shù)的應(yīng)用正在revolutionize我們對(duì)基因調(diào)控的理解。轉(zhuǎn)錄調(diào)控在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的意義腫瘤治療靶向異常激活的轉(zhuǎn)錄因子開發(fā)新藥。再生醫(yī)學(xué)通過