Section-N-真核生物的转录因子.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Eukaryotic transcruption factors(,真核生物的转录因子,),1,真核生物启动子和增强子是由若干,DNA,序列元件组成的，由于他们常与特定的功能基因连锁在一起，因此被称为顺式作用元件。这些序列组成基因转录的调控区，影响基因的表达。在转录调控过程中，除了需要调控区外，还需要,反式作用因子,2,反式作用因子是能直接或间接地识别或结合在各类,顺式作用元件核心序列上,，参与调控靶基因转录效率的蛋白质。,3,转录因子结构域结构,转录因子结构域结构，转录因子能特异性结合,DNA,并激活转录，由两个结构域：,DNA,结合结构域和激活结构域。有些转录因子还有二聚体结构域,(Transcription factor domain structure,transcription factors have two distinct activities and two domains,They bind specifically to their DNA-binding site(DNA-binding domains)and activate transcription.(activation domains).Some transcription factors have dimerization domains),4,转录因子结构域结构,DNA,结合结构域,转录激活结构域,二聚体结构域,5,Eukaryotic activators,(,真核激活蛋白,)have separate DNA binding and activating functions,6,Eukaryotic,regulators,use a range of DNA binding,domains(,DNA,结合结构域,),DNA,结合结构域，螺旋,-,转角,-,螺旋结构域,:,两个,-,螺旋由一个,-,转角分开，识别的,-,螺旋与,DNA,发生作用。锌指结构域，有两种：,C,2,H,2,型锌指有一个,12,氨基酸的环，通过,2,个半胱氨酸和,2,个组氨酸残基固定与锌离子形成,4,面体结构，一般需要,3,个或更多的,C,2,H,2,型锌指才能与,DNA,结合；,C,4,锌指结构由,4,个半胱氨酸与锌离子结合而成。碱性结构域，通常与亮氨酸拉链或,HLH,基序中的一个联合一起，又称碱性亮氨酸拉链或碱性,HLH,蛋白,(DNA-binding domains,The helix-turn-helix domain:A recognition-helix interacts with the DNA and is separated from another-helix by a characteristic right angle-turn.The zinc finger domain exists in two forms.The C,2,H,2,zinc finger has a loop of 12 amino acids anchored by two cysteine and two histidine residues that tetrahedrally co-ordinate a zinc ion.Usually three or more C,2,H,2,zinc fingers are required for DNA binding.C,4,zinc finger in which the zinc ion is co-ordinated by four cysteine residues.The basic domain is generally associated with one or other of two dimerization domains,the leucine zipper or the helix-loop-helix(HLH)motif),7,The helix-turn-helix domain,The zinc finger domain,The basic domain:Leucinezipper(bZIP)or helix-loop-helix(HLH),8,DNA,结合结构域,1.,螺旋,-,转折,-,螺旋,(helix-turn-helix,，,H-T-H),结构,这一类蛋白质分子中有至少两个,螺旋，中间由短侧链氨基酸残基形成,“,转折,”,，近竣基端的,螺旋中氨基酸残基的替换会影响该蛋白质在,DNA,双螺旋大沟中的结合。,与,DNA,相互作用时，同源域蛋白的第一、二两个螺旋往往靠在外侧，其第三个螺旋则与,DNA,大沟相结合,，并通过其,N-,端的多余臂与,DNA,的小沟相结合。,9,10,11,2.,锌指结构域,这种结构域有两种形式，,“,C,2,H,2,”,型锌指通过,2,个半胱氨酸和,2,个组氨酸残基固定,，这四个残基与锌离子在空间上形成一个四面体结构。这种锌指折叠形成一个紧密的结构，由二条,链和一个,-,螺旋组成，,-,螺旋与,DNA,大沟结合。该,-,螺旋区域上含有保守的碱性氨基酸，负责与,DNA,的结合。,12,另一锌指结构是锌离子与,4,个半胱氨酸结合,，它出现在一百多种类固醇激素受体转录因子中。这些因子由同型或异型的二聚体组成，其中,每一单体包含,2,个,C4,锌指结构,。两个单体通过锌离子稳定折叠成更复杂的构象，再把每个单体的,-,螺旋插入到,DNA,的连续大沟中。,13,14,15,3.,碱性结构域,在许多,DNA,结合蛋白中都发现了碱性结构域，它通常是与亮氨酸拉链或,HLH,基序中的一个联合在一起的，结果被称做,碱性亮氨酸拉链,(bZIP),或碱性,HLH,蛋白,。蛋白的二聚作用使二个碱性结构城相邻，进而可与,DNA,发生作用。,16,二聚体结构域,二聚体结构域,亮氨酸拉链和螺旋,-,环,-,螺旋结构域,(Dimerization domains include leucine zippers and the helix-loop-helix domain),17,二聚体结构域,1.,亮氨酸拉链,亮氨酸拉链的肽链上每相隔七个残基就会有一个疏水的亮氨酸残基,，这些残基位于,DNA,结合域的,C,端,-,螺旋上，这样,-,螺旋的侧面每两圈就会出现一个亮氨酸，形成一个疏水的表面。结果在,-,螺旋的疏水表面间就可以互相作用，形成二聚体。这种相互作用形成一个卷曲的卷曲结构,(coiled-coilstructure),。,18,19,2.,螺旋,-,环,-,螺旋（,HLH,）结构域,这一结构在总体上与亮氨酸拉链相似，只是,它的二个,-,螺旋被一个非螺旋的多肽环分成二个单体蛋白,，,C,端,-,螺旋一侧的疏水残基可以二聚化。与亮氨酸拉链一样，,HLH,结构也经常与碱性结构域相邻，以形成,DNA,结合所需的二聚体。,20,21,MyoD-DNA,22,myogenic factor:,生肌调节蛋白是一种转录因子,23,Transcription activating regions(,转录激活结构域,),The activating regions are grouped on the basis of,amino acids content,.,Acidic activation region,(,酸性激活区域,):contain both critical acidic amino acids(such as Asp,Glu).,yeast Gal4,Glutamine-rich region,(,谷氨酰胺富集区,):,mammalian activator SP1,Proline-rich region,(,脯氨酸富集区,):,mammalian activator CTF-NF1,Oct-2,AP2 and c-Jun.,24,25,阻抑物结构域,阻抑物结构域，转录阻抑可能是通过间接地对激活因子功能干扰而实现。分三种：阻断激活因子结合位点，非,DNA,结合复合体的形成；不阻碍,DNA,结合但掩盖激活结构域,26,阻抑物结构域,转录的阻抑有可能是通过间接地对激活因子功能的干扰而实现的，有以下几种情况,:,阻断了激活因子的,DNA,结合位点,(,与原核生物的阻抑蛋白一样,),。并非阻碍,DNA,结合而是掩盖了激活结构域。非,DNA,结合复合体的形成（缺少,DNA,结合的结构域,）,（,Repressor domains,，,Repression of transcription may occur by indirect interference with the function of an activator.Blocking the activator DNA-binding complex,；,formation of a non-DNA-binding complex;Masking of the activation domain without preventing DNA binding,）,27,转录调控的对象,不同的转录激活因子调控的对象可能有以下几种：,染色质结构,通过特定的,TAF,与,TFD,作用,与,TF B,作用,对,TF H,复合体的调整和作用导致,RNA,聚合酶 的,CTD,的特异性磷酸化,28,N2 Examples of Transcroptional Regulation(,转录调控举例,),29,1,组成性转录因子,:SP1,SP1,与一段富含,GC,的保守序列,GGGCGG,相连，是一种组成型转录因子，其结合位点存在于许多持家基因的启动子中,。,C,末端,DNA,结合域,3,个锌指结构,活化结构域,2,个,rich-Glu,在大沟中结合,GCbox,一个,SP1,结合,-20bp,，,无组织特异性,，作用无方向，可提高转录,10-25,倍,。,最初在,SV40,中发现，普遍存在于脊椎动物中，每个细胞中有,6,万个。,30,锌指（,zinc finger,）,Zn2,+,与,4,个,Cys,、或,2,个,Cys,和,2,个,His,相结合。,整个蛋白质分子有,2-9,个锌指重复单位。,每一个单位的指部伸入,DNA,双螺旋的深沟，接触,5,个核苷酸。,31,32,Zinc containing DNA-binding domains(,锌指结构域,):,Zinc finger proteins(TFIIIA)and Zinc cluster domain(Gal4),32,33,Zn,Cys,His,锌指结构图,34,SP1,与,GC,盒结合的转录因子,SP1,中有连续的,3,个锌指重复结构。,35,SP1,的富含谷氨酰胺结构域与,TAF,110,发生特异性作用，,TAF,110,是,TAF,中的一种，后者与,TATA,结合蛋白（,TBP),相结合组成,TFD,。这就是,SP1,如何调控起始转录复合体的一种方式。,36,2,激素调控：类固醇激素受体,类固醇激素,是脂溶性的，可以穿过细胞膜与被称作,类固醇激素受体,的转录基因相互作用。,在没有类固醇激素存在的条件下，该受体与抑制蛋白结合，游离在细胞质中，当类固醇激素与受体结合后，可以使受体从抑制蛋白上游离出来，然后受体二聚化，进而转移到细胞核中。受体上的,DNA,结合结构域与特定的,DNA,序列或,反应元件,作用，从而激活目标基因。,37,相关受体中比较重要的的有：糖皮质激素、雌性激素、视黄酸和甲状腺激素受体。,所有固醇类激素受体蛋白分子都有相同的结构框架：同源性最差的,N,端,、高度保守的,中央,DNA,结合区,、,C,端较保守的,激素结合区,。,激素,-,受体,-,激素应答元件,一起调控与生长、发育及分化有关基因的表达。,38,类固醇,解离并二聚化,转移至核内,糖皮质激素受体,抑制因子,(HSP90),糖皮质激素反应元件,类固醇激素激活糖皮质激素受体的模式图,39,糖皮质激素特异性,雌激素特异性,类固醇激素受体是以二聚体形式发挥其促进转录作用的。它们的两个锌指的功能不同。,第,1,个锌指的右侧是控制与,DNA,结合的，第,2,个锌指的左侧则是控制形成二聚体的能力的。,40,糖皮质激素对转录的调控,激素,-,受体复合物激进入细胞核，与增强子结合从而激活启动子，开始转录,。,糖皮质激素进入细胞，与受体结合；,41,3,磷酸化调控：,STAT,蛋白,许多激素不穿过细胞，他们与细胞表面的受体结合，通过称为,细胞转导,得得过程将信号传递到细胞内。,R-,干扰素通过激活一种成为,JAK,的激酶诱发转录因子,STAT1,的磷酸化。若,STAT1,没有磷酸化，它只以单体的形成存在于细胞质中并且没有转录活性。然而它的一个特定,l,酪氨酸残基发生磷酸化后，便能够形成同型二聚体，并从细胞质中转移到细胞核中，进而激活在启动子处含有一保守,DNA,结合基序的目标基因的表达,42,由,STAT,转录因子的磷酸化及二聚化引起的,-,干扰素的转录激活过程,-,干扰素,干扰素受体,未磷酸化的,STAT1,单体,磷酸化,二聚化,磷酸化的,STAT1,二聚体,转移至核内,反应元件,JAK,激酶,+2ADP,+2ATP,43,JAK,属非受体酪氨酸激酶，底物为,STAT,，即信号转导子和转录激活子。,配体受体二聚化,JAK STAT,基因表达。,JAK/STAT Pathway,44,JAK,激酶,STAT,STAT,STAT,P P,二聚体（同或异）,转移,细胞核,与顺式作用元件结合,调节靶基因,45,HIV(,人类免疫缺陷病毒,）编码一种称为,Tat,的激活蛋白，该蛋白为,HIV,基因的大量表达所必需。,Tat,与,RNA,上的一段称为,TAR,的茎环结构结合（,TAR,是,HIV RNA5,端的转录起始点后的一段不翻译区域）,。,在哺乳动物细胞中,Tat,所起的主要作用表现在转录延伸的过程中，若没有,Tat,的存在，,RNA,聚合酶,转录复合体将因进程过慢而使,HIV,的转录过早终止。,4.,转录延伸：,HIV Tat,46,Tat,可与,RNA,结合因子,一起以复合体形式结合在转录物的,TAR,序列上，,Tat-RNA,复合体可以向后成环，并与装配在启动子处的新形成的转录起始复合体作用，这种作用导致,TFH,的激酶,活性被激活，结果,RNA,聚合酶,的羧基端结构域,(,CTD,),实现磷酸化，使得,RNA,聚合酶前进，完成,HIV,转录单位的阅读，实现,HIV,蛋白的大量合成。,47,HIV Tat,蛋白激活转录延伸的机制,起始复合体,x,被激活的,TFH,使,RNAPOI,的,CTD,磷酸化,聚合酶,细胞因子,Tat,TAR,茎环结构,Tat-TAR,细胞因子复合体激活,TFIIH,先前的转录环向后移动并与起始复合体作用,TFIIH,48,MyoD,最初是最为一个在（,成肌细胞，,myoblast,）未分化细胞中表达并负责肌肉形成与执行细胞决定的基因被鉴定出来的，它的过量表达可以使成纤维细胞（在许多组织中的基质铺垫细胞）变成表达肌细胞特异基因的类肌肉细胞和类生肌节。,MyoD,蛋白可以直接激活肌细胞特异基因的表达，同时也可以激活,P21WAF1/CIP1,的表达。,5,细胞决定：,myoD,49,50,myogenic factor:,生肌调节蛋白是一种转录因子。,50,P21WAF1/CIP1,是一个,依赖细胞周期蛋白的激酶（,CDK,）,的小分子抑制因子,该因子对,CDK,活性的抑制可以使细胞周期停滞在,G1,期。所以说,MyoD,的表达使细胞退出细胞周期的原因，而退出细胞周期正是已分化细胞的特征,.,现在已发现的四种基因,MyoD,myogennin,myf5,mrf4,中任意基因的表达都可以使成纤维细胞转化为肌细胞，他们编码的蛋白都属于,HLH,转录因子家族的成员。,MyoD,与组成性,HLH,转录因子,E12,和,E47,结合成异型二聚体时活性最强。,51,通过不同的组合，这些,HLH,型的转录因子能够产生多种各自具有不同功能与作用的同型或异型的转录因子，这些因子可以受一种被成为,ID,的抑制因子调控。该,ID,缺乏与,DNA,结合的结构域，但都含有,HLH,的二聚化结构域，当它与,MYOD,和相关蛋白结合后，形成的异型二聚无法与,DNA,结合，因此也就无法调控转录,52,MyoD-DNA,53,DNA,OFF,OFF,OFF,mRNA,mRNA,mRNA,mRNA,mRNA,Anothertranscriptionfactor,MyoD,Muscle cell,(fully differentiated),MyoD protein(transcription factor),Myoblast,(determined),Embryonicprecursor cell,Myosin,othermuscle proteins,and cell-cycleblocking proteins,Other muscle-specific genes,myoD,Nucleus,Determination.,Signals from other cells activate a masterregulatory gene,myoD,1,Differentiation.,MyoD protein activatesother muscle-specific transcription factors,which in turn activate genes for muscle proteins.,2,Cell determination:myoD,Fig 21.10,The cell is now ireversibly determined,The cell is now fully differentiated,myoD is a“master control”gene:it makes a transcription factor that can activate other muscle specific genes.,The embryonic precursor cell is still undifferentiated,54,DNA,OFF,OFF,OFF,mRNA,mRNA,mRNA,mRNA,mRNA,Anothertranscriptionfactor,MyoD,Muscle cell,(fully differentiated),MyoD protein(transcription factor),Myoblast,(determined),Embryonicprecursor cell,Myosin,othermuscle proteins,and cell-cycleblocking proteins,Other muscle-specific genes,Master control gene,myoD,Nucleus,Determination.,Signals from other cells activate a masterregulatory gene,myoD,1,Differentiation.,MyoD protein activatesother muscle-specific transcription factors,which in turn activate genes for muscle proteins.,2,Determination and differentiation of muscle cells,The cell is now ireversibly determined,The cell is now fully differentiated,55,6.,胚胎发育,:,同源域蛋白,同源框,是一段保守的,DNA,序列，编码一种同源异型域的螺旋,-,转角,-,螺旋的,DNA,结合蛋白。同源异型域最初在果蝇,同源异性基因,编码的转录因子中发现，果蝇同源异型基因编码的转录因子中的同源异型域负责身体各部分的正确分化。,例如，同源异型基因中的一种,Antennapedia,的突变可使果蝇在应该长触角的地方长出腿来。这些基因对胚胎的空间构型的形成非常重要。,56,57,最早在果蝇的,homeotic loci,（决定身体结构）中发现,同形异位现象,(homeosis):,果蝇头部长触角部位长出脚来。,同形异位盒基因,(homeobox):,高度保守的一段核苷酸序列（,180bp,）,控制胚胎发育的基因。,从酵母到人类都存在；,homeobox,DNA,序列高度保守。,同源异形结构域（,Homeodomains,，,HD,）,58,59,