第六章-yxy-真核基因的表达与调控.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,*,第六章 真核基因表达调控,Regulation of the gene expression in Eukaryotic,本章内容,第一节 真核基因表达调控的一般规律,第二节 真核基因转录水平的调控,第三节 真核基因表达的染色质修饰和表观遗传调控,第四节 基因沉默对真核基因表达的调控,第五节 其他水平的基因表达调控,第一节 真核基因表达调控的一般规律,一、真核基因组的一般结构特点,二、真核基因表达调控的类型和一般规律,一、真核基因组的一般构造特点,原核生物的基因组基本上是单倍体，真核基因组是二倍体,真核基因组比原核基因组大得多，大肠杆菌基因组约,410,6,bp,，哺乳类基因组在,10,9,bp,数量级，比细菌大千倍；大肠杆菌约有,4000,个基因，人则约有,10,万个基因,真核细胞,DNA,都与组蛋白和大量非组蛋白相结合，只有一小部分,DNA,是裸露的,真核,DNA,中很大部分是不转录的，存在大量重复序列；大部分真核细胞的基因中间还存在不被翻译的内含子,1.,基因家族（,gene family,）,真核细胞基因是单顺反子,相关基因常按功能成套组合，被称为”基因家族”,来源相同、结构相似、功能相关的基因组成为单一的基因簇或称基因家族,同一家族中的成员有时紧密排列在一起，为基因簇；有时分散在同一染色体的不同部位，甚至不同染色体上，具有各自不同的表达模式,（,1,）简单多基因家族,简单多基因家族,中的基因常以串联方式前后相连,细菌中，,16 S,，,23 S,和,5 S rRNA,基因为一个转录单位，各种,rRNA,分子均从这个转录单位上剪切而来,真核中，前体,rRNA,转录产物为,45 S,（约有,14 000,个核苷酸），包括,18 S,，,28 S,和,5.8 S,三种,rRNA,分子，再剪切形成,细菌中,rRNA,基因家族各成员的分布与成熟过程分析,前体,rRNA,转录本,16 S,tRNA,（,4 S,）,23 S,5 S,（,a,）,（,b,）,（,c,）,1,1,2,1,13,3,甲基,切割,甲基化,核酸酶降解,核酸酶降解,中间产物,成熟,rRNAs,16 S rRNA,tRNA,23 S rRNA,5 S rRNA,脊椎动物中,rRNA,基因家族各成员的分布与成熟过程,前体,rRNA,转录本,18 S,28 S,5.8 S,（,a,）,（,b,）,切割,甲基化,成熟,rRNAs,甲基,18 S,28 S,5.8 S,（,2,）复杂多基因家族,复杂多基因家族：,由几个相关基因家族构成，基因家族之间以间隔序列隔开，作为独立的转录单位,海胆的组蛋白基因家族中，,5,个分别编码不同组蛋白的基因处于一个约,6 000 bp,的片段中，分别被间隔序列分开,果蝇,tRNA基因家族具有两个海胆组蛋白家族所没有的特点：,基因家族中含有,3,个,tRNA,Lys,基因，以及基因家族中的每个基因都单独按各自的方向转录,海胆和果蝇中的多基因家族,H1,H4,H2B,H3,H2A,H1,重复单位,组蛋白（海胆）,组蛋白（果蝇）,H1,H4,H2B,H3,H2A,重复单位,H1,膨胀素基因（,Expansin,）家族成员及结构,（,3,）发育调控的复杂多基因家族,动物体内输送分子氧的血红蛋白由两条,链和两条,链组成,所有动物中血红蛋白基因的基本结构相同，但在生物个体发育的不同阶段，却出现几种不同形式的,和,亚基（珠蛋白）,下图显示的是人的,-,珠蛋白基因的结构,外显子,1内含子,1,外显子,2,内含子,2,外显子,3,长度,/bp,142145,116130,222,573 904,216 255,蛋白质中的位置,5,非翻译区,+,编码区,130AA,31104AA,第,105 AAC,端,+3,非翻译区,不同发育阶段血红蛋白亚型,人,珠蛋白（亚基）基因簇位于,16,号染色体臂上，约,30 kb,，,（,ksi,）,为胚胎期基因,-,珠蛋白基因簇位于,11,号染色体短臂上，约占,50,60 kb,人体发育过程中不同类型,珠蛋白的含量变化,（,epsilen,）为胚胎期基因,G,和,A,为胎儿型基因,（,delta,）和,为成人期基因,婴儿出生,10,20,30,40,50,60,0.5,1.0,相对单位,受精后的周数,在每个基因家族中，基因排列的顺序就是它们在发育阶段的表达顺序,5 kb,珠蛋白基因簇,G,A,2,2,2,1,2,1,珠蛋白基因簇,胚胎基因,婴儿基因,成人基因,假基因,人细胞中,和,珠蛋白基因簇结构,2,、真核基因的断裂结构,外显子与内含子,外显子与内含子的连接区（,GT-AG,法则,）,外显子与内含子的组成性剪切和可变剪切,可变剪切增加了基因表达调控的环节,前缓激肽原基因,RNA,转录产物的可变剪接,唾液腺,原始转录产物,mRNA,肝脏,原始转录产物,mRNA,DNA,5,3,编码区,淀粉酶基因不同外显子的剪接造成表达水平的变化一个基因的内含子成为另一个基因的外显子而形成基因的差别表达，是真核基因断裂结构的一个重要特点,1.,真核基因表达调控的类型,根据其性质可分为两大类：,瞬时调控（或可逆性）调控,相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反应，包括某种底物或激素水平升降时，或细胞周期不同阶段中酶活性的调节,发育调控（或不可逆）调控,真核基因调控的精髓部分，它决定真核细胞生长、分化、发育全部进程,二、真核基因表达调控的类型和一般规律,根据基因调控发生的环节，分为：,转录前水平的调控,转录水平的调控 （,transcriptional regulation,）,转录后水平的调控 （,post-transcriptional regulation,）,RNA,加工成熟过程的调控,(RNA processing),翻译水平的调控（,translational regulation,）,蛋白质加工水平的调控（,protein maturation and processing,）,*,调控位点,真核基因表达调控的主要环节,2.,真核基因表达调控的一般特点,真核基因表达存在时空特异性,真核生物具有组织分化，许多基因表达具有组织特异性,真核生物能在特定时间、特定细胞、特定组织中激活特定基因，从而实现“预定”、有序、不可逆的分化、发育过程，使生物的组织和器官保持正常功能,真核细胞能根据生长发育的需要，重排,DNA,片段或增加基因的拷贝,真核细胞的许多活性蛋白是由多个亚基构成，涉及多个基因的协调表达,真核基因表达调控的环节更多,同原核生物一样，转录依然是真核基因表达调控的主要环节，但其调控的环节更多：,原核生物转录和翻译偶联，真核生物转录在细胞核中合成，翻译在细胞质中完成，存在空间隔离,真核基因转录后存在复杂的成熟和剪接过程，才能被翻译成蛋白质，转录后的调控占很大分量。,真核基因的转录与染色质的结构变化相关,真核,DNA,绝大部分都在细胞核内与组蛋白等结合形成染色质,染色质的结构、染色质中,DNA,和组蛋白的状态都影响转录,常染色质（,euchromatin,）中的基因可以转录。,异染色质（,hetrochromatin,）的基因不转录表达；,非编码序列的存在与基因表达调控密切相关,真核生物基因组至少包括两类遗传信息：,三联体密码所编码的蛋白质的基因信息，蛋白质基因只占整个真核生物基因组序列的较少部分,真核基因组中存在大量非编码序列,（研究的热点）,能调节基因选择性表达的遗传信息,2025/12/10 周三,27,真核基因表达以正调控为主，转录调节区大,真核,RNA,聚合酶对启动子的亲和力很低，需要依赖多种激活蛋白的协同作用。,真核基因表达的调控蛋白有起阻遏和激活两种作用，以激活蛋白的作用为主。,真核基因转录的调节区大，可能远离核心启动子达几百个甚至上千个碱基；但原核生物基因转录的调节区都很小，大都位于转录起始点上游邻近区域,原核生物,真核生物,操纵元调控,多样化调控，更为复杂,基因组小，大肠杆菌：总长,4.6106bp,编码,4288,个基因,每个基因约,1100bp,基因组大，人类基因组全长,3109 bp,，编码,10,万个基因，其余为重复序列,基因分布在同一染色体上，操纵元控制,DNA,与组蛋白结合成染色质，染色质的变化调控基因表达；基因分布在不同的染色体上，存在不同染色体间基因的调控问题,适应外界环境，操纵元调控表达,基因差别表达是细胞分化和功能的核心,转录和翻译同时进行，大部分为转录水平调控,转录和翻译在时间和空间上均不同，从,DNA,到蛋白质的各层次上都有调控，但多数为转录水平调控,研究基因调控主要回答,3,个问题：,什么是诱发基因转录的信号？,基因调控主要是在哪一步（模板,DNA,的转录、,mRNA,的成熟或蛋白质合成）实现的？,不同水平基因调控的分子机制是什么？,第二节 真核基因转录调控,一、顺式作用元件,二、反式作用因子,原核与真核转录的区别,原核,RNA pol,可以在没有其它调节因子存在下，识别并结合启动子，启动转录，这种转录称为基础水平的转录，原核基础水平的转录是非限制性的,真核生物,RNA pol,在没有调节因子存在时，一般没有活性，真核生物基础水平的转录是有限制的,真核基因调控主要在转录水平，受大量特定顺式作用元件（,cis acting,element,）和反式作用因子（,trans acting,factor,，又称跨域作用因子）的调控,顺式作用元件和反式作用因子复杂互作实现调控,一、顺式作用元件,顺式作用元件,（,cis acting,element,）,真核生物启动子和增强子是由若干,DNA,序列元件组成的，它们与被调控的基因连锁，这些序列组成基因转录的调控区，影响基因表达,coding region,enhancer,silencer,enhancer,silencer,promoter,3,5,exon intron exon,RNA polymerase,真核生物,DNA,序列,和被转录的结构基因距离较近,包括：启动子（启动子上游近侧序列）,增强子,沉默子,和转录调控有关,(,可影响自身编码基因表达活性,),顺式作用元件,真核基因转录启动过程,（,1,）核心启动子（,core promoter,）,指保证,RNA,聚合酶,II,转录正常起始所必需的、最少的,DNA,序列，包括转录起始位点及转录起始位点上游,-25,-30 bp,处的,TATA,盒,核心启动子单独起作用时，只能确定转录起始位点并产生基础水平的转录,（,2,）上游启动子元件（,upstream promoter element,UPE,）,包括通常位于,-70 bp,附近的,CAAT,盒（,CCAAT,）和,GC,盒（,GGGCGG,）等,能通过TF II D,复合物调节转录起始的频率，提高转录效率,1.,启动子（,promoter,）,原核和真核生物启动子序列,35,10,+1,RNA,起点,DNA template,TTGACA,TATAAT,35,区,Pribnow,盒,原核生物启动子位点,DNA template,RNA,起点,GGNCAATCT,TATAAA,75,30,+1,CAAT,盒,（有时出现）,真核生物启动子位点,TATA,盒,（,Hogness,盒）,2.,增强子及其对转录的影响,增强子,（,enhencer,）：指增加与其连锁的基因转录频率的,DNA,序列（,cis-acting factor,，顺式）,与,RNA pol,聚合酶、,TF,、激活蛋白结合及互作，增强转录效率,增强子与启动子,DNA,之间形成环状结构,多个增强子同时结合，协同刺激转录,最早发现于,SV40,早期基因的上游，有两个长,72 bp,的正向重复序列,具有以下特性：,（,1,）增强效应明显,（,2,）增强效应与其位置和取向无关,（,3,）大多为重复序列（,50 bp,）核心序列为（,G,）,TGGA/TA/TA/T,（,G,）,（,4,）其增强效应有严密的组织和细胞特异性,（,5,）没有基因专一性，在不同的基因组合上表现增强效应,（,6,）许多增强子还受外部信号的调控,增强子与启动子结构,增强子的作用机制,增强子的作用机制,影响模板附近,DNA,双螺旋结构，导致,DNA,双螺旋弯折或在反式作用因子参与下，以蛋白质之间的相互作用为媒介形成增强子与启动子之间“成环”连接，活化基因转录,将模板固定在细胞核内特定位置，有利于,DNA,拓扑异构酶的作用，促进,RNA,聚合酶的结合和滑动,增强子区可作为反式作用因子或,RNA,聚合酶进入染色质结构的“入口”,（,3,）沉默子（,silencer,）,负性调控元件，它与转录抑制因子结合抑制转录。,最早在酵母中发现，以后在,T,淋巴细胞的,T,抗原受体基因的转录和重排中证实其存在。,沉默子的作用特点：,不受序列方向的影响，,能远距离发挥作用，,并可对异源基因的表达起作用。,上游激活序列,（,upstream activating seuences,，,UASs,）,类似于增强子,作用：,影响转录程度，对位点选择不起作用。,有方向性，不能在启动子的下游起作用。,结合的转录因子是,GCN4,和,GAL4,，识别位点为,ATGACTCAT,。,5.,效应元件（,response element,）,一组受到共同调控的基因，都有一个相同的元件（序列），此元件能与某一个,(,类,),专一蛋白结合，使基因对其作出反应。,特点：,有短的保守顺序；,是启动子或增强子的上游元件。,在不同基因中，拷贝相似，有时有多个拷贝；,与转录起点距离不固定。,真核生物的效应元件,调节剂,元件,保守顺序,DNA,长度,因子,大小,（,Da,）,热休克,HSE,CNNGAANNTCCNNG,27bp,HSTF,93,000,糖皮质激素,GRE,TGGTACAAATGTTCT,20bp,受体,94,000,弗波酯,TRE,TGACTCA,22bp,AP1,39,000,血清,SRE,CCATATTAGG,20bp,SRF,52,000,6.,绝缘子,(insulator):,能阻断激活或失活效应通过的元件,是近年发现的一类特殊顺式作用元件，它不同于增强子，功能是阻止激活或阻遏作用在染色质上的传递，使染色质的活性限定于结构域之内,作用机制：,在增强子和启动子之间，阻断增强子对启动子的激活作用,在活性基因和异染色质之间，能保护基因被异染色质延伸带来的失活效应,反式作用因子（,trans-acting factor,）：,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的 蛋白质；,（,与其识别或结合的靶核苷酸序列）,连锁或不连锁,有时也称转录因子,（,transcription factor,）,转录因子包括转录激活因子和转录阻遏因子,通过,DNA,与蛋白质互作调节转录活性,二、反式作用因子,（,trans-acting factors,）,1.,反式作用因子的分类,基本转录因子：识别启动子元件。,转录调节因子：与基因表达的组织特异性有很大关系，能识别增强子或沉默子。,转录共调节因子：不需要通过,DNA-,蛋白质互作而调节转录活性。,元件名称,共有序列,结合的蛋白因子名称,分子量,结合,DNA,长度,TATA box,TATAAAA,TBP,30,000,10bp,GC box,GGGCGG,SP-1,105,000,20bp,CAAT box,GGCCAATCT,CTF/NF1,60,000,22bp,有些转录调节因子有DNA结合域，没有转录激活域，转录激活作用需要转录共调节因子的参与,转录共调节因子本身无DNA结合活性，主要通过蛋白质-蛋白质相互作用影响转录激活因子的构象,与转录激活因子有协同作用的称为共激活因子,与转录阻遏因子有协同作用的称为共阻遏因子,基础转录区域中许多元件是转录调节因子的靶位点,2.,转录因子的结构特征,domain,（结构域），,motif,（基序、模体）,DNA,结合域（,BD,）,转录激活域（,AD,）,其他调节区：与其它因子或调控蛋白结合,不与,DNA,直接结合的转录因子没有,DNA,结合域，通过转录激活域直接或间接作用与转录复合体而影响转录效率。,能直接或间接的识别或结合在各类顺式作用元件核心序列上,（,1,）,螺旋,转折,螺旋（,Helix-turn-helix,HTH,）,（,2,）同源域（,homeobox,）蛋白,（,3,）,锌指（,zinc finger,）结构,（,4,）,碱性,亮氨酸拉链（basic leucine zipper,，,bZIP,）,（,5,）碱性,-,螺旋,-,环,-,螺旋（,basic-helix-loop-helix,，,bHLH,）,3.DNA,识别或结合域,反式因子的,DNA,结合域的序列特征,模 体（,motif,）,反式因子例子（,Protein),螺旋,-,转角,-,螺旋（,HTH,）,标准,HTH,E.coli,的乳糖操纵子阻遏蛋白和色氨酸操纵子阻遏蛋白,同源域,果蝇,Antennapedia,蛋白,成对的同源域,脊椎动物,Pax,转录因子,POU,功能域,脊椎动物调节蛋白,PIF-1,，,OCT-1,，和,OCT-2,翼侧,HTH,高等真核,GABP,高迁移率蛋白组（,HMG,）域,哺乳动物性别决定蛋白,SRY,锌指,Cys,2,-His,2,锌指,真核转录因子,TFA,多,Cys,锌指,锌双核簇,高等真核甾类受体,酵母,GAL4,转录因子,带,-,螺旋,-,螺旋,细菌,MetJ,，,Arc,，,Mnt,阻遏蛋白,TBP,域,真核,TATA-,结合蛋白,-,桶二聚体,Papillomavirus E2,蛋白,Rel-,同源域（,RHB,）,哺乳动物,NF-,B,（,1,）,螺旋,转折,螺旋（,Helix-turn-helix,HTH,）,P309,至少有两个,螺旋，中间由短侧链氨基酸残基形成“转折”,第一个螺旋稳定并使第二个螺旋暴露出来，与,DNA,的大沟作用，而特异性地与碱基接触,第二个螺旋被称为识别螺旋,(recognition helix),。,许多调控蛋白都有,HTH,LacO,的,R,蛋白,CI,与,Cro,蛋白,CAP,酵母接合型调控蛋白,1,，,2,玉米的,Kn1,水稻的,OSH1,HTH,结构域与,DNA,结合,靠蛋白质氨基酸侧链与DNA的碱基之间形成氢键以及疏水性作用来完成，识别时不必打开双螺旋。,二聚体形式与DNA结合，两个螺旋分别嵌入DNA大沟。,距离正好相当于DNA的一个螺距（3.4nm）,（,2,）同源域（,homeobox,）蛋白,同源域,（,homeo domains,）：指编码,60,个保守氨基酸序列的,DNA,片段,最早从果蝇,homeotic loci,（决定躯体发育）中发现同形异位现象,与生物体的生长、发育和分化密切相关,同源域蛋白之具有转录调节功能,蛋白,C,末端具有,HTH,结构,各种同源域,DNA,结合蛋白中保守序列分析：保守性高达,80-90%,，亲缘关系远的也达,35%,以上,Homeodomain,HD,与,DNA,的结合,有,3,个,helix,H1,与,H2,平行,H2,与,H3,形成,HTH motif,H3,位于大沟中，与,DNA,特异结合,N,末端位于小沟中，与,DNA,接触,HD,与,HTH,的不同：,HD,的,C,端由,3,个,-,螺旋构成，螺旋,3,结合于大沟；而,HTH,由至少,2,个,-,螺旋构成；,HTH,以二聚体形式与,DNA,结合，而,HD,是以单体形式与,DNA,结合,。,（,3,）,锌指（,zinc finger,）结构,Zn,2+,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,指部伸入,DNA,双螺旋的深沟，接触,5,个核苷酸。,其特有的,Cys,和,His,之间氨基酸残基数基本恒定,锌参与时才具备转录调控活性,锌指环上突出的赖氨酸、精氨酸参与,DNA,的结合,I,型锌指：,2Cys/2His,23aa,C X2-4 Cys X2-4 F X5 L X2 H X3-4 H,Cys,，,His,与,Zn,2+,结合形成,4,面体结构，使中部的氨基酸回折成环，凸出如手指,中部芳香族氨基酸保守，疏水,串联重复排列，两指间,7-8aa,锌指数目多少不等,一些转录因子和蛋白质通过,Cys2/His2,与,DNA,结合,蛋白质,来源,相对分子质量,锌指数,DNA,结合区,/bp,靶序列,功能,TF III A,哺乳类,7.310,4,9,50,5 S,基因,与,RNA,聚合酶,III,作用，促进,5 S,基因转录,SP1,哺乳类,1.110,4,3,10,GC,区,与,RNA,聚合酶,II,作用广泛性调控因子,ADR1,果蝇,1.510,4,2,22ADH2,基因,与,RNA,聚合酶,II,作用，激活,ADH2,基因,TDF,哺乳类,?,13,?,？,决定雄性性别,Kruppel,果蝇,6.010,4,5,?,？,胚胎分化,Hunch-Back,果蝇,8.010,4,4+2,?,？,胚胎分化,TF III A,344aa,，,N,端与,DNA,结合,9,个锌指，每个,30aa,与,5s rRNA,基因内启动子（,50bp),结合,1,2,3,4,5,6,7,8,9,型锌指：,4Cys,保守序列为：,Cys-X2-Cys-X13-Cys-X2-Cys,Zn,2+,与,4,个,Cys,结合,DNA,结合序列较短，对称,无大量重复性锌指,锌指区在与靶序列相结合的过程中起着主导作用,Cys2/Cys2,与,Cys2/His2,不同,如,GAL4,，酵母的转录因子，哺乳类的固醇类激素受体,典型的类固醇激素受体结构,转录激活区,：,其序列和长度都有变化,DNA,结合区,：,66,68,个残基，高度保守,激素结合区,：,序列和长度都可变,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。,人工锌指核酸酶介导的植物基因打靶技术,锌指蛋白核酸酶定点切割靶,DNA,举例：糖皮质激素对转录的作用甾类受体蛋白有,3,个不同的功能区：,N-,端区是激活转录所需的区域，同源性地，小于,15%,；,DNA,结合及转录活化区，同一性较高为,94-42%,；,C-,端的激素结合和二聚体形成区，同一性为,57-15%,。,糖皮质激素对转录的调控,激素,-,受体复合物进入细胞核，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；,（,4,）,碱性,亮氨酸拉链（,bZIP,）,羧基端能形成,螺旋，每隔,6,个氨基酸出现一个,Leu,，所有,Leu,出现在同一侧面，成直线排列，形成疏水面,形成二聚体时,，两个,螺旋间由亮氨酸残基间的疏水作用力形成一条拉链,bZip,蛋白与,DNA结合互作,亮氨酸拉链区并不直接结合,DNA,，只有肽链氨基端,20,30,个,富含碱性氨基酸结构域与,DNA,结合,DNA,结合区是以碱性区和亮氨酸拉链结构域整体作为基础，若不形成二聚体，碱性区对,DNA,的亲和力明显降低,（,5,）螺旋环螺旋（,HLH,）,含2个-helix（15-16aa）,由连接区（12-28aa）连接；,两亲性，通过疏水面作用形成二聚体；,NH2端为碱性结合区（16aa）其中6aa为保守序列。,HLH,与,DNA,的结合,与,DNA,结合依靠氨基端碱性结合区,二聚体行驶功能,二聚体,（,1,）,CAAT,盒激活因子,CTF,（,CAAT box transcription factor,）家族是能识别,CAAT,盒的一组转录因子,由单个基因通过可变换剪接而形成的一组,mRNA,产生的,CTF,家族成员对各种,CAAT,盒有相同的亲和力,4.,与已知,DNA,序列相结合的反式作用因子,CP,是从人的,HeLa,细胞中得到的,CAAT,区结合蛋白,CP1,具有对,-,球蛋白和腺病毒晚期基因启动子,CAAT,区的高亲和力,CP2,具有对,-,血纤蛋白原基因启动子,CAAT,区的高亲和力,CP3,能与腺病毒,DNA,相结合,CP,族蛋白主要以异源多聚体的形式存在,（,2,）,TATA,区结合蛋白,RNApol II,需要与其他转录因子结合，才能顺利起始转录,TBP,结合于,DNA,的小沟，其覆盖的位置处于,-37,-25,TAFs,的加入延伸了对,DNA,的覆盖，整个,TFIID,复合物可覆盖,-45,-10,区域,（,3,）,GC,区结合因子,SP1,一种,GC,区结合蛋白,SP1,中有连续的,3,个锌指重复结构,SP1,既与上游的,CTF,（,CAAT,区结合蛋白）相互作用，又与下游的,TFIID,紧密相关,GC,区两翼序列同样在,SP1,的识别及结合过程中发挥作用,重复的,GC,区与基因的永久型表达有关,真核细胞中的部分转录调控因子分析,转录因子,DNA,结合区的特征,DNA,结合区序列,在生物体内的分布,组成型转录因子,CTF/NF1,CAAT,区,5,-GCCAATCT-,3,广泛,CP,CAAT,区,5,-GCCAATCT-,3,广泛,C/EBP,CAAT,区,5,-GCCAATCT-,3,广泛,Sp1,GC,区,5,-GGGCGG-,3,广泛,Oct-1,八碱基区,5,-ATGCAAAT-,3,广泛,Oct-2,八碱基区,5,-ATGCAAAT-,3,B,淋巴细胞,应答因子,热激因子,HSE,5,CNNGAANNTCCNNG-,3,受热激以后,血清反应因子,SRE,5,-GCCAATCT-,3,受血清生长因子刺激,细胞特异性因子,GATA-1,5,-GCCAATCT-,3,成红细胞,Pit-1,5,-GCCAATCT-,3,腺体细胞,MyoD1,E,区,5,-GCCAATCT-,3,成肌细胞,NF-,B,B,位点,5,-GCCAATCT-,3,淋巴细胞,5.,转录活化结构域,直接或间接的与,DNA,结合,转录激活结构域（,transcription activation domains,）一般由,20-100,个氨基酸残基组成,如,GAL4,分子中有,2,个这种结构域，分别位于多肽链的第,147-196,位和第,768-881,位,GCN4,的转录激活结构域位于多肽链的第,106-125,位,含有由酸性氨基酸残基组成的保守序列，多呈带负电荷的亲脂性,-,螺旋,包含这种结构域的转录因子有,GAL4,、,GCN4,、糖皮质激素受体和,AP-1/Jun,等,增加激活区的负电荷数能提高激活转录的水平,可能是通过非特异性的相互作用与转录起始复合物上的,TFIID,等因子结合生成稳定的转录复合物而促进转录,（,1,）酸性,-,螺旋,(acidic-helix),SP1,最强的转录激活区，氨基酸组成中有,25%,的谷氨酰胺，很少有带电荷的氨基酸残基,酵母的,HAP1,、,HAP2,和,GAL2,及哺乳动物的,OCT-1,、,OCT-2,、,Jun,、,AP2,和,SRF,也含有这种结构域,（,2,）谷氨酰胺丰富区,(glutamine-rich domain),CTF,家族（包括,CTF-1,、,CTF-2,、,CTF-3,）的,C,末端与其转录激活功能有关，含有,20%-30%,的脯氨酸残基,很难形成,-,螺旋,（,3,）脯氨酸丰富区,(proline-rich domain),6.,蛋白质结合,RNA,的结构域（仅了解）,RNP,结构域,RGG,盒,ARM,结构域,dsRBD,结构域,同源异型结构域和锌指结构域,（,1,）核糖核蛋白,(RNP),结构域,RNP,结构域为,两个中央,链构成与,RNA,分子的主要接触,RNP,结构域是最普遍的,RNA,结合结构域,与,RNA,在核内的滞留有关,参与剪切和,ployA,拼接有关,（,2,）,RGG,盒,由,2025,个氨基酸组成的,RNA,结合单元,hnRNP,的,RNA,结合结构域中存在,存在多拷贝的,Arg,Gly,Gly(RGG),重复序列，间隔以其他氨基酸，最常见的是芳香族的氨基酸,RGG,重复序列可达,618,次,在核仁蛋白中，,4,个则,RNP,基序可特异地与核糖体,RNA,前体结合，而核仁蛋白中唯一的,RGG,盒区可将亲和力提高,10,倍,（,3,）富含,Arg,的结构域（,ARM,）,10,20,个氨基酸的富含,Arg,的序列,存在于病毒和核糖体的一些蛋白中,可识别,RNA,的茎环、内环或膨泡结构,识别元件是,RNA,的构象，可识别非典型的,W,S,碱基对,G,三,G,以及,A,A,结构,（,4,）双链,RNA,结合结构域（,dsRBD,）,与,RNP,结构域相似，其结构是,RNA,结合作用存在于结构两端的,和,间，此结构发现于结合双链,RNA,的蛋白中,由,70,个氨基酸残基组成，含有碱性和疏水性氨基酸，散布在,dsRBD,区内,哺乳动物细胞对病毒感染的重要应答产物是一种干扰素诱导的蛋白激酶，它含有两个,dsRBD,，能与,RNA,双链结合。当被病毒,dsRNA,激活时可封闭宿主蛋白的合成，因此又称为,dsRNA,激活抑制物（,DAI,）。,7.,蛋白质之间的相互作用（了解）,酵母半乳糖代谢中,GAL80,和,GAL4,的相互作用,GAL4,和调节基因上游元件,UAS,结合，促进转录,需要半乳糖作为诱导物,GAL80,起负调节作用，不直接和,DNA,结合，通过与作为转录激活因子的,GAL4,蛋白结合，占据其功能域来阻遏转录的，能被乳糖诱导改变构型,第三节 真核基因表达的染色质修饰和表观遗传调控,一、真核生物,DNA,水平上的基因表达调控,二、,DNA,甲基化与基因活性的调控,三、组蛋白乙酰化对基因表达的影响,四、组蛋白甲基化对真核基因的表达调控,一、真核生物,DNA,水平的基因表达调控,高度重复基因的形成与个体分化阶段,DNA,的某些变化有关,DNA,水平的调控是真核生物发育调控的一种形式，包括基因丢失、扩增、重排和移位等方式，通过这些方式可以变换某些基因并改变它们的活性,真核基因的活跃转录区位于常染色质,转录前，染色质的特定区域被解旋松弛，形成自由,DNA,这种变化包括核小体结构的消除或改变，,DNA,本身局部结构的变化，从右旋变为左旋（,Z DNA,）等,结构的变化可导致基因暴露，促进转录因子与启动区,DNA,的结合，诱发基因转录,1.“,开放”型活性染色质结构对转录的影响,真核启动子的两种稳定的状态：,当核小体在启动子处形成时，,RNA Pol,及 转录因子不能与,DNA,结合,当,RNA Pol,及转录因子结合于启动子,并建立了用于起始的复合体时，组蛋白就被排斥在外，不能接触,DNA,基因转录活化时染色质重建的几种类型,核小体滑动，改变序列位置,空间间隔调整间隔变得整齐,核小体被置换形成游离,DNA,的间隙,染色质中,DNase,超敏位点与基因表达,表达基因所在的染色质上含有一个或数个,DNase,超敏位点,（,hypersensitive site,），大多位于基因启动子区域，少数在复制起点,仅存于表达的基因中,没有结合核小体、长度,200,400 bp DNA,，容易被,DNase,切割,不表达基因不存在,DNase,超敏感位点,组蛋白与转录因子的竞争,爪蟾卵母细胞,转录因子亲和力强,转录因子先结合,爪蟾体细胞,转录因子亲和力弱,组蛋白先结合,2.,基因扩增,基因扩增：,指基因拷贝数专一性大量增加,使细胞在短期内产生大量基因产物,以满足生长发育需要，是基因活性调控的一种方式,非洲爪蟾的卵母细胞中原有,rRNA,基因（,rDNA,）约,500,个，减数分裂时，这个基因迅速复制，拷贝数达,200,万个，扩增,4 000,倍,可合成,10,12,个核糖体,供卵裂期及胚胎期蛋白质合成,果蝇中也存在基因扩增,3.,基因重排与变换,基因重排：将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位点从而启动转录，这种方式称为基因重排（,DNA,水平）,抗体（免疫球蛋白）结构基因和,T,细胞受体基因的表达,Tonegawa,（利根川进）发现了抗体多样性机制而独得诺贝尔医学奖（,1987 NP,），后进入麻省理工学院（,MIT,），从事神经学研究，用,Knock-out,小鼠模型研究动物的行为，成就卓著。,图 免疫球蛋白由两条重链和两条轻链由二硫键连接构成了,Y,型的对称结构,免疫球蛋白结构基因的重排,免疫球蛋白在成熟过程中的重排,编码基因：,L,、,L,：,L,V,J,C,H,：,L,V,D,J,C,L,：前导片段,V,：可变片段,J,：连接片段,C,：恒定片段,D,：多样性片段,人基因组中免疫球蛋白基因主要片段的数量,成分,基因位点,染色体,基因数量片段,V,D,J,C,重链,IGH,14,86,30,9,11,轻链（,链）,IGK,2,76,0,5,1,轻链（,链）,IGL,22,52,0,7,7,V,variable,；,C,constant,；,D,diversity,；,J,joining,免疫球蛋白重链基因片段重排与组织特异性表达,约,300,个抗体基因，可产生,10,8,个抗体分子,抗体基因重排中各个片段之间的随机组合,重排的本质：位点特异性重组,在,v,片段的下游，,J,片段的上游以及,D,片段的两侧均存在保守的重组信号序列，该信号有一个共同的,7bp,的回文序列和一个富含,A,的,9bp,序列，中间固定长度为,12bp,或,23bp,，也是一种识别信号，重组只发生在间隔,12bp,和间隔,23bp,序列之间，称为,12,23,规则。,H,链,V,片段间隔为,23bp,，,D,片段间隔为,12bp,，,J,片段的间隔为,23bp,，,7bp的回文序列总玉基因相连,酵母有两种交配型，,MATa,和,MAT,，相当于雌性和雄性,a,这种交配型转换的基础是遗传物质的重排,控制交配型的,MAT,基因位于酵母菌第三染色体上,MATa,和,MAT,互为等位基因,4.,基因转换,-,酵母交配型转换,酵母细胞的交配型是由,MAT,（,matimg,）座位的遗传信息决定的。在此座位上带有,MAT,a,等位基因的细胞就叫做,a,细胞；同样带有,MAT,等位基因的细胞就称为,细胞。只有,a,型和,型细胞之间才能交配，相同型细胞之间是不能交配的。,不同交配型细胞之间的识别是由分泌的外激素决定的。,细胞分泌小分子的多肽，,因子；,a,细胞分泌,a,因子MATa和编码的蛋白激活或抑制分散在酵母基因组内的一些基因的表达。,MAT座位的基本功能是控制外激素和受体基因以及其它和交配有关基因的表达，每种类型的座位编码一些调节蛋白。MAT编码两种调节蛋白：1和2。MATa编码一种调节蛋白a1。a和蛋白直接控制靶基因的转录，它们具有正调节和负调节的功能。它们的功能在单倍体中以及在接合后形成的二倍体中都是独立的。,酵母中的交配型转换,3,号染色体,HML,RE,MATa,HMRa,基因转换,切割双链,DNA,核酸内切酶,HO,HML,HMRa,RE,RE,HML,MAT,HMRa,酵母交配型转换的分子机制,二、,DNA,甲基化与基因活性的调控,DNA,甲基化是最早发现的修饰途径，可能存在于所有高等生物中，与基因表达调控相关,DNA,甲基化能引起染色质结构、,DNA,构象、,DNA,稳定性及,DNA,与蛋白质互作方式，影响基因表达,DNA,甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化则诱导了基因重新表达,1.DNA,的甲基化,DNA,甲基化主要形成,5,甲基胞嘧啶（,5 mC,）和少量的,N,6,甲基腺嘌呤（,N,6,mA,）及,7,甲基鸟嘌呤（,7 mG,）,真核生物中，,5,甲基胞嘧啶主要出现在,CpG,序列、,CpXpG,、,CCA/TGG,和,GATC,中,高等生物,CpG,二核苷酸序列中的,C,通常是甲基化的，极易自发脱氨，生成胸腺嘧啶，所