第八章+真核生物基因表达调控2.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,*,三、DNA结合基序,对各种转录因子的序列进行比较，可发现其,基序（,motif,）,的共同点是都与,DNA,结合。,基序通常很短，仅为蛋白质结构的一小部分。,典型的,DNA,结合基序包括：,锌指结构（,zinc finger,）基序,螺旋,-,环,-,螺旋（,helix-loop-helix,HLH),亮氨酸拉链（,leucine zipper),锌指基序,锌指基序是由,保守氨基酸,的小基团与,锌离子,结合形成类似手指状的,DNA,结合结构域。,锌指基序是,DNA,结合蛋白的一个通用基序，锌指结构通常由相对独立的结构域,串连重复排列,在一起而形成。,通用转录因子,SP1,有一个,DNA,结合域，含,3,个锌指基序。,已知的锌指结构主要发现于,促进,RNA,聚合酶,II,和,RNA,聚合酶,III,转录的转录因子中,。,典型的锌指蛋白,TF,A,与,5S rRNA,基因及产物,5S rRNA,都结合。,螺旋-环-螺旋结构,此基序长,40,50,个氨基酸残基，其中含两个既亲水又亲脂的,-,螺旋,，,-,螺旋被不同长度的,环连接区）分开。,大多数,HLH,蛋白有一与,HLH,基序相邻的,强碱性的区域,，它是,与,DNA,结合必需的,，含有此区的,HLH,称为,bHLH,蛋白。,亮氨酸拉链结构,亮氨酸拉链,是一个富含亮氨酸残基的结构域，参与形成,二聚体,。在每个拉链蛋白中都有一个与重复的亮氨酸相邻的,高碱性区,，该区可能含一个,DNA,结合点,。,亮氨酸拉链形成的二聚体构成,茎,，分叉对称的两个碱性区形成,臂,，与,DNA,结合。这种结构称为,bZIP,基序,。,亮氨酸拉链结构解释了为什么这种蛋白质的目标序列总是没有间隔的反向重复序列。,四、结合相关靶DNA的同源域,同源（异型）框（,homeobox),是一种编码由,60,个氨基酸组成的结构域序列。由于最早在果蝇的同源框基因座（其基因决定身体结构的特点）中发现而得名。,同源（异型）框存在于许多真核生物的,DNA,结合蛋白中，,负责与,DNA,结合，与发育调控有关,。在一些动物的转录因子中也发现了与同源框类似的短序列。,八、基因激活的占先模型,真核生物细胞的,DNA,与组蛋白组成,核小体,结构，如果启动子区处在核小体内，转录的起始通常会被,抑制,。,基因激活占先模型模型认为，,转录因子,与,组蛋白,之间在占有,DNA,上存在竞争，且无论谁先占领,DNA,上的位点，都不能被另一方替换。,基因激活占先模型的一个重要特点是,如果不形成核小体构型，,DNA,上必需存在转录因子,。,如果,DNA,复制时没有某种转录因子，核小体形成，不能转录,。,转录因子和组蛋白两者谁首先与控制位点结合是起决定的因素,。,复制时组蛋白八聚体的脱离为转录因子结合,DNA,提供了机会,，这些转录因子的结合一直持续到下一个复制周期，抑制了组蛋白八聚体的重新与,DNA,结合。,最近的实验结果认为组蛋白置换需要输入能量。,九、基因表达与去甲基化的关系,DNA,的甲基化,也是真核生物转录调控的方式之一。启动子区的甲基化将,抑制转录,的发生。,甲基化可以在,两个,等位基因上发生。也可只发生在,单个,的等位基因上，这样就可造成来自父方和母方基因表达的差异。,甲基化可以解释,印记（,imprinting),现象,，印记描述了来自两个亲本的等位基因之间的行为差异。,甲基化发生在在特定的配子发生期间，并且是可逆的,。目前已经在小鼠中发现了,60,多个,发生甲基化的基因，大多与胚胎的发育生长有关。其中一些基因与早期胚胎发生相关，有的与胚后发育有关。,DNA,的甲基化发生在,特定位点,上。动物细胞,DNA,的胞嘧啶,2,7,发生甲基化。大多数甲基化基因发生于,CG,联体,。,甲基化基因没有激活，而未甲基化基因有表达活性。因此活性基因称为,甲基化不足,（,undermethylation),基因,。,甲基化是一个,可逆,的过程，去除甲基或添加甲基，可以特异性地重置基因的甲基化状态。甲基化模式的改变发生在胚胎发生时期。目前只确定了一种,甲基酶,可以将甲基添加到,CpG,对上。,适当的靶基因甲基化可以防止它们的不适当表达。,染色质重组装,是指染色质或核小体的结构、成分变化，这些变化具有转录调控作用。在染色质重组装过程中，连接组蛋白,H1,成分的时序变化以及核心组蛋白的乙酰化，都对早期发育过程的转录调控起了关键性的作用。,染色质重组装控制着早期转录抑制状态向激活状态的转变,，是母型基因控制向合子型基因控制过渡（即所谓“中期囊胚转换,(midblastula transition,MBT,）的重要途径。,第三节 mRNA前体的可变剪接,mRNA,前体通过,不同方式的剪接,，可由一个基因的转录产物产生出不同的成熟,mRNA,，从而翻译出不同的蛋白质的过程称为,可变剪接,（,alternative splicing,）或,选择性剪接,。,来自一个基因的,mRNA,前体因可变剪接产生多种成熟,mRNA,，翻译出不同的蛋白质，或形成一组相似的蛋白质家族，都可称为,同工型蛋白质,（,isoform,）。,一、可变剪接的方式,可变剪接可因,mRNA,前体的外显子或内含子,DNA,序列中发生突变、缺失，影响,5,或,3,剪接点,的数目和位置。,与,mRNA,前体中内含子剪接点结合的各种,snRNP,中，,snRNA,或蛋白质,的异常则会剪接效率大大降低。,有些基因常不止一个转录起始位点，在不同的组织或不同的发育阶段由同一个基因转录出不同的,mRNA,前体，以不同的剪接方式产生有活性的蛋白质。,二、可变剪接的调控机制,1,SR,蛋白家族的调控,剪接体的形成与多种蛋白质和,RNA,复合体,密切相关。在可变剪接上保守的,SR,磷蛋白家族因子,的参与起重要作用。,SR,蛋白家族以不同的质的组成与量的差异,选择特定的,mRNA,前体剪接位点,，不同的,SR,家族蛋白对适当的,mRNA,前体可以诱导出不同选择的剪接方式，在选择剪接上起决定作用。,2,RNP,的调节,hnRNP-A1,在不同组织中的含量变化很大，不参与组成性剪接。在选择,5,和,3,剪接点时具有可变剪接活性，成为参与可变剪接的调节因子，在体内与,SR,蛋白共同调节,组织特异性,的剪接。,U5hnRNP,在酵母中参与,5,剪接点突变的可变剪接。,3,外显子限定模型,真核细胞,mRNA,前体中内含子远远大于外显子，,5,与,3,剪接位点可以跨越数万个核苷酸准确地组合在剪接体中。,有证据表明，在前速激肽原,mRNA,前体的可变剪接中，,外显子下游的,5,剪接位点,可影响其,上游内含子,3,的剪接,。,三、反式剪接,剪接过程一般发生同一个,RNA,分子的内部，即通过剪接将一个,RNA,分子内的内含子剪掉，使外显子连接在一起，这种剪接方式称为,顺式剪接,（,cis-splicing,）。,两种不同来源的,RNA,前体分子的内含子,之间具有互补序列时，也可以发生反式剪接（,trans-splicing,）。,另一种形式的反式剪接是在成熟的,mRNA,非翻译部分,5,端剪接上一段称为“剪接前导序列”或小外显子的,RNA,片段。,第四节 RNA编辑,RNA,编辑（,RNA editing,）是在,RNA,分子上出现的一种,修饰现象,。主要指,mRNA,在转录后因插入、缺失或核苷酸的替换，改变了,DNA,模板来源的遗传信息，从而翻译出氨基酸序列不同的多种蛋白质。,RNA,编辑似乎是,中心法则的例外,。编辑扩大了遗传信息，也可能是生物适应的一种保护措施。,一、核苷酸的替换,1,U,替换,最典型的例子是载脂蛋白,B,的,RNA,编辑。,U,替换,使,Apo-B 100,CAA,编码的谷氨酰胺突变为,UAA,的终止密码子，产生编码,Apo-B48,的,mRNA,。在蛋白质水平上只保留了,Apo-B100,分子,N,端脂蛋白装配结构域，缺少了,C,端低密度脂蛋白受体结合区。,2,A,I,替换,在,珠蛋白、,c-Myc,、成纤维细胞生长因子基因中都有因,AI,替换使互补链的,U,被,RNA,酶,A,水解的现象。,二、可读框的改变,可读框的改变主要是核苷酸的,插入或缺失。,G,或,C,的插入则往往是因为模板上连续几个,C,（或,G,）之后，互补链因一种,滑动力,而被添加到,RNA,中。,三、向导RNA,向导,RNA,（,gRNA,）是一种线粒体内转录的短,RNA,（约,55,70,核苷酸），能以正常碱基配对或,GU,配对的方式，选择其,5,末端“锚区”在,mRNA,上的互补序列，为随后插入或缺失,U,提供模板。,第五节 mRNA稳定性的调控,真核生物,mRNA,的稳定性除了取决于分子内,本身的结构特征,外，还受,转录后修饰,和与蛋白质所形成的,mRNP,中蛋白质的种类,的影响。,真核生物细胞中，持家基因的,mRNA,的寿命比较长，因为这些基因的产物是细胞生命活动所必需的。,高等真核生物高度分化的细胞中，许多,mRNA,极其稳定。,mRNA,寿命的延长增加了细胞内某种,mRNA,的有效浓度，提高了蛋白质合成的速度，这种翻译水平的调控方式称为,翻译扩增,（,translational amplification,）。,第六节 翻译水平的调控,原核生物,mRNA,的半衰期,很短，在翻译水平上的调控对于基因表达的影响也很小。,mRNA,的,二级结构,控制着翻译的起始，核糖体蛋白的,自体控制,对蛋白质的合成起抑制作用。,真核生物,mRNA,的半衰期比原核生物,长,的多，因此翻译过程受调控的机会也较多。,翻译水平,的调控是真核生物基因表达多级调控的重要环节之一。真核生物翻译水平调控最普遍的机制是,起始因子的磷酸化,。,蛋白质合成装置,各元件装配活力的改变是导致蛋白质翻译速率变化的主要因素。翻译的速度和细胞生长的速度是密切协调的。,一、翻译因子磷酸化调控,蛋白质合成因子,的,磷酸化状态,与其对蛋白质生物合成的激活或抑制作用密切相关。,1,eIF-4F,通过亚单位的,可逆磷酸化,对蛋白质生物合成进行调控。,eIF-4E(,),和,eIF-4G(,/P220),亚基的磷酸化对蛋白质的生物合成有激活作用。,2,其他因子磷酸化对翻译的激活作用,eIF-4B,在促有丝分裂剂作用下，随,eIF-4F,和核糖体蛋白,S6,一起，在细胞内被磷酸化，激活起始因子,eIF-4A,和,eIf-4B,的活性。,3,eIF-2,的磷酸化对翻译的,抑制,作用,eIF-2,亚基,的磷酸化会导致,eIF-2,与,eIF-2B,紧密结合，直接影响了,eIF-2,的,再利用,，引起翻译起始作用受阻，从而抑制蛋白质的生物合成。,