基因的表达调控(上)真核基因表达调控一般规律.ppt

PBL教学法？教学法？真核基因真核基因组的复的复杂性性?真核基因表达真核基因表达调控的特点控的特点?真核基因表达真核基因表达调控的控的类型型?PBL教学法？教学法？真核基因真核基因组的复的复杂性性?大、非大、非大、非大、非编码编码序列、重复序列、染色序列、重复序列、染色序列、重复序列、染色序列、重复序列、染色质质、调调控的控的控的控的层层次和次和次和次和环节环节复复复复杂杂、协调协调表达复表达复表达复表达复杂杂 即使即使即使即使现现在国在国在国在国际际人基因人基因人基因人基因组组研究研究研究研究计计划（划（划（划（human gene human gene human gene human gene projectprojectprojectproject）测测出了人基因出了人基因出了人基因出了人基因组组3103103103109 9 9 9bpbpbpbp的的的的DNADNADNADNA序列。序列。序列。序列。但是要搞清楚人全部基因的功能及其相互关系、但是要搞清楚人全部基因的功能及其相互关系、但是要搞清楚人全部基因的功能及其相互关系、但是要搞清楚人全部基因的功能及其相互关系、特特特特别别是要明了基因表达是要明了基因表达是要明了基因表达是要明了基因表达调调控的全部控的全部控的全部控的全部规规律，律，律，律，还还需要需要需要需要经历经历很很很很长长期期期期艰艰巨的研究巨的研究巨的研究巨的研究过过程。程。程。程。真核生物和原核生物基因表达的真核生物和原核生物基因表达的对比比11真核基因真核基因真核基因真核基因组组的复的复的复的复杂杂性性性性1真核基因真核基因组的复的复杂性性真核基因真核基因组比原核基因比原核基因组大大得多得多 大大肠杆菌基因杆菌基因组约4104106 6bpbp，哺乳，哺乳类基因基因组在在10109 9bpbp数量数量级，比比细菌大千倍；大菌大千倍；大肠杆菌杆菌约有有40004000个基因，人个基因，人则约有有3 35 5万万个基因。个基因。原原核核基基因因组的的大大部部分分序序列列都都为基基因因编码；而而哺哺乳乳类基基因因组中中仅约10%10%的的序序列列是是编码蛋蛋白白质或或rRNArRNA、tRNAtRNA等等的的基基因因，其其余余约90%90%是非是非编码序列。序列。原原核核基基因因组中中除除rRNA、tRNA基基因因有有多多个个拷拷贝外外，重重复复序序列列不不多多。哺哺乳乳动物物基基因因组中中则存存在在大大量量重重复复序序列列(repetitive sequences)。1真核基因真核基因组的复的复杂性性原原核核生生物物的的基基因因为蛋蛋白白质编码的的序序列列绝大大多多数数是是连续的的，而而真真核核生生物物为蛋蛋白白质编码的的基基因因绝大大多多数数是是不不连续的的，增增加加了了真核基因表达真核基因表达调控的控的环节。真真核核生生物物主主要要的的遗传物物质与与组蛋蛋白白等等构构成成染染色色质，被被包包裹裹在在核核膜膜内内，核核外外还有有遗传成成分分（如如线粒粒体体DNADNA等等），这就就增增加加了了基因表达基因表达调控的控的层次和复次和复杂性。性。真核生物基因真核生物基因协调表达表达要比原核生物复要比原核生物复杂得多。得多。细菌菌多多数数基基因因按按功功能能相相关关成成串串排排列列，组成成操操纵子子的的基基因因表表达达调控控的的单元元，共共同同开开启启或或关关闭；真真核核生生物物结构构基基因因的的mRNA是是单顺反反子子，且且真真核核细胞胞的的许多多活活性性蛋蛋白白是是由由相相同同和和不不同同的的多多肽链形成的形成的亚基构成的，涉及到多个基因的基构成的，涉及到多个基因的协调表达。表达。1真核基因真核基因组的复的复杂性性从上述可从上述可见真核基因真核基因组比原核基因比原核基因组复复杂得多，至今人得多，至今人类对真核基因真核基因组的的认识还很有限，即使很有限，即使现在国在国际上制上制订的的人基因人基因组研究研究计划（划（humangeneproject）测出了人基出了人基因因组3109bp的的DNA序列。序列。但是要搞清楚人全部基因的功能及其相互关系、特但是要搞清楚人全部基因的功能及其相互关系、特别是是要明了基因表达要明了基因表达调控的全部控的全部规律，律，还需要需要经历很很长期期艰巨巨的研究的研究过程。程。PBL教学法？教学法？真核基因表达真核基因表达调控的特点控的特点?？复？复杂性性2真核基因表达真核基因表达调控的特点控的特点真核基因表达真核基因表达调控的控的环节更多更多真核基因的真核基因的转录与与染色染色质的的结构构变化相关化相关真核生物基因真核生物基因组的的非非编码序列序列的存在与基因表达的存在与基因表达调控密切相关控密切相关真核基因表达以真核基因表达以正正调控控为主主真核生物真核生物RNA聚合聚合酶对启启动子的子的亲和力很低，基本上不能独和力很低，基本上不能独靠其自身来起始靠其自身来起始转录，而是需要依，而是需要依赖多种多种激活蛋白激活蛋白的的协同作同作用。用。虽然在真核基因然在真核基因调控中也控中也发现有有负性性调控元件，但其存在并控元件，但其存在并不普遍；真核基因不普遍；真核基因转录表达的表达的调控蛋白也有起阻遏和激活作控蛋白也有起阻遏和激活作用或兼有两种作用者，但用或兼有两种作用者，但总的是以激活蛋白的作用的是以激活蛋白的作用为主。主。即多数真核基因在没有即多数真核基因在没有调控蛋白作用控蛋白作用时是不是不转录的，需要表的，需要表达达时就要有激活的蛋白就要有激活的蛋白质来促来促进转录。换言之：真核基因表达以正（性）言之：真核基因表达以正（性）调控控为主主导。2 真核基因表达真核基因表达调控的特点控的特点2.4 真核基因表达以真核基因表达以正（性）正（性）调控控为主主 2.1 真核基因表达真核基因表达调控的控的环节更多更多如前所述：基因表达是基因如前所述：基因表达是基因经过转录、翻、翻译、产生有生物活生有生物活性的蛋白性的蛋白质的整个的整个过程。同原核生物一程。同原核生物一样，转录依然是真核依然是真核生物基因表达生物基因表达调控的主要控的主要环节。但真核基因但真核基因转录发生在生在细胞核胞核（线粒体基因的粒体基因的转录在在线粒体粒体内），翻内），翻译则多在多在胞胞浆，两个，两个过程是分开的，因此其程是分开的，因此其调控增控增加了更多的加了更多的环节和复和复杂性，性，转录后的后的调控占有了更多的分量。控占有了更多的分量。真核基因表达真核基因表达过程中程中还会涉及基因重排基因会涉及基因重排、基因扩增、基因消增、基因消减等。减等。2 真核基因表达真核基因表达调控的特点控的特点2.2 真核基因的真核基因的转录与与染色染色质的的结构构变化相关化相关真核生物基因真核生物基因组DNA绝大多数都在大多数都在细胞核内与胞核内与组蛋白等蛋白等构成构成染色染色质；染色染色质的的结构、染色构、染色质中中DNA 与与组蛋白的蛋白的结合状合状态都影都影响其响其转录。2 真核基因表达真核基因表达调控的特点控的特点真核生物基因真核生物基因组至少包括两至少包括两类遗传信息：信息：第一第一类是三是三联体密体密码所所编码的蛋白的蛋白质的基因信息，其的基因信息，其遗传信息信息的的传递包括基因包括基因转录和蛋白和蛋白质合成合成过程，例如程，例如现在已在已经知道由知道由于存在真核生物基因的不于存在真核生物基因的不连续性，性，转录后的剪接、特后的剪接、特别是可是可变剪接、剪接、RNA编辑等，可等，可导致致DNA序列与蛋白序列与蛋白质氨基酸序列的氨基酸序列的不完全不完全对应关系；关系；而第二而第二类遗传信息信息则指非指非编码蛋白蛋白质序列能序列能调节基因基因选择性表性表达的达的遗传信息。已信息。已经知道，蛋白知道，蛋白质基因只占整个真核生物基因基因只占整个真核生物基因组序列的序列的较少部分，因此基因少部分，因此基因组中大部分中大部分DNA是用来是用来编码第二第二类遗传信息的。信息的。2 真核基因表达真核基因表达调控的特点控的特点2.3 真核生物基因真核生物基因组的的非非编码序列序列的存在与基因的存在与基因表达表达调控密切相关控密切相关目前所知的真核生物基因表达目前所知的真核生物基因表达目前所知的真核生物基因表达目前所知的真核生物基因表达调调控的特点？控的特点？控的特点？控的特点？1 1、RNARNA聚合聚合聚合聚合酶酶不同；不同；不同；不同；2 2、多多多多层层次次次次，不存在超基因式操，不存在超基因式操，不存在超基因式操，不存在超基因式操纵纵子子子子结结构；构；构；构；3 3、个体、个体、个体、个体发发育复育复育复育复杂杂：基因表达的：基因表达的：基因表达的：基因表达的时间时间性和空性和空性和空性和空间间性；性；性；性；时间时间性：个体性：个体性：个体性：个体发发育的不同育的不同育的不同育的不同阶阶段，基因表达的种段，基因表达的种段，基因表达的种段，基因表达的种类类和数量是不和数量是不和数量是不和数量是不同的；空同的；空同的；空同的；空间间性：在不同性：在不同性：在不同性：在不同组织组织和器官中，基因表达的种和器官中，基因表达的种和器官中，基因表达的种和器官中，基因表达的种类类和数量是不同的；和数量是不同的；和数量是不同的；和数量是不同的；4 4、活性、活性、活性、活性染色体染色体染色体染色体结结构构构构变变化：化：化：化：对对核酸核酸核酸核酸酶酶敏感敏感敏感敏感DNADNA拓扑拓扑拓扑拓扑结结构构构构变变化化化化、DNADNA碱基修碱基修碱基修碱基修饰变饰变化化化化、组组蛋白蛋白蛋白蛋白变变化；化；化；化；5 5、正性正性正性正性调节调节占主占主占主占主导导；6 6、转录转录与翻与翻与翻与翻译译间间隔隔隔隔进进行，行，行，行，转录转录和翻和翻和翻和翻译译分开分开分开分开进进行；行；行；行；7 7、转录转录后后后后修修修修饰饰、加工、加工、加工、加工，初，初，初，初级转录产级转录产物要物要物要物要经过转录经过转录后加后加后加后加工修工修工修工修饰饰。PBL教学法？教学法？真核基因表达真核基因表达调控的控的类型型?根据表达根据表达调控控性性质分分类按表达按表达调控控发生的先后生的先后次序次序分分类3真核基因表达真核基因表达调控的控的类型型3.1根据表达根据表达调控控性性质为两大两大类:第一第一类：瞬瞬时调控或称控或称可逆性可逆性调控，包括某种底物控，包括某种底物或激素水平的升降，或激素水平的升降，酶活性和活性和浓度的度的调节。第二第二类：发育育调控或称控或称不可逆不可逆调控，它决定了真核控，它决定了真核细胞生胞生长、分化、分化、发育的全部育的全部进程。程。3.23.2按按按按调调控控控控发发生的生的生的生的先后次序先后次序先后次序先后次序可分可分可分可分为为：转录前前调控控转录水平水平调控控转录后后调控控翻翻译水平水平调控控翻翻译后后调控控PBL教学法？教学法？影响原核生物表达影响原核生物表达调控的控的环节?各各环节是如何是如何发挥调控作用的？控作用的？1真核基因真核基因转录前前的的调控控2真核基因真核基因转录水平的水平的调控控3真核基因真核基因转录后后水平的水平的调控控4翻翻译水平的水平的调控控5翻翻译后后水平的水平的调控控4.1真核基因真核基因转录前前的的调控控4.2真核基因真核基因转录水平的水平的调控控4.3真核基因真核基因转录后后水平的水平的调控控4.4翻翻译水平的水平的调控控4.5翻翻译后后水平的水平的调控控4各各环节是如何是如何发挥调控作用的？控作用的？（重、（重、难点）点）4.1真核基因真核基因转录前的前的调控控在基因表达之前，真核基因在基因表达之前，真核基因组要要进行一系列的行一系列的调整，整，即通即通过改改变染色染色质结构构和和DNA序列序列从而影响基因表从而影响基因表达，使达，使该表达的基因表达的基因进入工作状入工作状态，而不，而不该表达的表达的基因基因则被很好地安置，以免干被很好地安置，以免干扰了整个机体的代了整个机体的代谢，这就是就是转录前的前的调节。转录前的前的调控控染色染色质结构改构改变DNA序列改序列改变染色染色质结构构是决定是决定RNA聚合聚合酶能否有效行使能否有效行使转录功能的关功能的关键。4.1.1 染色染色质结构的改构的改变4.1真核基因真核基因转录前的前的调控控染色染色质结构构染色染色质纤维折叠折叠压缩程度程度DNA的拓扑的拓扑结构构组组蛋白的蛋白的结结构状构状态态常常染色染色质：细胞分裂胞分裂间期期，染色体的大部分松开分，染色体的大部分松开分散在核内。松散染色散在核内。松散染色质中的基因可以中的基因可以转录。异异染色染色质：在：在细胞胞分裂期分裂期，染色体，染色体纤维折叠折叠压缩程程度度较高。其基因高。其基因转录受抑制受抑制。原本在常染色原本在常染色质中表达的基因如移到异染色中表达的基因如移到异染色质内，内，转录也会受也会受抑制抑制。4.1染色染色质结构的改构的改变1)1)染色染色染色染色质纤维质纤维折叠折叠折叠折叠压缩压缩程度程度程度程度对对基因表达基因表达基因表达基因表达调调控的影响控的影响控的影响控的影响果果蝇多多线染色体染色体3H尿尿嘧啶标记物的放射自物的放射自显影影检测图松开分散的染色松开分散的染色质结构，基因构，基因转录聚聚缩的染色的染色质结构，基因构，基因转录受抑制受抑制真核基因的真核基因的活活跃转录是在常染色是在常染色质上上进行的。行的。活性染色活性染色质：具有具有转录活性的染色活性的染色质。非活性染色非活性染色质：指不具有指不具有转录活性的染色活性的染色质。4.1染色染色质结构的改构的改变1)1)染色染色染色染色质纤维质纤维折叠折叠折叠折叠压缩压缩程度程度程度程度对对基因表达基因表达基因表达基因表达调调控的影响控的影响控的影响控的影响活性染色活性染色质的重要特点的重要特点活性染色活性染色质上具有上具有一个或数个一个或数个DNase I 超敏感位点超敏感位点活性染色活性染色质上具有上具有核基核基质结合区（合区（matrix attachment region，MAR）DNase I 超敏感位点常出超敏感位点常出现在在转录基因的基因的5端启端启动区区。该区域核小体区域核小体结构会构会发生生变化，有利于化，有利于调控蛋白控蛋白结合而促合而促进转录。活性染色活性染色质上上核基核基质结合区合区MAR：一般位于一般位于DNA放射放射环或活性或活性转录基因的两端。基因的两端。在外源基因两端接上在外源基因两端接上MAR，可增加基因表达水平可增加基因表达水平倍以倍以10上。上。说明明MAR在基因表达在基因表达调控中有作用，是一种新的控中有作用，是一种新的基因基因调控元件。控元件。4.1.1 染色染色质结构的改构的改变4.1真核基因真核基因转录前的前的调控控染色染色质纤维折叠折叠压缩程度程度DNA的拓扑的拓扑结构构组组蛋白的蛋白的结结构状构状态态天然双天然双链DNA的构象大多是的构象大多是负性超螺旋。性超螺旋。当基因活当基因活跃转录时，RNA聚合聚合酶转录方向方向前方前方DNA的的构象是正性超螺旋，其后面的构象是正性超螺旋，其后面的DNA为负性超螺旋；正性超螺旋；正性超螺旋会拆散核小体，有利于性超螺旋会拆散核小体，有利于RNA聚合聚合酶向前移向前移动转录。RNA-pol正超螺旋正超螺旋负超螺旋超螺旋转录方向方向4.1.1染色染色质结构的改构的改变2)2)DNADNA的拓扑的拓扑的拓扑的拓扑结结构构构构对对基因表达基因表达基因表达基因表达调调控的影响控的影响控的影响控的影响4.1.1 染色染色质结构的改构的改变4.1真核基因真核基因转录前的前的调控控染色染色质纤维折叠折叠压缩程度程度DNA的拓扑的拓扑结构构组组蛋白的蛋白的结结构状构状态态早期体外早期体外实验观察到察到组蛋白与蛋白与DNA结合合阻止阻止DNA上基因的上基因的转录，去除，去除组蛋基因又蛋基因又能能够转录。组蛋白蛋白带正正电荷，与荷，与DNA结合，遮蔽了合，遮蔽了DNA分分子，妨碍了子，妨碍了转录，可能扮演了，可能扮演了非特异性非特异性阻遏蛋白阻遏蛋白的作用。的作用。4.1染色染色质结构的改构的改变3)3)组组蛋白的蛋白的蛋白的蛋白的结结构状构状构状构状态态对对基因表达基因表达基因表达基因表达调调控的影响控的影响控的影响控的影响4.1.1 染色染色质结构的改构的改变4.14.1真核基因真核基因真核基因真核基因转录转录前的前的前的前的调调控控控控染色染色质纤维折叠折叠压缩程度：程度：DNA的拓扑的拓扑结构：构：组组蛋白的蛋白的结结构状构状态态：松开分散的染色松开分散的染色质结构，构，基因可以基因可以转录；聚；聚缩的的染色染色质结构，基因构，基因转录受抑制受抑制；DNaseI超敏感位点、超敏感位点、核基核基质结合区合区MAR促促进转录。RNA聚合聚合酶转录方向前方方向前方DNA的构象是正性超螺旋的构象是正性超螺旋促促进转录。非特异性阻遏蛋白的作用非特异性阻遏蛋白的作用，阻遏阻遏转录。1 1 真核基因真核基因转录转录前的前的调调控控2 2 真核基因真核基因转录转录水平的水平的调调控控3 3真核基因真核基因转录转录后水平的后水平的调调控控4 4 翻翻译译水平的水平的调调控控5 5 翻翻译译后水平的后水平的调调控控本章主要内容本章主要内容染色染色质结构改构改变DNA序列改序列改变4.1真核基因真核基因转录前的前的调控控基因基因丢失失基因基因扩增增基因基因重排重排基因基因封封闭基因基因修修饰4.1.2DNA序列改序列改变在胚胎在胚胎发生生时，已决定了一些，已决定了一些细胞将要胞将要发育育为种种细胞胞，为了保持物种在了保持物种在遗传上的上的稳定性，而保留完整定性，而保留完整的基因的基因组，不会被削减掉。，不会被削减掉。但但对于于发育成育成体体细胞胞的来的来说，它，它们只需保存生活必只需保存生活必须的基因，其它无关基因可以削减去除。的基因，其它无关基因可以削减去除。通通过染色体染色体丢失，失，丢失某些基因而除去失某些基因而除去这些基因的些基因的活性的活性的现象称象称为基因基因丢失。失。4.1.2.1 基因基因丢失（失（gene elimination）4.1.2DNA序列改序列改变u马蛔虫受精卵蛔虫受精卵细胞胞4.1.2.1 基因基因丢失（失（gene elimination）4.1真核基因真核基因转录前的前的调控控基因基因丢失失基因基因扩增增基因基因重排重排基因基因封封闭基因基因修修饰4.1.2DNA序列改序列改变指指细胞内特定基因胞内特定基因拷拷贝数数专一性大量增加的一性大量增加的现象。象。它是它是细胞在短期内胞在短期内为满足某种需要而足某种需要而产生足生足够的基因的基因产物的一种物的一种调控方式。控方式。两栖两栖动物如蟾蜍的卵母物如蟾蜍的卵母细胞是正常体胞是正常体细胞的胞的100万倍，万倍，需要合成大量蛋白需要合成大量蛋白质，所以需要大量核糖体。，所以需要大量核糖体。核糖体含有核糖体含有rRNA分子，在卵母分子，在卵母细胞胞发育中，育中，rRNA基基因数目因数目临时增加了增加了4000倍。卵母倍。卵母细胞的前体含有胞的前体含有约600个个编码18S r RNA和和28S rRNA的的DNA。在基因。在基因扩增后，增后，rRNA基因拷基因拷贝数高达数高达2106，形成，形成1012个核糖体。个核糖体。4.1.2.2 基因基因扩增（增（gene amplification）4.1.2DNA序列改序列改变基因基因扩增前，增前，600600个个rDNArDNA基因以串基因以串联方式排方式排列列(a)(a)。在在发生生扩增的增的3 3周周时间里，形成大量小里，形成大量小环及复及复制制滚环，以增加基因拷，以增加基因拷贝数目数目(b)(b)。目前目前对这种基因种基因扩增的增的机制并不清楚。机制并不清楚。4.1.2.2 基因基因扩增（增（gene amplification）基因基因扩增增发生在异常的生在异常的细胞中。如，人胞中。如，人类癌癌细胞中胞中的的许多致癌基因大量多致癌基因大量扩增后高效表达，增后高效表达，导致致细胞生胞生长失控。失控。有些基因在有些基因在进化化过程中程中就已就已经扩增了增了许多倍。如，多倍。如，植物中植物中普遍存在多倍性，即基因普遍存在多倍性，即基因组拷拷贝数的增加。数的增加。基因基因组拷拷贝数增加使可供数增加使可供遗传重重组的物的物质增多，增多，这可能构成了加速基因可能构成了加速基因进化化、基因、基因组重重组和最和最终物种物种形成形成的一种方式。的一种方式。4.1.2.2 基因基因扩增（增（gene amplification）利用利用流式流式细胞胞仪对从从拟南芥南芥不同不同发育育阶段段的的组织中分离到的中分离到的间期期细胞核胞核进行分析，行分析，发现多倍体的多倍体的DNA含量与含量与组织的成熟程度成正的成熟程度成正比。比。1.分析分析细胞表面胞表面标志，志，2.分析分析细胞胞内抗原物内抗原物质，3.分析分析细胞受体，胞受体，4.分析分析细胞的胞的DNA、RNA含量含量，5分析免疫分析免疫细胞的功能胞的功能 4.1真核基因真核基因转录前的前的调控控基因基因丢失失基因基因扩增增基因重排基因重排基因基因封封闭基因基因修修饰4.1.2DNA序列改序列改变基因重排是基因基因重排是基因表达表达调节控制控制的重要的重要方式方式之一。之一。基因重排会基因重排会导致基因的致基因的活化活化。比如，。比如，许多原致癌多原致癌基因在它基因在它们处于原先的染色体于原先的染色体时，是不活化的。一，是不活化的。一旦旦发生基因重排，生基因重排，这些基因由一个染色体些基因由一个染色体转座到另座到另一个染色体一个染色体时，就被激活，而最，就被激活，而最终导致致细胞的癌胞的癌变。如如c cmycmyc基因在人第八号染色体上基因在人第八号染色体上时，是无活，是无活性的性的；但当它但当它转座到第座到第1414号染色体号染色体时就活化了，就活化了，产生生c cmycmyc蛋白，使人患上蛋白，使人患上BurkitBurkit淋巴癌。淋巴癌。4.1.2.3 基因重排基因重排4.1.2DNA序列改序列改变基因重排也是基因重排也是细胞分化胞分化的的机制机制之一。之一。哺乳哺乳动物在受到外源蛋白侵染物在受到外源蛋白侵染时，淋巴，淋巴细胞会胞会发生生分化，分化，变成成浆细胞，每一个胞，每一个浆细胞只能胞只能产生一种或生一种或几种几种抗体抗体（免疫球蛋白），无数的（免疫球蛋白），无数的浆细胞就能胞就能产生生无数种无数种类的抗体。的抗体。4.1.2.3 基因重排基因重排4.1.2DNA序列改序列改变人人类第第1414号染色体上抗体重号染色体上抗体重链基因片段基因片段(A)(A)和抗体重和抗体重链基基因的构建因的构建(B)(B)抗体基因重排中各个片段之抗体基因重排中各个片段之间的随机的随机组合，可从合，可从约300300个抗体基因中个抗体基因中产生生10108 8个抗体分子个抗体分子 4.1真核基因真核基因转录前的前的调控控基因基因丢失失基因基因扩增增基因基因重排重排基因基因封封闭基因基因修修饰4.1.2DNA序列改序列改变染色体染色体就是就是储存存基因与基因与调节基因表达的基因表达的细胞器。真核胞器。真核生物的生物的DNA染色体。染色体。研究表明，研究表明，致密状致密状态染色体中的基因是不表达的。因染色体中的基因是不表达的。因此生物可以通此生物可以通过形成致密状染色体以形成致密状染色体以封封闭基因基因。当然，生物体也一定有一些机制使染色体上面的基因当然，生物体也一定有一些机制使染色体上面的基因可表达。目前可表达。目前认为起起调节作用的是作用的是非非组蛋白蛋白，其可使，其可使染色染色质由致密状由致密状态变为松松驰状状态而开放基因的表达而开放基因的表达.4.1.2.4 基因封基因封闭4.1.2DNA序列改序列改变4.1真核基因真核基因转录前的前的调控控基因基因丢失失基因基因扩增增基因基因重排重排基因基因封封闭基因基因修修饰4.1.2DNA序列改序列改变DNA甲基化甲基化4.1.2.5 基因修基因修饰4.1.2DNA序列改序列改变 DNA甲基化甲基化甲基化抑制基因甲基化抑制基因转录的机制的机制影响甲基化抑制基因影响甲基化抑制基因转录的的因素因素 DNA甲基化与甲基化与X染色体失活染色体失活DNA甲基化是最早甲基化是最早发现的修的修饰途径之一，可能存途径之一，可能存在于所有高等生物中。在于所有高等生物中。DNA甲基化能甲基化能关关闭某些基因的活性，去甲基化某些基因的活性，去甲基化则诱导了基因的重新活化和表达。了基因的重新活化和表达。DNA甲基化能引起甲基化能引起染色体染色体结构构、DNA构象构象、DNA稳定性定性及及DNA与蛋白与蛋白质相互作用方式相互作用方式的改的改变，从而控制基因表达。从而控制基因表达。4.1.2.5 基因修基因修饰-DNA甲基化甲基化4.1.2DNA序列改序列改变DNADNA甲基化的主要形式甲基化的主要形式甲基化的主要形式甲基化的主要形式(了解了解了解了解)：5-5-甲基胞甲基胞甲基胞甲基胞嘧啶嘧啶，N6-N6-甲基腺甲基腺甲基腺甲基腺嘌嘌呤和呤和呤和呤和7-7-甲基甲基甲基甲基鸟鸟嘌嘌呤。在真核生物中，呤。在真核生物中，呤。在真核生物中，呤。在真核生物中，5-5-甲基胞甲基胞甲基胞甲基胞嘧啶嘧啶主要出主要出主要出主要出现现在在在在CpGCpG和和和和CpXpGCpXpG中，原核生物中中，原核生物中中，原核生物中中，原核生物中CCA/TGGCCA/TGG和和和和GATCGATC也常被甲基化。也常被甲基化。也常被甲基化。也常被甲基化。CpG岛DNA的甲基化主要是的甲基化主要是DNA上上胞胞嘧啶第五碳的甲基第五碳的甲基化化（即（即5-mC P294）。）。生物体内有两生物体内有两类类甲基化的甲基化的酶酶：一一类为在甲基化的在甲基化的母母链指指导下使下使对应部位部位发生甲基化的甲基生甲基化的甲基转移移酶；另；另一一类类不需要母不需要母链链指指导导的甲基的甲基转转移移酶酶。4.1.2.5 基因修基因修饰-DNA甲基化甲基化4.1.2DNA序列改序列改变甲基化甲基化甲基化甲基化导导致某些区域致某些区域致某些区域致某些区域DNADNA构象构象构象构象变变化，从而影响化，从而影响化，从而影响化，从而影响了蛋白了蛋白了蛋白了蛋白质质与与与与DNADNA的相互作用，抑制了的相互作用，抑制了的相互作用，抑制了的相互作用，抑制了转录转录因子与因子与因子与因子与启启启启动动区区区区DNADNA的的的的结结合效率。合效率。合效率。合效率。4.1.2.5 基因修基因修饰-甲基化抑制基因甲基化抑制基因转录的的机制机制启启启启动动子的子的子的子的强强弱弱弱弱对对弱启弱启弱启弱启动动子子子子来来来来说说，少量甲基化就能使其完全失去，少量甲基化就能使其完全失去，少量甲基化就能使其完全失去，少量甲基化就能使其完全失去转录转录活活活活性。当性。当性。当性。当这类这类启启启启动动子被子被子被子被增增增增强时强时，即使不去甲基化也可以恢复其，即使不去甲基化也可以恢复其，即使不去甲基化也可以恢复其，即使不去甲基化也可以恢复其转录转录活性。活性。活性。活性。甲基化甲基化甲基化甲基化CpGCpG的密度和启的密度和启的密度和启的密度和启动动子子子子强强度之度之度之度之间间的的的的平衡平衡平衡平衡甲基化甲基化甲基化甲基化密度密度密度密度较较高高高高时时，即使增，即使增，即使增，即使增强强后的启后的启后的启后的启动动子仍无子仍无子仍无子仍无转录转录活性。活性。活性活性。因因因因为为甲基化甲基化甲基化甲基化对转录对转录的抑制的抑制的抑制的抑制强强度与度与度与度与MeCP1MeCP1（methylCpGmethylCpG-bindingprotein1-bindingprotein1）结结合合合合DNADNA的能力成的能力成的能力成的能力成正相关正相关正相关正相关，甲基化，甲基化，甲基化，甲基化CpGCpG的密度和启的密度和启的密度和启的密度和启动动子子子子强强度之度之度之度之间间的的的的平衡平衡平衡平衡决定了决定了决定了决定了该该启启启启动动子是否具子是否具子是否具子是否具有有有有转录转录活性。活性。活性。活性。4.1.2.5 基因修基因修饰-影响甲基化抑制基因影响甲基化抑制基因转录的的因素因素DNADNA甲基化甲基化甲基化甲基化对对基因基因基因基因转录转录的抑制直接参与了的抑制直接参与了的抑制直接参与了的抑制直接参与了发发育育育育调调控控控控。随着个体随着个体随着个体随着个体发发育，当需要某些基因保持育，当需要某些基因保持育，当需要某些基因保持育，当需要某些基因保持 沉默沉默沉默沉默 时时，它，它，它，它们们将迅速被甲基化，若需要恢复将迅速被甲基化，若需要恢复将迅速被甲基化，若需要恢复将迅速被甲基化，若需要恢复转录转录活性，活性，活性，活性，则则去甲去甲去甲去甲基化。基化。基化。基化。DNADNA甲基化是一种重要的基因甲基化是一种重要的基因甲基化是一种重要的基因甲基化是一种重要的基因组组表表表表观遗传观遗传修修修修饰饰，参，参，参，参与与与与调调控控控控许许多多多多细细胞胞胞胞过过程，包括胚胎程，包括胚胎程，包括胚胎程，包括胚胎发发育、育、育、育、转录转录、染色、染色、染色、染色质结质结构以及染色体构以及染色体构以及染色体构以及染色体稳稳定性。定性。定性。定性。发现发现越来越多的人越来越多的人越来越多的人越来越多的人类类疾病疾病疾病疾病同同同同DNADNA甲基化的异常有关。甲基化的异常有关。甲基化的异常有关。甲基化的异常有关。对这对这些疾病的研究将提供些疾病的研究将提供些疾病的研究将提供些疾病的研究将提供对对DNADNA甲基化以及其他表甲基化以及其他表甲基化以及其他表甲基化以及其他表观遗传观遗传修修修修饰饰在在在在发发育育育育和正常和正常和正常和正常细细胞胞胞胞动态动态平衡平衡平衡平衡中的作用的中的作用的中的作用的中的作用的认识认识。表表观遗传学，指基于学，指基于非基因序列改非基因序列改变所致所致基因表达水平基因表达水平变化，如化，如DNA甲基化和染色甲基化和染色质构构象象变化等化等雌性哺乳雌性哺乳动物有两条物有两条X染色体，而雄性只有一条。染色体，而雄性只有一条。如果雌性的两条如果雌性的两条X染色体都有活性，那么雌性个体中染色体都有活性，那么雌性个体中由由X染色体上的基因染色体上的基因编码的蛋白的合成速率可能是雄的蛋白的合成速率可能是雄性个体的两倍。性个体的两倍。为了避免了避免这种不利事件的种不利事件的发生，雌性个体的一条生，雌性个体的一条X染色体染色体处于失活状于失活状态。在胚胎在胚胎发育的早期雌性哺乳育的早期雌性哺乳动物其中一条物其中一条X染色体染色体发生失活。生失活。在雌性哺乳在雌性哺乳动物的物的间期期细胞核中可胞核中可见的被称的被称为巴巴氏小体氏小体（Barrbody）的）的结构就是失活的、完全由构就是失活的、完全由异染色异染色质构成的构成的X染色体。染色体。4.1.2.5 基因修基因修饰-DNADNA甲基化与甲基化与X X染色体失活染色体失活在在在在XX染色体上存在一个与染色体上存在一个与染色体上存在一个与染色体上存在一个与XX染色体失活有密切染色体失活有密切染色体失活有密切染色体失活有密切联联系系系系的核心部位称的核心部位称的核心部位称的核心部位称为为XX染色体失活中心染色体失活中心染色体失活中心染色体失活中心（X-chromo-X-chromo-someinactivationcentersomeinactivationcenter，XicXic）。）。）。）。Xi-specifictranscript(Xist)Xi-specifictranscript(Xist)基因只在失活基因只在失活基因只在失活基因只在失活的的的的XX染色体上染色体上染色体上染色体上表达表达表达表达，其，其，其，其产产物是一功能性物是一功能性物是一功能性物是一功能性RNARNA，没有，没有，没有，没有ORFORF却含有大量的却含有大量的却含有大量的却含有大量的终终止密止密止密止密码码子。子。子。子。实验证实验证明，明，明，明，XistRNAXistRNA分子能可能与分子能可能与分子能可能与分子能可能与XicXic位点相互位点相互位点相互位点相互作用，引起作用，引起作用，引起作用，引起XicXic位点位点位点位点DNADNA构象构象构象构象变变化，最化，最化，最化，最终导终导致致致致XX染染染染色体失活。色体失活。色体失活。色体失活。XistXist基因即存在于失活基因即存在于失活基因即存在于失活基因即存在于失活XX染色体上，也存在于有活染色体上，也存在于有活染色体上，也存在于有活染色体上，也存在于有活性的性的性的性的XX染色体。染色体。染色体。染色体。活性活性活性活性XX染色体上染色体上染色体上染色体上XistXist基因被甲基化基因被甲基化基因被甲基化基因被甲基化,不能不能不能不能转录转录。XistXist基因的表达是决定基因的表达是决定基因的表达是决定基因的表达是决定XX染色体失活的关染色体失活的关染色体失活的关染色体失活的关键键元素。元素。元素。元素。1 1 真核基因真核基因转录转录前的前的调调控控2 2 真核基因真核基因转录转录水平水平的的调调控控3 3真核基因真核基因转录转录后水平的后水平的调调控控4 4 翻翻译译水平的水平的调调控控5 5 翻翻译译后水平的后水平的调调控控本章主要内容本章主要内容染色染色质结构改构改变DNA序列改序列改变1 1 真核基因真核基因转录转录前的前的调调控控2 2 真核基因真核基因转录转录水平水平的的调调控控3 3真核基因真核基因转录转录后水平的后水平的调调控控4 4 翻翻译译水平的水平的调调控控5 5 翻翻译译后水平的后水平的调调控控本章主要内容本章主要内容顺式作用元件式作用元件反式作用因子反式作用因子定定定定义义：P303.P303.其中其中其中其中主要是主要是主要是主要是起正性起正性起正性起正性调调控作用的控作用的控作用的控作用的顺顺式作用元件，包括式作用元件，包括式作用元件，包括式作用元件，包括启启启启动动子子子子(promoter)(promoter)、增增增增强强子子子子(enhancer)(enhancer)；近年又近年又近年又近年又发现负发现负性性性性调调控作用元件控作用元件控作用元件控作用元件沉默子沉默子沉默子沉默子(silencer)(silencer)。2真核基因真核基因转录水平的水平的调控控真核真核细胞的三种胞的三种RNA聚合聚合酶（、和和）中，只有）中，只有RNA聚合聚合酶能能转录生成生成mRNA，以下主要，以下主要讨论RNA聚合聚合酶的的转录调控。控。2.1 顺式作用元件式作用元件(cis acting elements)定定定定义义：P85.P85.真核启真核启真核启真核启动动子子子子间间不像原核那不像原核那不像原核那不像原核那样样有明有明有明有明显显共同一致的序列，共同一致的序列，共同一致的序列，共同一致的序列，而且而且而且而且单单靠靠靠靠RNARNA聚合聚合聚合聚合酶难酶难以以以以结结合合合合DNADNA而起而起而起而起动转录动转录，而是需要多种而是需要多种而是需要多种而是需要多种蛋白蛋白蛋白蛋白质质因子因子因子因子的相互的相互的相互的相互协调协调作用。作用。作用。作用。最常最常最常最常见见的哺乳的哺乳的哺乳的哺乳类类RNARNA聚合聚合聚合聚合酶酶启启启启动动子中的元件序子中的元件序子中的元件序子中的元件序列列列列见见下表。下表。下表。下表。2.1.1 启启动子子表表表表 哺乳哺乳哺乳哺乳类类RNARNA聚合聚合聚合聚合酶酶启启启启动动子中常子中常子中常子中常见见的元件的元件的元件的元件元件名称元件名称元件名称元件名称 共共共共 同同同同 序序序序 列列列列 结结 合合合合 的的的的 蛋蛋蛋蛋 白白白白 因因因因 子子子子 名称名称名称名称 分子量分子量分子量分子量 DNADNA长长度度度度 TATA TATA TATAAA TATAAA TFIIDTFIID30,000 30,000 10bp 10bp GC GC GGGCGG GGGCGG SP-1 S