医用分子遗传学真核基因转录调节.pptx

第第 三三 节节 真核基因转录调节真核基因转录调节Regulation of Eukaryotic Gene Transcription一、真核基因组结构特点一、真核基因组结构特点（一）真核基因组结构庞大一）真核基因组结构庞大哺乳类动哺乳类动物基因组物基因组DNA 约约 3 10 9 碱基对碱基对编码基因编码基因约约 有有 40000 个个，占总长的占总长的1%rDNA等重复基因等重复基因约约 占占 5%10%（二）单顺反子二）单顺反子单顺反子单顺反子(monocistron)即即一一个个编编码码基基因因转转录录生生成成一一个个mRNA分子，经翻译生成一条多肽链。分子，经翻译生成一条多肽链。（三）基因不连续性三）基因不连续性染色体水平染色体水平DNA的活化的活化转录的起始转录的起始hnRNA 的剪切和加工的剪切和加工mRNA 转移到胞浆转移到胞浆翻译翻译二、真核基因表达调控特点二、真核基因表达调控特点二、真核基因表达调控特点二、真核基因表达调控特点（一）多种一）多种RNA聚合酶聚合酶（二）活性染色体结构变化二）活性染色体结构变化（三三）正性调节占主导正性调节占主导（四四）转录与翻译分隔进行转录与翻译分隔进行（五）转录后修饰、加工五）转录后修饰、加工2.DNA拓扑结构变化拓扑结构变化天然双链天然双链DNA均以负性超螺旋构象存在；均以负性超螺旋构象存在；基因活化后基因活化后RNA-pol正超螺旋正超螺旋负超螺旋负超螺旋转录方向转录方向1.对核酸酶敏感对核酸酶敏感活活化化基基因因常常有有超超敏敏位位点点，位位于于调调节节蛋蛋白结合位点附近。白结合位点附近。3.DNA碱基修饰变化碱基修饰变化真核真核DNA约有约有5%的胞嘧啶被甲基化，的胞嘧啶被甲基化，甲基化范围与基因表达程度呈反比。甲基化范围与基因表达程度呈反比。1.mCpG1.mCpG1.mCpG1.mCpG是真核生物甲基化的唯一形式是真核生物甲基化的唯一形式是真核生物甲基化的唯一形式是真核生物甲基化的唯一形式2.2.2.2.基基基基因因因因表表表表达达达达与与与与CGCGCGCG甲甲甲甲基基基基化化化化程程程程度度度度呈呈呈呈负负负负相相相相关关关关，甲甲甲甲基基基基化化化化以以以以后后后后可可可可加加加加强强强强阻阻阻阻遏遏遏遏蛋蛋蛋蛋白白白白或或或或降降降降低低低低激激激激活活活活蛋蛋蛋蛋白白白白与与与与DNADNADNADNA的结合的结合的结合的结合3.DNA3.DNA3.DNA3.DNA甲甲甲甲基基基基化化化化对对对对转转转转录录录录的的的的抑抑抑抑制制制制主主主主要要要要决决决决定定定定于于于于甲甲甲甲基基基基化化化化CpGCpGCpGCpG的密度和启动子强度的密度和启动子强度的密度和启动子强度的密度和启动子强度DNA Methylation and Transcription53534.组蛋白变化组蛋白变化富含富含Lys组蛋白水平降低组蛋白水平降低 活性的核小体常缺乏活性的核小体常缺乏H1，但却结合有非组蛋，但却结合有非组蛋 白白HMG14和和HMG17的存在的存在 H2A,H2B二聚体不稳定性增加二聚体不稳定性增加组蛋白修饰组蛋白修饰H1组蛋白磷酸化，对组蛋白磷酸化，对DNA亲和力低亲和力低 核心组蛋白的修饰，乙酰化，磷酸化核心组蛋白的修饰，乙酰化，磷酸化 H3组蛋白巯基暴露组蛋白巯基暴露三、三、RNA pol I 和和pol 的转录调节的转录调节RNA pol I转录产物只有转录产物只有rRNA前体，有前体，有2个顺式个顺式作用元作用元件（件（-45+20bp核心元件，核心元件，-156-107bp上游控制元件上游控制元件UCE），需），需两种转录因子两种转录因子来正确有效地帮助起始转录来正确有效地帮助起始转录（上游结合因子（上游结合因子1和选择性因子和选择性因子1）。）。RNA pol 对对tRNA和和5S rRNA基因的转录调节，启动基因的转录调节，启动子在转录区内。子在转录区内。tRNA有有2种转录因子，种转录因子，5S rRNA有有3种转录因子，但都只有种转录因子，但都只有TFB B才是真正的转录起始因才是真正的转录起始因子，在定位子，在定位RNA polRNA pol方面起重要作用。方面起重要作用。四、四、RNA pol II转录起始的调节转录起始的调节1.由由1012个亚基组成个亚基组成2.最最大大亚亚基基的的C末末端端含含有有可可磷磷酸酸化化位位点点的的氨氨基基 酸酸 残残 基基（Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser）重重复复序序列列，称称为为CTD（Carboxyl Terminal Domain）3.CTD是是TFIIH的的底底物物，磷磷酸酸化化后后与与RNA链延伸有密切关系链延伸有密切关系（一）顺式作用元件一）顺式作用元件1.启动子启动子真真核核基基因因启启动动子子是是RNA聚聚合合酶酶结结合合位位点点周周围围的的一一组组转转录录控控制制组组件件，至至少少包包括括一一个个转转录录起起始始点点以以及及一一个个以以上上的的功能组件功能组件。TATA盒盒GC盒盒CAAT盒盒2.增强子增强子(enhancer)指指远远离离转转录录起起始始点点、决决定定基基因因的的时时间间、空空间间特特异异性性、增增强强启启动动子子转转录录活活性性的的DNA序序列。列。3.沉默子沉默子(silencer)某些基因的负性调节元件，当其结合特异某些基因的负性调节元件，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。定定义义：是是能能直直接接或或间间接接地地识识别别或或结结合合在在各各顺顺式式作作用用元元件件核核心心序序列列上上，参参与与调调控靶基因转录速率的一组蛋白质。控靶基因转录速率的一组蛋白质。结结构构：至至少少含含有有DNA结结合合域域和和转转录录活活性性区区域域（二）反式作用因子二）反式作用因子（二）反式作用因子二）反式作用因子 1.转录调节因子分类（按功能特性）转录调节因子分类（按功能特性）*基本转录因子基本转录因子(general transcription factors)是是RNA聚聚合合酶酶结结合合启启动动子子所所必必需需的的一一组组蛋蛋白白 因因 子子，决决 定定 三三 种种 RNA(mRNA、tRNA及及rRNA)转录的类别。转录的类别。*特异转录因子特异转录因子(special transcription factors)为为个个别别基基因因转转录录所所必必需需，决决定定该该基基因因的的时间、空间特异性表达。时间、空间特异性表达。转录激活因子转录激活因子转录抑制因子转录抑制因子基基 础础 转转 录录 因因 子子1.TFIID：由由TBP和和8种种辅辅助助因因子子（TAF）结结合合的的复复合合 物物，TBP识识别别TATA box，并并与与上上游游调调控控元元件调节基础转录速率有关。件调节基础转录速率有关。2.TFIIB：C末末端端直直接接结结合合在在TBPDNA复复合合物物上上，N-末端具有结合末端具有结合RNA聚合酶的功能。聚合酶的功能。3.TFIIF：1、可可直直接接和和聚聚合合酶酶 II 作作用用，在在激激活活因因子子作作用下，将此复合物募集到起始复合物上去。用下，将此复合物募集到起始复合物上去。2、TFIIF还有解旋的活性还有解旋的活性4.TFIIE：和和TBP相相互互作作用用，参参与与调调节节TFIIH的的酶酶活活性性5.TFIIH：有有解解旋旋酶酶活活性性，磷磷酸酸化化RNA聚聚合合酶酶 II 大大亚亚基基TBP Associated Factor(TAF)TBP Associated Factor(TAF)功能功能1.1.在在无无TAFTAF的的情情况况下下，TBPTBP能能启启动动基基础础转转录录水平。水平。2.TAF2.TAF将将反反式式作作用用因因子子的的活活性性区区域域与与基基础础转转录复合物连接。录复合物连接。2.转录调节因子结构转录调节因子结构DNA结合域结合域转录激活域转录激活域TF蛋白质蛋白质-蛋白质结合域蛋白质结合域（二聚化结构域）（二聚化结构域）谷氨酰胺富含域谷氨酰胺富含域酸性激活域酸性激活域脯氨酸富含域脯氨酸富含域锌锌 指指 结结 构构Cys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X3-His锌锌 指指 结结 构构碱性亮氨酸拉链碱性亮氨酸拉链Basic-Leucine-Zipper碱性螺旋环螺旋碱性螺旋环螺旋Basic-Helix/Loop/Helix碱性螺旋环螺旋碱性螺旋环螺旋Basic-Helix/Loop/Helix甾甾 体体 类类 激激 素素 受受 体体甾甾 体体 类类 激激 素素 受受 体体转转 录录 活活 化化 域域（三（三）mRNA 转录激活及其调节转录激活及其调节polTFHTAFTFFTAFTAFTFATFBTBP真核真核RNA聚合酶聚合酶在转录因子帮助下，形成在转录因子帮助下，形成的转录起始复合物。的转录起始复合物。TF II D是是唯一具有位点特异唯一具有位点特异的的DNA结合能力的因子。结合能力的因子。TATA DNATBP相关因子相关因子是细胞特异的，与转是细胞特异的，与转录激活因子共同决定录激活因子共同决定组织特异性转录组织特异性转录研究真核生物基因转录调控的方法研究真核生物基因转录调控的方法体外：体外：1.DNase I 的敏感位点的敏感位点2.Gel Shift(EMSA)3.Footprint体内：体内：1.Traisent Transfection2.Establish stable cell lineIdentification Cofactors of C/EBPb b by SILACIdentification of Target Genes by ChIP Promoter Array