荊楚理工學院《細胞生物學》ppt課件

1、第三節(jié) 真核基因表達調控,真核細胞基因組全能性的實驗證據,不同組織器官中表達不同的蛋白質組 （2D-gel）,從DNA到蛋白質的可能的調控步驟,真核基因表達的多級控制,主要調控水平： *－轉錄水平調控（transcriptional control） *－轉錄后水平調控（post-transcriptional control） RNA加工水平調控（RNA processing control）

2、 翻譯水平調控（translational control） －蛋白質的翻譯后修飾（post-translational modification）,一、轉錄水平的調控 基本概念： 事件：DNA/protein, protein/protein 相互作用； 順式作用元件（cis-acting element）：與轉錄調控蛋白特異 結合的DNA序列； 反式作用因子（trans-

3、acting factor）：與特定DNA序列結 合的調控蛋白因子； “模體”結構（motif）：蛋白質中的小結構域，由一小段保 守的氨基酸構成，用以識別特定的DNA序列或其他蛋白質； e.g., helix-turn-helix, zinc-finger, ß-sheet, leucin-zip, etc.,共有序列（consensus sequence）：DNA中一小段保守序列（有時也

4、指蛋白質中的氨基酸序列），能夠被特定的蛋白結構域所識別，在轉錄起始調控中起重要作用；e.g., TATA-box, CAAT-box, GC-box, etc. 通用轉錄因子（general transcription factor）：與核心啟動子元件相結合（如TATA-box），啟動轉錄； 特異轉錄因子（specific transcription factor ）：與基因的特異調控元件相結合，起調節(jié)作用（促進或阻抑）；,（一

5、）、轉錄的激活（transcriptional activation） 1，轉錄的起始 涉及一系列的DNA/protein, protein/protein 相互作用；轉錄起始復合體（pre-initiation complex）的形成，etc.,RNA polymerase II (side cutway) Aaron Klug, 2001, Science, 292:1844-46,真核基因的結構,轉錄的起始

6、,2，激活因子（activator）和輔激活因子（co-activator） 特異性的轉錄因子，能在DNA序列上形成復合體，激活轉錄；e.g., 腎上腺（糖）皮質激素的作用：glucocorticoid/GRE,輔激活因子在特定的DNA元件上形成復合體，激活轉錄,轉錄因子（通用轉錄因子和特異轉錄因子）的功能結構域： - DNA結合結構域（DNA-binding domain）：與基因的 調控區(qū)域的

7、特定DNA序列識別并結合 - 激活結構域（activation domain）：招募其他激活因子 和蛋白質，共同啟動或激活轉錄,真核基因轉錄的調控（gene control regions）,3，基因遠端的調控元件 — 增強子（enhancer）特點： 距離基因的起始點較遠 位置不定：上游、下游、內含子內部 方向性：正反方向均有作用作用機制： 間隔DNA可以形成環(huán)狀 通過與enhan

8、cer結合的特異因子起作用 染色質構型的改變（重塑）,基因遠端的增強子促進轉錄復合體的裝配,（二）、轉錄的阻抑（transcriptional repression）1，順式作用元件／反式作用因子 阻抑物（repressor）：負調控的特異性轉錄因子 沉默子（silencer）：負調控的DNA元件作用機制： 阻抑轉錄起始復合體的組裝（與通用轉錄因子作用） 與轉錄激活因子競爭結合DNA 與轉錄激活因

9、子相互作用，影響其活性 改變染色質構型（招募重塑復合體、組蛋白修飾酶）,阻抑因子（repressor）抑制基因轉錄的可能機制,2，DNA甲基化（DNA methylation） CG島（CG island）：基因組DNA中富含GC堿基的區(qū)域， 其中一些對稱序列中的 5’-CG-3’ 二核苷酸的胞嘧啶（C） 常被甲基化修飾；與基因的失活有關。 DNA甲基轉移酶（DNA methyltransferase, DNMT

10、） – 維持性DNMT（maintenance DNMT）：使DNA甲基化 的模式（pattern）在細胞分裂中得以保持（可遺傳性） – 構建性DNMT（establishment DNMT; de novo DNMT）： 使非甲基化的DNA模板甲基化 DNA甲基化是一個動態(tài)過程，又是相對穩(wěn)定的狀態(tài)；受精 卵和早期胚胎細胞中甲基化程度低，隨分化進程逐漸建立。,胞嘧啶C的甲基化修飾,D

11、NA甲基化 pattern 維持的方式（維持性DNMT的作用）,DNA甲基化抑制基因轉錄的機制： – 干擾轉錄因子對DNA元件的識別和結合 – 將轉錄因子的DNA識別序列轉變?yōu)樽枰治锏淖R別序列 – DNA甲基化有利于招募染色質重塑或修飾因子 DNA甲基化的普遍性： 脊椎動物（包括哺乳類和人）、植物中普遍存在；低等 生物（果蠅、酵母等）中未發(fā)現。,DNA甲基化抑制基因轉錄的機制,基因組印記（genomic

12、 imprinting）和甲基化現象： 在二倍體動物中，有些基因（～100個）的表達，依賴于其是來自于父本還是母本染色體，如同印上了“印記”； 印記是由DNA甲基化標記來實現區(qū)分的；印記的基因在受精后不受“去甲基化波”的影響，從而“記憶”住了親本所標記的表達方式（阻抑或促進）。e.g., 鼠的 Igf2 基因。 這是DNA的“狀態(tài)”，而不是其序列決定可遺傳性狀的證據（表觀遺傳）。,鼠中基因“印記”的傳遞方式,

13、轉錄后調控的步驟和方式,基因的轉錄后調控 （post-transcriptional control ）,選擇性剪接的不同形式＊深藍：均保留的exon; 淺藍：僅在一個mRNA 中 保留的exon; 黃色：intron; 紅線：被剪切去的區(qū)域。,選擇性剪接的實際例子：α - 原肌球蛋白 mRNA (α-tropomyosin),剪接位點的選擇和識別： 剪接增強子（spl

14、icing enhancer） 剪接因子（splicing factors） 形成“剪接子”（spliceosome）,RNA剪接的機制,2，RNA 編輯（RNA editing） 改變成熟的 mRNA 的序列，從而改變其“含義”（meaning）的機制；如：插入一個或多個 “U”。 由 “guide RNA” 引導編輯過程。,三、翻譯水平的調控（translational control）

15、 成熟mRNA 的結構： 5’帽子（5’-cap, metG），5’－UTR，編碼區(qū)，3’－UTR，多聚（A）尾部。,（一）、mRNA 的細胞定位 mRNA 在細胞質中的不均一性（見前）：如何定位？ 決定：3’-UTR 中的信息，可能涉及蛋白質的參與； 轉運：微管（microtubule）的作用； 錨定：微絲（microfilaments）的作用。,mRNA 定位的幾種方式:Left: tr

16、avel by associateion with cytoskeleton motor;Center: random diffusion;Right: degradation of unanchored mRNAs;Black open circus: anchor complex,（二）、mRNA 的翻譯調控 翻譯的負調控（negative translational control） 翻譯阻抑蛋白（transl

17、ational repressor）：與 mRNA 的 5’-UTR 和 3’-UTR 中的特定序列相識別、相互作用，并抑制翻譯水平。,翻譯的負調控機制e.g., ferritin,翻譯起始點的調控 翻譯通常從第一個AUG起始，但有時會因第一個AUG周圍的、能被核糖體亞基識別的信號序列太弱而被錯過，從而由以下的AUG開始翻譯（“l(fā)eaky scanning”）,（三）、mRNA 的穩(wěn)定性（mRNA stability）

18、 mRNA的半衰期（half-life）：從幾分鐘到十幾個小時不等， 多數mRNA 的半衰期不超過30分鐘； 影響mRNA穩(wěn)定性的因素： – 多聚（A）尾部的長短：poly(A)/PABP，< 30 nt 時降解 – 5’-帽子的解除（de-capping）引起mRNA 降解（通常與 3’-poly(A) 的降解過程相伴） – 3’-UTR序列的不同可影響mRNA 降解，可能與pol