真核生物基因表达与调控.ppt

第五章 真核生物基因表达与调控第一节第一节 染色质结构与基因转录染色质结构与基因转录 核小体影响转录因子及核小体影响转录因子及核小体影响转录因子及核小体影响转录因子及RNARNA聚合酶对聚合酶对聚合酶对聚合酶对DNADNA的的的的识别和结合，所以借助一系列变化以识别和结合，所以借助一系列变化以识别和结合，所以借助一系列变化以识别和结合，所以借助一系列变化以暴露顺式作暴露顺式作暴露顺式作暴露顺式作用元件及邻近区域用元件及邻近区域用元件及邻近区域用元件及邻近区域，是真核基因组，是真核基因组，是真核基因组，是真核基因组DNADNA结合转录结合转录结合转录结合转录调节因子并起始转录的首要条件。调节因子并起始转录的首要条件。调节因子并起始转录的首要条件。调节因子并起始转录的首要条件。按照染色质功能状态的不同分为：按照染色质功能状态的不同分为：活性染色质：活性染色质：是具有转录活性的染色质。是具有转录活性的染色质。非活性染色质：非活性染色质：是缺乏转录活性的染色质。是缺乏转录活性的染色质。染色质是否处于活化状态是决定转录功能的关键。染色质是否处于活化状态是决定转录功能的关键。一、染色质结构的控制与重塑一、染色质结构的控制与重塑1.活性染色质的特征：活性染色质的特征：具有具有具有具有DNaseDNase I I超敏感位点；超敏感位点；超敏感位点；超敏感位点；多在调控蛋白结合位点（多在调控蛋白结合位点（多在调控蛋白结合位点（多在调控蛋白结合位点（55启动子区启动子区启动子区启动子区）的附近，可能有利于调控）的附近，可能有利于调控）的附近，可能有利于调控）的附近，可能有利于调控蛋白结合而促进转录。蛋白结合而促进转录。蛋白结合而促进转录。蛋白结合而促进转录。很少有组蛋白很少有组蛋白很少有组蛋白很少有组蛋白H1H1与其结合；与其结合；与其结合；与其结合；组蛋白乙酰化程度高；组蛋白乙酰化程度高；组蛋白乙酰化程度高；组蛋白乙酰化程度高；核小体组蛋白核小体组蛋白核小体组蛋白核小体组蛋白H2BH2B很少被磷酸化；很少被磷酸化；很少被磷酸化；很少被磷酸化；一些特殊的高速泳动组蛋白一些特殊的高速泳动组蛋白一些特殊的高速泳动组蛋白一些特殊的高速泳动组蛋白(如如如如:HMG14:HMG14和和和和HMG17)HMG17)只与只与只与只与活性染色质相结合活性染色质相结合活性染色质相结合活性染色质相结合。高速泳动组蛋白高速泳动组蛋白高速泳动组蛋白高速泳动组蛋白:是一种非组是一种非组是一种非组是一种非组蛋白蛋白蛋白蛋白，在凝胶电，在凝胶电，在凝胶电，在凝胶电泳泳泳泳中中中中泳动泳动泳动泳动速度快。速度快。速度快。速度快。组蛋白组蛋白组蛋白组蛋白H3H3第第第第110110位位位位CysCys巯基的暴露。巯基的暴露。巯基的暴露。巯基的暴露。组蛋白是碱性蛋白质，带正电荷，可与组蛋白是碱性蛋白质，带正电荷，可与组蛋白是碱性蛋白质，带正电荷，可与组蛋白是碱性蛋白质，带正电荷，可与DNADNA链上链上链上链上带负电荷的磷酸基相结合，从而遮蔽了带负电荷的磷酸基相结合，从而遮蔽了带负电荷的磷酸基相结合，从而遮蔽了带负电荷的磷酸基相结合，从而遮蔽了DNADNA分子，妨分子，妨分子，妨分子，妨碍了转录。碍了转录。碍了转录。碍了转录。被被被被组蛋白覆盖的基因如果要表达，首先要改变组组蛋白覆盖的基因如果要表达，首先要改变组组蛋白覆盖的基因如果要表达，首先要改变组组蛋白覆盖的基因如果要表达，首先要改变组蛋白的修饰状态，使其与蛋白的修饰状态，使其与蛋白的修饰状态，使其与蛋白的修饰状态，使其与DNADNA的结合由紧变松，这样的结合由紧变松，这样的结合由紧变松，这样的结合由紧变松，这样靶基因才能与转录复合物相互作用。因此，组蛋白是重靶基因才能与转录复合物相互作用。因此，组蛋白是重靶基因才能与转录复合物相互作用。因此，组蛋白是重靶基因才能与转录复合物相互作用。因此，组蛋白是重要的要的要的要的染色体结构维持单元染色体结构维持单元染色体结构维持单元染色体结构维持单元和和和和基因表达的负控制因子。基因表达的负控制因子。基因表达的负控制因子。基因表达的负控制因子。2.染色质结构的控制与活性染色质的形成染色质结构的控制与活性染色质的形成3.染色质结构的重塑染色质结构的重塑(chromatin remodeling)染色质重塑染色质重塑染色质重塑染色质重塑:是由染色质重塑复合物介导的一系列以是由染色质重塑复合物介导的一系列以是由染色质重塑复合物介导的一系列以是由染色质重塑复合物介导的一系列以染色质上核小体变化为基本特征的生物学过程。染色质上核小体变化为基本特征的生物学过程。染色质上核小体变化为基本特征的生物学过程。染色质上核小体变化为基本特征的生物学过程。DNA DNA 复制、转录、修复、重组在染色质水平发复制、转录、修复、重组在染色质水平发复制、转录、修复、重组在染色质水平发复制、转录、修复、重组在染色质水平发生生生生,这些过程中这些过程中这些过程中这些过程中,染色质重塑可导致核小体染色质重塑可导致核小体染色质重塑可导致核小体染色质重塑可导致核小体位置和结位置和结位置和结位置和结构构构构的变化的变化的变化的变化,引起染色质变化。引起染色质变化。引起染色质变化。引起染色质变化。ATP ATP 依赖依赖依赖依赖的染色质重塑因子可重新定位核小体的染色质重塑因子可重新定位核小体的染色质重塑因子可重新定位核小体的染色质重塑因子可重新定位核小体,改变核小体结构改变核小体结构改变核小体结构改变核小体结构,共价修饰组蛋白。共价修饰组蛋白。共价修饰组蛋白。共价修饰组蛋白。重塑包括多种变化重塑包括多种变化重塑包括多种变化重塑包括多种变化,一般指染色质特定区域对一般指染色质特定区域对一般指染色质特定区域对一般指染色质特定区域对核核核核酸酶稳定性酸酶稳定性酸酶稳定性酸酶稳定性的变化。的变化。的变化。的变化。关于重塑因子调节基因表达机制的假设有两种关于重塑因子调节基因表达机制的假设有两种关于重塑因子调节基因表达机制的假设有两种关于重塑因子调节基因表达机制的假设有两种:机制机制机制机制1:1:1 1 个转录因子独立地与核小体个转录因子独立地与核小体个转录因子独立地与核小体个转录因子独立地与核小体DNA DNA 结合结合结合结合(DNA(DNA 可可可可以是核小体或核小体之间的以是核小体或核小体之间的以是核小体或核小体之间的以是核小体或核小体之间的),),然后然后然后然后,这个转录因子再这个转录因子再这个转录因子再这个转录因子再结合结合结合结合1 1 个重塑因子个重塑因子个重塑因子个重塑因子,导致附近核小体结构发生稳定性的导致附近核小体结构发生稳定性的导致附近核小体结构发生稳定性的导致附近核小体结构发生稳定性的变化变化变化变化,又导致其他转录因子的结合又导致其他转录因子的结合又导致其他转录因子的结合又导致其他转录因子的结合,这是一个串联反应这是一个串联反应这是一个串联反应这是一个串联反应的过程。（重建）的过程。（重建）的过程。（重建）的过程。（重建）机制机制机制机制2:2:由重塑因子首先独立地与核小体结合由重塑因子首先独立地与核小体结合由重塑因子首先独立地与核小体结合由重塑因子首先独立地与核小体结合,不改变不改变不改变不改变其结构其结构其结构其结构,但使其松动并发生滑动但使其松动并发生滑动但使其松动并发生滑动但使其松动并发生滑动,这将导致转录因子的这将导致转录因子的这将导致转录因子的这将导致转录因子的结合结合结合结合,从而使新形成的无核小体的区域稳定。从而使新形成的无核小体的区域稳定。从而使新形成的无核小体的区域稳定。从而使新形成的无核小体的区域稳定。（滑动）（滑动）（滑动）（滑动）（A A）结合）结合（B B）松链）松链（C C）重塑）重塑八聚体转移八聚体转移八聚体滑动八聚体滑动+ATP+ATP重塑重塑复合物复合物A AT TP P依依赖赖的的染染色色质质重重塑塑机机制制二、组蛋白修饰与染色质结构二、组蛋白修饰与染色质结构 组蛋白的组蛋白的组蛋白的组蛋白的 N N端端端端是不稳定的、无一定组织的亚单是不稳定的、无一定组织的亚单是不稳定的、无一定组织的亚单是不稳定的、无一定组织的亚单位位位位，其延伸至核小体以外，会受到不同的化学修饰，其延伸至核小体以外，会受到不同的化学修饰，其延伸至核小体以外，会受到不同的化学修饰，其延伸至核小体以外，会受到不同的化学修饰（乙酰化、甲基化及磷酸化等）可以改变染色质结（乙酰化、甲基化及磷酸化等）可以改变染色质结（乙酰化、甲基化及磷酸化等）可以改变染色质结（乙酰化、甲基化及磷酸化等）可以改变染色质结构，从而影响邻近基因的活性。构，从而影响邻近基因的活性。构，从而影响邻近基因的活性。构，从而影响邻近基因的活性。1.核心组蛋白的乙酰化核心组蛋白的乙酰化 基因活性受组蛋白基因活性受组蛋白基因活性受组蛋白基因活性受组蛋白转乙酰酶转乙酰酶转乙酰酶转乙酰酶/脱乙酰酶脱乙酰酶脱乙酰酶脱乙酰酶(HAT/HDAC)(HAT/HDAC)的的的的调节。酰基供体是调节。酰基供体是调节。酰基供体是调节。酰基供体是乙酰辅酶乙酰辅酶乙酰辅酶乙酰辅酶A A，受体是组蛋白的，受体是组蛋白的，受体是组蛋白的，受体是组蛋白的赖氨酸赖氨酸赖氨酸赖氨酸（或丝氨酸）残基（或丝氨酸）残基（或丝氨酸）残基（或丝氨酸）残基。HATHAT活性增高活性增高活性增高活性增高,组蛋白分子过乙酰化组蛋白分子过乙酰化组蛋白分子过乙酰化组蛋白分子过乙酰化,DNA,DNA表现为解表现为解表现为解表现为解链效应链效应链效应链效应,促进基因转录促进基因转录促进基因转录促进基因转录;而而而而HDACHDAC活性增高活性增高活性增高活性增高则出现相反的则出现相反的则出现相反的则出现相反的效应效应效应效应,基因基因基因基因转录变沉默转录变沉默转录变沉默转录变沉默。HAT HAT和和和和HDACHDAC的动态平衡对基因的转录活性的调节的动态平衡对基因的转录活性的调节的动态平衡对基因的转录活性的调节的动态平衡对基因的转录活性的调节起关键作用起关键作用起关键作用起关键作用。2.组蛋白的甲基化组蛋白的甲基化 是是是是非活性染色质非活性染色质非活性染色质非活性染色质的特征。发生在的特征。发生在的特征。发生在的特征。发生在H3H3尾部尾部尾部尾部 的的的的赖氨赖氨赖氨赖氨酸酸酸酸残基和残基和残基和残基和H4H4尾部的尾部的尾部的尾部的精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸残基上，由残基上，由残基上，由残基上，由甲基转移酶甲基转移酶甲基转移酶甲基转移酶催化。催化。催化。催化。组蛋白的甲基化与染色质结构改变有关，进而会组蛋白的甲基化与染色质结构改变有关，进而会组蛋白的甲基化与染色质结构改变有关，进而会组蛋白的甲基化与染色质结构改变有关，进而会影响特异基因座内基因的表达。同时，影响特异基因座内基因的表达。同时，影响特异基因座内基因的表达。同时，影响特异基因座内基因的表达。同时，组蛋白的甲基组蛋白的甲基组蛋白的甲基组蛋白的甲基化也会影响到化也会影响到化也会影响到化也会影响到DNADNA的甲基状态改变。的甲基状态改变。的甲基状态改变。的甲基状态改变。哺乳动物中组蛋白的哺乳动物中组蛋白的哺乳动物中组蛋白的哺乳动物中组蛋白的去甲基化酶去甲基化酶去甲基化酶去甲基化酶现在已经被发现。现在已经被发现。现在已经被发现。现在已经被发现。3.组蛋白组蛋白H1的磷酸化的磷酸化 至少有两种组蛋白可被磷酸化：至少有两种组蛋白可被磷酸化：至少有两种组蛋白可被磷酸化：至少有两种组蛋白可被磷酸化：H1H1和和和和H3H3。磷酸化发生在组蛋白的磷酸化发生在组蛋白的磷酸化发生在组蛋白的磷酸化发生在组蛋白的丝氨酸丝氨酸丝氨酸丝氨酸 残基上，一般与残基上，一般与残基上，一般与残基上，一般与基因活化基因活化基因活化基因活化相关。相关。相关。相关。磷酸化可改变磷酸化可改变磷酸化可改变磷酸化可改变H1H1组蛋白与组蛋白与组蛋白与组蛋白与DNADNA的亲和力，的亲和力，的亲和力，的亲和力，直接影响染色质的活性。直接影响染色质的活性。直接影响染色质的活性。直接影响染色质的活性。真核真核真核真核DNADNA中的胞嘧啶约有中的胞嘧啶约有中的胞嘧啶约有中的胞嘧啶约有5%5%被甲基化为被甲基化为被甲基化为被甲基化为5-5-甲基胞甲基胞甲基胞甲基胞嘧啶嘧啶嘧啶嘧啶(5-methylcytidine,(5-methylcytidine,mm5 5C C)，而活跃转录的，而活跃转录的，而活跃转录的，而活跃转录的DNADNA段段段段落中胞嘧啶甲基化程度常较低。落中胞嘧啶甲基化程度常较低。落中胞嘧啶甲基化程度常较低。落中胞嘧啶甲基化程度常较低。这种甲基化最常发生在某些基因这种甲基化最常发生在某些基因这种甲基化最常发生在某些基因这种甲基化最常发生在某些基因5 5 侧区的侧区的侧区的侧区的CpGCpG序列序列序列序列中，实验表明这段序列甲基化可使其后的基因不能转中，实验表明这段序列甲基化可使其后的基因不能转中，实验表明这段序列甲基化可使其后的基因不能转中，实验表明这段序列甲基化可使其后的基因不能转录。录。录。录。甲基化可能阻碍转录因子与甲基化可能阻碍转录因子与甲基化可能阻碍转录因子与甲基化可能阻碍转录因子与DNADNA特定部位的结合特定部位的结合特定部位的结合特定部位的结合从而影响转录。从而影响转录。从而影响转录。从而影响转录。三、三、DNA甲基化与转录阻抑甲基化与转录阻抑DNMT1SAMSAM胞嘧啶胞嘧啶5-5-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶胞嘧啶甲基化反应胞嘧啶甲基化反应 CpGCpG岛岛岛岛:位于多种脊椎动物已知基因转录起始位点位于多种脊椎动物已知基因转录起始位点位于多种脊椎动物已知基因转录起始位点位于多种脊椎动物已知基因转录起始位点周围周围周围周围,由胞嘧啶由胞嘧啶由胞嘧啶由胞嘧啶(C)(C)和鸟嘌呤和鸟嘌呤和鸟嘌呤和鸟嘌呤(G)(G)组成的串联重复序组成的串联重复序组成的串联重复序组成的串联重复序列。列。列。列。启动子区中启动子区中启动子区中启动子区中CpGCpG岛的未甲基化状态是基因转录岛的未甲基化状态是基因转录岛的未甲基化状态是基因转录岛的未甲基化状态是基因转录所必需的，而所必需的，而所必需的，而所必需的，而CpGCpG序列中的序列中的序列中的序列中的C C的甲基化可导致基因的甲基化可导致基因的甲基化可导致基因的甲基化可导致基因转录被抑制。转录被抑制。转录被抑制。转录被抑制。与与DNA甲基化作用相关的三种酶甲基化作用相关的三种酶 构建性甲基化酶构建性甲基化酶构建性甲基化酶构建性甲基化酶:在新位点通过识别特异序列识别在新位点通过识别特异序列识别在新位点通过识别特异序列识别在新位点通过识别特异序列识别DNADNA，它只作用于，它只作用于，它只作用于，它只作用于非甲基化非甲基化非甲基化非甲基化位点；位点；位点；位点；维持性甲基化酶维持性甲基化酶维持性甲基化酶维持性甲基化酶:作用于作用于作用于作用于半甲基化半甲基化半甲基化半甲基化位点，把它们转变成位点，把它们转变成位点，把它们转变成位点，把它们转变成完全甲基化位点。完全甲基化位点。完全甲基化位点。完全甲基化位点。去甲基化酶去甲基化酶去甲基化酶去甲基化酶 ：负责去除甲基。负责去除甲基。负责去除甲基。负责去除甲基。构建性甲基化酶构建性甲基化酶 维持性甲基化酶维持性甲基化酶 去甲基化酶去甲基化酶DNA甲基化抑制基因转录的机理甲基化抑制基因转录的机理作用机理：作用机理：DNA甲基化能引起染色质结构、甲基化能引起染色质结构、DNA构构象、象、DNA稳定性及稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。的改变，从而控制基因表达。启动区启动区DNA分子上的甲基化密度与基因转录分子上的甲基化密度与基因转录受抑制的程度密切相关。受抑制的程度密切相关。修饰作用与染色质状态的关系：修饰作用与染色质状态的关系：(1)组蛋白的乙酰化（与基因组蛋白的乙酰化（与基因活化活化有关）有关）(2)组蛋白的甲基化（与基因组蛋白的甲基化（与基因失活失活有关）有关）(3)DNA的甲基化的甲基化 （与基因（与基因失活失活有关）有关）失活状态失活状态 活化状态活化状态组蛋白乙酰化组蛋白乙酰化组蛋白脱乙酰化组蛋白脱乙酰化组蛋白脱甲基化组蛋白脱甲基化 组蛋白甲基化组蛋白甲基化DNA脱甲基化脱甲基化 DNA甲基化甲基化第二节第二节 真核生物基因的转录调节真核生物基因的转录调节 在基因调控的众多环节中，在基因调控的众多环节中，在基因调控的众多环节中，在基因调控的众多环节中，转录起始转录起始转录起始转录起始的调节居于的调节居于的调节居于的调节居于首要地位。首要地位。首要地位。首要地位。与原核基因相似，真核基因的开关同样由与原核基因相似，真核基因的开关同样由与原核基因相似，真核基因的开关同样由与原核基因相似，真核基因的开关同样由特殊的特殊的特殊的特殊的DNADNA序列与序列与序列与序列与DNADNA结合蛋白结合蛋白结合蛋白结合蛋白所控制。所控制。所控制。所控制。参与转录调节的蛋白因子从功能上可分为参与转录调节的蛋白因子从功能上可分为参与转录调节的蛋白因子从功能上可分为参与转录调节的蛋白因子从功能上可分为3 3类：类：类：类：基础转录因子（或称通用因子）基础转录因子（或称通用因子）基础转录因子（或称通用因子）基础转录因子（或称通用因子）：广泛分布于各种细：广泛分布于各种细：广泛分布于各种细：广泛分布于各种细胞类型，与胞类型，与胞类型，与胞类型，与核心启动子核心启动子核心启动子核心启动子相结合，在相结合，在相结合，在相结合，在转录起点附近转录起点附近转录起点附近转录起点附近和和和和RNARNA聚合酶共同组成基础转录反应器。如聚合酶共同组成基础转录反应器。如聚合酶共同组成基础转录反应器。如聚合酶共同组成基础转录反应器。如TBPTBP因子因子因子因子 真核生物的真核生物的RNA聚合酶聚合酶细胞核内，有三种：区别在于对细胞核内，有三种：区别在于对细胞核内，有三种：区别在于对细胞核内，有三种：区别在于对-鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱的敏感性不同。的敏感性不同。的敏感性不同。的敏感性不同。此外，线粒体、叶绿体中也含有此外，线粒体、叶绿体中也含有RNA聚合酶，其特性类似原核细胞中的聚合酶，其特性类似原核细胞中的RNA聚合酶，它们都是经过核基因编码、在细胞质中合成后再输送过去的。聚合酶，它们都是经过核基因编码、在细胞质中合成后再输送过去的。酶酶酶酶位置位置位置位置主要转录产物主要转录产物主要转录产物主要转录产物相对活性相对活性相对活性相对活性对对对对-鹅膏蕈敏鹅膏蕈敏鹅膏蕈敏鹅膏蕈敏感性感性感性感性RNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶I I核仁核仁核仁核仁18S18S、5.8S5.8S、28S 28S rRNArRNA50%70%50%70%不敏感不敏感不敏感不敏感RNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶IIII核质核质核质核质mRNAmRNA前体、前体、前体、前体、snRNAsnRNA20%40%20%40%敏感敏感敏感敏感RNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶IIIIII核质核质核质核质tRNAtRNA、5S rRNA5S rRNA和其和其和其和其他他他他snRNAsnRNA约约约约10%10%介于聚合酶介于聚合酶介于聚合酶介于聚合酶I I 和和和和IIII之间之间之间之间 以以前前认认为为与与TATA盒盒结结合合的的蛋蛋白白因因子子是是TF-D，后来发现，后来发现TF-D实际包括两类成分：实际包括两类成分：TBP（TATAbox binding protein）：是是唯唯一一能能识识别别TATA盒盒并并与与其其结结合合的的转转录录因因子子，是是三三种种RNA聚合酶转录时都需要的；聚合酶转录时都需要的；TAF（TBP相相 关关 因因 子子，TBP-associated factors）：至至少少包包括括8种种能能与与TBP紧紧密密结结合合的的因因子。子。上游因子：上游因子：上游因子：上游因子：遍布各种细胞并呈组成型表达，通过特遍布各种细胞并呈组成型表达，通过特遍布各种细胞并呈组成型表达，通过特遍布各种细胞并呈组成型表达，通过特异结合异结合异结合异结合上游启动子序列上游启动子序列上游启动子序列上游启动子序列提高基础转录的水平提高基础转录的水平提高基础转录的水平提高基础转录的水平。组成型表达：组成型表达：组成型表达：组成型表达：基因在所有情况下都以相同速度基因在所有情况下都以相同速度基因在所有情况下都以相同速度基因在所有情况下都以相同速度进行的表达，即无需诱导即可实现的基因表达进行的表达，即无需诱导即可实现的基因表达进行的表达，即无需诱导即可实现的基因表达进行的表达，即无需诱导即可实现的基因表达。构成构成构成构成细胞基本组分细胞基本组分细胞基本组分细胞基本组分的基因和的基因和的基因和的基因和细胞基本代谢细胞基本代谢细胞基本代谢细胞基本代谢相关相关相关相关基因通常以这种方式表达，以使细胞的基本功能得以基因通常以这种方式表达，以使细胞的基本功能得以基因通常以这种方式表达，以使细胞的基本功能得以基因通常以这种方式表达，以使细胞的基本功能得以维持。维持。维持。维持。可诱导因子可诱导因子:也属序列特异性结合蛋白，但也属序列特异性结合蛋白，但它们的合成或激活过程受到它们的合成或激活过程受到细胞类型或发育细胞类型或发育时期时期的严格控制，并能对来自细胞或外界的的严格控制，并能对来自细胞或外界的信号作出迅速而准确的反应，进而从时间和信号作出迅速而准确的反应，进而从时间和空间上调节基因的转录，可诱导因子的识别空间上调节基因的转录，可诱导因子的识别序列又被称为序列又被称为应答元件应答元件。真核启动子间不像原核那样有明显共同一致的真核启动子间不像原核那样有明显共同一致的真核启动子间不像原核那样有明显共同一致的真核启动子间不像原核那样有明显共同一致的序列，而且序列，而且序列，而且序列，而且单靠单靠单靠单靠RNARNA聚合酶难以结合聚合酶难以结合聚合酶难以结合聚合酶难以结合DNADNA而起动转而起动转而起动转而起动转录，而是需要多种蛋白质因子的相互协调作用录，而是需要多种蛋白质因子的相互协调作用录，而是需要多种蛋白质因子的相互协调作用录，而是需要多种蛋白质因子的相互协调作用。真核启动子一般包括真核启动子一般包括真核启动子一般包括真核启动子一般包括转录起始点转录起始点转录起始点转录起始点及其及其及其及其上游约上游约上游约上游约100100 200bp200bp序列，序列，序列，序列，包含有若干具有独立功能的包含有若干具有独立功能的包含有若干具有独立功能的包含有若干具有独立功能的DNADNA序序序序列元件，每个元件约长列元件，每个元件约长列元件，每个元件约长列元件，每个元件约长7 7 30bp30bp。一、基础转录及其调节一、基础转录及其调节1.启动子、启动子、RNA聚合酶和基础转录因子聚合酶和基础转录因子RNA聚合酶聚合酶的启动子（的启动子（promoter）-25bp-25bp含含含含TATATATA序列序列序列序列(TATA(TATA 框框框框,Hogness,Hogness 框框框框)作用：作用：作用：作用：选择转录起点、控制转录精确性。选择转录起点、控制转录精确性。选择转录起点、控制转录精确性。选择转录起点、控制转录精确性。-75bp-75bp含含含含GGCGGCCAATCAATCTCT序列序列序列序列(CAAT(CAAT 框框框框)作用：控制转录起始频率。作用：控制转录起始频率。作用：控制转录起始频率。作用：控制转录起始频率。在在在在-80-110bp-80-110bp区含有区含有区含有区含有GCCACACCCGCCACACCC或或或或GGGCGGGGGGCGGG序序序序列列列列（GC GC 框）框）框）框）作用：调控起始和转录效率。作用：调控起始和转录效率。作用：调控起始和转录效率。作用：调控起始和转录效率。原核生物原核生物 TTGACA-TATAAT-TTGACA-TATAAT-起始位点起始位点起始位点起始位点 -35 -10 -35 -10真核生物真核生物增强子增强子增强子增强子-GC-CAAT-TATAA-GC-CAAT-TATAA5mGpp5mGpp起始位点起始位点起始位点起始位点 -110 -70 -25 -110 -70 -25 真核与原核生物启动子的比较：真核与原核生物启动子的比较：哺乳类哺乳类RNA聚合酶聚合酶启动子中常见的元件启动子中常见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长度长度长度长度 TATA TATA TATAAA TATAAA TFIIDTFIID30,000 30,000 10bp 10bp GC GC GGGCGG GGGCGG SP1 SP1 105,000 105,000 20bp 20bp CAAT CAAT GGCCAATCT GGCCAATCT CTF/NFCTF/NF1 1 60,000 60,000 22bp 22bp kB kB GGGACTTTCGGGACTTTCC CNFkBNFkB44,00044,00010bp10bpATFATFGTGACGTGTGACGTATFATF?20bp20bpOctaneOctaneATTTGCATATTTGCATOct-1Oct-176,00076,00010bp10bp 核心启动子核心启动子核心启动子核心启动子 (core promoter)(core promoter)：指：指：指：指RNARNA聚合酶起聚合酶起聚合酶起聚合酶起始转录所必需的最小的始转录所必需的最小的始转录所必需的最小的始转录所必需的最小的DNADNA序列，包括序列，包括序列，包括序列，包括转录起始点转录起始点转录起始点转录起始点及其上游及其上游及其上游及其上游-25 25-30bp30bp处的处的处的处的TATATATA盒。盒。盒。盒。TATATATA盒位置极盒位置极盒位置极盒位置极为保守，是许多通用转录因子的装配位点。为保守，是许多通用转录因子的装配位点。为保守，是许多通用转录因子的装配位点。为保守，是许多通用转录因子的装配位点。核心启动子单独起作用时核心启动子单独起作用时核心启动子单独起作用时核心启动子单独起作用时只能确定转录起始位只能确定转录起始位只能确定转录起始位只能确定转录起始位点和产生基础水平的转录。点和产生基础水平的转录。点和产生基础水平的转录。点和产生基础水平的转录。启动子中的元件可以分为两种：启动子中的元件可以分为两种：转录起始点没有广泛的序列同源性，但多数转录转录起始点没有广泛的序列同源性，但多数转录转录起始点没有广泛的序列同源性，但多数转录转录起始点没有广泛的序列同源性，但多数转录本的第一个碱基为腺嘌呤，其两侧是嘧啶碱基，序列本的第一个碱基为腺嘌呤，其两侧是嘧啶碱基，序列本的第一个碱基为腺嘌呤，其两侧是嘧啶碱基，序列本的第一个碱基为腺嘌呤，其两侧是嘧啶碱基，序列可表示为可表示为可表示为可表示为PyPy2 2CAPyCAPy5 5 ，这个区域被称为，这个区域被称为，这个区域被称为，这个区域被称为起始子起始子起始子起始子（initiatorinitiator，Inr Inr）元件。）元件。）元件。）元件。InrInr元件位于元件位于元件位于元件位于-3+5-3+5。仅由仅由仅由仅由InrInr元件组成的启动子是具有可被元件组成的启动子是具有可被元件组成的启动子是具有可被元件组成的启动子是具有可被RNARNA聚合聚合聚合聚合酶酶酶酶IIII识别的最简单启动子形式。识别的最简单启动子形式。识别的最简单启动子形式。识别的最简单启动子形式。The minimal pol II promoter can consist either of a TATA box plus InR or of an InR plus DPE(downstream promoter element).-25Py2CAPy5(-3+5)+28+32上游启动子上游启动子上游启动子上游启动子 (upstream promoter)(upstream promoter)：包括：包括：包括：包括通常位于通常位于通常位于通常位于70bp70bp附近的附近的附近的附近的CAATCAAT盒和盒和盒和盒和GCGC盒、以及距转录起始点盒、以及距转录起始点盒、以及距转录起始点盒、以及距转录起始点更远的上游元件更远的上游元件更远的上游元件更远的上游元件。这些元件与相应的蛋白因子结合能。这些元件与相应的蛋白因子结合能。这些元件与相应的蛋白因子结合能。这些元件与相应的蛋白因子结合能调节转录起始的频率，提高转录效率。调节转录起始的频率，提高转录效率。调节转录起始的频率，提高转录效率。调节转录起始的频率，提高转录效率。不同基因具有不同的上游启动子元件，其位置也不同基因具有不同的上游启动子元件，其位置也不同基因具有不同的上游启动子元件，其位置也不同基因具有不同的上游启动子元件，其位置也不相同，这使得不同的基因表达分别有不同的调控。不相同，这使得不同的基因表达分别有不同的调控。不相同，这使得不同的基因表达分别有不同的调控。不相同，这使得不同的基因表达分别有不同的调控。2.基础转录的调节基础转录的调节基础转录：基础转录：基础转录：基础转录：指由核心启动子与通用因子结合后起始的转指由核心启动子与通用因子结合后起始的转指由核心启动子与通用因子结合后起始的转指由核心启动子与通用因子结合后起始的转录过程。录过程。录过程。录过程。基因组中表达的基因分为两类：基因组中表达的基因分为两类：基因组中表达的基因分为两类：基因组中表达的基因分为两类：持家基因持家基因持家基因持家基因（house-keeping genehouse-keeping gene）：只含有通用因子）：只含有通用因子）：只含有通用因子）：只含有通用因子及上游因子识别序列的启动子可以在各种细胞类型中发及上游因子识别序列的启动子可以在各种细胞类型中发及上游因子识别序列的启动子可以在各种细胞类型中发及上游因子识别序列的启动子可以在各种细胞类型中发挥作用，用以合成细胞所必需的各种成分。挥作用，用以合成细胞所必需的各种成分。挥作用，用以合成细胞所必需的各种成分。挥作用，用以合成细胞所必需的各种成分。由它所控制的基因呈由它所控制的基因呈由它所控制的基因呈由它所控制的基因呈组成性表达组成性表达组成性表达组成性表达，如各种组蛋白基如各种组蛋白基如各种组蛋白基如各种组蛋白基因。因。因。因。奢侈基因（奢侈基因（奢侈基因（奢侈基因（luxury geneluxury gene）：）：）：）：是指导合成组织特是指导合成组织特是指导合成组织特是指导合成组织特异性蛋白的基因，对分化有重要影响，即组织特异性蛋白的基因，对分化有重要影响，即组织特异性蛋白的基因，对分化有重要影响，即组织特异性蛋白的基因，对分化有重要影响，即组织特异性表达的基因。异性表达的基因。异性表达的基因。异性表达的基因。由它所控制的基因呈由它所控制的基因呈由它所控制的基因呈由它所控制的基因呈诱导性表达，诱导性表达，诱导性表达，诱导性表达，如表皮的角如表皮的角如表皮的角如表皮的角蛋白基因、肌肉细胞的肌动蛋白基因和肌球蛋白蛋白基因、肌肉细胞的肌动蛋白基因和肌球蛋白蛋白基因、肌肉细胞的肌动蛋白基因和肌球蛋白蛋白基因、肌肉细胞的肌动蛋白基因和肌球蛋白基因、红细胞的血红蛋白基因等。基因、红细胞的血红蛋白基因等。基因、红细胞的血红蛋白基因等。基因、红细胞的血红蛋白基因等。这类基因与各类细胞的特殊性有直接的关系这类基因与各类细胞的特殊性有直接的关系这类基因与各类细胞的特殊性有直接的关系这类基因与各类细胞的特殊性有直接的关系,是在各种组织中进行不同的选择性表达的基因。是在各种组织中进行不同的选择性表达的基因。是在各种组织中进行不同的选择性表达的基因。是在各种组织中进行不同的选择性表达的基因。基础转录的过程基础转录的过程基础转录的过程基础转录的过程,依赖于各通用因子间的相互作用依赖于各通用因子间的相互作用依赖于各通用因子间的相互作用依赖于各通用因子间的相互作用,按照特定的时空顺序组建转录起始复合物按照特定的时空顺序组建转录起始复合物按照特定的时空顺序组建转录起始复合物按照特定的时空顺序组建转录起始复合物,其中其中其中其中TBPTBP与与与与TATATATA框的结合则成为这一切的开端。框的结合则成为这一切的开端。框的结合则成为这一切的开端。框的结合则成为这一切的开端。影响起始转录所必需的各种活性（如解旋酶、影响起始转录所必需的各种活性（如解旋酶、影响起始转录所必需的各种活性（如解旋酶、影响起始转录所必需的各种活性（如解旋酶、ATPaseATPase、蛋白激酶活性等）的因素都将改变转录的效、蛋白激酶活性等）的因素都将改变转录的效、蛋白激酶活性等）的因素都将改变转录的效、蛋白激酶活性等）的因素都将改变转录的效率。率。率。率。此外，核心启动子的完整性也将影响转录效率。此外，核心启动子的完整性也将影响转录效率。此外，核心启动子的完整性也将影响转录效率。此外，核心启动子的完整性也将影响转录效率。参与参与RNA-pol转录的转录的TF 二、调节真核基因转录的二、调节真核基因转录的顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting elements)真核基因的顺式调控元件是基因周围能与特异真核基因的顺式调控元件是基因周围能与特异真核基因的顺式调控元件是基因周围能与特异真核基因的顺式调控元件是基因周围能与特异转录因子结合而影响转录的转录因子结合而影响转录的转录因子结合而影响转录的转录因子结合而影响转录的DNADNA序列。序列。序列。序列。其中主要是起其中主要是起其中主要是起其中主要是起正性调控作用正性调控作用正性调控作用正性调控作用的顺式作用元件，包的顺式作用元件，包的顺式作用元件，包的顺式作用元件，包括括括括启动子启动子启动子启动子(promoter)(promoter)、增强子增强子增强子增强子(enhancer)(enhancer)；近年又；近年又；近年又；近年又发现起发现起发现起发现起负性调控作用负性调控作用负性调控作用负性调控作用的元件的元件的元件的元件沉默子沉默子沉默子沉默子(silencer)(silencer)及及及及绝绝绝绝缘子缘子缘子缘子（insulator insulator ）。是一种能够是一种能够是一种能够是一种能够提高转录效率提高转录效率提高转录效率提高转录效率的顺式调控元件，最的顺式调控元件，最的顺式调控元件，最的顺式调控元件，最早是在早是在早是在早是在SV40SV40病毒中发现的长约病毒中发现的长约病毒中发现的长约病毒中发现的长约200bp200bp的一段的一段的一段的一段DNADNA，可使旁侧的基因转录提高可使旁侧的基因转录提高可使旁侧的基因转录提高可使旁侧的基因转录提高100100倍，其后在多种真核倍，其后在多种真核倍，其后在多种真核倍，其后在多种真核生物。生物。生物。生物。增强子通常占增强子通常占增强子通常占增强子通常占100100 200bp200bp长度，也和启动子一长度，也和启动子一长度，也和启动子一长度，也和启动子一样由若干组件构成，基本核心组件常为样由若干组件构成，基本核心组件常为样由若干组件构成，基本核心组件常为样由若干组件构成，基本核心组件常为8 8 12bp12bp，可，可，可，可以单拷贝或多拷贝串连形式存在。以单拷贝或多拷贝串连形式存在。以单拷贝或多拷贝串连形式存在。以单拷贝或多拷贝串连形式存在。(1)增增 强强 子子:增强子提高增强子提高增强子提高增强子提高DNADNA链上基因转录效率，可以远距离作链上基因转录效率，可以远距离作链上基因转录效率，可以远距离作链上基因转录效率，可以远距离作用，通常可距离用，通常可距离用，通常可距离用，通常可距离1 1 4kb4kb、甚至、甚至、甚至、甚至30kb30kb仍能发挥作用，仍能发挥作用，仍能发挥作用，仍能发挥作用，而且在基因的上游或下游都能起作用。而且在基因的上游或