真核生物基因表达的调控.ppt

真核生物基因表达的调控 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第一节第一节 概述概述一、真核生物基因表达调控的特点一、真核生物基因表达调控的特点 1 1、多层次、多层次 2 2、无操纵子和衰减子、无操纵子和衰减子 3 3、个体发育复杂、个体发育复杂 4 4、受环境影响较小、受环境影响较小二、基因表达的时间性及空间性二、基因表达的时间性及空间性1 1时间特异性时间特异性按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，这是基因表达的时间特异性。顺序发生，这是基因表达的时间特异性。多细胞生物多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性。基因表达的时间特异性又称阶段特异性。2 2空间特异性空间特异性在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，这就是基因表达的空间特异性。又称细空间顺序出现，这就是基因表达的空间特异性。又称细胞特异性或组织特异性。胞特异性或组织特异性。三、真核生物基因表达调控的三、真核生物基因表达调控的 层次：层次：1、DNA水平调节水平调节2、转录水平调节转录水平调节3、转录后水平的调节、转录后水平的调节4、翻译水平调节、翻译水平调节5、翻译后加工的调节、翻译后加工的调节DNA转录初产物转录初产物RNAmRNA蛋白质前体蛋白质前体mRNA降解物降解物活性蛋白质活性蛋白质DNA水平调节水平调节转录水平调节转录水平调节转录后水转录后水平的调节平的调节翻译调节翻译调节mRNA降解降解的调节的调节翻译后加翻译后加工的调节工的调节核核细胞质细胞质第二节第二节 DNA水平的基因表达调控水平的基因表达调控一、基因扩增一、基因扩增(gene amplification)是指某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象，它是指某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象，它使细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发使细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是基因表达调控的一种方式育的需要，是基因表达调控的一种方式非洲爪蟾的卵母细胞非洲爪蟾的卵母细胞rDNA的拷贝数目：的拷贝数目：500份份 2106份，可装配份，可装配1012个核糖体个核糖体当胚胎期开始，增加的当胚胎期开始，增加的rDNA便失去功能并逐渐消失便失去功能并逐渐消失二、基因丢失二、基因丢失 有的生物在个体发育的早期在体细胞中要丢有的生物在个体发育的早期在体细胞中要丢失部分染色体，而在生殖细胞中保持全部的失部分染色体，而在生殖细胞中保持全部的基因组。基因组。小麦瘿蚊小麦瘿蚊（染色丢失了（染色丢失了3232条，只保留条，只保留8 8条）条）马蛔虫马蛔虫三、基因重排三、基因重排(gene rearrangement)将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位点从而启动转录的基因表达调控方式的位点从而启动转录的基因表达调控方式基因重排与免疫球蛋白多样性基因重排与免疫球蛋白多样性抗体结构：抗体结构：四聚体四聚体,重链和轻链；可变区和恒定重链和轻链；可变区和恒定区区链家族 V基因数 C 基因数 人人 鼠鼠 人人 鼠鼠链 300 2 6 4链 300 1000 1 1重链(H)300 1000 9 8VVCC重链轻链基因组成基因组成要点：要点：1、免疫球蛋白的肽链主要由可变区（、免疫球蛋白的肽链主要由可变区（V区）、恒定区（区）、恒定区（C区）以及两者之间的连接区（区）以及两者之间的连接区（J区）组成，区）组成，V、C和和J基基因片段在胚胎细胞中相隔较远。因片段在胚胎细胞中相隔较远。2、在浆细胞成熟过程中，通过染色体内、在浆细胞成熟过程中，通过染色体内DNA重组把几个重组把几个相隔较远的基因片段连接在一起，从而产生了具有表相隔较远的基因片段连接在一起，从而产生了具有表达活性免疫球蛋白的基因达活性免疫球蛋白的基因3、编码、编码V区的基因很多，而只有少数几个基因编码区的基因很多，而只有少数几个基因编码C区；区；多个多个V区基因中的一个和区基因中的一个和C基因组合，产生一条基因组合，产生一条DNA4、V区和区和C区不同片段在区不同片段在DNA水平上的各种排列组合是水平上的各种排列组合是形成形成Ig分子多态性的根本原因分子多态性的根本原因V“gene”C“gene”Leader Variable J segment ConstantGerm line淋巴细胞mRNA 链链 链链Germ line淋巴细胞mRNA Leader Variable J segments Constant轻链基因的重排轻链基因的重排重链基因的重排重链基因的重排Germ line淋巴细胞淋巴细胞 Leader Variable Diversity J segment Constant 1-10 1-4 CH1 Hinge CH2 CH3四、染色质结构影响基因转录四、染色质结构影响基因转录常染色质常染色质（euchromatin）-基因可以转录基因可以转录 异染色质异染色质（hetrochromatin）-基因不能转录基因不能转录 活性基因置于异染色质内会失活活性基因置于异染色质内会失活位置效应位置效应（Position effect）：指基因转移到基因：指基因转移到基因组上新位置而引起基因表达的改变组上新位置而引起基因表达的改变异染色质化：异染色质化：基因组某些区域基因组某些区域 被组装成高度压缩被组装成高度压缩的异染色质的过程的异染色质的过程巴氏小体：巴氏小体：哺乳类雌体细胞哺乳类雌体细胞1条条X染色体异染色质染色体异染色质化化（雌性（雌性X染色体基因表达的蛋白质可能是雄染色体基因表达的蛋白质可能是雄性的两倍）性的两倍）剂量补偿：剂量补偿：女性两条女性两条X染色体的作用与男性一条染色体的作用与男性一条X染色体基因产物剂量平衡的现象染色体基因产物剂量平衡的现象 五、五、DNase 的敏感性和基因表达的敏感性和基因表达转录活跃区域对核酸酶的敏感度增加转录活跃区域对核酸酶的敏感度增加 1、DNase超敏感位点（超敏感位点（hypersensitive site）：具有转录活性的基因周围的具有转录活性的基因周围的DNA区域对区域对DNase降解高度敏感降解高度敏感。2、特点：、特点：（1）一般在转录起始点附近，即）一般在转录起始点附近，即55启动子区域启动子区域（2）低甲基化区低甲基化区（3）不存在核小体结构）不存在核小体结构（4）裸露易与反式作用因子结合）裸露易与反式作用因子结合六、组蛋白修饰与基因表达调控六、组蛋白修饰与基因表达调控（一）组蛋白的修饰：（一）组蛋白的修饰：乙酰化乙酰化/去乙酰化去乙酰化 （LysLys）转录增强转录增强/抑制抑制 甲基化（甲基化（Lys,His,ArgLys,His,Arg）转录增强或抑制转录增强或抑制 磷酸化（磷酸化（Ser,HisSer,His）泛素化泛素化 ADP ADP核糖基化核糖基化哈佛大学哈佛大学施洋施洋-组蛋白去组蛋白去甲基化酶甲基化酶（二）组（二）组蛋白蛋白乙酰化乙酰化1 1、两种酶、两种酶（1 1）组）组蛋白蛋白乙酰乙酰转转移移酶酶(Histone acetyltransferase)：催催化化组组蛋白蛋白乙酰乙酰化，化，将乙酰基转移到组蛋白将乙酰基转移到组蛋白 N端赖端赖氨酸的氨酸的-氨基上氨基上乙酰基供体：乙酰辅酶乙酰基供体：乙酰辅酶A A（2 2）组）组蛋白蛋白去去乙酰乙酰酶酶(Histone deacetylase):去除去除乙酰乙酰基基团团2 2、组蛋白乙酰化、组蛋白乙酰化与基因表达调控与基因表达调控（1 1）关系：）关系：组蛋白的高乙酰化是活跃转录染色质的一个标组蛋白的高乙酰化是活跃转录染色质的一个标志，而低乙酰化则与转录抑制有关志，而低乙酰化则与转录抑制有关（2）机理：）机理：乙酰基转移到组蛋白乙酰基转移到组蛋白 N端赖氨酸的端赖氨酸的-氨基上，氨基上，中和了其正电荷，增加了疏水性，削弱了中和了其正电荷，增加了疏水性，削弱了DNA 与组蛋白的相互作用，有利于转录因子与与组蛋白的相互作用，有利于转录因子与DNA 的结合，促进转录的结合，促进转录七、七、DNA 甲基化甲基化(一）甲基化酶一）甲基化酶:1 1、维持性甲基化酶、维持性甲基化酶(日常型日常型甲基化酶甲基化酶)：在在DNA复制时复制时,可识别新合成的半甲基化双链可识别新合成的半甲基化双链,并将甲基加到新链的非甲基化胞嘧啶上并将甲基加到新链的非甲基化胞嘧啶上;2 2、从头合成型甲基化酶：、从头合成型甲基化酶：不需要甲基化的不需要甲基化的DNA 模板作指导模板作指导,可以直接使可以直接使非甲基化的非甲基化的DNA 甲基化甲基化（二）原核细胞的（二）原核细胞的DNA甲基化甲基化1、限制修饰系统的甲基化、限制修饰系统的甲基化（1）限制外源）限制外源DNA：限制性内切酶切断外源限制性内切酶切断外源DNA（保护机制）（保护机制）（2）保护自身）保护自身DNA：通过内切酶识别位点特定碱基的通过内切酶识别位点特定碱基的甲基化甲基化保护保护自身自身DNA，每一种，每一种DNA内切酶都有一个相关内切酶都有一个相关的甲基化酶的甲基化酶2、Dam甲基化甲基化（1）DNA腺嘌呤甲基化酶：识别序列腺嘌呤甲基化酶：识别序列GATC（2）作用：）作用：a、错配修复：识别母链，修正子链、错配修复：识别母链，修正子链 b、转录调节：如抑制转座酶基因的转录，、转录调节：如抑制转座酶基因的转录，抑制转座抑制转座3、Dcm甲基化甲基化（作用不清楚）（作用不清楚）（三）真核细胞（三）真核细胞DNA 甲基化甲基化1、甲基化部位：、甲基化部位：胞嘧啶（胞嘧啶（C）5-甲基胞嘧啶（甲基胞嘧啶（5-mC）（1）脊椎动物：）脊椎动物：5-CG-3 （2）植物（两种基序）：）植物（两种基序）：5-CG-3，5-CNG-3（3）CpG岛岛：富含富含CpG的一段的一段DNA，一般位于基因启动子附近，一般位于基因启动子附近特点：特点：a、12kb；b、位于基因、位于基因5端；端；c、富含CpG二核苷酸基序二核苷酸基序2、甲基化的作用：、甲基化的作用：（1）基因表达调控的一种方式）基因表达调控的一种方式（2）抑制外源基因的表达）抑制外源基因的表达（3）抑制转座子、反转座子的活动）抑制转座子、反转座子的活动3、DNA甲基化与基因表达调控甲基化与基因表达调控 基因表达与甲基化呈负相关基因表达与甲基化呈负相关 DNA甲基化转录抑制作用甲基化转录抑制作用机理机理（1）识别位点中胞嘧啶被甲基化，转录因子不能识别位点中胞嘧啶被甲基化，转录因子不能 与其结合与其结合（2）特异性）特异性识别甲基化识别甲基化DNA的蛋白的蛋白（如（如MeCP1）竞争性地抑制了转录因子的结合竞争性地抑制了转录因子的结合（3）DNA甲基化导致甲基化导致染色质结构和染色质结构和DNA构象的改变构象的改变4、DNA甲基化与基因组印迹甲基化与基因组印迹（1 1）基因组印迹：）基因组印迹：来源于父母本的一对等位基因来源于父母本的一对等位基因 表达不同（如表达不同（如X染色体失活）染色体失活）（2 2）基因组印迹的机制）基因组印迹的机制-DNA高度甲基化高度甲基化 5、DNA甲基化与甲基化与X染色体的失活染色体的失活 X染色体染色体DNA序列高度甲基化，基因被关闭序列高度甲基化，基因被关闭（1）与）与X染色体的失活有关的序列染色体的失活有关的序列：X染色体失活中心（染色体失活中心（Xic）Xist（Xi-specific transcript）基因）基因 转录产物：转录产物：RNA不编码蛋白质不编码蛋白质（2）X染色体的失活的机制染色体的失活的机制：Xist RNA分子与分子与Xic相互作用的结果相互作用的结果（3）Xist基因的调控基因的调控：DNA甲基化与去甲基化甲基化与去甲基化第三节第三节 转录水平的调控转录水平的调控顺式调控元件顺式调控元件(cis-regulating element)是指对基因表达有调控活性的DNA序列，其活 性只影响其自身同处于一个DNA分子上的基因反式作用因子反式作用因子(trans-acting factor)是通过识别和结合顺式调控元件的核心序列而 调控靶基因转录效率的一组蛋白质转录水平的调控主要是通过顺式调控元件与反式转录水平的调控主要是通过顺式调控元件与反式作用因子相互作用来实现实现的作用因子相互作用来实现实现的一、顺式调控元件一、顺式调控元件(cis-regulating element)启动子、增强子、沉寂子、启动子、增强子、沉寂子、绝绝缘缘子、子、减弱子、减弱子、应答元件应答元件（一）启动子（一）启动子(promoter）)1、核心启动子（、核心启动子（core promoter）：）：TATA盒盒 起始子起始子(initiator，Inr)2 2、上游启动子、上游启动子（upstream promoter element，UPE）-90bp：GC盒盒；-70bp：CAAT盒盒（二）增强子（二）增强子(enhancer)能显著提高基因转录效率的一类顺式调控元件能显著提高基因转录效率的一类顺式调控元件 1、举例：、举例：SV40 72bp repeats(paired)上游上游200bp 处串联处串联,单独作用充分单独作用充分,全部缺失减全部缺失减弱转录弱转录2、真核细胞的增强子作用特点：、真核细胞的增强子作用特点：（1）能提高同一条链上的靶基因转录速率；）能提高同一条链上的靶基因转录速率；（2）增强效应与其位置和取向无关）增强效应与其位置和取向无关（3）大多为重复序列，）大多为重复序列，核心序列为核心序列为 (G)TGGA/TA/TA/T(G)（4）增强子对同源基因或异源基因同样有效自身）增强子对同源基因或异源基因同样有效自身（5）增强子一般具有组织或细胞特异性）增强子一般具有组织或细胞特异性（6）许多增强子还受外部信号的调控）许多增强子还受外部信号的调控3、增强子作用机理、增强子作用机理-成环模型成环模型 增强子通过一些蛋白质因子的介导可与远距离的启动增强子通过一些蛋白质因子的介导可与远距离的启动子结合，使子结合，使DNA形成了一个环，从而促使远距离的启形成了一个环，从而促使远距离的启动子的转录动子的转录（三）上游激活序列（三）上游激活序列（upstream activating sequences，UASs）特点特点1、UASs是酵母中远上游序列类似于增强子。是酵母中远上游序列类似于增强子。2、它仅影响转录效率，对起始位点选择不起作用。、它仅影响转录效率，对起始位点选择不起作用。3、和和增增强强子子不不同同的的是是它它有有方方向向性性，不不能能在在启启动动子子的下游起作用。的下游起作用。4、与与它它结结合合的的转转录录因因子子是是GCN4和和GAL4，识识别别位位点为点为 ATGACTCAT。（四）绝（四）绝缘缘子子(Insulator)阻阻止激活止激活或或失失活活效效应应的的元件元件举例：举例：1 1、当、当绝绝缘缘子子位位于于增强增强子和启动子间子和启动子间时时，能能阻阻止止增强增强子激活启动子作用子激活启动子作用。2 2、当当绝绝缘缘子子位位于一个于一个活化活化基因基因和和异异染染色色质质之之间间时时，它它保护保护基因基因免免受受由异由异染染色色质质扩展扩展造造成成的的失失活活效效应应影响影响。（五）减弱子（五）减弱子（dehancer）在某些基因的上游远端或下游远端具有负调在某些基因的上游远端或下游远端具有负调节作用的序列节作用的序列特点：特点：作用不受距离和方向的影响作用不受距离和方向的影响（六）沉寂子（六）沉寂子(silencer)：阻遏某些基因表达的序列阻遏某些基因表达的序列 特点：特点：作用不受序列方向的影响，也能远距离发挥作用作用不受序列方向的影响，也能远距离发挥作用（七）应答元件（七）应答元件（response element）能与某个（类）专一蛋白因子结合，从而控制能与某个（类）专一蛋白因子结合，从而控制基因特异表达的基因特异表达的DNA上游序列上游序列如 HSE（热休克反应元件），GRE（糖皮质激素反应元件）；MRE（金属反应元件）；应答元件能被在一些特定情况下表达的调控因应答元件能被在一些特定情况下表达的调控因子识别子识别应答元件(response elements)结合蛋白(protein binding)GREBLEBLEMREMREMREMRETREGCTATASteroid-receptorAP2AP2 AP1?SP1TF IID +RNApolBLEbasal level elementMRE metal response elementAPactivator protein人金属硫蛋白基因启动区结构人金属硫蛋白基因启动区结构应答元件的特点：应答元件的特点：1.具有与启动子、增强子同样的一般特性具有与启动子、增强子同样的一般特性.2.与起始点的位置不固定（多在与起始点的位置不固定（多在-200以内以内;单个功能充分单个功能充分,但多为多拷贝但多为多拷贝;可位于启动子可位于启动子/增强子内部）增强子内部）.3.多基因由同一因子调控（如：热激效应）多基因由同一因子调控（如：热激效应）4.同一基因由多种途径调控（如：金属硫蛋白基因）同一基因由多种途径调控（如：金属硫蛋白基因）.5.各效应元件不论位置如何都有独立的活化功能各效应元件不论位置如何都有独立的活化功能.二、反式作用因子二、反式作用因子(trans-acting factor)DNA结合结构域结合结构域(DNA binding domain)-用来结合用来结合DNADNA反式反式激活结构域激活结构域(Transactivation domain)-用来激活转录用来激活转录（一）转录因子（一）转录因子DNA结合域结合域几种常见基序几种常见基序 锌指锌指(zinc finger)螺旋螺旋-转角转角-螺旋螺旋(helix-turn-helix)二聚体结构域：二聚体结构域：螺旋螺旋-环环-螺旋螺旋(helix-loop-helix，HLH)亮氨酸拉链亮氨酸拉链(Leucine zipper)1、锌指、锌指(zinc finger)C2H2型型：由肽链的保守序列：由肽链的保守序列中的中的一对组氨酸一对组氨酸和和一对半一对半胱氨酸胱氨酸(His2Cys2)与与锌锌离子离子形成一个四面体结构形成一个四面体结构 有两条有两条链和一个链和一个螺旋，螺旋，螺旋区域上含有保守的螺旋区域上含有保守的碱性氨基酸碱性氨基酸，负责与，负责与DNA结合结合如如TFIIIA、与与GC盒结合的盒结合的SPlC2H2型型C4型型：2对半胱氨酸对半胱氨酸(cys2cys2)与一个锌离子形成配位键，与一个锌离子形成配位键，如如类固醇激素受体家族类固醇激素受体家族 2、螺旋、螺旋-转角转角-螺旋螺旋(helix-turn-helix)两段螺旋被一短的转角结构分开两段螺旋被一短的转角结构分开多种果蝇胚胎发生的调节蛋白，多种果蝇胚胎发生的调节蛋白，同源异型蛋白同源异型蛋白 1 323、亮氨酸拉链、亮氨酸拉链(Leucine zipper)由一段每由一段每7个个氨基酸残基氨基酸残基就就有一个有一个Leu的伸展肽链组成，的伸展肽链组成，这些周期性出现的这些周期性出现的Leu都位都位于于-螺旋的同一侧面，螺旋的同一侧面，形形成一个成一个疏水的表面疏水的表面，因此因此两条均含两条均含Leu拉链基序的蛋拉链基序的蛋白质通过亮氨酸侧链的白质通过亮氨酸侧链的疏疏水作用水作用形成二聚体。形成二聚体。LL LL LL LL +NH2NH2COOHCOOH肽链氨基端富含碱性肽链氨基端富含碱性氨基酸残基区，可与氨基酸残基区，可与DNA结合结合碱性结构域碱性结构域富含碱性氨基酸残基富含碱性氨基酸残基在许多在许多DNA结合蛋白质中发现结合蛋白质中发现通常与其他的二聚体结构域如亮氨酸拉链或通常与其他的二聚体结构域如亮氨酸拉链或HLH基序基序中的一个联合在一起，结果被称为碱性亮氨酸拉链中的一个联合在一起，结果被称为碱性亮氨酸拉链（bZIP）或碱性）或碱性HLH（bHLH）蛋白。）蛋白。蛋白质二聚体使两个碱性结构域相邻进而可与蛋白质二聚体使两个碱性结构域相邻进而可与DNA发发生作用。生作用。N-端碱性结构域形成一个对称结构，象一个夹子端碱性结构域形成一个对称结构，象一个夹子夹在夹在DNA上上 +4 4、螺旋、螺旋-环环-螺旋螺旋(Helix-loop-Helix)HLH由由2个个螺旋间隔一个螺旋间隔一个非螺旋的环非螺旋的环(loop)组成组成，通过通过C端端螺旋的疏水作用螺旋的疏水作用形成二聚体形成二聚体碱性结构域碱性结构域碱性碱性HLH蛋白与碱性亮氨蛋白与碱性亮氨酸拉链这种异二聚体的形成酸拉链这种异二聚体的形成增加了转录因子的多样性和增加了转录因子的多样性和复杂性复杂性NH2NH2COOHCOOH（二）转录激活结构域（二）转录激活结构域 是反式作用因子的转录调控结构域，一般由是反式作用因子的转录调控结构域，一般由DNA结合结合结构域外的结构域外的30-100个个氨基酸氨基酸组成组成 1 1酸性结构域酸性结构域n 也叫做也叫做“酸斑（酸斑（acid blobs）”或或“带负电的长链带负电的长链（negative noodles）”n 富含酸性氨基酸富含酸性氨基酸n 存在于许多转录因子的激活结构域中，存在于许多转录因子的激活结构域中，如：如：yeast Gcn4 and Gal4,哺乳动物的糖皮质激素受体的两个激活结构域哺乳动物的糖皮质激素受体的两个激活结构域2 2富含谷氨酰胺激活结构域富含谷氨酰胺激活结构域：富含谷氨酰富含谷氨酰胺胺 （SP1，OCT1，OCT 2，SRF等等）3 3富含脯氨酸激活结构域富含脯氨酸激活结构域 富含脯氨酸富含脯氨酸 有一个能激活转录的连续脯氨酸残基链有一个能激活转录的连续脯氨酸残基链 （AP2、Jun、SRF 等）等）4、转录因子的活化途径：、转录因子的活化途径：（1）需要时蛋白被合成，但很快被降解，不能积累。）需要时蛋白被合成，但很快被降解，不能积累。（2）通过与配体结合被活化。）通过与配体结合被活化。（3）通过磷酸化被活化。）通过磷酸化被活化。（4）结合）结合DNA亚基的加入，与带有转录激活结构域的蛋亚基的加入，与带有转录激活结构域的蛋白质形成复合物。白质形成复合物。（5）通过抑制因子的磷酸化，暴露隐蔽的活化区域。）通过抑制因子的磷酸化，暴露隐蔽的活化区域。（6）通过去除一个抑制蛋白，刺激转录因子入核。）通过去除一个抑制蛋白，刺激转录因子入核。三、转录调控举例三、转录调控举例1、组成性转录因子：、组成性转录因子：SP1与富含与富含GC的保守序列的保守序列GGGCGG相结合相结合.结合位点存在于许多持家基因的启动子中。结合位点存在于许多持家基因的启动子中。是一个组成性转录因子，存在于所有的细胞类型中。是一个组成性转录因子，存在于所有的细胞类型中。包含包含3个锌指结构域以及个锌指结构域以及2个富含谷氨酰氨转录激活结个富含谷氨酰氨转录激活结构域。构域。SP1的富含谷氨酰氨结构域与的富含谷氨酰氨结构域与TAF110发生特异作用，发生特异作用，TAF110是是TAF中的一种，后者与中的一种，后者与TATA结合蛋白结合蛋白（TBP）相结合组成）相结合组成TFD。2.激素调控激素调控:类固醇激素类固醇激素（如（如糖皮质激素）糖皮质激素）n脂溶性的，脂溶性的，n能够穿过细胞膜与能够穿过细胞膜与类固醇激素受体类固醇激素受体（转录因子）相互（转录因子）相互作用。作用。steroidGREInhibitor(HSP90)Glucocorticoid receptorDissociation,dimerizationn在没有类固醇激素时，该受体与抑制蛋白结合，游离在没有类固醇激素时，该受体与抑制蛋白结合，游离在细胞质中在细胞质中.n有类固醇激素时有类固醇激素时,1.激素结合到受体上，将其从阻抑物中释放出来。激素结合到受体上，将其从阻抑物中释放出来。2.受体二聚化并转移到核中。受体二聚化并转移到核中。3.受体与其特异的受体与其特异的DNA结合序列结合结合序列结合(应答元件应答元件)，从，从而激活靶基因。而激活靶基因。3.通过磷酸化调控：通过磷酸化调控：STAT蛋白蛋白许多激素不能扩散进细胞。许多激素不能扩散进细胞。它们通过与细胞表面的受体结合，通过称为信号转导它们通过与细胞表面的受体结合，通过称为信号转导的过程将信号传递给细胞内部的蛋白。的过程将信号传递给细胞内部的蛋白。信号转导通常涉及到蛋白质的磷酸化。信号转导通常涉及到蛋白质的磷酸化。如如-干扰素通过激活一种称为干扰素通过激活一种称为JAK的激酶诱发转录的激酶诱发转录因子因子STAT1 的磷酸化的磷酸化3.通过磷酸化调控：通过磷酸化调控：STAT蛋白蛋白PPPPInterferon-IFN-receptorJAK kinaseUnphosphorylated STAT monomers+2ATPdimerization+2ADPphosphorylated STAT1 dimerNuclear translocationResponse element3.通过磷酸化调控：通过磷酸化调控：STAT蛋白蛋白（1）未磷酸化的）未磷酸化的STAT1 蛋白蛋白:以单体形式存在于细以单体形式存在于细胞质中，无转录活性。胞质中，无转录活性。（2）在特异的酪氨酸残基）在特异的酪氨酸残基磷酸化磷酸化的的 STAT1 形形 成同成同型二聚体进入核，激活在启动子处含有保守的型二聚体进入核，激活在启动子处含有保守的DNA结合基序的靶结合基序的靶 基因的表达。基因的表达。第四节第四节 转录后水平的基因表达调控转录后水平的基因表达调控一、一、RNA沉默与沉默与siRNA（一）基因沉默（一）基因沉默（gene silencing）：指生物体中特定基因由于种种原因不能表达指生物体中特定基因由于种种原因不能表达 或表达量很低的或表达量很低的遗传现象象。（二）基因沉默类型：（二）基因沉默类型：转录水平的基因沉默转录水平的基因沉默(TGS)(TGS)转录后水平的基因沉默转录后水平的基因沉默(PTGS)(PTGS)DNAmRNAProtein DNAmRNAProtein 1、定义（、定义（Definition）:是由是由dsRNA介导的，介导的，通过目标通过目标mRNA的降解的降解而使特定基因沉默的现象。而使特定基因沉默的现象。（三）（三）RNA SilencingDNAmRNAProtein RNA干涉干涉（RNA interference，RNAi）：In animal转录后水平的基因沉默转录后水平的基因沉默-PTGS（In plants）静息或阻抑作用静息或阻抑作用-quelling（In certain fungi）2、Other names of RNA silencing 3、RNA沉默的发现沉默的发现UntransformedNapoli,Lemieuz,Jorgensen,1990Van der Krol,Mur,Beld,Mol,Stuitje,199035S-PChalcone synthaseNos-T“Cosuppression”RNA silencing first observed in plants during transgene studies Fire（美国卡内矶研究所）美国卡内矶研究所）Mello（美国麻州大学）美国麻州大学）双链双链RNA 是是导致线虫导致线虫par-1基因基因 沉默的原因，沉默的原因，并称之为并称之为RNA干扰干扰(RNA interference)。Guo&Kemphuse（美国康乃尔大学）美国康乃尔大学）正义和反义正义和反义RNA都能导致线虫都能导致线虫par-1基因基因 沉默。沉默。Degraded RNA(Gene silencing or virus resistance)DICER(dsRNase)(DCLs)21-25nt small RNAs(siRNAs)Complex formationRISC complexTarget ss mRNAor viral RNAEndonuclease(s)Exonuclease(s)dsRNARdRPAmplificationSystemic silencingLong-distance signalsCH3CH3CH3Homologous DNA RNA-directed DNA methylation 4、RNA沉默的可能机理沉默的可能机理5、RNA沉默的功能沉默的功能v PTGS在生物界中是一种普在生物界中是一种普 遍现象，是真核生遍现象，是真核生物长期进化过程中形成的一种抵御病毒、转座物长期进化过程中形成的一种抵御病毒、转座子等外来核酸的入侵、识别并抑制外源基因的子等外来核酸的入侵、识别并抑制外源基因的表达，维持生物基因组稳定性的重要防御机制表达，维持生物基因组稳定性的重要防御机制。6、RNA沉默应用沉默应用Applications of RNA silencing（1）基因功能分析基因功能分析（2）培育抗病毒作物培育抗病毒作物（3）作物品质遗传改良作物品质遗传改良 How to Silencing a Genehairpin RNA transgeneAAAAAAA-complementary regionsPromoterTerminatormRNAHairpin RNA二、二、MiRNA(MicroRNA)与基因表达调控与基因表达调控（一）特点：（一）特点：1、miRNAs是一种是一种2125nt长的小分子长的小分子RNA 2 2、具有高度的保守性、时序性和组织特异性、具有高度的保守性、时序性和组织特异性3 3、主要作用于靶标基因、主要作用于靶标基因3-UTR区区，阻遏翻译阻遏翻译（二）功能：（二）功能：主要在发育过程中起作用，调节内源基因表达主要在发育过程中起作用，调节内源基因表达（三）（三）MiRNA的生成及作用机制的生成及作用机制 MiRNA作用模式作用模式1 1、与与靶靶标标基基因因3-UTR区区不不完完全全互互补补结结合合，阻阻遏遏翻翻译译而而不不影影响响mRNAmRNA的的稳稳定定性性（这这种种miRNAmiRNA是是目目前前发发现现最最多多的的种种类类，如线虫如线虫lin-4lin-4）2 2、与与靶靶标标基基因因完完全全互互补补结结合合，作作用用方方式式和和功功能能与与siRNAsiRNA非非常常类类似似，最最后后切切割割靶靶mRNAmRNA，这这说说明明某某些些miRNAmiRNA和和siRNAsiRNA一一样样参参与与了了机机体体内内一一些些特特异异性性mRNAmRNA的的剪剪切切过过程程。（如如拟南芥拟南芥miR-171miR-171）3 3、具具有有以以上上两两种种作作用用模模式式，当当与与靶靶标标基基因因完完全全互互补补结结合合时时，直直接接靶靶向向切切割割mRNAmRNA；当当与与靶靶标标基基因因不不完完全全互互补补结结合时，阻遏基因的翻译（如线虫合时，阻遏基因的翻译（如线虫let-7let-7 ）（四）小RNA的研究的启示1 1、基因组非蛋白编码区可能蕴含着重要的生命、基因组非蛋白编码区可能蕴含着重要的生命功能活动信息。功能活动信息。2 2、生命的一些重要活动如幼虫的生长发育、细、生命的一些重要活动如幼虫的生长发育、细胞的发生和分化、神经系统的分化等都被一些胞的发生和分化、神经系统的分化等都被一些非编码小非编码小RNA的调控的调控附：RNA的功能（1）储存遗传信息，如）储存遗传信息，如RNA病毒病毒（2）mRNA：进行遗传信息的传递，作为蛋白质合成的模板：进行遗传信息的传递，作为蛋白质合成的模板（3）rRNA：可装配成核糖体，参与蛋白质合成：可装配成核糖体，参与蛋白质合成（4）tRNA：携带氨基酸，参与蛋白质的合成：携带氨基酸，参与蛋白质的合成（5）核酶：内含子的自我剪接等）核酶：内含子的自我剪接等（6）MicroRNA：基因表达的调控，在发育过程中起作用：基因表达的调控，在发育过程中起作用（7）SiRNA：抑制病毒、转座子等外源基因的表达：抑制病毒、转座子等外源基因的表达（8）指导）指导RNA：参与：参与RNA的编辑的编辑（9）SnoRNA：可能与：可能与RNA的甲基化有关的甲基化有关（10）SnRNA：参与：参与RNA的加工（如剪接）的加工（如剪接）（1111）端粒酶中的端粒酶中的RNA：与端粒的复制有关：与端粒的复制有关三、三、RNA加工的调节加工的调节（一）可变（一）可变mRNA的加工的加工 通过使用不同的通过使用不同的polyA位点或不同的剪接方位点或不同的剪接方式将前式将前mRNA转化为一种以上的成熟转化为一种以上的成熟mRNA（二）可变可变mRNA加工的类型加工的类型 1 1、利用不同利用不同的启动子的启动子 2 2、利用不同的、利用不同的polypoly（A A）位点位点 3 3、选择性剪接、选择性剪接1 1、利用不同、利用不同的启动子的启动子 在唾液腺中，特定的转录因子使淀粉酶基因从上游在唾液腺中，特定的转录因子使淀粉酶基因从上游 启动子开始转录启动子开始转录 在肝细胞中，使用下游启动子在肝细胞中，使用下游启动子2 2、利用不同的、利用不同的polypoly（A A）添加）添加位点位点可变可变poly（A）添加位点）添加位点某些前某些前mRNA含有一个以上的含有一个以上的polyA添加位点，添加位点，可以在不同的情况下（如在不同的细胞类型中）可以在不同的情况下（如在不同的细胞类型中）产生出不同的成熟产生出不同的成熟mRNA。3、选择性剪接、选择性剪接(alternative splicing)：在在mRNA前体的剪接过程中，参加剪接的外前体的剪接过程中，参加剪接的外显子可以不按其线性次序剪接，内含子也可显子可以不按其线性次序剪接，内含子也可以不被切除而保留，即一个外显子或内含子以不被切除而保留，即一个外显子或内含子是否出现在成熟是否出现在成熟mRNA中是可以选择的，这中是可以选择的，这种剪接方式称为选择性剪接。种剪接方式称为选择性剪接。WXZ W XZ W XZ 大鼠大鼠 /型型肌钙蛋白肌钙蛋白T内含子是相对的内含子是相对的 在在 型中是外显子型中是外显子而在而在 型中是内含子型中是内含子不同外显子外显子的选择的选择肌钙蛋白基因内含子交替剪切，肌钙蛋白基因内含子交替剪切，产生产生 /两种类型的蛋白两种类型的蛋白第五节第五节 翻译水平调控翻译水平调控调控调控一、一、mRNA结构与翻译控制结构与翻译控制（一）（一）5-UTR结构结构1、mRNA 5端端m7G帽有增强翻译水平的作用帽有增强翻译水平的作用2、起始、起始AUG旁侧序列对翻译效率的影响旁侧序列对翻译效率的影响 Kozak序列：序列：GCCAUGG二、二、mRNA稳定性与翻译控制稳定性与翻译控制mRNA稳定性主要取决于稳定性主要取决于3-UTR结构结构1poly(A)尾增加尾增加mRNA稳定性稳定性 poly(A)结合蛋白结合蛋白23-UTR中中UA序列序列(AUUUA)导致导致mRNA不稳定，不稳定，降低翻译的效率降低翻译的效率AUUUA是是mRNA快速降解的快速降解的标志标志三、掩蔽三、掩蔽mRNA（mask mRNA）：）：蛋白质结合到蛋白质结合到mRNA上并阻止翻译上并阻止翻译Question名词解释：名词解释：顺式作用元件、反式作用因子、增强子、沉寂子、绝缘顺式作用元件、反式作用因子、增强子、沉寂子、绝缘子、减弱子、应答元件、基因扩增、基因丢失、基因子、减弱子、应答元件、基因扩增、基因丢失、基因重排、位置效应、异染色质化、巴氏小体、剂量补偿、重排、位置效应、异染色质化、巴氏小体、剂量补偿、基因沉默、基因沉默、RNA沉默、沉默、MiRNA、选择性剪接、选择性剪接问答：问答：1、请你尽可能多地列举请你尽