真核生物转录及转录水平的调控精选课件.ppt

关于真核生物转录及转录水平的调控第一页，本课件共有47页 启动子-调控元件 基本转录调控因子-RNA聚合酶基本转录机器控制着基因的低水平表达，而特异（+/-）转录调控因子结合在特异（+/-）调控元件改变DNA构象（染色质重塑或核小体解聚）暴露出启动子区域并直接或间接通过中介蛋白复合体调控基本转录机器起始频率。第二页，本课件共有47页 真核生物基因表达调控水平真核生物基因表达调控水平第三页，本课件共有47页 真核生物蛋白编码基因结构模式真核生物蛋白编码基因结构模式第四页，本课件共有47页.5cap 5非编码区非编码区 编码区编码区 3非编码区非编码区 3poly(A)tail第五页，本课件共有47页第六页，本课件共有47页l lCTDCTD磷酸化招募加帽、剪接机器磷酸化招募加帽、剪接机器和加尾机器来完成和加尾机器来完成pre-mRNApre-mRNA加工。加工。第七页，本课件共有47页3 端形成过程l lpoly(A)poly(A)信号序列和与相关蛋白因子信号序列和与相关蛋白因子组成切割组成切割/多聚腺苷酸化的复合物来多聚腺苷酸化的复合物来完成多聚苷酸化过程。完成多聚苷酸化过程。分裂分裂/多聚多聚腺苷酸化特异因子腺苷酸化特异因子(cleavage/polyadenylation(cleavage/polyadenylation specificity factorspecificity factor，CPSFCPSF)与加尾与加尾信号序列（信号序列（AAUAAAAAUAAA）特异结合，）特异结合，切割刺激因子切割刺激因子 (cleavage-(cleavage-stimulatory factorstimulatory factor，CstF)CstF)与与poly(A)poly(A)位点下游富含位点下游富含G/UG/U序列结序列结合进一步加强了合进一步加强了CPSFCPSF结合。结合。切割切割因子因子 (cleavage factors(cleavage factors，CFCF)将前将前体体mRNAmRNA切断，随后和切断，随后和CPSFCPSF结合结合的的poly(A)poly(A)聚合酶聚合酶(poly(A)(poly(A)polymerasepolymerase，PAPPAP)添加添加poly(A)poly(A)尾。尾。poly(A)poly(A)结合蛋白（结合蛋白（poly(A)binding poly(A)binding protein,PABPprotein,PABP）稳定）稳定poly(A)poly(A)尾。尾。引自引自ProudfootProudfoot等等,cell,2002,cell,2002第八页，本课件共有47页基础因子基础因子抑制剂抑制剂激活剂激活剂辅激活剂（中介蛋白辅激活剂（中介蛋白复合体）复合体）第九页，本课件共有47页第十页，本课件共有47页 组蛋白乙酰化和脱乙酰化影响组蛋白乙酰化和脱乙酰化影响 染色质的紧密程度从而影响染色质的紧密程度从而影响基因转录。基因转录。第十一页，本课件共有47页第十二页，本课件共有47页 第一节第一节 真核生物真核生物RNA聚合酶的分离、鉴定和功能聚合酶的分离、鉴定和功能第十三页，本课件共有47页RNARNA聚合聚合酶亚基分酶亚基分离鉴定离鉴定（表位标（表位标签技术）签技术）第十四页，本课件共有47页酶酶位置位置产物产物活性比较活性比较对对-鹅膏菌素的敏感性鹅膏菌素的敏感性RNARNA聚合酶聚合酶RNARNA聚合酶聚合酶RNARNA聚合酶聚合酶RNA聚合酶合成RNA的活性最显著。它位于核仁中，负责转录编码rRNA的基因(称rDNA)。另一主要的酶是RNA聚合酶，它位于核质中，主要负责核内不匀一RNA(hnRNA)的合成,而hnRNA是mRNA的前体。RNA聚合酶负责合成tRNA和许多小的核内RNAs。真核细胞的三种真核细胞的三种RNARNA聚合酶的一聚合酶的一般性质般性质核仁核仁rRNA50-70%不敏感不敏感核质核质hnRNAsnRNA20-40%敏敏 感感核质核质tRNA5SRNAsnRNA10%高浓度敏感高浓度敏感第十五页，本课件共有47页第十六页，本课件共有47页RNARNA聚合酶亚基组聚合酶亚基组成成（进化特征）（进化特征）Figure 8.Figure 8.Eukaryotic RNA Eukaryotic RNA polymerase II has polymerase II has 10 subunits.10 subunits.羟基末端域（羟基末端域（carboxy-terminal domain:CTD）Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser第十七页，本课件共有47页第二节第二节 真核生物的启动子真核生物的启动子 第十八页，本课件共有47页第十九页，本课件共有47页)RNA)RNA聚合酶聚合酶I I启动子及其转录起始启动子及其转录起始l l启动子可分两部分（启动子可分两部分（启动子可分两部分（启动子可分两部分（-31/+6-31/+6-31/+6-31/+6）称）称）称）称核心启动子（核心启动子（核心启动子（核心启动子（core promotercore promotercore promotercore promoter），其功能为决定转录起始的精确位置。其功能为决定转录起始的精确位置。其功能为决定转录起始的精确位置。其功能为决定转录起始的精确位置。l l （-180/107-180/107-180/107-180/107，-100-100-100-100左右）称为上游控制序列（左右）称为上游控制序列（左右）称为上游控制序列（左右）称为上游控制序列（upstream upstream upstream upstream control elementcontrol elementcontrol elementcontrol element，UCE,UCE,UCE,UCE,其功能为影响转录的频率。其功能为影响转录的频率。其功能为影响转录的频率。其功能为影响转录的频率。Two control domains included in cis-factorUPE(upstream promoter element)Core promoter前前前前rRNArRNA基因基因基因基因UCEUCE核心元件核心元件核心元件核心元件+1+1-100-100第二十页，本课件共有47页)结合因子结合因子a.a.a.a.上游结合因子上游结合因子上游结合因子上游结合因子(UBF):(UBF):(UBF):(UBF):是一种特异是一种特异是一种特异是一种特异DNADNADNADNA结合蛋白，可以与结合蛋白，可以与结合蛋白，可以与结合蛋白，可以与UCEUCEUCEUCE结合，结合，结合，结合，还可以与还可以与还可以与还可以与核心元件上游核心元件上游核心元件上游核心元件上游的一段序列结合。的一段序列结合。的一段序列结合。的一段序列结合。b.b.b.b.选择因子（选择因子（选择因子（选择因子（SL1SL1SL1SL1）：为）：为）：为）：为RNARNARNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶I I I I转录所必须。转录所必须。转录所必须。转录所必须。4 4 4 4个亚基个亚基个亚基个亚基:TBP(TATATBP(TATATBP(TATATBP(TATA结合蛋白结合蛋白结合蛋白结合蛋白)和和和和3 3 3 3个个个个TAFTAFTAFTAF1 1 1 1Trans-factor including Including 4 subunits 1 of TBP(TATA biding protein)3 of TAF1(TBP associate factor)UBF(UPE Binding Factor)SL1(Selectivity factor)第二十一页，本课件共有47页TBPTBP)RNA)RNA聚合酶聚合酶I I的启动子及转录的起始的启动子及转录的起始UBFUBFUBFUBFUCEUCEcore promoter+1+1TAF1X3TAF1X3UBFUBFTBPTBPSL1SL1RNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶TBPTBPRNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶 Pre-rRNA UBF+UPE UBF+Part of core promoter Two UBF interaction causing DNA to form a loopAllows RNApol binding complex to initiate 第二十二页，本课件共有47页2.RNA2.RNA聚合酶聚合酶的启动子及转录起始的启动子及转录起始第二十三页，本课件共有47页RNARNA聚合酶聚合酶的启动子与增强子示意图的启动子与增强子示意图增强子增强子增强子增强子/远上游序列远上游序列远上游序列远上游序列-/-/-/-/-CAATCAAT框框框框-/-/-/-/-TATATATA框框框框-/-/-/-/-帽子位点帽子位点帽子位点帽子位点 -100-100以上以上以上以上 -75-75 -25 -25 +1+1GGC/TGGC/TCAATCAATCT CT TATATATAA/TAA/TA/TAA/T A A第二十四页，本课件共有47页1 1）RNARNA聚合酶聚合酶的启动子与增强子的启动子与增强子l l第一个部位为帽子位点第一个部位为帽子位点第一个部位为帽子位点第一个部位为帽子位点，即转录起始位点。其碱基大多为，即转录起始位点。其碱基大多为，即转录起始位点。其碱基大多为，即转录起始位点。其碱基大多为A A。l l第二个部位为第二个部位为第二个部位为第二个部位为TATATATA框框框框（Hogness boxHogness box）。它位于）。它位于）。它位于）。它位于-25-25个个个个bpbp其共有其共有其共有其共有序列为：序列为：序列为：序列为：TATAA/TAA/TTATAA/TAA/T，基本上由，基本上由，基本上由，基本上由ATAT碱基对所组成，只有很少碱基对所组成，只有很少碱基对所组成，只有很少碱基对所组成，只有很少启动子中有启动子中有启动子中有启动子中有GCGC碱基对的存在。碱基对的存在。碱基对的存在。碱基对的存在。l l第三个部位第三个部位第三个部位第三个部位 为为为为CAATCAAT框框框框。其共有序列为。其共有序列为。其共有序列为。其共有序列为GGC/TCAATCTGGC/TCAATCT，一般位，一般位，一般位，一般位于于于于-75-75（-100-100-200-200）附近。虽然此序列名为）附近。虽然此序列名为）附近。虽然此序列名为）附近。虽然此序列名为CAATCAAT框，但其中头框，但其中头框，但其中头框，但其中头两个两个两个两个GG的重要性并不亚于的重要性并不亚于的重要性并不亚于的重要性并不亚于CAATCAAT部分。部分。部分。部分。CAATCAAT框为上游控制元件，框为上游控制元件，框为上游控制元件，框为上游控制元件，为转录所需。为转录所需。为转录所需。为转录所需。l l第四个部位是增强子第四个部位是增强子第四个部位是增强子第四个部位是增强子（enhancerenhancer），又称远上游序列（），又称远上游序列（），又称远上游序列（），又称远上游序列（far far upstream sequenceupstream sequence）。一般都在）。一般都在）。一般都在）。一般都在-1OO-1OO以上。以上。以上。以上。第二十五页，本课件共有47页2)Enhancer 的结构与功能的结构与功能 增强子（增强子（EnhancerEnhancer）和沉默子（）和沉默子（SilencerSilencer）是远上游调控元件，是远上游调控元件，具有远距离，方向和位置非依赖性，部分具有组织细胞类型。具有远距离，方向和位置非依赖性，部分具有组织细胞类型。第二十六页，本课件共有47页成环模型成环模型P PE E激活因子激活因子A AP PE E激活因子与激活因子与激活因子与激活因子与增强子结合增强子结合增强子结合增强子结合 P PE E激活因子激活因子B BRNARNARNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶第二十七页，本课件共有47页滑动模型滑动模型P PE E激活因子激活因子A A激活因子激活因子B BRNARNARNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶P PE EP PE E滑动滑动滑动滑动激活因子与激活因子与激活因子与激活因子与增强子结合增强子结合增强子结合增强子结合 第二十八页，本课件共有47页3)RNA3)RNA聚合聚合酶酶的启的启动子及转动子及转录的起始录的起始第二十九页，本课件共有47页TFTFD D（TBP TBP+TAF+TAF）识别和结合识别和结合TATATATA框框TFTFA A稳定稳定TFTFD D 与与TATATATA框的结合框的结合TFTFB B结合结合TBPTBP，引进，引进TFTFF-PolF-Pol复合物复合物TFTFF F与与PolPol结合，参与解链结合，参与解链RNA PolRNA Pol催化催化RNARNA的合成的合成TFTFE E引入引入TFTFH H并提高其活性并提高其活性TFTFH H解开双链，为起始转入延伸阶段所必需解开双链，为起始转入延伸阶段所必需General transcription factors(TFs)第三十页，本课件共有47页第三十一页，本课件共有47页 第3节 转录激活因子结构第三十二页，本课件共有47页真核生物转录因子的结构l l转录激活域l lDNA结合域l l二聚体结构域第三十三页，本课件共有47页一、转录激活蛋白的两个功能区域l l无基因特异性，如果把无基因特异性，如果把无基因特异性，如果把无基因特异性，如果把A A激活蛋白的激活蛋白的激活蛋白的激活蛋白的DNADNA结合部分与结合部分与结合部分与结合部分与B B激活蛋白的激活功能部分融激活蛋白的激活功能部分融激活蛋白的激活功能部分融激活蛋白的激活功能部分融合在一起，可以构成一种有功能的基因激活合在一起，可以构成一种有功能的基因激活合在一起，可以构成一种有功能的基因激活合在一起，可以构成一种有功能的基因激活蛋白，这种融合蛋白只能激活蛋白，这种融合蛋白只能激活蛋白，这种融合蛋白只能激活蛋白，这种融合蛋白只能激活A A蛋白所能蛋白所能蛋白所能蛋白所能激活的基因。激活的基因。激活的基因。激活的基因。B BA A+第三十四页，本课件共有47页DNADNA结合结构域结合结构域1.锌指结构锌指结构2.HTHHTH结构结构3.3.亮氨酸拉链亮氨酸拉链第三十五页，本课件共有47页Three major categories of transcription factor protein.dimerdimer第三十六页，本课件共有47页C2H2C2H2锌指结构的锌指结构的特点特点通过通过通过通过锌离子锌离子锌离子锌离子把四个氨基酸（把四个氨基酸（把四个氨基酸（把四个氨基酸（2 2 2 2个组氨酸个组氨酸个组氨酸个组氨酸和和和和2 2 2 2个半胱氨酸个半胱氨酸个半胱氨酸个半胱氨酸的协调作的协调作的协调作的协调作用）连在一起用）连在一起用）连在一起用）连在一起;锌指锌指锌指锌指的一端与的一端与的一端与的一端与-螺旋螺旋螺旋螺旋相连相连相连相连;锌指锌指锌指锌指与与与与DNADNADNADNA的结合是通过的结合是通过的结合是通过的结合是通过“锌指锌指锌指锌指”的的的的C C C C端端端端进行进行进行进行;每个每个每个每个“指指指指”通过形成两个序列通过形成两个序列通过形成两个序列通过形成两个序列特异的特异的特异的特异的DNADNADNADNA接触点接触点接触点接触点（-螺旋区域螺旋区域螺旋区域螺旋区域上含有保守的上含有保守的上含有保守的上含有保守的碱性氨基酸碱性氨基酸碱性氨基酸碱性氨基酸），负责与），负责与），负责与），负责与DNADNADNADNA的大沟的大沟的大沟的大沟结合。结合。结合。结合。锌指结构在锌指结构在锌指结构在锌指结构在RNARNARNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶转录因子转录因子转录因子转录因子TFATFATFATFA中重复了中重复了中重复了中重复了9 9 9 9次，在转录次，在转录次，在转录次，在转录因子因子因子因子SP1SP1SP1SP1中也有三个拷贝。一般来说须要有中也有三个拷贝。一般来说须要有中也有三个拷贝。一般来说须要有中也有三个拷贝。一般来说须要有三个或更多的三个或更多的三个或更多的三个或更多的C2H2C2H2C2H2C2H2型锌指才能与型锌指才能与型锌指才能与型锌指才能与DNADNADNADNA结合。结合。结合。结合。第三十七页，本课件共有47页C4C4锌指结构的锌指结构的特点特点l l锌指结构是锌离子与锌指结构是锌离子与4 4个半胱氨酸结合，它出现在个半胱氨酸结合，它出现在一百多种一百多种类固醇激素受体转录因子类固醇激素受体转录因子中。中。l l这些因子由这些因子由这些因子由这些因子由同型或异型同型或异型的二聚体组成，其中每一单体的二聚体组成，其中每一单体的二聚体组成，其中每一单体的二聚体组成，其中每一单体包含包含包含包含2 2个个个个C4C4锌指锌指结构。两个单体通过锌离子稳定折叠成结构。两个单体通过锌离子稳定折叠成结构。两个单体通过锌离子稳定折叠成结构。两个单体通过锌离子稳定折叠成更复杂的构象，再把每个单体的更复杂的构象，再把每个单体的更复杂的构象，再把每个单体的更复杂的构象，再把每个单体的-螺旋插入到螺旋插入到DNADNA的的的的连续大沟中，这与连续大沟中，这与连续大沟中，这与连续大沟中，这与HLHHLHHLHHLH蛋白类似。蛋白类似。第三十八页，本课件共有47页第三十九页，本课件共有47页2.HTHHTH结构结构（helix-turn-helixhelix-turn-helix）l lHTHHTH结构结构结构结构(基序基序)的特点是的特点是两段两段两段两段螺旋螺旋之间由一段常含之间由一段常含脯氨酸的脯氨酸的10101010氨基酸氨基酸左右的肽连结，使两段左右的肽连结，使两段螺旋形螺旋形螺旋形螺旋形成成成成一个固定一个固定的角度。的角度。第四十页，本课件共有47页3.3.亮氨酸拉链亮氨酸拉链l l亮氨酸拉链（亮氨酸拉链（亮氨酸拉链（亮氨酸拉链（leucine zipperleucine zipperleucine zipperleucine zipper）的肽链上）的肽链上）的肽链上）的肽链上每相隔七个残基就每相隔七个残基就每相隔七个残基就每相隔七个残基就会有一个疏水的亮氨酸残基会有一个疏水的亮氨酸残基会有一个疏水的亮氨酸残基会有一个疏水的亮氨酸残基，这些残基位于，这些残基位于，这些残基位于，这些残基位于DNADNADNADNA结合域的结合域的结合域的结合域的C C C C端端端端-螺旋上螺旋上螺旋上螺旋上;l l-螺旋的侧面螺旋的侧面螺旋的侧面螺旋的侧面每两圈每两圈每两圈每两圈就会出现一个亮氨酸，形成一个疏水的就会出现一个亮氨酸，形成一个疏水的就会出现一个亮氨酸，形成一个疏水的就会出现一个亮氨酸，形成一个疏水的表面。表面。表面。表面。l l在在在在-螺旋的疏水表面间就可以互相作用，形成二聚体。螺旋的疏水表面间就可以互相作用，形成二聚体。螺旋的疏水表面间就可以互相作用，形成二聚体。螺旋的疏水表面间就可以互相作用，形成二聚体。l l这种相互作用形成一个卷曲的卷曲结构这种相互作用形成一个卷曲的卷曲结构这种相互作用形成一个卷曲的卷曲结构这种相互作用形成一个卷曲的卷曲结构 （coneconeconeconecoil coil coil coil structurestructurestructurestructure）。）。）。）。l l激活转录因子激活转录因子激活转录因子激活转录因子-1-1-1-1是一种具有碱性亮氨酸拉链结构是一种具有碱性亮氨酸拉链结构是一种具有碱性亮氨酸拉链结构是一种具有碱性亮氨酸拉链结构(basic(basic(basic(basic leucine zipperleucine zipperleucine zipperleucine zipper，bZIP)bZIP)bZIP)bZIP)的的的的cAMPcAMPcAMPcAMP应答元件结合的蛋白质应答元件结合的蛋白质应答元件结合的蛋白质应答元件结合的蛋白质(cAMP-(cAMP-(cAMP-(cAMP-responsive element binding proteinresponsive element binding proteinresponsive element binding proteinresponsive element binding protein，CREB)CREB)CREB)CREB)家族中的转录家族中的转录家族中的转录家族中的转录因子，具有广泛的转录调节作用因子，具有广泛的转录调节作用因子，具有广泛的转录调节作用因子，具有广泛的转录调节作用.第四十一页，本课件共有47页bZIPbZIP蛋白的亮氨酸拉链和碱性结构域蛋白的亮氨酸拉链和碱性结构域一种亮氨酸拉链二聚体对一种亮氨酸拉链二聚体对DNA DNA LeuLeuLeuLeuLeuLeuLeuLeu碱性结构碱性结构亮氨酸拉链亮氨酸拉链第四十二页，本课件共有47页2.HTHHTH结构结构（helix-turn-helixhelix-turn-helix）l lHTHHTH结构结构结构结构(基序基序基序基序)的特点是的特点是两段两段两段两段螺旋螺旋螺旋螺旋之间由一段常含之间由一段常含脯氨酸的脯氨酸的1010氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸左右的肽连结，使两段左右的肽连结，使两段螺旋形螺旋形成成一个固定一个固定的角度。的角度。l l同源异型域（同源异型域（同源异型域（同源异型域（homeodomainshomeodomains）也属于）也属于HTHHTH结构（图结构（图14-14-14-14-18181818）。）。）。）。第四十三页，本课件共有47页3.3.亮氨酸拉链亮氨酸拉链l l亮氨酸拉链（亮氨酸拉链（亮氨酸拉链（亮氨酸拉链（leucine zipperleucine zipperleucine zipperleucine zipper）的肽链上）的肽链上）的肽链上）的肽链上每相隔七个残基就会每相隔七个残基就会每相隔七个残基就会每相隔七个残基就会有一个疏水的亮氨酸残基有一个疏水的亮氨酸残基有一个疏水的亮氨酸残基有一个疏水的亮氨酸残基，这些残基位于，这些残基位于，这些残基位于，这些残基位于DNADNADNADNA结合域的结合域的结合域的结合域的C C C C端端端端-螺螺螺螺旋上旋上旋上旋上;l l-螺旋的侧面螺旋的侧面螺旋的侧面螺旋的侧面每两圈每两圈每两圈每两圈就会出现一个亮氨酸，形成一个疏水的就会出现一个亮氨酸，形成一个疏水的就会出现一个亮氨酸，形成一个疏水的就会出现一个亮氨酸，形成一个疏水的表面。表面。表面。表面。l l在在在在-螺旋的疏水表面间就可以互相作用，形成二聚体。螺旋的疏水表面间就可以互相作用，形成二聚体。螺旋的疏水表面间就可以互相作用，形成二聚体。螺旋的疏水表面间就可以互相作用，形成二聚体。l l这种相互作用形成一个卷曲的卷曲结构这种相互作用形成一个卷曲的卷曲结构这种相互作用形成一个卷曲的卷曲结构这种相互作用形成一个卷曲的卷曲结构 （coneconeconeconecoil coil coil coil structurestructurestructurestructure）。）。）。）。l l激活转录因子激活转录因子激活转录因子激活转录因子-1-1-1-1是一种具有碱性亮氨酸拉链结构是一种具有碱性亮氨酸拉链结构是一种具有碱性亮氨酸拉链结构是一种具有碱性亮氨酸拉链结构(basic(basic(basic(basic leucine zipperleucine zipperleucine zipperleucine zipper，bZIP)bZIP)bZIP)bZIP)的的的的cAMPcAMPcAMPcAMP应答元件结合的蛋白质应答元件结合的蛋白质应答元件结合的蛋白质应答元件结合的蛋白质(cAMP-responsive element binding protein(cAMP-responsive element binding protein(cAMP-responsive element binding protein(cAMP-responsive element binding protein，CREB)CREB)CREB)CREB)家族中家族中家族中家族中的转录因子，具有广泛的转录调节作用的转录因子，具有广泛的转录调节作用的转录因子，具有广泛的转录调节作用的转录因子，具有广泛的转录调节作用.第四十四页，本课件共有47页激活结构域激活结构域1 1 1 1）酸性）酸性激活的功能区域负责与其他的蛋白质互相作用，如形成二聚体，帮助通用转录因子在启动子上装配成转录起始复合物等。功能区域在结构特点：表面富含带负电荷的酸性氨基酸。被称为“酸性的激活区域酸性的激活区域”。第四十五页，本课件共有47页2 2）富含）富含GlnGln结构域：结构域：富含GlnGln结构域是在转录因子SP1的两个激活区域上首次发现的。与酸性结构域一样，GlnGln 残基所占的比例似乎比总体结构更重要。3 3）富含）富含ProPro结构域：结构域：在c-Jun，AP2和Oct-2等转录因子中所发现的富含Pro结构域，与GlnGln 相似，有一个能激活砖录的连续Pro残基链。第四十六页，本课件共有47页感感谢谢大大家家观观看看第四十七页，本课件共有47页