真核基因表达调控 (5)精选PPT.ppt

《真核基因表达调控 (5)精选PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《真核基因表达调控 (5)精选PPT.ppt（70页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、关于真核基因表达调控关于真核基因表达调控(5)第1页，讲稿共70张，创作于星期二真核生物基因表达调控的复杂性真核生物基因表达调控的复杂性n n真核生物（除酵母、蓝藻和原生动物之外）由多细胞组成，真核生物（除酵母、蓝藻和原生动物之外）由多细胞组成，每个细胞内基因数量及基因总量大大高于原核生物；每个细胞内基因数量及基因总量大大高于原核生物；n n真核生物基因组真核生物基因组DNADNA中还含有重复序列和内含子；中还含有重复序列和内含子；n n真核生物真核生物DNADNA与蛋白质结合形成复杂的染色质结构；与蛋白质结合形成复杂的染色质结构；n n真核生物的染色质包裹于核内，基因的转录和翻译被核膜隔真核

2、生物的染色质包裹于核内，基因的转录和翻译被核膜隔开，增加了真核生物转录的深度和广度开，增加了真核生物转录的深度和广度第2页，讲稿共70张，创作于星期二染色质水平的调控染色质水平的调控转录水平的调控转录水平的调控RNA水平的调控水平的调控翻译水平的调控翻译水平的调控蛋白质加工水平的调控蛋白质加工水平的调控mRNA 蛋白质的降蛋白质的降解解第3页，讲稿共70张，创作于星期二真核生物基因调控的不同类型真核生物基因调控的不同类型n n瞬时调控或可逆性调控瞬时调控或可逆性调控：相当于原核生物细胞对环境变化所作出的反应，包括某种底物或者激素水平升降时或细胞不同阶段中酶活性的调节；n n发育调控或不可逆调控

3、发育调控或不可逆调控：决定真核细胞生长分化发育的全部进程。第4页，讲稿共70张，创作于星期二（一）真核生物基因的特点（1 1 1 1）基基基基因因因因组组组组结结结结构构构构庞庞庞庞大大大大。人人人人类类类类的的的的单单单单倍倍倍倍体体体体基基基基因因因因组组组组由由由由 3X103X103X103X109 9 9 9 的的的的核核核核苷苷苷苷酸酸酸酸组组组组成成成成，含有大约含有大约含有大约含有大约3 3 3 3万个基因。万个基因。万个基因。万个基因。（2 2 2 2）形形形形成成成成染染染染色色色色体体体体结结结结构构构构。真真真真核核核核生生生生物物物物的的的的基基基基因因因因组组组组是

4、是是是以以以以DNADNADNADNA和和和和蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质结结结结合合合合形形形形成成成成染色体结构形式而存在于细胞核。染色体结构形式而存在于细胞核。染色体结构形式而存在于细胞核。染色体结构形式而存在于细胞核。（3 3 3 3）单单单单顺顺顺顺反反反反子子子子。真真真真核核核核基基基基因因因因的的的的转转转转录录录录产产产产物物物物一一一一般般般般是是是是单单单单顺顺顺顺反反反反子子子子，即即即即一一一一个个个个编编编编码码码码基基基基因转录生成一个因转录生成一个因转录生成一个因转录生成一个RNARNARNARNA转录本。转录本。转录本。转录本。（4 4 4 4）重复序列。重复序列

5、。重复序列。重复序列。真核生物基因普遍存在重复序列和异染色质。真核生物基因普遍存在重复序列和异染色质。真核生物基因普遍存在重复序列和异染色质。真核生物基因普遍存在重复序列和异染色质。（5 5 5 5）断裂基因。断裂基因。断裂基因。断裂基因。有外显子和内含子。有外显子和内含子。有外显子和内含子。有外显子和内含子。（6 6 6 6）大多数为非编码区。大多数为非编码区。大多数为非编码区。大多数为非编码区。真核基因表达调控的基本原理真核基因表达调控的基本原理第5页，讲稿共70张，创作于星期二6Typical structure of an eukaryotic geneenhancerorsilenc

6、er5 UTR3 UTR第6页，讲稿共70张，创作于星期二（二）真核基因表达的多级调控（二）真核基因表达的多级调控组蛋白修饰组蛋白修饰DNA甲基化甲基化转录调控转录调控转录后加工转录后加工mRNA降解降解蛋白质降解蛋白质降解蛋白质翻译蛋白质翻译翻译后修饰翻译后修饰第7页，讲稿共70张，创作于星期二图图 真核基因表达调控的主要步骤真核基因表达调控的主要步骤 染色质去组装去组装蛋白质修饰生化功能生化功能第8页，讲稿共70张，创作于星期二1.1.1.1.染色质水平的调控染色质水平的调控染色质水平的调控染色质水平的调控（三）真核基因表达调控的机理 基因表达时（常常在调节蛋白结基因表达时（常常在调节蛋白

7、结合位点附近）合位点附近）对核酸酶极度敏感对核酸酶极度敏感TF第9页，讲稿共70张，创作于星期二染色质水平调节主要依赖于辅助调节因子对染色质结构进行修饰。辅助调节子通过三种方式对染色质结构起调节作用：1）依赖于依赖于ATP ATP 的核小体重建复合体（的核小体重建复合体（ADRCADRC）：它们依靠水解ATP 所产生的能量来改变核小体的相对位置，将DNA 序列暴露出来，使转录因子能够与之结合。这是一个物理过程，染色质本身的结构并没有变化，只改变核小体的相对位置。2）组蛋白修饰组蛋白修饰：主要通过共价修饰组蛋白的末端来改变染色质结构。当构成染色质的组蛋白发生修饰时，就会影响染色质的构型，而结构的

8、变化引起基因转录活性的变化。3）DNADNA甲基化甲基化：真核DNA约有5%的胞嘧啶被甲基化。一般而言，DNA甲基化抑制基因表达。第10页，讲稿共70张，创作于星期二组组蛋蛋白白发发生生修修饰饰，碱碱基基暴暴露露等等原原因因而而引引起起核核小小体体结结构构改改变变，使使核核小小体不稳定性增加。体不稳定性增加。Sequence-independentlinker histones:control DNA compaction and accessibility to trans-acting factorspost-translational modifications of histone t

9、ails:control compaction of DNA and serve as docking sites for trans-acting factors第11页，讲稿共70张，创作于星期二2.2.转录水平的调节转录水平的调节 真核基因一般都处于阻遏状态，真核基因一般都处于阻遏状态，真核基因一般都处于阻遏状态，真核基因一般都处于阻遏状态，RNARNARNARNA聚合酶对启动子的亲聚合酶对启动子的亲聚合酶对启动子的亲聚合酶对启动子的亲和力很低。和力很低。和力很低。和力很低。通过利用各种转录因子正性激活通过利用各种转录因子正性激活通过利用各种转录因子正性激活通过利用各种转录因子正性激活R

10、NARNARNARNA聚合酶是真核基聚合酶是真核基聚合酶是真核基聚合酶是真核基因调控的主要机制。因调控的主要机制。因调控的主要机制。因调控的主要机制。第12页，讲稿共70张，创作于星期二真核基因转录调节是真核基因转录调节是复杂的、多样的复杂的、多样的*不不同同的的DNA元元件件组组合合可可产产生生多多种种类类型型的的转转录录调调节节方方式。式。*多种转录因子又可结合相同或不同的多种转录因子又可结合相同或不同的DNA元件。元件。*转转录录因因子子与与DNA元元件件结结合合后后，对对转转录录激激活活过过程程所所产产生生的的效效果果各各异异，有有正正性性调调节节或或负负性性调调节节之之分。分。第13

11、页，讲稿共70张，创作于星期二3.RNA3.RNA水平的调节水平的调节转转录录后后加加工工：真真核核基基因因大大多多为为断断裂裂基基因因，内内含含子子和和外外显显子子一一起起被被转转录录。转转录录后后产产物物经经剪剪接接（包包括括可可变变剪剪切切,alternative,alternative splicingsplicing）、加加帽帽、加加尾尾等等加加工工修修饰饰，才能转变为成熟的才能转变为成熟的mRNA mRNA。RNARNA降降解解：包包括括非非特特异异性性降降解解（RNase,RNase,exosome)exosome)和和特特异异性降解性降解(NMD(NMD，RNAi)RNAi)。

12、第14页，讲稿共70张，创作于星期二图图 可变剪接导致可变剪接导致-淀粉酶基因淀粉酶基因在不同组织中的表达差异在不同组织中的表达差异 第15页，讲稿共70张，创作于星期二4.4.蛋白水平的调节蛋白水平的调节蛋白质合成蛋白质合成:ribosomeribosome蛋白翻译，构像折叠，细胞内定位蛋白翻译，构像折叠，细胞内定位蛋白质修饰蛋白质修饰:包括磷酸化包括磷酸化(phosphorylation),(phosphorylation),乙酰化乙酰化(acetylation)(acetylation)，甲基化，甲基化(methylation),(methylation),糖基化糖基化(glycosyl

13、ation),etc(glycosylation),etc蛋白降解蛋白降解：包括非特异性降解（：包括非特异性降解（protease,peroxisomeprotease,peroxisome，vacuole)vacuole)和特异性降解和特异性降解(Ubiquitin/proteasome system(Ubiquitin/proteasome system）第16页，讲稿共70张，创作于星期二1.真核生物真核生物DNA水平上的表达调控水平上的表达调控第17页，讲稿共70张，创作于星期二n n真核生物的转录在常染色质上进行；n n转录前，染色质解旋松弛形成自由DNA核小体结构的改变，DNA本身

14、局部结构的改变等n n结构基因暴露，转录因子与启动区DNA结合，起始基因转录。1.1开放性染色质结构对转录的影响第18页，讲稿共70张，创作于星期二1.1.DNA酶处理各种组织的染色质，处于活跃状处于活跃状态的基因比非活跃状态的基因更易被降解；态的基因比非活跃状态的基因更易被降解；2.2.灯刷型染色体，DNA充分伸展的状态；尿嘧啶核苷酸标记表明最活跃的转录区最活跃的转录区DNA结构较结构较为伸展，形成蓬松区；为伸展，形成蓬松区；3.3.小鼠细胞非活化染色质的研究表明基因活跃表达时，核小体为伸展状态；转录终止时，核小体重新成为压缩状态。表明核小体的伸展、压核小体的伸展、压缩状态是可逆的缩状态是可

15、逆的。第19页，讲稿共70张，创作于星期二1.2 基因扩增基因扩增n n基因扩增是某些基因拷贝数专一性大量增加的现象；n n基因扩增使细胞中短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需求。n n例子：非洲爪蟾卵母细胞的rRNA基因5002,000,000满足卵裂期和胚胎期合成大量蛋白质的需要。第20页，讲稿共70张，创作于星期二1.3 基因重排与转换基因重排与转换n n基因重排：将一个基因从远离启动子的位置移至近启动子位点上从而启动转录的现象；第21页，讲稿共70张，创作于星期二n n基因转换：酵母通过交配型转换的方式改变自己的性别的现象，称为基因转换。第22页，讲稿共70张，创作于星期二1.2

16、 DNA 甲基化与表达调控甲基化与表达调控前面涉及到甲基化的内容前面涉及到甲基化的内容第23页，讲稿共70张，创作于星期二1、原核生物中，DNA甲基化是为了抵抗噬菌体侵害而发生碱基C和A上的化学修饰。如大肠杆菌的限制修饰系统中，自身DNA特定位点的甲基化可以避免限制性内切酶的切割。2、真核生物中，甲基化被分为对称性甲基化（canotical/symmetric methylation），包括CpG和CpNpG），以及非对称甲基化（asymmetric methylation），包括CpHpH。多数细胞 5甲基胞嘧啶主要出现在CpG中。DNA甲基化能引起染色质结构、甲基化能引起染色质结构、DNA

17、构象、组蛋白修饰及构象、组蛋白修饰及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。从而控制基因表达。第24页，讲稿共70张，创作于星期二DNA甲基化的位点甲基化的位点DNA甲基化主要形成5甲基胞嘧啶（5-mC）和少量的N6-甲基嘌呤（N6-mA）及7甲基鸟嘌呤（7-mG）C5-mCN6-mA7-mG第25页，讲稿共70张，创作于星期二DNA methylasen n甲基化转移酶：包括甲基化转移酶：包括日常性甲基化转移酶日常性甲基化转移酶和和从头合成型甲从头合成型甲基化转移酶基化转移酶;n n日常性甲基化转移酶日常性甲基化转移酶是遗传是遗传DNADNA甲基化状态

18、最重要的酶甲基化状态最重要的酶类，它可以在甲基化母链模板的指导下甲基化新合成链类，它可以在甲基化母链模板的指导下甲基化新合成链的相应位点，使的相应位点，使DNADNA迅速由半甲基化状态转变为完全甲基迅速由半甲基化状态转变为完全甲基化状态，即参与甲基化的维持（化状态，即参与甲基化的维持（maintenancemaintenance）;n n从头合成型甲基化转移酶从头合成型甲基化转移酶可以催化未甲基化的可以催化未甲基化的CpGCpG成为成为mCpGmCpG，此过程不需母链指导，但速度很慢。但这一类甲，此过程不需母链指导，但速度很慢。但这一类甲基化酶是特异基因受甲基化调控的主要因子，在基因表达基化酶

19、是特异基因受甲基化调控的主要因子，在基因表达的表观遗传学调控中起十分重要的作用。的表观遗传学调控中起十分重要的作用。第26页，讲稿共70张，创作于星期二CpG island：一段富含未甲基化的CpG双核苷酸的长约1-2Kb的DNA序列。特点：特点：真核生物约一半的存在于所有组成型表达的管家基因中，但这些CpG岛处于组成型非甲基化状态另外一半出现在部分（40%）组织特异性调控基因的启动子中。人类基因组中有 29,000 CpG islands.CpG岛的甲基化阻止了启动子的活化.Repression is caused by proteins that bind to methylated Cp

20、G doublets.CpG islands：作为甲基化调控基因转录的单位：作为甲基化调控基因转录的单位第27页，讲稿共70张，创作于星期二甲基化调控基因转录的机制n nDNADNA甲基化导致甲基化导致DNADNA构象发生变化，影响了蛋白质与构象发生变化，影响了蛋白质与DNADNA的相互作用，抑制了转录因子与启动区的相互作用，抑制了转录因子与启动区DNADNA的的结合效率。结合效率。n n甲基化达到一定程度时，发生甲基化达到一定程度时，发生B-DNAB-DNA向向Z-DNAZ-DNA导过渡。导过渡。Z-DNAZ-DNA结构收缩，螺旋加深，与蛋白因子结合的一些原件结构收缩，螺旋加深，与蛋白因子结

21、合的一些原件缩入大沟而不利于结构基因的转录缩入大沟而不利于结构基因的转录n n利用相同序列但甲基化程度不同的利用相同序列但甲基化程度不同的DNADNA为模板研究为模板研究RNAPRNAP的活性时，甲基化程度高不利于的活性时，甲基化程度高不利于RNAPRNAP与模板的结与模板的结合，降低了体外转录活性合，降低了体外转录活性第28页，讲稿共70张，创作于星期二 n nDNA甲基化可以使特定的阻遏物结合到DNA上阻遏转录。n n弱启动子上稀少甲基化就使转录失活；加上一增强子，不需去甲基化就恢复转录活性；若进一步提高甲基化程度，仍无活性第29页，讲稿共70张，创作于星期二DNA甲基化程度对转录的抑制作

22、用低转录活性低转录活性无转录活性无转录活性低转录活性低转录活性无转录活性无转录活性高转录活性高转录活性高转录活性高转录活性高转录活性高转录活性无转录活性无转录活性第30页，讲稿共70张，创作于星期二n n人人a-a-珠蛋白基因，小鼠珠蛋白基因，小鼠a-a-珠蛋白基因和人珠蛋白基因和人y-y-珠蛋白基因的珠蛋白基因的CpGCpG密度依次降低；密度依次降低；n n未甲基化未甲基化3 3基因都能表达，全部甲基化都不表达；基因都能表达，全部甲基化都不表达；n n引入增强子后，全部甲基化的小鼠引入增强子后，全部甲基化的小鼠a-a-珠蛋白基因和人珠蛋白基因和人y-y-珠蛋白基因能表达；珠蛋白基因能表达；n

23、 n引入增强子后，部分甲基化的人引入增强子后，部分甲基化的人a-a-珠蛋白基因表达，全部甲基化后不表达。珠蛋白基因表达，全部甲基化后不表达。第31页，讲稿共70张，创作于星期二A fully methylated site is a palindromic sequence that is methylated on both strands of DNA.Most DNA methylations are found on cytosine on both strands of the CpG doublet.A hemi-methylated site is a palindromic s

24、equence that is methylated on only one strand of DNA.Replication converts a fully methylated site to a hemi-methylated site.A demethylase is a casual name for an enzyme that removes a methyl group,typically from DNA,RNA,or protein.A methyltransferase(Methylase)is an enzyme that adds a methyl group t

25、o a substrate,which can be a small molecule,a protein,or a nucleic acid.A de novo methylase adds a methyl group to an unmethylated target sequence on DNA.A maintenance methylase adds a methyl group to a target site that is already hemimethylated.terms第32页，讲稿共70张，创作于星期二2.转录水平的调控转录水平的调控第33页，讲稿共70张，创作于

26、星期二34n nTFIIB recognition element(BRE)TFIIB recognition element(BRE)n nThe TATA element/boxThe TATA element/boxn nInitiator(Inr)Initiator(Inr)n nThe downstream promoter elements(DPE,DCE)The downstream promoter elements(DPE,DCE)Pol II core promoterRNAPII的核心元件有的核心元件有4种：种：第34页，讲稿共70张，创作于星期二35调控元件在调控转录起

27、始时候比启动子核心区更有效调控元件在调控转录起始时候比启动子核心区更有效调控元件在调控转录起始时候比启动子核心区更有效调控元件在调控转录起始时候比启动子核心区更有效Those increasing transcription:n nPromoter proximal elements:近启动子区n nUpstream activator sequences(UASs)：上游激活区n nEnhancers：增强子Those repressing elements:silencers,boundary elements,insulators(绝缘体)Regulatory sequences第35页

28、，讲稿共70张，创作于星期二增强子作用机制增强子作用机制n n影响模板附近的影响模板附近的DNADNA双螺旋结构，导致双螺旋结构，导致DNADNA双螺旋弯双螺旋弯折或在反式作用因子的参与下，以蛋白质之间的相折或在反式作用因子的参与下，以蛋白质之间的相互作用为媒介形成增强子与启动子之间的成环结构，互作用为媒介形成增强子与启动子之间的成环结构，激活基因转录；激活基因转录；n n将模板固定于细胞核内固定位置，有利于拓扑异构酶将模板固定于细胞核内固定位置，有利于拓扑异构酶改变改变DNADNA双螺旋，促进双螺旋，促进RNAPIIRNAPII在在DNADNA上的结合和滑动；上的结合和滑动；n n增强子区可

29、以作为反式作用因子或增强子区可以作为反式作用因子或RNAPIIRNAPII进入染色质进入染色质的入口的入口.第36页，讲稿共70张，创作于星期二n n三种真核生物RNAP起始转录的特点转录起始复合物的形成过程n n各种转录因子的作用Eukaryotes:general transcription factors(GTFs)(sufficient for initiate the transcription by RNA Pol(sufficient for initiate the transcription by RNA Pol in vitro in vitro but not in vi

30、vo).but not in vivo).TFI factors for RNAP I,TFII factors for RNAP II，TFIII factors for RNAP IIITBP，TAFetc.polTFHTAFTFFTAFTAFTFATFBTBPTATA 第37页，讲稿共70张，创作于星期二RNAP I：rRNA转录的起始转录的起始第38页，讲稿共70张，创作于星期二RNAPIIIRNAP III：tRNA 转录的起始转录的起始第39页，讲稿共70张，创作于星期二401.1.TBP in TFIIDTBP in TFIID binds to the TATA binds t

31、o the TATA boxbox2.2.TFIIA and TFIIBTFIIA and TFIIB are recruited are recruited with TFIIB binding to the BREwith TFIIB binding to the BRE3.3.RNA Pol II-TFIIFRNA Pol II-TFIIF complex is complex is then recruitedthen recruited4.4.TFIIE and TFIIHTFIIE and TFIIH then bind then bind upstream of Pol II t

32、o form the upstream of Pol II to form the pre-initiation complexpre-initiation complex 5.5.Promoter meltingPromoter melting using energy using energy from ATP hydrolysis by TFIIH)from ATP hydrolysis by TFIIH)6.6.Promoter escapesPromoter escapes after the after the phosphorylation of the phosphorylat

33、ion of the CTD tailCTD tail.RNAP II：mRNA 第40页，讲稿共70张，创作于星期二真核基因的调节蛋白真核基因的调节蛋白 反式作用因子反式作用因子(trans-acting factor)能直接或间接与能直接或间接与顺式作用元件顺式作用元件相互作用，进而调控基因相互作用，进而调控基因转录的一类调节蛋白，统称为转录的一类调节蛋白，统称为反式作用因子反式作用因子。按其功能不同，常有以下三类：按其功能不同，常有以下三类：基本转录因子基本转录因子:识别识别promoter元件元件 转录调节因子转录调节因子:识别识别enhancer或或silencer 共调节因子：不能

34、进行共调节因子：不能进行DNA-蛋白质相互作用蛋白质相互作用第41页，讲稿共70张，创作于星期二RNA聚合酶聚合酶在转录因子帮助下，形成的转录起始复合物在转录因子帮助下，形成的转录起始复合物polTFHTAFTFFTAFTAFTFATFBTBPTATA DNATAF:TBP associated factorsholoenzyme（1 1）基本转录因子）基本转录因子 (general transcription factor)是是指指能能够够直直接接或或间间接接与与启启动动子子核核心心序序列列TATATATA盒盒特特异异结结合合、并并启启动动转录的一类调节蛋白。转录的一类调节蛋白。TBP:TA

35、TA-box binding proteinTFII:pol II associated TF第42页，讲稿共70张，创作于星期二(2)(2)转录调节因子转录调节因子 (transcription factor,TF)这类调节蛋白能识别并结合转录起始点的上游序列和远端的增强这类调节蛋白能识别并结合转录起始点的上游序列和远端的增强子元件，通过子元件，通过DNADNA蛋白质相互作用而调节转录活性。蛋白质相互作用而调节转录活性。决定不同基因决定不同基因的时间、空间特异性表达的时间、空间特异性表达.转录激活因子转录激活因子(transcriptional activator)转录阻遏因子转录阻遏因子(

36、transcriptional repressor)（3 3）共调节因子）共调节因子 (transcriptional regulator/co-factor)首先与转录因子发生蛋白蛋白相互作用，进而影响它们的分子构象，首先与转录因子发生蛋白蛋白相互作用，进而影响它们的分子构象，以调节转录活性以调节转录活性,本身无本身无DNADNA结合活性。结合活性。如果与转录激活因子有协同作用如果与转录激活因子有协同作用共激活因子；共激活因子；与转录阻遏因子有协同作用与转录阻遏因子有协同作用共阻遏因子。共阻遏因子。第43页，讲稿共70张，创作于星期二The activity of a regulatory

37、transcription factor may be controlled by synthesisof protein,covalent modification of protein,ligand binding,or binding of inhibitors that sequester the protein or affect its ability to bind to DNA.第44页，讲稿共70张，创作于星期二转录因子结构域结构n n转录因子结合启动子的特定结构（上游调控原件或增转录因子结合启动子的特定结构（上游调控原件或增强子）；强子）；n n转录因子有两种独特的活性：与

38、转录因子有两种独特的活性：与DNADNA原件特异性结合，原件特异性结合，激活转录；激活转录；n n这两种活性由不同的蛋白结构域执行，分别为这两种活性由不同的蛋白结构域执行，分别为DNADNA结合结结合结构域和转录激活结构域构域和转录激活结构域n n许多转录因子以同型或者异型二聚体存在；许多转录因子以同型或者异型二聚体存在；n n还有一些转录因子有配体结构域，可以附加小分子还有一些转录因子有配体结构域，可以附加小分子调控转录因子自身的活性。调控转录因子自身的活性。第45页，讲稿共70张，创作于星期二常见转录因子的结构域常见转录因子的结构域DNA结合域结合域(DNA binding domain)

39、转录激活域转录激活域(trans-activation domain)TF蛋白质蛋白质-蛋白质结合域蛋白质结合域（dimerization,co-factors）谷氨酰胺谷氨酰胺(Q)(Q)富含域富含域酸性激活域酸性激活域(D/E-rich)脯氨酸脯氨酸(P)富含域富含域螺旋螺旋-转角转角-螺旋螺旋(HTH)锌指锌指(zinc finger)亮氨酸拉链亮氨酸拉链螺旋螺旋-环环-螺旋螺旋(HLH)锌指锌指(zinc finger)亮氨酸拉链亮氨酸拉链锌指锌指(zinc finger)同源结构域同源结构域第46页，讲稿共70张，创作于星期二DNA结合域1螺旋-转角-螺旋结构域n n这类结构域的特点

40、是它的DNA结合域包含一个60个氨基酸的同源域n n蛋白质中至少有2个a-螺旋，中间有氨基酸形成转折，第47页，讲稿共70张，创作于星期二n n与与DNADNA发生作用时，发生作用时，识别的螺旋处于大沟中识别的螺旋处于大沟中，其他的，其他的螺旋靠在外侧，螺旋靠在外侧，N-N-的延伸部分氨基酸与的延伸部分氨基酸与DNADNA小沟结合小沟结合n n近羧基端近羧基端a-a-螺旋中氨基酸的替换会影响蛋白质在螺旋中氨基酸的替换会影响蛋白质在DNADNA大大沟中的结合能力沟中的结合能力第48页，讲稿共70张，创作于星期二DNA结合域结合域2锌指结构锌指结构(zinc finger)第49页，讲稿共70张，

41、创作于星期二n n锌指结构域有锌指结构域有2 2种形式：种形式：Cys2/His2Cys2/His2和和Cys2/Cys2Cys2/Cys2n nCys2/His2Cys2/His2型锌指有型锌指有1212氨基酸的环，通过氨基酸的环，通过2 2个个CysCys和和2 2个个HisHis残基残基固定，固定，4 4个残基与个残基与Zn2+Zn2+在空间上形成一个四面体结构在空间上形成一个四面体结构n n锌指折叠成锌指折叠成2 2个个-折叠和折叠和1 1个个a-a-螺旋。螺旋。a-a-螺旋含有保守的碱性氨基酸，螺旋含有保守的碱性氨基酸，与大沟结合，结合与大沟结合，结合DNADNAn nTFIIIAT

42、FIIIA中重复中重复9 9次，次，SP1SP1中有中有3 3个拷贝；至少需要个拷贝；至少需要3 3个锌指才能与个锌指才能与DNADNA结合结合第50页，讲稿共70张，创作于星期二n nCys2/Cys2Cys2/Cys2结构是锌离子与结构是锌离子与4 4个个CysCys结合，出现在类固醇类激素结合，出现在类固醇类激素受体转录因子中。受体转录因子中。n n由同型或异型的二聚体组成每一个单体包括由同型或异型的二聚体组成每一个单体包括2 2个个Cys2/CysCys2/Cys结构。结构。n n两个单体通过锌离子稳定结构，每个单体的两个单体通过锌离子稳定结构，每个单体的a-a-螺旋插入到螺旋插入到D

43、NADNA连续大沟中连续大沟中第51页，讲稿共70张，创作于星期二转录因子转录因子Sp1Sp1就有一个由就有一个由3 3个锌指组成的个锌指组成的DNADNA结合域。结合域。锌指是DNA结合蛋白中一种普通的蛋白质超二级结构。锌指成对地重复形成一列，有时还不止一组锌指。锌指区的范围有大有小：有的包含9个重复序列覆盖几乎整个蛋白质（如TFIIIA），有的只包含两个锌指（如Drosophila的调节子ADR1），形成一个较小的结构域。第52页，讲稿共70张，创作于星期二Zinc fingers may form Zinc fingers may form a a a a-helices that in

44、sert into the helices that insert into the major groove,associated major groove,associated with with b b b b-sheets on the other side.-sheets on the other side.显示了它们的晶体结构。每个锌指的C端形成一个螺旋,结合DNA；N端形成一个折叠(折叠和锌离子的位置在图图中的下半部分没有显示出来)。三个螺旋向大沟的一个拐弯处伸展。每个螺旋（即每个锌指）有两个特定的DNA结合序列（箭头所指处）。锌指C端的非保守氨基酸是用来识别特定靶点的。第53页

45、，讲稿共70张，创作于星期二The first finger of a steroid receptor The first finger of a steroid receptor controls specificity of DNA-binding controls specificity of DNA-binding(positions shown in red);the second(positions shown in red);the second finger controls specificity of finger controls specificity of dime

46、rization(positions shown in dimerization(positions shown in blue).blue).第54页，讲稿共70张，创作于星期二n n碱性结构域：在许多DNA结合蛋白中都发现了碱性结构域，通常是由亮氨酸拉链或螺旋-环-螺旋结构域联合在一起，称为碱性亮氨酸拉链或者碱性HLH蛋白n n碱性结构域通过蛋白质的二聚作用使得2个碱性结构域相邻，进而与DNA发生作用第55页，讲稿共70张，创作于星期二DNA结合域结合域3亮氨酸拉链亮氨酸拉链(Leucine zippers)第56页，讲稿共70张，创作于星期二碱性亮氨酸拉链碱性亮氨酸拉链（bZIP:bas

47、ic Leu Zip)bZIP:basic Leu Zip)结构域转录激活因子序列比较结构域转录激活因子序列比较 第57页，讲稿共70张，创作于星期二n nbZIPbZIP的的C-C-端肽键每隔端肽键每隔6 6残基就有残基就有1 1个亮氨个亮氨酸残基；酸残基；a-a-螺旋的侧面每隔螺旋的侧面每隔2 2圈就会出圈就会出现现1 1个亮氨酸，形成一个疏水表面；个亮氨酸，形成一个疏水表面；n n这类蛋白质都是以二聚体形式存在，因这类蛋白质都是以二聚体形式存在，因此两个蛋白质侧面的亮氨酸是形成此两个蛋白质侧面的亮氨酸是形成bZIPbZIP二聚体的基础；二聚体的基础；n nbZIPbZIP的的N-N-端富

48、含碱性氨基酸的结构域端富含碱性氨基酸的结构域与与DNADNA结合。不形成二聚体，碱性区结合。不形成二聚体，碱性区与与DNADNA的结合明显下降；的结合明显下降；n n因此亮氨酸拉链结构域对因此亮氨酸拉链结构域对DNADNA的结合是的结合是由由N-N-碱性区和碱性区和C-C-拉链区的整体性作为拉链区的整体性作为基础的。基础的。第58页，讲稿共70张，创作于星期二碱性亮氨酸拉链转录激活蛋白与碱性亮氨酸拉链转录激活蛋白与调控区调控区DNADNA相结合的示意图相结合的示意图 第59页，讲稿共70张，创作于星期二Helix-Loop-Helix motif:similar as in leucine z

49、ipper motif.DNA结合域结合域4螺旋螺旋-环环-螺旋结构域螺旋结构域第60页，讲稿共70张，创作于星期二bHLH的特点n n结构与亮氨酸拉链比较相似。两个a-螺旋被一段非螺旋的多肽隔开分成2部分。n nC-端a-螺旋可以二聚体化，类似于bZIPn nN-端a-螺旋为碱性区，可以与DNA结合，其结合DNA的特性与bZIP类似。n nbHLP只有形成同源或异源二聚体时候才有足够的结合DNA的能力；若异源二聚体一方没有碱性区，则缺乏结合DNA的能力第61页，讲稿共70张，创作于星期二bHLHbHLH蛋白蛋白(basic Helix-Loop-Helix)(basic Helix-Loop

50、-Helix)第62页，讲稿共70张，创作于星期二myogenic factor:生肌调节蛋白是一种生肌调节蛋白是一种转录因子。转录因子。第63页，讲稿共70张，创作于星期二DNA结合域结合域5同源域蛋白同源域蛋白n n同源框就是一个编码含同源框就是一个编码含6060个氨基酸结构域的基因序列。个氨基酸结构域的基因序列。几乎所有的真核生物蛋白都拥有这一结构域。几乎所有的真核生物蛋白都拥有这一结构域。n n最初来自于果蝇上的同源位点（这个基因决定果蝇最初来自于果蝇上的同源位点（这个基因决定果蝇身体结构的特征）。在调控果蝇早期发育的许多基身体结构的特征）。在调控果蝇早期发育的许多基因中都有这一同源序