真核基因表达调控 (7)精选课件.ppt

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1、目目 录录关于真核基因表达调控(7)第一页，本课件共有75页目目 录录n1970年年，猿猿猴猴病病毒毒40(simian virus 40,SV40）的的生生命命周周期期被被确确定定为为早早、晚晚两两个个阶阶段段，使使它它们们成成为为基基因因表表达达调调控控的的典典型型模型。模型。n1975年年D.Pribonow发现发现T7启动子序列。启动子序列。n1982年年C.Benoist和和P.Chambon揭揭示示了了SV40的的早早期期启启动动子子序列。序列。n1983年年，W.S.Dynan和和R.Tjian分分离离、鉴鉴定定了了真真核核转转录录因因子子AP1。n1986年年，J.Clarke

2、和和Chambon两两个个实实验验室室同同时时报报告告了了SV40增增强子的多功能元件组成。强子的多功能元件组成。n1990年代，信号转导年代，信号转导-基因转录偶联机制成为热点课题基因转录偶联机制成为热点课题。第二页，本课件共有75页目目 录录第三页，本课件共有75页目目 录录第四页，本课件共有75页目目 录录第第 一一 节节真核基因表达调控的特征真核基因表达调控的特征Features of Eukaryotic Gene Regulation第五页，本课件共有75页目目 录录一、顺式作用元件是决定真核基因一、顺式作用元件是决定真核基因转录活性的关键因素之一转录活性的关键因素之一exon1i

3、ntron1exon nintron n上游上游下游下游转录起始点转录起始点增强子增强子沉默子沉默子启动子启动子TATA盒盒GC盒盒CAAT盒盒增强子增强子第六页，本课件共有75页目目 录录（一）（一）启动子是启动子是RNA聚合酶结合并启动聚合酶结合并启动 基因转录的特异基因转录的特异DNA序列序列 真真真真核核核核基基基基因因因因的的的的启启启启动动动动子子子子指指指指的的的的是是是是RNARNA聚聚合合酶酶（RNA RNA polymerasepolymerase，RNA Pol）识识识识别别别别、结结结结合合合合的的的的基基基基因因因因转转转转录录录录调调调调控控控控区区区区中中中中启启

4、启启动动动动基基基基因因因因转转转转录录录录的的的的一一一一段段段段特特特特异异异异DNADNA序序序序列列列列，包包包包含含含含一一一一组组组组转转转转录录录录调调调调控控控控功功功功能能能能组组组组件件件件，其其其其中中中中每每每每一一一一个个个个功功功功能能能能组组组组件件件件的的的的DNADNA序序列列约约720 bp720 bp。第七页，本课件共有75页目目 录录 TATA盒盒 CAAT盒盒 GC盒盒 增强子增强子 顺式作用元件顺式作用元件 结构基因结构基因-GCGC-CAAT-TATA转录起始转录起始真核生物启动子保守序列真核生物启动子保守序列第八页，本课件共有75页目目 录录1.

5、近起始点的近起始点的TATA盒盒/起始子及起始子及CpG岛岛 是真核生物启动子的核心序列是真核生物启动子的核心序列真真核核细细胞胞的的启启动动子子是是包包括括转转录录起起始始点点（transcription initiation site或或transcription start site）在在内内的的、有有通通用用转转录录因子及因子及RNA聚合酶组装、结合的一段聚合酶组装、结合的一段DNA序列。序列。典典型型的的启启动动子子核核心心序序列列（core sequences）是是在在转转录录起起始始位位点点上上游游2535 bp处处，有有一一保保守守的的TATA序序列列，被被称称为为TATA盒盒

6、（TATA box），真真核核细细胞胞的的TATA盒盒多多为为TATAAAA序序列列。TATA盒盒与与原原核核细细胞胞的的启启动动子子一一样样，对对RNA聚聚合合酶酶II的的转转录录起始位点起起始位点起定位定位作用。作用。第九页，本课件共有75页目目 录录n一一些些真真核核细细胞胞基基因因含含有有另另一一种种启启动动子子元元件件，称称为为起起始始子子(initiator,Inr)，决定启动子的强度。决定启动子的强度。n起起始始子子共共有有序序列列为为：（5）Y-Y-A+1-N-T/A-Y-Y-Y（3）；Y代代表表胞胞嘧嘧啶啶C或或胸胸腺腺嘧嘧啶啶T，N代代表表任意碱基，任意碱基，T/A代表代表

7、T或或A。第十页，本课件共有75页目目 录录n有有一一些些编编码码蛋蛋白白质质基基因因的的转转录录可可有有多多个个起起始始点点，可产生含不同可产生含不同5 末端的末端的mRNA。n它它们们不不含含TATA盒盒或或起起始始子子，多多在在起起始始位位点点上上游游约约100 bp内内含含有有20 50个个核核苷苷酸酸的的CG序序列列，被被称做称做CpG岛（岛（CpG island）。n这这些些基基因因大大多多为为低低转转录录基基因因，编编码码中中间间代代谢谢酶酶的管家基因。的管家基因。第十一页，本课件共有75页目目 录录 2.启动子中的上游元件协助真核基因调节启动子中的上游元件协助真核基因调节GC盒

8、盒(GC box)(GGGCGG)CAAT盒盒(CAAT box)(GCCAAT)n启动子上游元件（启动子上游元件（promoter-proximal elements,或或upstream promoter elements）是一些位于是一些位于TATA盒上游盒上游的的DNA序列，与调节蛋白结合，调节通用转录因子序列，与调节蛋白结合，调节通用转录因子与与TATA盒的结合、盒的结合、RNA聚合酶与启动子的结合，以聚合酶与启动子的结合，以及转录起始复合物的形成，从而决定基因的转录效率及转录起始复合物的形成，从而决定基因的转录效率与专一性。与专一性。n常见的序列是：常见的序列是：第十二页，本课件共

9、有75页目目 录录(二）增强子决定基因的时空特异性表达二）增强子决定基因的时空特异性表达增强子（增强子（enhancer）是是能能够够结结合合特特异异基基因因调调节节蛋蛋白白，促促进进邻邻近近或或远远隔隔特特定定基基因因表表达达的的DNA序序列列；在在酵酵母母中中，被被称称为为上上游游活活化序列（化序列（upstream activator sequences,UASs）。n增强子的作用通常与其所处的位置和方向无关。增强子的作用通常与其所处的位置和方向无关。第十三页，本课件共有75页目目 录录n增增强强子子距距转转录录起起始始位位点点的的距距离离变变化化很很大大，从从100 nt到到50,00

10、0nt，甚至更大。但总是作用于最近的启动子。，甚至更大。但总是作用于最近的启动子。n增强子所处位置增强子所处位置n在在所所调调控控基基因因的的上上游游或或下下游游，但但主主要要位位于于上上游游。下下游游内内含含子子当当中中，乃乃至至下下游游最最后后外外显显子子以以外外的的序序列列也也可可含含有增强子。有增强子。很多哺乳动物基因受一个以上的增强子调控。很多哺乳动物基因受一个以上的增强子调控。第十四页，本课件共有75页目目 录录（三）沉默子阻遏基因转录（三）沉默子阻遏基因转录沉默子沉默子沉默子沉默子(silencer)(silencer)是指某些真核基因转录调控区中抑是指某些真核基因转录调控区中抑

11、是指某些真核基因转录调控区中抑是指某些真核基因转录调控区中抑制或阻遏基因转录的一段（数百制或阻遏基因转录的一段（数百制或阻遏基因转录的一段（数百制或阻遏基因转录的一段（数百bpbp）DNADNA序列。沉默序序列。沉默序序列。沉默序序列。沉默序列促进局部列促进局部列促进局部列促进局部DNADNA的染色质形成致密结构，从而阻止转录的染色质形成致密结构，从而阻止转录的染色质形成致密结构，从而阻止转录的染色质形成致密结构，从而阻止转录激活因子结合激活因子结合激活因子结合激活因子结合DNADNA，是基因转录的负性调节因素。，是基因转录的负性调节因素。，是基因转录的负性调节因素。，是基因转录的负性调节因素

12、。第十五页，本课件共有75页目目 录录二、反式作用因子和顺式作用蛋白二、反式作用因子和顺式作用蛋白 是真核基因的转录调节蛋白是真核基因的转录调节蛋白n n在在在在真真真真核核核核细细细细胞胞胞胞核核核核中中中中，有有有有许许许许多多多多蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质能能能能够够够够帮帮帮帮助助助助RNARNA聚聚聚聚合合合合酶酶酶酶 转转转转 录录录录RNARNA。这这这这 类类类类 蛋蛋蛋蛋 白白白白 质质质质 统统统统 称称称称转转转转 录录录录 因因因因 子子子子（transcription transcription factorsfactors，TFTF）或或或或转转转转 录录录录 调调调

13、调 节节节节 蛋蛋蛋蛋 白白白白（transcription regulatory proteintranscription regulatory protein）。）。n n以以以以反反反反式式式式作作作作用用用用方方方方式式式式调调调调节节节节基基基基因因因因转转转转录录录录的的的的转转转转录录录录因因因因子子子子称称称称为为为为反反反反式式式式作作作作用用用用因因因因子子子子（trans-acting trans-acting factorfactor），以以以以顺顺顺顺式式式式作作作作用用用用方方方方式式式式调调调调节节节节基基基基因因因因转转转转录录录录的的的的转转转转录录录录因因因

14、因子子子子称称称称为为为为顺顺式式作作用用蛋蛋白白（cis-acting cis-acting proteinprotein）。第十六页，本课件共有75页目目 录录cDNAaDNA反式调节反式调节C顺式调节顺式调节 mRNA C蛋白质蛋白质CBA mRNA蛋白质蛋白质AA第十七页，本课件共有75页目目 录录（一）（一）Pol转录需要基本转录因子和特异转录需要基本转录因子和特异 转录因子转录因子*基本转录因子基本转录因子(general transcription factors)是是RNA聚聚合合酶酶结结合合启启动动子子所所必必需需的的一一组组蛋蛋白白因因子子，决决定定三三种种RNA(mRNA

15、、tRNA及及rRNA)转转录录的类别。的类别。第十八页，本课件共有75页目目 录录*特异转录因子特异转录因子(special transcription factors)为为个个别别基基因因转转录录所所必必需需，决决定定该该基基因因的的时时间、空间特异性表达。间、空间特异性表达。转录激活因子转录激活因子转录抑制因子转录抑制因子第十九页，本课件共有75页目目 录录 转录调节因子结构转录调节因子结构DNA结合域结合域转录激活域转录激活域TF蛋白质蛋白质-蛋白质结合域蛋白质结合域（二聚化结构域）（二聚化结构域）谷氨酰胺富含域谷氨酰胺富含域酸性激活域酸性激活域脯氨酸富含域脯氨酸富含域第二十页，本课件

16、共有75页目目 录录（二）转录因子含有不同的（二）转录因子含有不同的DNA结合域结合域n n螺旋螺旋-转角转角转角转角-螺旋螺旋螺旋螺旋是转录因子中的常见的是转录因子中的常见的是转录因子中的常见的是转录因子中的常见的DNA结合域结合域结合域结合域 n n同源异型域结构同源异型域结构同源异型域结构同源异型域结构与与与与HTHHTH结构域类似结构域类似 n n锌指结构锌指结构锌指结构锌指结构是一类含锌离子转录因子的是一类含锌离子转录因子的是一类含锌离子转录因子的是一类含锌离子转录因子的DNADNA结合域结合域 n n亮氨酸拉链亮氨酸拉链亮氨酸拉链亮氨酸拉链结构域既可介导结合结构域既可介导结合结构域

17、既可介导结合结构域既可介导结合DNADNA又可介导蛋白质又可介导蛋白质又可介导蛋白质又可介导蛋白质二聚体化二聚体化二聚体化二聚体化 n n碱性螺旋碱性螺旋碱性螺旋碱性螺旋-环环环环-螺旋螺旋结构域也可同时介导结合结构域也可同时介导结合结构域也可同时介导结合结构域也可同时介导结合DNADNA和蛋和蛋和蛋和蛋白质二聚体化白质二聚体化白质二聚体化白质二聚体化 第二十一页，本课件共有75页目目 录录螺旋螺旋-回折回折-螺旋螺旋（helix-turn-helix，HTH）同源异型域同源异型域（homeodomain，HD）识别识别螺旋螺旋DNA大沟大沟DNA小沟小沟螺旋螺旋1N端端DNA大沟大沟螺旋螺旋

18、3第二十二页，本课件共有75页目目 录录 锌指结构是一类含锌的锌指结构是一类含锌的DNADNA结合蛋白质模体结合蛋白质模体C2H2型锌指（型锌指（Zinc finger）第二十三页，本课件共有75页目目 录录反向平行反向平行片层片层DNA大沟大沟螺旋螺旋Zn2第二十四页，本课件共有75页目目 录录 亮氨酸拉链同时调节亮氨酸拉链同时调节DNA结合与蛋白质二聚体化结合与蛋白质二聚体化LeuLeuLeuLeuLeuLeuLeuLeuDNA大沟大沟DNA大沟大沟亮氨酸拉链亮氨酸拉链（leucine zipper）第二十五页，本课件共有75页目目 录录 碱性螺旋碱性螺旋-环环-螺旋结构也可调节螺旋结构也

19、可调节DNA结合及蛋白结合及蛋白质二聚体化质二聚体化 碱性螺旋碱性螺旋-环环-螺旋螺旋（basic helix-loop-helix，bHLH）bHLH双体双体DNA大沟大沟螺螺旋旋螺旋螺旋环环第二十六页，本课件共有75页目目 录录（三）转录因子含有不同的转录激活域（三）转录因子含有不同的转录激活域n n富含谷氨酰胺的转录激活域富含谷氨酰胺的转录激活域 n n富含脯氨酸的转录激活域富含脯氨酸的转录激活域 n n酸性氨基酸转录激活域酸性氨基酸转录激活域 第二十七页，本课件共有75页目目 录录三、正性调节占主导的真核基因表达三、正性调节占主导的真核基因表达调控机制更加复杂调控机制更加复杂*不同的不

20、同的不同的不同的DNADNA元件组合可产生多种类型的转录调节方式；元件组合可产生多种类型的转录调节方式；元件组合可产生多种类型的转录调节方式；元件组合可产生多种类型的转录调节方式；*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DNADNA元件；元件；元件；元件；*转转转转录录录录因因因因子子子子与与与与DNADNA元元元元件件件件结结结结合合合合后后后后，对对对对转转转转录录录录激激激激活活活活过过过过程程程程所所所所产产产产生生生生的效果各异，有正性调节或负性调节之分。的效果各异，有正性调节或负性调节之分。的效果各异，有正性调节或负性调节之分。的效果各异，有正性调节或负性

21、调节之分。第二十八页，本课件共有75页目目 录录第第 二二 节节真核基因表达的染色质真核基因表达的染色质水平调控水平调控Chromosomal Regulation ofEukaryotic Gene Expression第二十九页，本课件共有75页目目 录录 基因活化蛋白质改变局部染色质结构基因活化蛋白质改变局部染色质结构n异染色质（异染色质（heterochromatin）是转录非活性的。是转录非活性的。n常常染染色色质质（euchromatin）中中的的转转录录活活性性区区域域对对核核酸酸酶酶敏敏感感，特特别别是是转转录录基基因因的的5-侧侧翼翼区区1000 nt以以内内是是高高敏敏感感

22、位位点点(hypersensitive sites)。很很多多高高敏敏感感位位点点是是调调节节蛋蛋白白质质的的结结合合序序列列，而而这这些些区区域域核核小小体体的的相相对对缺缺少少也也使使得得这这些些蛋蛋白质易于与之结合。白质易于与之结合。转转录录活活化化染染色色质质与与非非活活化化染染色色质质在在结结构构上上有有很大不同。很大不同。第三十页，本课件共有75页目目 录录转转录录活活化化染染色色质质与与非非活活化化染染色色质质的的组组蛋蛋白白共共价修饰的方式也不相同。价修饰的方式也不相同。n核核小小体体的的核核心心组组蛋蛋白白（H2A，H2B，H3，H4）中中赖赖氨氨酸酸残残基基的的非非可可逆逆

23、性性甲甲基基化化，丝丝氨氨酸酸与与苏苏氨氨酸酸残残基基的的磷磷酸酸化化，乙乙酰酰化化以以及及泛泛素素化化多多是是转转录录活活性性染染色色质质的的特特点。点。n真真核核细细胞胞DNA的的CpG序序列列（CpG岛岛）中中的的胞胞嘧嘧啶啶被被甲甲基基化化为为5-甲甲基基胞胞嘧嘧啶啶是是常常见见现现象象，但但转转录录活活性性染染色色质区域胞嘧啶被甲基化的程度降低。质区域胞嘧啶被甲基化的程度降低。第三十一页，本课件共有75页目目 录录n染色质重塑（染色质重塑（chromatin remodeling）基基因因活活化化蛋蛋白白质质可可以以通通过过改改变变基基因因的的启启动动子子和和调调节节序序列列区区域域

24、的的染染色色质质结结构构来来促促进进转转录录开开始始。这这种种改改变变局局部部染染色色质质结结构构的的过过程程被称为被称为染色质重塑染色质重塑。n最主要的两种方式：最主要的两种方式：组蛋白的共价修饰组蛋白的共价修饰 核小体重塑（核小体重塑（nucleosome remodeling）第三十二页，本课件共有75页目目 录录染染色色质质重重塑塑第三十三页，本课件共有75页目目 录录n组蛋白乙酰化组蛋白乙酰化 位位 点点：组组 蛋蛋 白白 乙乙 酰酰 化化 转转 移移 酶酶（histone acetyl transferases,HATs），也也称称组组蛋蛋白白乙乙酰酰化化酶酶（histone ac

25、etylase）主主要要作作用用于于核核小小体体的的核核心心组组蛋蛋白白所所富富含含的的赖赖氨氨酸酸残残基基，降降低低整整个个核核小小体体对对DNA的的亲和性。亲和性。时间：时间：基因活化蛋白质结合在转录调节区域后。基因活化蛋白质结合在转录调节区域后。第三十四页，本课件共有75页目目 录录作作用用：使使染染色色质质进进入入转转录录活活性性状状态态乙乙；还还可可能能促促进进或防止与其他转录或调节相关蛋白的相互作用。或防止与其他转录或调节相关蛋白的相互作用。逆逆转转：组组蛋蛋白白脱脱乙乙酰酰化化酶酶(histone deacetylase)减减少少核小体的乙酰化，使染色质恢复转录非活性状态。核小体

26、的乙酰化，使染色质恢复转录非活性状态。第三十五页，本课件共有75页目目 录录第第 三三 节节真核基因表达的转录水平调控真核基因表达的转录水平调控Transcriptional Regulation of Eukaryotic Gene Expression第三十六页，本课件共有75页目目 录录基因表达的多级调控基因表达的多级调控:基因基因激活激活转录起始转录起始 转录后加工转录后加工mRNA降解降解蛋白质降解等蛋白质降解等蛋白质翻译蛋白质翻译翻译后加工修饰翻译后加工修饰第三十七页，本课件共有75页目目 录录基因转录激活调节基本要素基因转录激活调节基本要素:n基因的结构、性质基因的结构、性质n细

27、胞内所存在的转录调节蛋白细胞内所存在的转录调节蛋白n生物个体或细胞所处的内、外环境生物个体或细胞所处的内、外环境第三十八页，本课件共有75页目目 录录 真核细胞基因开关的分子机制比原核复杂真核细胞基因开关的分子机制比原核复杂n基本共同点：基本共同点：转录起始的调节是关键点转录起始的调节是关键点n根本不同点：根本不同点：原核生物：原核生物：启动子在缺少转录因子情况下就启动子在缺少转录因子情况下就具有天然活性具有天然活性 真核生物：真核生物：强力启动子在缺少调节蛋白的情强力启动子在缺少调节蛋白的情况下往往没有活性况下往往没有活性 第三十九页，本课件共有75页目目 录录n真真核核细细胞胞基基因因及及

28、其其调调控控区区域域受受到到染染色色质质结结构构的的限限制制，转转录录的的活活化化与与转转录录调调控控区区域域、转转录录区区域域内内染染色色质质结结构构的诸多变化相关；的诸多变化相关；n正正性性调调节节是是主主要要形形式式。因因此此，在在转转录录的的基基本本状状态态受受到到制制约约的的情情况况下下，使使得得每每个个真真核核细细胞胞基基因因需需要要活活化化才才能能被转录；被转录；n真真核核细细胞胞有有更更大大、更更为为复复杂杂、种种类类更更多多的的调调节节蛋蛋白白。单单一一启启动动子子可可以以被被分分散散在在DNA分分子子上上、数数量量近近乎乎无无限限的的调调节序列所控制。节序列所控制。真核细胞

29、对基因表达起始的调控至少在下面真核细胞对基因表达起始的调控至少在下面几个方面与原核细胞存在不同：几个方面与原核细胞存在不同：第四十页，本课件共有75页目目 录录 一、转录起始调控发生在转录起始复合一、转录起始调控发生在转录起始复合物的组装过程物的组装过程基因活化蛋白质与增强子或基因活化蛋白质与增强子或UASs的结合；的结合；通用转录因子在启动子处的组装；通用转录因子在启动子处的组装；辅辅助助激激活活子子(coactivator)和和/或或中中介介子子（medicator）在在通通用用转转录录因因子子/RNA聚聚合合酶酶II复复合合物物与与基基因因活活化化蛋白质之间的辅助和中介作用。蛋白质之间的

30、辅助和中介作用。RNA聚合酶聚合酶II与启动子的结合、启动转录需要与启动子的结合、启动转录需要诸多蛋白质因子的协同作用。这通常包括：诸多蛋白质因子的协同作用。这通常包括：第四十一页，本课件共有75页目目 录录基基因因活活化化蛋蛋白白质质与与增增强强子子结结合合后后，通通过过与与全全酶酶复复合合体体中中的的中中介介子子相相互互反反应应，使使全全酶酶复复合合体体在在空间上更接近启动子并有效组装。空间上更接近启动子并有效组装。此此外外，多多数数全全酶酶复复合合体体中中缺缺少少一一些些通通用用转转录录因因子子，如如TFIID与与TFIIA，它它们们需需要要在在启启动动子子处处分分别别组组 装装，最最

31、后后 形形 成成 稳稳 定定 的的转转 录录 起起 始始 复复 合合 物物（transcription initiation complex），启动转录。，启动转录。第四十二页，本课件共有75页目目 录录TATA盒盒TF IIDRNA聚合酶聚合酶II通用转录因子通用转录因子转录方向转录方向中介子中介子活化蛋白活化蛋白活化蛋白活化蛋白增强子增强子增强子增强子DNATF IIA第四十三页，本课件共有75页目目 录录基基因因活活化化蛋蛋白白与与增增强强子子结结合合后后如如何何影影响响到到远远距距离离的的RNA聚聚合合酶酶结结合合位位点点，有有以以下下几几种种模式：模式：通通过过扭扭曲曲作作用用使使D

32、NA链链发发生生构构型型变变化化，更更适适合合于于通通用用转转录录因因子子与与RNA聚聚合合酶酶结结合合,并并通通过过直直接接接接触触或或通通过过辅辅活活化化子子/中中介介子子而而影影响响通通用用转转录录因子和因子和RNA聚合酶的组装。聚合酶的组装。扭曲（扭曲（twisting）第四十四页，本课件共有75页目目 录录沿沿DNA滑滑动动，直直到到接接触触另另一一个个特特异异DNA序序列结合的转录因子，发挥作用。列结合的转录因子，发挥作用。利利用用DNA分分子子的的柔柔曲曲性性弯弯曲曲成成环环，使使增增强强子子区区域域与与RNA聚聚合合酶酶结结合合位位点点靠靠近近，直直接接接接触触或或通通过过辅辅

33、活化子活化子/中介子而发挥作用。中介子而发挥作用。滑动（滑动（sliding）成环（成环（looping）第四十五页，本课件共有75页目目 录录固固醇醇类类激激素素、甲甲状状腺腺激激素素、维维甲甲酸酸类类激激素素等等激激素素与与细细胞胞核核内内的的特特异异性性受受体体，即即特特异异基基因因调调节节蛋蛋白白结结合合，形形成成的的激激素素-受受体体复复合合物物结结合合到到DNA特特定定的的基基因因调调节节序序列列激激素素反反应应元元件件(hormone response elements,HREs)，再再通通过过与与其其他他调调节节因因子子的相互作用，活化或抑制相邻基因的表达。的相互作用，活化或抑

34、制相邻基因的表达。第四十六页，本课件共有75页目目 录录几种不同的激素反应元件几种不同的激素反应元件受体受体共同结合序列共同结合序列*男性激素（男性激素（Androgen）GG(A/T)ACAN2TGTTCT糖皮质激素糖皮质激素(Glucocorticoid)GGTACAN3TGTTCT维甲酸维甲酸(Retinoic acid)AGGTCAN5AGGTCA维生素维生素D(Vitamin D)AGGTCAN3AGGTCA甲状腺激素甲状腺激素(Thyroid hormone)AGGTCAN3AGGTCA类维生素类维生素A（Retinoid X）AGGTCANAGGTCANAGGTCANAGGTCA

35、第四十七页，本课件共有75页目目 录录（一）（一）mRNA 5端加帽和端加帽和3端加尾修饰端加尾修饰利于利于mRNA稳定性和转运稳定性和转运除组蛋白外，所有真核细胞除组蛋白外，所有真核细胞mRNA都有都有5 端端的的“帽帽”和和3 端的端的Poly(A)尾结构尾结构。5 端的端的“帽帽”和和3 端的端的Poly(A)尾均有其特尾均有其特有的作用。有的作用。二、转录后调控涉及修饰、剪接、二、转录后调控涉及修饰、剪接、编辑、定向转运多个环节编辑、定向转运多个环节第四十八页，本课件共有75页目目 录录5 加帽的作用在于：加帽的作用在于：有助于保护有助于保护mRNA免于被核糖核酸酶降解；免于被核糖核酸

36、酶降解；5 帽帽结结合合蛋蛋白白复复合合体体参参与与mRNA和和核核糖糖体体的的结结合来起始翻译合来起始翻译。促进促进mRNA从细胞核运输到细胞浆；从细胞核运输到细胞浆；协协助助mRNA的的剪剪接接。在在剪剪接接第第一一个个外外显显子子时时，剪剪接接体的形成需要帽结合蛋白的参与；体的形成需要帽结合蛋白的参与；第四十九页，本课件共有75页目目 录录poly(A)尾尾可可结结合合一一种种或或多多种种特特殊殊蛋蛋白白，避避免免mRNA被被酶酶降降解解，并并在在翻翻译译过过程程中中具具有有重重要要作作用用。许许多多原原核核mRNA也也含含有有Poly(A)尾尾，但但是是此此尾尾的的功功能能是是促促进进

37、mRNA降降解解，而而不不是是保保护护mRNA免于被降解。免于被降解。poly(A)尾的作用：尾的作用：第五十页，本课件共有75页目目 录录（二）可变性剪接可使初始转录本产生不同的（二）可变性剪接可使初始转录本产生不同的成熟成熟mRNA许许多多初初始始转转录录本本可可以以通通过过一一种种以以上上的的选选择择性性剪剪接接（alternative RNA splicing）方方式式，去去除除不不同同的的内内含含子子而而被被加加工工形形成成不不同同的的mRNAs，因因而而形形成成不不同同的的多多肽。肽。第五十一页，本课件共有75页目目 录录人视黄醛还原酶人视黄醛还原酶mRNA的选择性剪接的选择性剪接

38、mRNAPre-mRNA同种异型同种异型mRNA第五十二页，本课件共有75页目目 录录初初始始转转录录本本含含有有所所有有选选择择性性加加工工途途径径所所需需要要的分子信号。的分子信号。一一种种细细胞胞偏偏好好何何种种选选择择性性加加工工途途径径取取决决于于加加工工因子因子RNA结合蛋白的特异性。结合蛋白的特异性。负调节：负调节：抑制蛋白质可以通过与原始转录本的结合来抑制蛋白质可以通过与原始转录本的结合来防止剪接复合体切除内含子序列。防止剪接复合体切除内含子序列。选择性剪接可以被正负调节分子调节：选择性剪接可以被正负调节分子调节：正调节：正调节：而不能正常剪接的剪接复合体可以在活而不能正常剪接

39、的剪接复合体可以在活化蛋白的帮助下发挥剪接功能。化蛋白的帮助下发挥剪接功能。第五十三页，本课件共有75页目目 录录（三）编辑加工可增加（三）编辑加工可增加mRNA分子信息的内涵分子信息的内涵某些某些mRNAs在翻译前被编辑在翻译前被编辑(editing)。结果：结果：转录后编辑过程插入了转录后编辑过程插入了4个个U残基，从而残基，从而改变了转录本的翻译读码框。改变了转录本的翻译读码框。机机制制：尚尚不不清清楚楚。研研究究人人员员已已经经发发现现线线粒粒体体转转录录一一类类特特殊殊的的RNA分分子子，其其3 端端有有一一段段 poly(U),其其5 端端序序列列与与mRNAs被被编编辑辑的的区区

40、域域互互补补，被被称称为为引引导导RNA（guide RNA）。引引导导RNA可可能能作作为为编编辑辑过过程程的的模模板板，并并将将其其3 端端的的U转转移移给给被被编编辑辑的的mRNAs。第五十四页，本课件共有75页目目 录录 （四）调解成熟（四）调解成熟mRNA的核外输出也会的核外输出也会影响基因表达影响基因表达现现象象：估估计计有有1/5的的核核内内成成熟熟mRNAs能能进进入入细细胞胞浆浆。留留 在在 核核 内内 的的 mRNAs约约 在在1小小 时时 内内 降降 解解。mRNA通通过过核核膜膜的的过过程程是是一一个个主主动动运运输输过过程程，常常常常需需要要借借助助于于核核输输出出受

41、受体体(nuclear export receptors)才可穿过才可穿过9nm的核孔通道。的核孔通道。机制：机制：调控调控RNA从核运输至细胞浆的机制还不很清楚。从核运输至细胞浆的机制还不很清楚。第五十五页，本课件共有75页目目 录录（五）某些（五）某些mRNA定位于细胞质的特殊区域定位于细胞质的特殊区域现象：现象：一些一些mRNA分子携带有信息，可以在翻译开分子携带有信息，可以在翻译开始前自我导向定位于细胞内的特定位置。始前自我导向定位于细胞内的特定位置。作用：作用：在细胞的特定部位集中产生所需要的大在细胞的特定部位集中产生所需要的大量蛋白质。量蛋白质。第五十六页，本课件共有75页目目 录

42、录机机制制：导导向向信信号号存存在在于于mRNA的的3 端端非非翻翻译译区区（3 untranslated region,3 UTR）。）。mRNA被被连连接接在在附附着着于于细细胞胞骨骨架架上上的的动动力力蛋蛋白白（motor proteins）上上，利利用用其其水水解解ATP所所提提供供的的能能量量沿沿着着骨骨架架成成分分朝朝目目的的方方向向移移动动，最最终终在在目目的的地地被被锚锚蛋蛋白白（anchor proteins）固定。）固定。mRNA在细胞浆中随机扩散并被不断地降解，只有在细胞浆中随机扩散并被不断地降解，只有碰上锚蛋白才能得到保护。碰上锚蛋白才能得到保护。mRNA通通过过在在细

43、细胞胞浆浆中中的的随随机机扩扩散散，在在其其定定位位处处被被锚锚蛋蛋白捕捉、固定。白捕捉、固定。n第二种情况第二种情况n第三种情况第三种情况n第一种情况第一种情况第五十七页，本课件共有75页目目 录录mRNA分子的分子的3种不同定位过程种不同定位过程第五十八页，本课件共有75页目目 录录（六）通过改变（六）通过改变mRNA分子的稳定性分子的稳定性 调控基因表达调控基因表达 意意义义：降降解解途途径径保保证证mRNA不不在在细细胞胞中中累累积积并并避免合成过多的蛋白质。避免合成过多的蛋白质。不同真核基因的不同真核基因的mRNA的降解速率大不相同。的降解速率大不相同。暂暂时时需需要要的的基基因因产

44、产物物：半半衰衰期期可可能能仅仅为为几几分分钟钟、甚甚至几秒钟。至几秒钟。经经常常需需要要的的基基因因产产物物：其其mRNA 可可在在多多代代细细胞胞中中稳定存在。稳定存在。第五十九页，本课件共有75页目目 录录真核细胞真核细胞mRNA降解有两种途径，是由每种降解有两种途径，是由每种mRNA分子的序列所决定。分子的序列所决定。nPoly(A)的逐渐短缩：最常见的途径的逐渐短缩：最常见的途径nmRNA分分子子一一旦旦进进入入细细胞胞浆浆中中，核核酸酸外外切切酶酶会会使使Poly(A)末末端端逐逐步步短短缩缩，当当剩剩下下约约30个个A时时，5 端端发生脱帽，发生脱帽，mRNA分子被迅速降解。分子

45、被迅速降解。n一一些些mRNA分分子子的的3 UTR的的特特殊殊序序列列有有助助于于特特殊殊蛋蛋白白质的结合，增加或降低质的结合，增加或降低Poly(A)短缩的速度。短缩的速度。第六十页，本课件共有75页目目 录录n可可将将Poly(A)直直接接从从mRNA分分子子上上切切除除。这这种种切切除除也也有有赖赖于于mRNA分分子子的的3 UTR特特殊殊序序列列可可以被内切酶识别。以被内切酶识别。n另一个途径始于特殊内切酶的作用另一个途径始于特殊内切酶的作用 转转 铁铁 蛋蛋 白白 受受 体体(transferrin receptor,TfR)mRNA分分子子 3 UTR柄柄环环（stem-loop

46、）结结构构铁铁反应元件反应元件(iron-response element，IRE)。例如：例如：第六十一页，本课件共有75页目目 录录 IRE-BP对转铁蛋白受体对转铁蛋白受体mRNA稳定性的调节稳定性的调节低铁状态低铁状态转铁蛋白受体转铁蛋白受体mRNA5编码区编码区活化的活化的IRE-BP3Poly(A)n翻译翻译TfR蛋白蛋白IRE高铁状态高铁状态转铁蛋白受体转铁蛋白受体mRNA5编码区编码区铁铁失活的失活的IRE-BP3Poly(A)nmRNA降解降解IRE第六十二页，本课件共有75页目目 录录（七）（七）mRNA分子细胞质中添加分子细胞质中添加Poly(A)控制蛋白翻译控制蛋白翻译

47、在在一一些些情情况况下下，特特殊殊的的Poly(A)尾尾端端可可以以在在细细胞浆得以延伸。胞浆得以延伸。例：正在成熟中的卵母细胞与卵细胞例：正在成熟中的卵母细胞与卵细胞 一一些些存存在在于于细细胞胞浆浆的的mRNA分分子子的的3末末端端只只有有1030个个腺腺苷苷酸酸（A），它它们们并并不不翻翻译译。在在卵卵母母细细胞胞成成熟熟和和受受精精后后的的一一个个特特定定时时段段，当当需需要要这这些些mRNA所所编编码码的的蛋蛋白白质质时时，Poly(A)被被添添加加到到这这些些选选定定的的mRNA分分子子，大大大大促促进它们翻译的开始。进它们翻译的开始。第六十三页，本课件共有75页目目 录录（八）无

48、义变化介导的（八）无义变化介导的mRNA降解是真核降解是真核mRNA的监视系统的监视系统无义变化介导的无义变化介导的mRNA降解降解(Nonsense-mediated mRNA decay,NMD）当当在在同同一一阅阅读读框框架架内内的的翻翻译译终终止止密密码码子子UAA、UAG或或UGA提提前前出出现现在在最最后后两两个个外外显显子子交交界界处处上上游游约约50 nt处处时时，mRNA被被迅迅速速降降解解。这这些些错错位位终终止止密密码码子子被被称称为为成成熟熟前前终终止止密密码码子子（premature termination codons,PTC），可可以以来来自自突突变变、重重组组、

49、不完全或不正确剪接。不完全或不正确剪接。第六十四页，本课件共有75页目目 录录无义变化介导的无义变化介导的mRNA的降解的降解第六十五页，本课件共有75页目目 录录意义：意义：n可可以以使使某某些些异异常常的的mRNA在在被被有有效效地地翻翻译译成成蛋蛋白白质质前前得得到到清清除除，这这个个mRNA监监视视系系统统可可以以防防止止非非正正常常截短的蛋白质的合成截短的蛋白质的合成。nNMD在在进进化化过过程程中中发发挥挥了了重重要要作作用用，使使真真核核细细胞胞更更容容易易探探究究由由于于DNA重重排排、突突变变或或不不同同剪剪接接方方式式所形成的新基因。所形成的新基因。n免免疫疫系系统统细细胞

50、胞的的发发育育过过程程中中也也很很重重要要，重重排排基基因因产产生生的的这这类类mRNA被被NMD系系统统迅迅速速降降解解，避避免免了了截截短蛋白质的细胞毒作用。短蛋白质的细胞毒作用。第六十六页，本课件共有75页目目 录录（九）（九）RNA干涉是一种基因转录后沉默机制干涉是一种基因转录后沉默机制 RNA干涉干涉 在在高高等等真真核核生生物物中中发发现现有有一一类类小小RNAs(small RNAs)介介导导的的特特殊殊基基因因的的沉沉默默。这这是是由由于于此此类类小小RNAs与与mRNAs（经经常常是是3 UTR）相相互互作作用用，导导致致mRNA降降解解或或者者翻翻译译抑抑制制，使使mRNA