现代分子生物学第八章真核生物基因表达调控.ppt

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1、基本概念与原理基本概念与原理一、基因表达的时间性及空间性一、基因表达的时间性及空间性（一）时间特异性（一）时间特异性按功能需要，某一特定基因的表达严格按按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称之为基因表达的特定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间时间特异性特异性(temporal specificity)。多细胞生物基因表达的时间特异性又称多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶阶段特异性段特异性(stage specificity)。目目 录录第八章 真核生物基因表达调控（二）空间特异性（二）空间特异性基基因因表表达达伴伴随随时时间间顺顺序序所所表表现现出出的的这这种种分分布布

2、差差异异，实实际际上上是是由由细细胞胞在在器器官官的的分分布布决决定定的的，所所以以空空间间特特异异性性又又称称细细胞胞或或组组织织特特异异性性(cell or tissue specificity)。在在个个体体生生长长全全过过程程，某某种种基基因因产产物物在在个个体体按按不不同同组组织织空空间间顺顺序序出出现现，称称之之为为基基因因表表达达的的空间特异性空间特异性(spatial specificity)。目目 录录二、基因表达的方式二、基因表达的方式按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：（一）组成性表达（一）组成性表达某某些些基基因因在在一一个个个个

3、体体的的几几乎乎所所有有细细胞胞中中持持续续表表达达，通通常常被被称称为为管管家家基基因因(housekeeping gene)。无无论论表表达达水水平平高高低低，管管家家基基因因较较少少受受环环境境因因素素影影响响，而而是是在在个个体体各各个个生生长长阶阶段段的的大大多多数数或或几几乎乎全全部部组组织织中中持持续续表表达达，或或变变化化很很小小。区区别别于于其其他他基基因因，这这类类基基因因表表达达被被视视为为组组成成性性基基因表达因表达(constitutive gene expression)。（二）诱导和阻遏表达（二）诱导和阻遏表达在在特特定定环环境境信信号号刺刺激激下下，相相应应的的

4、基基因因被被激激活活，基基因因表表达达产产物物增增加加，这这种种基基因因称称为为可可诱诱导导基因基因。可可诱诱导导基基因因在在特特定定环环境境中中表表达达增增强强的的过过程程，称为称为诱导诱导(induction)。如如果果基基因因对对环环境境信信号号应应答答是是被被抑抑制制，这这种种基基因因是是可可阻阻遏遏基基因因。可可阻阻遏遏基基因因表表达达产产物物水水平平降低的过程称为降低的过程称为阻遏阻遏(repression)。在在一一定定机机制制控控制制下下，功功能能上上相相关关的的一一组组基基因因，无无论论其其为为何何种种表表达达方方式式，均均需需协协调调一一致致、共共 同同 表表 达达，即即

5、为为 协协 调调 表表 达达(coordinate expression)，这这 种种 调调 节节 称称 为为 协协 调调 调调 节节(coordinate regulation)。三、基因表达调控的基本原理三、基因表达调控的基本原理（一）基因表达的多级调控（一）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转录起始转录起始（二）基因转录激活调节基本要素（二）基因转录激活调节基本要素基基因因表表达达的的调调节节与与基基因因的的结结构构、性性质质，生生物物个个体体或或细细胞胞所所处处

6、的的内内、外外环环境境，以及细胞内所存在的转录以及细胞内所存在的转录调节蛋白调节蛋白有关。有关。1.特异特异DNA序列和调节蛋白质序列和调节蛋白质指指的的是是反反式式作作用用因因子子与与顺顺式式作作用用元元件件之之间间的的特特异异识识别别及及结结合合。通通常常是是非非共共价价结结合合，被被识识别别的的DNA结结合合位位点点通通常常呈呈对对称称、或或不不完完全对称结构。全对称结构。绝绝大大多多数数调调节节蛋蛋白白质质结结合合DNA前前，需需通通过过蛋蛋白白质质-蛋蛋白白质质相相互互作作用用，形形成成二二聚聚体体(dimer)或或多聚体多聚体(polymer)。2.DNA-蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质

7、-蛋白质蛋白质的相互作用的相互作用3.RNA聚合酶聚合酶 原核启动序列原核启动序列/真核启动子与真核启动子与RNA聚合酶聚合酶活性活性 RNA聚合酶与其的亲和力，影响转录。聚合酶与其的亲和力，影响转录。调节蛋白与调节蛋白与RNA聚合酶活性聚合酶活性一一些些特特异异调调节节蛋蛋白白在在适适当当环环境境信信号号刺刺激激下下表表达达，然然后后通通过过DNA-蛋蛋白白质质、蛋蛋白白质质-蛋蛋白白质质相相互互作用影响作用影响RNA聚合酶活性。聚合酶活性。第一节第一节 概述概述 真核生物和原核生物在基因表达调控上有以下真核生物和原核生物在基因表达调控上有以下几点不同：几点不同：v1.1.真核生物的转录激活

8、总是伴随着真核生物的转录激活总是伴随着转录区染转录区染色质结构色质结构的变化。的变化。v2.2.基因表达调控一般以基因表达调控一般以正调控正调控为主。为主。v3.3.真核生物的转录和翻译在真核生物的转录和翻译在时间和空间时间和空间上是上是分分离离的，调控的环节更多，复杂性更高。的，调控的环节更多，复杂性更高。v4 4 真核生物基本上是采取逐个基因调控表达的真核生物基本上是采取逐个基因调控表达的形式。形式。v真核生物转录的起始是基因表达调控最主要的步骤。v真核生物基因的表达能在几个连续步骤中的任一步中以基因特有（gene specific）的方式受到调控。v真核生物体内各种细胞表型的差异主要是编

9、码蛋白质的基因的表达不同引起的。这些编码蛋白质的基因都经过RNA聚合酶转录。DNA水平的调控v染色质丢失染色质丢失 低等生物及动物红细胞，不可低等生物及动物红细胞，不可逆逆v基因扩增基因扩增v基因重排基因重排 基因片段改变原衔接顺序，重排基因片段改变原衔接顺序，重排为完整的转录单位为完整的转录单位vDNA甲基化甲基化 与基因的表达成反比关系与基因的表达成反比关系直接改变基因的构型影响转录因子与顺式作直接改变基因的构型影响转录因子与顺式作用元件结合用元件结合5端端调调控序列甲基化后与核内甲基化控序列甲基化后与核内甲基化CG序序列列结结合蛋白合蛋白结结合合DNase高敏感区为去甲基化的标志高敏感区

10、为去甲基化的标志v真核细胞会发生基因扩增(gene amplification)，即基因组中的特定段落在某些情况下会复制产生许多拷贝。基因的扩增无疑能够大幅度提高基因表达产物的量，但这种调控机理至今还不清楚。真核生物基因表达调控的主要控制点包括：v1.基因结构的激活（基因的活化）v2.处于活化状态基因的转录由转录起始阶段控制。v3.转录过程中的调控v4.转录产物的后加工v除了加帽、加尾、去除内含子和连接外显子以外，在核RNA水平上，真核生物还可以通过改变剪接类型实现调控蛋白质产物的类型。v5.胞浆中一个特定的mRNA是否被翻译仍被调控。基因结构的激活基因结构的激活（基因的活化）（基因的活化）染

11、色质的结构、染色质中DNA和组蛋白的结构状态都影响基因的活化，有以下现象：（1）染色质结构影响基因转录。异染色质(heterochromatin)中从未见有基因转录表达；（2）组蛋白的作用，可能扮演了非特异性阻遏蛋白的作用；核小体结构中的组蛋白乙酰化(acetylation)和泛素化(ubiquitination)，以及H3组蛋白巯基化等现象，都是核小体不稳定或解体的因素或特征。转录活跃的区域也常缺乏核小体的结构。这些都表明核小体结构影响基因转录。v（3）转录活跃区域对核酸酶作用敏感度增加。对DNase 高敏感点多在调控蛋白结合位点的附近，该区域核小体的结构发生变化，可能有利于调控蛋白 结合而

12、促进转录。v v（4）DNA拓扑结构变化。RNA聚合酶转录方向前方DNA的构象是正性超螺旋，正性超螺旋会拆散核小体，有利于RNA聚合酶向前移动转录；v（5）DNA碱基修饰变化甲基化最常发生在某些基因5侧区的CpG序列中，实验表明这段序列甲基化可使其后的基因不能转录，甲基化可能阻碍转录因子与DNA特定部位的结合从而影响转录。v由此可见，染色质中的基因转录前先要有一个被激活的过程，但目前对激活机制还缺乏认识。v细胞中处于“活化”状态的基因才得到表达，变成“活化”结构是基因表达的第一步。核心组蛋白N末端乙酰化修饰与基因调控有关。“活化基因”与核心组蛋白乙酰化的增强有密切关系。v最近关于组蛋白乙酰化与

13、转录过程的直接联系已有报道。v普遍认为，其N端尾链的正电荷性很可能与转录因子发生竞争，夺取DNA磷酸骨架的负电荷性，因此特定赖氨酸残基的乙酰化大大降低了组蛋白-DNA的相互作用，把染色体从抑制状态下释放出来，激活转录。v因此，对核心组蛋白乙酰化的调节，是基因调控的一个控制点。基因的活化基因的活化v染色质重组装是指染色质或核小体的结构、成分变化，这些变化具有转录调控作用。v在染色质重组装过程中，连接组蛋白H1成分的时序变化以及核心组蛋白的乙酰化，都对早期发育过程的转录调控起了关键性的作用。v染色质重组装控制着早期转录抑制状态向激活状态的转变，是母型基因控制向合子型基因控制过渡（即所谓“中期囊胚转

14、换(midblastula transition,MBT）的重要途径。第二节 真核生物基因转录调控v真核生物绝大多数基因调控发生在转录起始阶段，但由于基因表达的控制可发生在多个阶段，因此RNA产物的产生并不一定会形成蛋白质产物。v组织特异性基因表达调控是真核细胞分化的核心。控制胚胎发育的转录因子大多具有这方面的特点。一、基因转录的顺式调控元件v真核基因的顺式作用元件按照功能可以分为启动子、增强子以及沉寂子。（一）启动子的选择vRNA聚合酶的启动子有含有TATA框的典型启动子和不含TATA框的非典型启动子两种。哺乳类RNA聚合酶启动子中常见的元件元件名称共同序列结合的蛋白因子 名称分子量结合DN

15、A长度TATAboxTATAAAATBP30,00010bpGC boxGGGCGGSP-1105,00020bpCAAT boxGGCCAATCTCTF/NF160,00022bpOctamerATTTGCATOct-176,00010bpOct-253,00020bpkBGGGACTTTCCNFkB44,00010bpATFGTGACGTAFT?20bp TATA框是核心启动子中有效的定位成分，也是上游启动子和增强子产生诱导效应所必需的。1含有TATA框的启动子v有时一个基因上有串联着的两个TATA框，它们可分别地或有侧重地对不同的诱导物作出应答。淀粉酶基因在唾液腺和肝脏中分别选择了转录效

16、率不同的两个转录起始点。2非典型的启动子 少数基因没有典型的TATA框启动子序列。非典型启动子有的富含GC框，有的则没有GC框。v富含GC的非典型启动子的转录 含有这类启动子结构的基因的转录起始是不规则的，并且只有基础水平表达。持家基因（housekeeping gene）多以这种转录方式。v无TATA框、GC框的基因转录 这类基因启动子上没有TATA框，却在转录起始点附近处形成起始子（initiator，Inr）。这种元件的保守序列为PyPyANT/APyPy。RNA聚合酶在这些基因上的转录起始于一个或数个紧密成簇的起始元件转录起始子的A位上。（二）、增强子v增强子（enhancer）最早是

17、在SV40病毒中发现的一段长约200bp的DNA片段，可使旁侧基因的转录效率提高100倍。以后在多种真核生物甚至是原核生物都发现了增强子。v增强子是真核细胞中通过启动子来提高转录效率的一种远端的顺式调控元件。v增强子相对于启动子的位置不固定。有效的增强子可以位于基因的5端，也可位于3端，还可 位于内含子区，一般跨度为100200 bp。v增强子和启动子一样由多种组件构成，其基本的核心元件常由812bp组成，可以有完整的或部分的回文结构，以单拷贝或多拷贝串联的形式存在。1.增强子的特性：v增强子能提高同一条DNA链上相邻启动子转录的效率和速率。v增强子对同源或异源基因同样有效。v增强子的位置可在

18、基因5上游、基因内或基因的3下游序列中。v增强子在DNA双链中没有5与3固定的方向性，将增强子倒置依然有效。v增强子可以远离转录起始点，通常在14 kb。v增强子一般有组织或细胞特异性。v增强子的活性与其在DNA双螺旋结构中的空间方向性有关。v增强子必需有启动子才可以发挥作用。v（三）沉寂子v最早在酵母中发现，以后在T淋巴细胞的T抗原受体基因的转录和重排中证实这种负调控顺式元件的存在。目前对这种在基因转录降低或关闭中起作用的序列研究还不多，但从已有的例子看到：沉寂子的作用可不受序列方向的影响，也能远距离发挥作用，并可对异源基因的表达起作用。二、通用调控中的调控效应元件v受共同控制的一组基因经常

19、共用一个被转录调控因子识别的启动子元件。v能够使基因应答此类因子的元件被称为效应元件（response element）。如热激效应元件和糖皮质激素效应元件等。为顺式作用元件。v效应元件具有与启动子上游元件启动子上游元件或增强增强子子相同的特点。它们含有短的保守序列，调控因子的结合区在保守序列上，只要单个效应元件就可以受调控因子的调控。v效应元件可能位于启动子内，也可能位于增强子内。v金属硫蛋白的调控说明了调控的通用原理，几个不同的元件中的任一个，无论位于启动子中还是增强子中都能独立激活基因表达。v热激应答在原核和真核生物中许多基因的表达控制中很普遍，温度增加关闭一些基因的转录，同时开放热激基

20、因(heat shock gene)的转录，从而引起mRNA翻译的变化。三、反式作用因子v以反式作用影响转录的因子可统称为转录因子(transcription factors,TF)。vRNA聚合酶聚合酶是一种反式作用于转录的蛋白因子。v在真核细胞中RNA聚合酶通常不能单独发挥转录作用，而需要与其他转录因子共同协作。对TF研究最多。vRNA聚合酶的转录活性依赖于基本转录因子，在转录前先形成转录复合体，其转录效率受许多蛋白因子的影响，协调表达更为复杂。人类人类型启动子的转录因子型启动子的转录因子因子因子 分子量分子量 功能功能RNA Pol 10KRNA Pol 10K 依赖模板合成依赖模板合成

21、RNARNATFATFA12,19,35K 12,19,35K 稳定稳定TFDTFD和和DNADNA的结合，激活的结合，激活TBPTBP亚基亚基TFBTFB33K33K 结合模板链（结合模板链（-10-10+10+10），起始），起始PolPol结合，和结合，和TFE/F TFE/F 相互作用相互作用TFDTFD(TBP,30K)TBP(TBP,30K)TBP亚基识别亚基识别TATATATA，将聚合酶组入复合体中，将聚合酶组入复合体中，TAFsTAFs识别识别 特殊启动子特殊启动子TFETFE34K()34K()结合在结合在PolPol的前部，使复合体的保护区延伸到下游的前部，使复合体的保护区

22、延伸到下游 57K()57K()TFFTFF38,74K38,74K 大亚基具解旋酶活性（大亚基具解旋酶活性（RAP74RAP74）,小亚基和小亚基和PolPol结合，结合，介导其加入复合体介导其加入复合体TFHTFH 具激酶活性，可以磷酸化具激酶活性，可以磷酸化PolCPolC端的端的CTDCTD，使，使PolPol逸出，逸出，延伸延伸TFITFI120K120K 识别识别InrInr，起始，起始TFF/DTFF/D结合结合TFJTFJ 在在TFFTFF后加入复合体，不改变后加入复合体，不改变DNADNA的结合方式的结合方式TFSTFS RNA RNA合成延伸合成延伸v不同基因由不同的上游启

23、动子元件组成，能与不同的转录因子结合，这些转录因子通过与基础的转录复合体作用而影响转录的效率。v现在已经发现有许多不同的转录因子，看到的现象是：同一DNA序列可被不同的蛋白因子所识别；v能直接结合能直接结合DNA序列的蛋白因子是少数，但不同的序列的蛋白因子是少数，但不同的蛋白因子间可以相互作用，因而多数转录因子是通蛋白因子间可以相互作用，因而多数转录因子是通过蛋白质蛋白质间作用与过蛋白质蛋白质间作用与DNA序列联系并影响转序列联系并影响转录效率的录效率的(见图见图)。转录因子之间或转录因子与。转录因子之间或转录因子与DNA的结合都会引起构象的变化，从而影响转录的效率。的结合都会引起构象的变化，

24、从而影响转录的效率。作为蛋白质的转录因子从功能上分析其结构可包含有不同区域，DNA结合域结合域(DNA binding domain)，多由60100个氨基酸残基组织的几个亚区组成；转录激活域转录激活域(activating domain)，常由30100氨基酸残基组成，这结构域有富含酸性氨基酸、富含谷氨酰胺、富含脯氨酸等不同种类，以酸性结构域最多见；连接区连接区，即连接上两个结构域的部分。不与DNA直接结合的转录因子没有DNA结合域，但能通过转录激活域直接或间接作用于转录复合体而影响转录效率。DNA结合基序v与DNA结合的转录因子大多以二聚体形式起作用，与DNA结合的功能域（又称基序moti

25、f）典型的有以下几种：v锌指结构（zinc finger）基序v螺旋-环-螺旋（helix-loop-helix,HLH)v亮氨酸拉链（leucine zipper)v螺旋-转角-螺旋(helixturnhelix,HTH)锌指基序v锌指基序是由保守氨基酸的小基团与锌离子结合形成类似手指状的DNA结合结构域。v锌指基序是DNA结合蛋白的一个通用基序，锌指结构通常由相对独立的结构域串连重复排列在一起而形成。v每个重复的“指”状结构约含23个氨基酸残基，锌以4个配价键与4个半胱氨酸、或2个半胱氨酸和2个组氨酸相结合。整个蛋白质分子可有多个这样的锌指重复单位。每一个单位可以其指部每一个单位可以其指部

26、伸入伸入DNADNA双螺旋的深沟，接触双螺旋的深沟，接触5 5个核苷酸个核苷酸。例如与GC盒结合的转录因子SP1中就有连续的3个锌指重复结构。v通用转录因子SP1有一个DNA结合域，含3个锌指基序。v已知的锌指结构主要发现于促进RNA聚合酶II和RNA聚合酶III转录的转录因子中。v典型的锌指蛋白TFA与5S rRNA基因及产物5S rRNA都结合。螺旋-环-螺旋结构v此基序长4050个氨基酸残基，其中含两个既亲水又亲脂的-螺旋，-螺旋被不同长度的环（连接区）分开。v大多数HLH蛋白有一与HLH基序相邻的强碱性的区域，它是与DNA结合必需的，含有此区的HLH称为bHLH蛋白。螺旋转角螺旋(he

27、lixturnhelix,HTH)及螺旋-环-螺旋(helixloophelix,HLH)这类结构至少有两个螺旋，其间由短肽段形成的转角或环连接，两个这样的motif结构以二聚体形式相连，距离正好相当于DNA一个螺距(3.4nm)，两个螺旋刚好分别嵌入DNA的深沟。亮氨酸拉链结构v亮氨酸拉链是一个富含亮氨酸残基的结构域，参与形成二聚体。在每个拉链蛋白中都有一个与重复的亮氨酸相邻的高碱性区，该区可能含一个DNA结合点。v亮氨酸拉链形成的二聚体构成茎，分叉对称的两个碱性区形成臂，与DNA结合。这种结构称为bZIP基序。v该结构的特点是蛋白质分子的肽链上每隔6个氨基酸就有一个亮氨酸残基，结果就导致这

28、些亮氨酸残基都在螺旋的同一个方向出现。v两个相同结构的两排亮氨酸残基就能以疏水键结合成二聚体，该二聚体的另一端的肽段富含碱性氨基酸残基，借其正电荷与DNA双螺旋链上带负电荷的磷酸基团结合。v若不形成二聚体则对DNA的亲和结合力明显降低。v在肝脏、小肠上皮、脂肪细胞和某些脑细胞中有称为C/EBP家族的一大类蛋白质能够与CAAT盒和病毒增强子结合，其特征就是能形成bZIP二聚体结构。(3)亮氨酸拉链结构：亮氨酸拉链结构：l 见见于真核生物于真核生物DNA结合蛋白质结合蛋白质的的C端，与癌基因表达调控端，与癌基因表达调控有关。由两段有关。由两段-螺旋平行排螺旋平行排列构成，其列构成，其-螺旋中存在螺

29、旋中存在每隔每隔7个残基规律性排列的个残基规律性排列的Leu残基，残基，Leu侧链交替排侧链交替排列而呈拉链状。两条肽链呈列而呈拉链状。两条肽链呈钳状与钳状与DNA结合结合。酵母菌的Gcn4轉因子以二聚體的結合結構結合在DNA上v亮氨酸拉链结构解释了为什么这种蛋白质的目标序列总是没有间隔的反向重复序列。四、结合相关靶DNA的同源域v同源（异型）框（homeobox)是一种编码由60个氨基酸组成的结构域序列。由于最早在果蝇的同源框基因座（其基因决定身体结构的特点）中发现而得名。v同源（异型）框存在于许多真核生物的DNA结合蛋白中，负责与DNA结合，其C端与原核生物阻抑蛋白的HTH基序同源，与发育

30、调控有关。在一些动物的转录因子中也发现了与同源框类似的短序列。v从上述可见：转录调控的实质在于蛋白质与DNA、蛋白质与蛋白质之间的相互作用，构构象的变化象的变化正是蛋白质和核酸“活”的表现。v但对生物大分子间的辨认、相互作用、结构上的变化及其在生命活动中的意义，人们的认识和研究还只在起步阶段，其中许多内容甚至重要的规律我们可能至今还一无所知，有待于努力探索。五、蛋白质与DNA的结合v蛋白质与双链DNA的结合分为普遍性结合和特异性结合。v特异性结合的蛋白质能识别特定DNA序列，同碱基的接触是结合的关键。接触包括：（1）蛋白质侧链同碱基直接形成氢键；（2）多肽骨架同碱基偶然形成氢键；（3）水分子介

31、导的氢键；（4）疏水接触等。v双链DNA的大沟对位点特异性识别更为重要。在特异性识别中，蛋白质和碱基序列之间存在着某种匹配的结构因素结构因素。v蛋白质与双链DNA的结合的规律：（1）识别序列的DNA具有对称性；（2）接触区只在DNA分子的一侧。（3）蛋白质分子通常有一到多个螺旋区，其中一个是“识别螺旋”。（4）蛋白质与DNA分子都发生构象的变化都发生构象的变化，通过诱导、配合进行相互作用。v总之，蛋白质与DNA的相互识别、结合是两类分子在立体结构上弱化学键的相互作用与吻合。H-Bonding in a Protein-DNA Interaction反式作用因子的活性调节反式作用因子的活性调节表

32、达式调节表达式调节 合成后即有活性，不能积累合成后即有活性，不能积累共价修饰共价修饰 磷酸化、去磷酸化，糖基化磷酸化、去磷酸化，糖基化配体结合配体结合 激素受体激素受体蛋白质与蛋白质相互作用蛋白质与蛋白质相互作用 复合物的解离与形成复合物的解离与形成v反式作用因子与顺式元件的结合反式作用因子与顺式元件的结合v反式作用因子的作用方式反式作用因子的作用方式成环成环扭曲扭曲滑动滑动Oozingv反式作用因子的组合式调控作用反式作用因子的组合式调控作用组合式基因调控（组合式基因调控（conbinatorial gene regulation）几种反式作用因子组合而发）几种反式作用因子组合而发挥特定作用

33、挥特定作用六、基因激活的占先模型v真核生物细胞的DNA与组蛋白组成核小体结构，如果启动子区处在核小体内，转录的起始通常会被抑制。v基因激活占先模型模型认为，转录因子与组蛋白之间在占有DNA上存在竞争，且无论谁先占领DNA上的位点，都不能被另一方替换。v基因激活占先模型的一个重要特点是如果不形成核小体构型，DNA上必需存在转录因子。如果DNA 复制时没有某种转录因子，核小体形成，不能转录。v转录因子和组蛋白两者谁首先与控制位点结合是起决定的因素。v复制时组蛋白八聚体的脱离为转录因子结合DNA提供了机会，这些转录因子的结合一直持续到下一个复制周期，抑制了组蛋白八聚体的重新与DNA结合。v最近的实验

34、结果认为组蛋白置换需要输入能量。七、基因表达与去甲基化的关系vDNA的甲基化也是真核生物转录调控的方式之一。启动子区的甲基化将抑制转录的发生。v甲基化可以在两个等位基因上发生。也可只发生在单个的等位基因上，这样就可造成来自父方和母方基因表达的差异。甲基化对复制的影响：v原核细胞：甲基化影响显著，只有复制起点对称甲基化才能有效复制。v真核细胞：延迟从同一个复制起始位点开始的DNA复制再起始（reinitiatiing）；促进复制起始相关蛋白与相应DNA序列的结合；通过影响起始相关蛋白的表达，间接地影响复制的起始。甲基化显著抑制基因转录v甲基化甲基化DNADNA序列构型发生改变，影响相应转录因序列

35、构型发生改变，影响相应转录因子对这段序列的识别和结合。；子对这段序列的识别和结合。；v识别、结合甲基化序列的蛋白质识别、结合甲基化序列的蛋白质(包括包括MeCP1MeCP1、2 2；MBD1MBD1、2 2等等)与甲基化序列结合后，募集转录阻与甲基化序列结合后，募集转录阻遏蛋白到局部，使局部组蛋白去乙酰化、染色质遏蛋白到局部，使局部组蛋白去乙酰化、染色质重构、异染色质化等；重构、异染色质化等；v识别、结合甲基化序列的蛋白质结合甲基化的启识别、结合甲基化序列的蛋白质结合甲基化的启动子、增强子序列，干扰转录因子的活性动子、增强子序列，干扰转录因子的活性 ；v甲基转移酶自身就可以与一些转录抑制蛋白相

36、互甲基转移酶自身就可以与一些转录抑制蛋白相互作用，抑制基因转录作用，抑制基因转录。v甲基化可以解释印记（imprinting)现象，印记描述了来自两个亲本的等位基因之间的行为差异。v甲基化发生在在特定的配子发生期间，并且是可逆的。目前已经在小鼠中发现了60多个发生甲基化的基因，大多与胚胎的发育生长有关。其中一些基因与早期胚胎发生相关，有的与胚后发育有关。vDNA的甲基化发生在特定位点上。动物细胞DNA的胞嘧啶27发生甲基化。大多数甲基化基因发生于CG联体。v甲基化基因没有激活，而未甲基化基因有表达活性。因此活性基因称为甲基化不足（undermethylation)基因。v甲基化是一个可逆的过程

37、，去除甲基或添加甲基，可以特异性地重置基因的甲基化状态。甲基化模式的改变发生在胚胎发生时期。目前只确定了一种甲基酶可以将甲基添加到CpG对上。v适当的靶基因甲基化可以防止它们的不适当表达。第三节 mRNA前体的可变剪接一、可变剪接vmRNA前体通过不同方式的剪接，可由一个基因的转录产物产生出不同的成熟mRNA，从而翻译出不同的蛋白质的过程称为可变剪接（alternative splicing）或选择性剪接。v有些基因常不止一个转录起始位点，在不同的组织或不同的发育阶段由同一个基因转录出不同的mRNA前体，以不同的剪接方式产生有活性的蛋白质。二、可变剪接的调控机制1SR蛋白家族的调控v剪接体的形

38、成与多种蛋白质和RNA复合体密切相关。在可变剪接上保守的SR磷蛋白家族因子的参与起重要作用。vSR蛋白家族以不同的质的组成与量的差异选择特定的mRNA前体剪接位点，不同的SR家族蛋白对适当的mRNA前体可以诱导出不同选择的剪接方式，在选择剪接上起决定作用。2RNP的调节vhnRNP-A1在不同组织中的含量变化很大，不参与组成性剪接。在选择5和3剪接点时具有可变剪接活性，成为参与可变剪接的调节因子，在体内与SR蛋白共同调节组织特异性的剪接。vU5hnRNP在酵母中参与5剪接点突变的可变剪接。3外显子限定模型v真核细胞mRNA前体中内含子远远大于外显子，5与3剪接位点可以跨越数万个核苷酸准确地组合

39、在剪接体中。v有证据表明，在前速激肽原mRNA前体的可变剪接中，外显子下游的5剪接位点可影响其上游内含子3的剪接。Recent genome-wide analyses of alternative splicing indicate that 4060%of human genes have alternativesplice forms,suggesting that alternative splicing is one of the most significant components of the functional complexity of the human genome.

40、Here we review these recent results from bioinformatics studies,assess their reliability and consider the impact of alternative splicing on biological functions.Although the big picture of alternative splicing that is emerging from genomics is exciting,there are many challenges.High-throughput exper

41、imental verification of alternative splice forms,functional characterization,and regulation of alternative splicing are key directions for research.We recommend a community-based effort to discover and characterize alternative splice forms comprehensively throughout the human genome.-A genomic view

42、of alternative splicingBarmak Modrek&Christopher Leenature genetics volume 30 january 2002三、反式剪接RNAivRNAi技术可引起DNA甲基化或mRNA 降解，导致转转录后基因沉默录后基因沉默或后成的基因后成的基因沉默。沉默。是研究基因功能的重要技术。1.RNaseIII-Dicer切割dsRNA形成siRNA.2.RISC(RNA诱导的沉默复合体)裂解同源的单链mRNA.引发PTGS第四节 RNA编辑vRNA编辑（RNA editing）是在RNA分子上出现的一种修饰现象。主要指mRNA在转录后因插入、

43、缺失或核苷酸的替换，改变了DNA模板来源的遗传信息，从而翻译出氨基酸序列不同的多种蛋白质。vRNA编辑似乎是中心法则的例外。编辑扩大了遗传信息，也可能是生物适应的一种保护措施。v一、核苷酸的替换v二、可读框的改变v三、向导RNA第五节 mRNA稳定性的调控v真核生物mRNA的稳定性除了取决于分子内本身的结构特征外，还受转录后修饰和与蛋白质所形成的mRNP中蛋白质的种类的影响。v真核生物细胞中，持家基因的mRNA的寿命比较长，因为这些基因的产物是细胞生命活动所必需的。v高等真核生物高度分化的细胞中，许多mRNA极其稳定。vmRNA寿命的延长增加了细胞内某种mRNA的有效浓度，提高了蛋白质合成的速

44、度，这种翻译水平的调控方式称为翻译扩增（translational amplification）。第六节 翻译水平的调控v原核生物mRNA的半衰期很短，在翻译水平上的调控对于基因表达的影响也很小。mRNA的二级结构控制着翻译的起始，核糖体蛋白的自体控制对蛋白质的合成起抑制作用。v真核生物mRNA的半衰期比原核生物长的多，因此翻译过程受调控的机会也较多。v翻译水平的调控是真核生物基因表达多级调控的重要环节之一。真核生物翻译水平调控最普遍的机制是起始因子的磷酸化。v蛋白质合成装置各元件装配活力的改变是导致蛋白质翻译速率变化的主要因素。翻译的速度和细胞生长的速度是密切协调的。一、翻译因子磷酸化调控v

45、蛋白质合成因子的磷酸化状态与其对蛋白质生物合成的激活或抑制作用密切相关。v1 eIF-4F通过亚单位的可逆磷酸化对蛋白质生物合成进行调控。eIF-4E()和eIF-4G(/P220)亚基的磷酸化对蛋白质的生物合成有激活作用。2其他因子磷酸化对翻译的激活作用veIF-4B在促有丝分裂剂作用下，随eIF-4F和核糖体蛋白S6一起，在细胞内被磷酸化，激活起始因子eIF-4A和eIF-4B的活性。3eIF-2的磷酸化对翻译的抑制作用veIF-2亚基的磷酸化会导致eIF-2与eIF-2B紧密结合，直接影响了eIF-2的再利用，引起翻译起始作用受阻，从而抑制蛋白质的生物合成。二、酵母GCN4 mRNA翻译的调控vS.cerevisiaeGCN4是一个转录因子，它与启动元件TGACTC相结合，参与表达调节作用。vGCN4mRNA翻译的激活是由于酵母翻译起始因子eIF-2的磷酸化作用。