真核生物基因表达调控课时.pptx

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1、2、活性染色质特点一、染色质转录水平调控 活化基因都处于染色质伸展状态，称活性染色质，有4个特点：乙酰化程度高，乙酰基转移酶(HAT)活性强 组蛋白N端乙酰化利于DNA酶攻击、转录因子结合和核小体重朔。组蛋白N端乙酰化能与调节蛋白结合。与赖氨酸调节蛋白结合的结合域，称溴基域。组蛋白N端乙酰化是可逆的，其N端乙酰基能被脱乙酰基酶移走。第1页/共37页2、活性染色质特点组蛋白甲基化差异大：活性基因组蛋白内的精氨酸甲基化有利于基因转录，但H4和部分H3组蛋白赖氨酸甲基化会抑制基因转录。H2B组蛋白磷酸化程度低，H2A组蛋白富集明显。H1与活性染色质结合不紧。一、染色质转录水平调控第2页/共37页3、

2、核小体重朔与转录起始一、染色质转录水平调控染色质重朔因子借助ATP水解能量接近核小体TATAbox序列上的8聚核小体解聚为H2A-B和H3-H4四聚体,暂时移开转录因子和RNA聚合酶在TATAbox上形成起始复合体转录基因RNA聚合酶离开后，恢复核小体结构，出现puf。第3页/共37页4、染色质修饰与组蛋白密码一、染色质转录水平调控组蛋白N端从DNA缠绕的核小体中伸出的氨基酸上乙酰化或甲基化，改变了核小体构象或性质据组蛋白修饰酶的专一性,可构建出组蛋白传码密遗子；称第二部遗传密码组蛋白密码能影响基因活性，能被组蛋白修饰酶阅读，调节基因活性和表达。第4页/共37页1、DNA甲基化与基因活性 DN

3、A中C被甲基化形成5甲基胞嘧啶(mCpG)，是脊椎动物转录调控的重要途径。活性基因DNA甲基化多为30%,非活性基因为80%。DNA甲基化作用有3：防止限制酶剪切，未甲基化CCGG序列易被剪切强化非活性状态，X染色体失活是C全被甲基化降低转录效率，活跃基因甲基化比正常低30%二、DNA转录水平调控(一)DNA修饰与转录水平调控第5页/共37页二、DNA转录水平调控(一)DNA修饰与转录水平调控2、亲本印记(parantal imprinting)与转录水平调控 父母亲染色体甲基化程度不同，基因的活性也不同，后代出现单亲传递现象为之。又称基因组印记(genomic imprinting)。小鼠类

4、胰岛素基因igf2与H9基因之间有一个印记区，当染色体甲基化后H19失活，仅表达父igf或母H19。第6页/共37页二、DNA转录水平调控(一)DNA修饰与转录水平调控3、基因印记形成步骤 印记基因并非编码在DNA序列中，靠配子形成时DNA或染色质表观变化。基因印迹过程有三个阶段：印记删除：印迹删除发生在原始生殖母细胞形成过程之中，受孕9-21周。印记重建：印记重建发生在配子形成过程之中，受孕21周-性发育成熟。印记维持：母系基因印迹时父系等位基因会表达；父系基因印迹时母系等位基因会表达。印记维持是发生在胚胎和个体的整个时期。第7页/共37页二、DNA转录水平调控转录水平调控55A AB B3

5、31 13 32 2CAAG boxCAAG boxTATA boxTATA box翻译起始翻译起始翻译停止翻译停止TAA/TAG/TGATAA/TAG/TGA加加 Poly(A)Poly(A)信号信号加帽，转录起始加帽，转录起始信号肽序列信号肽序列1,1,、2 2、3 3：外显：外显子子A A、B B：内含子：内含子 DNA上对基因活性有调节作用的特定序列包括：LCR位点调控；启动子调控；增强子调控 转录起始调控；信号肽调控；激素调控等（二）顺式调控(cis-regulation)1、顺式作用元件(cis-acting element)第8页/共37页 RNA聚合酶结合位点,位于结构基因起点

6、前，5端上游100bp内TATAbox：-100bp，RNA酶识别、结合位点，有-32-25bp产品TTGACAbox：-35bp，因子识别、结合位点间隔序列：序列内容不重要，数目15或20均影响转录活性。原核生物启动子二、DNA转录水平调控转录水平调控（二）顺式调控(cis-regulation)2、启动子(promotor)第9页/共37页2、启动子(promotor)（二）顺式调控(cis-regulation)二、DNA转录水平调控转录水平调控真核生物启动子 有3种类型启动子RNA聚合酶:负责5.8,18s和28srRNA转录，有核心启动子RNA聚合酶:负责所有基因转录，4元件完整核心

7、启动子和上游启动子RNA聚合酶:负责细胞质RNA、tRNA5srRNA和7sRNA转录，由核心启动子和分开的A/C框组成完整核心启动子的4个元件TATAbox:-32-25,选择起始点；识别序列BRE：-37-32，结合位点起始子InR：-24，简易识别；下游启动子DPE：补偿识别DPETATABREInR第10页/共37页3、增强子(enhancer)（二）顺式调控(cis-regulation)二、DNA转录水平调控转录水平调控作用：将模板固定在核基质上促进聚合酶滑动，提高速率 如:猴或兔接上SV40增强子后转录速率能提高100倍。核心序列:-(350-550)bp，长100-200bp,

8、尤以-300bp后的10bp 称GAAGbox，多有IR结构。特点：有远距离效应、外部信号反映和组织特异性，无物种特 异性、无方向性。GGTGTGGAAGGAAGGTGTGG第11页/共37页3、增强子(enhancer)调控机理：DNA弯曲让增强子与启动子接触，直接启动，激活转录；通过激活子与聚合酶形成复合体，提高转录效率；人胚胎和链血红蛋白基因共用一个增强子，能与P1或P2启动子不同方式结合，提高转录效率。（二）顺式调控(cis-regulation)二、DNA转录水平调控转录水平调控第12页/共37页 顺式作用元件均需借助专一序列的调节蛋白结合才有启动或增强作用。参与真核生物转录调控的蛋

9、白质因子通称反式作用因子。包括：转录因子(transcription factor)：为RNA聚合酶接触启动子构建进入平台，形成起始复合物。激活因子(activator)：为调节蛋白，增加启动效能、提高转录效率。辅激活因子(coactivator)：为辅助转录激活的调节蛋白，利用蛋白质间的相互作用辅助。阻遏物(repressor)：为转录起始的调节蛋白，与上游启动子或更远的沉默子结合调节。1、反式作用因子(trans-acting factor)（三）反式调控(trans-regulation)二、DNA转录水平调控转录水平调控第13页/共37页2、反式作用因子结构与功能（三）反式调控(tra

10、ns-regulation)二、DNA转录水平调控转录水平调控直接与DNA作用的反式作用因子结构：顺式作用元件结合域：多以螺旋二聚体方式识别和插入DNA大沟进行调控。包括4种方式，见后述。转录激活域：由许多有活化功能的小单元组成，靠自己粘性表面与起始复合物结合，增强转录效率。活化功能小单元包括有富含酸性氨基酸功能域、谷氨酰胺功能域、脯氨酸功能域3种。配基模块式结构：其种类有成千上万种，但都由独立的DNA结合域、多个激活域和特定蛋白结合域多模块组成。第14页/共37页2、反式作用因子结构与功能（三）反式调控(trans-regulation)二、DNA转录水平调控转录水平调控反式作用因子的功能

11、转录因子、激活因子、辅助激活因子(或中介蛋白)等反式作用因子都是协助聚合酶形成转录装置、进入DNA启动子的必需物质(如图)。如人类干扰素转录就是借助4种转录调节蛋白形成的增强体满足该基因4个增强子后，才能转录(见图)。第15页/共37页3、直接与DNA结合调控 螺旋-转角-螺旋(HTH)富含谷酰氨酸或脯氨酸，能识别GC框或CCAAT框，专一性调控；螺旋结构富带负电苛，能提高转录效率。生物激活蛋白、阻遏蛋白或同型异位盒(交配型MAT调节蛋白)等调控均为此类。两个螺旋、一个转角；羧基端螺旋识别靶DNA特定区域,专一结合；另一个螺旋插入DNA骨架，参与转录调控（三）反式调控(trans-regula

12、tion)二、DNA转录水平调控转录水平调控第16页/共37页3、直接与DNA结合调控 锌指结构(zinc finger)半胱氨酸-锌-组氨酸形成cys-z-cys-z-his-z-his多指结构 该结构是转录因子的通用结构，特异性强且能提高转录效率。哺乳动物甾体激素受体、转录激活因子等此类。cys-z2-4-cys-z12-14-his-z3-his（三）反式调控(trans-regulation)二、DNA转录水平调控转录水平调控第17页/共37页亮氨酸拉链结构(ZIP)7个氨基酸中有1组4对亮氨酸残基间形成拉链，能识别CCAAT增强子，增强转录效率。螺旋-环-螺旋结构(HLH)100-2

13、00个氨基酸残基形成成对的螺旋，中间有亮氨酸残基拉链，通过 CCAAT增强子增强转录效率。3、直接与DNA结合调控（三）反式调控(trans-regulation)二、DNA转录水平调控转录水平调控第18页/共37页激素与配基结合激活转录机制 Jenson等，3H标记雌二醇甾体激素与细胞质内配基(受体调节蛋白)结合形成复合物，识别核内增强子序列。激活增强子，打开该基因特定启动子序列，转录出mRNA。调节蛋白有数千种，分别识别其特定激素种类和特定的增强效果。如蚕丝蛋白增强子被激活4d内，蚕丝蛋白mRNA达109个copy。4、蛋白质和配基结合调控（三）反式调控(trans-regulation)

14、二、DNA转录水平调控转录水平调控第19页/共37页5、顺反式调控比较1:为两个正常基因表达，转录mRNA；P为启动子，R为调控蛋白2:上为顺式调控基因P突变，调控蛋白不能与其结合，下正常转录3:反式调控因子R突变，不能与启动子结合，两个均不能转录（三）反式调控(trans-regulation)二、DNA转录水平调控转录水平调控第20页/共37页三、转录后调控(post-transcriptioonal regulation)（一）RNA加工1、核内不均一前体RNA(heterogeneos nucleus RNA)初转录出来的RNA前体，在基因长度和性质上差异很大、很不均匀，称hnRNA。

15、如：小鼠淀粉酶基因hnRNA有7993bp，该基因成熟mRNA 仅1663bp，相差6330bp。第21页/共37页2、内含子剪切 三、转录后调控(post-transcriptioonal regulation)（一）RNA加工包括、型内含子剪切 RNA中的内含子编码剪切蛋白，在鸟苷辅助因子和RNA酶催化下剪掉内含子 如四膜虫，内含子编码识别剪点，并剪切外显子及其羟基+鸟苷与内含子羟基与鸟苷识别使1.2外显子连接，环状内含子为型套状为型。414内含子鸟苷辅助因子第一个外显子鸟苷与内含子混合物攻击第二个外显子 5攻击第一个外显子 31.2外显子连接395内含子399内含子第22页/共37页3、

16、选择性剪切 同一前体mRNA 因5选择不同启动子，剪得不同mRNA 小鼠淀粉酶基因利用5PS、PL不同启动子选择加工获得唾液腺、肝脏两种mRNA，分别有1663bp、1773bp。三、转录后调控(post-transcriptioonal regulation)（一）RNA加工第23页/共37页 同一前体mRNA 因3端AATAAA与5不同启动子不同选择剪得不同的mRNA。如脊椎动物球蛋白因利用3端不同的AATAAA多聚腺苷与5端剪切点，在心脏和砂囊中分别产生20kb和10kb的两种mRNA。或者2-3条前体 RNA的外显子剪切成1条成熟的m RNA。4、反式剪切三、转录后调控(post-tr

17、anscriptioonal regulation)（一）RNA加工第24页/共37页 同一前体mRNA因不同外显子选择获得得不同mRNA，适应不同组织中mRNA需要。如大鼠降钙素(CGRP)前体mRNA，在甲状腺细胞中选择C1C2和降钙素剪得CGRP蛋白、脑细胞中剪接成相关神经肽。5、RNA编辑三、转录后调控(post-transcriptioonal regulation)（一）RNA加工第25页/共37页（一）全局调控和专一性调控四、翻译水平调控(tranclational regulation of eukaryotes)全局调控(blobai regulation):细胞蛋白质合成量

18、整体变化的调控。如细胞功能维持需要的持家基因mRNA蛋白量稳定、丝心蛋白mRNA蛋白降解速率慢，但细胞分裂周期蛋白，因周期性变化各类mRNA蛋白量变化快，mRNA降解比较快。专一性调控(transcript specific regulation):仅单个或少个mRNA的调控，如不同器官mRNA正常调控。其降解途径有4条：3核酸美调控，去尾短宿；3端UTR专一性调控。第26页/共37页四、翻译水平调控(tranclational regulation of eukaryotes)（二）5端非翻译区调控(5untranslated region regulation,UTR)AUG 前UTR12

19、-18bp内，bp数目与翻译量成正比 低于12个bp第一个AUG后面的信息不翻译，从第二个AUG起翻译。脑心肌炎病毒AUG 前UTR结构仅8bp时，核糖体无法识别，从下一个AUG起动子翻译。第1个AUG不翻译第2个AUG起翻译第27页/共37页四、翻译水平调控(tranclational regulation of eukaryotes)（三）3端非翻译区调控(3untranslated region regulation,UTR)3端非翻译区调控包括终止密码子、poly(A)和3-UTR调控。UGA终止密码在脊椎动物和单子叶植物中频率最高，UAA终止密码在其他生物中使用频率最高。终止密码临近

20、碱基A/G频率达60-70%，而C频率仅17%，推测与终止调节有关。尾结构直接影响蛋白质翻译速率，翻译量与poly(A)长度呈正比，与mRNA寿命有关。动物卵母细胞中有许多带有20-40个A尾的mRNA都不翻译，但这些A尾一旦再加百个以上A后就开始翻译。第28页/共37页（四）翻译起始(translational initiation)调控翻译起始因子(eukaryotic initiation factor,eIF)决定翻译起始延伸及终止。如：eIF1:启动40S 形成rRN-AeIF2-GTP.Met-tRNA复合物后，沿5 UTR滑行，寻找翻译起点AUG；eIF4:识别mRNA帽结构 没

21、有帽结构的mRNA不翻译，大鼠胰岛素 mRNA 失掉帽结构，翻译量下降10倍。四、翻译水平调控(tranclational regulation of eukaryotes)第29页/共37页五、翻译后调控(post translation control)(一)新生肽链剪切 许多肽链形成之初都是多肽链，加工后才生成不同功能蛋白。脊椎动物胰岛素翻译后有105个氨基酸N端剪掉24个后形成胰岛素前体切掉中间段氨基酸后形成21氨基酸A链+30个氨基酸B链后还没有胰岛素活性由二硫键连接两肽链后才形成胰岛素。第30页/共37页五、翻译后调控(post translation control)(二)新生肽

22、链修饰 成熟蛋白中常有非常规氨基酸满足蛋白质功能需要，这种非常规氨基酸是翻译后经新生肽修饰而成。胱氨酸在基因中没有该密码，就是通过二硫键将2个半胱氨酸连接而成。第31页/共37页六、RNA干扰调控(RNAinterference control)(一)RNA干扰调控 1998 1998年年,Fire,Fire等首次揭示双链等首次揭示双链RNARNA具有基因抑制作具有基因抑制作用用,提出提出RNAiRNAi的概念。证明的概念。证明双链RNA(RNAi)可以高效地诱导基因沉默。nA control:not stainednB:wtnC:wt+antisense RNAnD:wt+ds RNAnds

23、RNA比antisense RNA抑制基因表达的效果更明显。第32页/共37页 郭苏在线虫反义RNA阻断种系颗粒调节基因表达实验时,发现正义RNA亦有抑制Lin4RNA表达，怀疑是反义RNA混杂造成。实验证明：这种正义RNA是Lin4mRNA中因3-UTR同源序列互补阻断了Lin4转录后翻译，它是由Lin4mRNA前体70-90bp加工成22bp的小mRNA阻断了Lin4mRNA表达。六、RNA干扰调控(RNAinterference control)(二)小RNA调控第33页/共37页第15章 作业及复习题一、作业 p372-373 3.5二、复习题（一）名词注释1.parantal imp

24、rinting 7.cis-acting element2.promotor proximal 8.enhancer3.trans-acting factor 9.transcription factor 4.activator 10.coactivator5.5untranslated region regulation 11.3untranslated region regulation6.translational initiation （二）填空1、真核生物基因的转录调控以（）和（）调控为主。2、真核生物基因的DNA转录水平顺式调控主要包括（）（）（）和()调控。3、真核生物基因的DN

25、A转录水平反式调控因子主要包括（）（）（）和（）调控。第34页/共37页（三）选择填空1、mRNA降解在如下4条途径哪一条不对。（）a、3去尾；b、5脱帽；c、DNA外切酶剪切；d、3-UTR专一性剪切。2、配基种类有成千上万种，共同结构中哪一类不对（）。a、转录识别区；b、结合激活区；c、激素结合区；d、mRNA加工区3、真核生物翻译水平的基因表达调控包括（）。a、顺式作用元件调控；b、启动子调控；c、5端非翻译区调控；d、增强子调控。4、真核生物转录水平的基因表达调控包括（）。a、氨基酸或二硫键修饰；b、poly(A)长度；c、5端非翻译区调控；d、绝缘子。5、蛋白质直接和DNA结合参与真

26、核生物转录调控的组构形式有多种，下面不是该组构形式的是（）。a、内含子剪接；b、螺旋-转角-螺旋结构；c、锌指结构；d、螺旋-环-螺旋结构。第35页/共37页（四）判断题1、真核生物结构基因最先转录出来的mRNA前体分子称hnRNA。（）2、前体蛋白剪接、氨基酸或二硫键修饰被认为是翻译调控。（）3、亮氨酸拉链结构被认为是翻译水平的调控。（）（五）复习题1、指出下列每一种部分二倍体是诱导型还是组成型？是否能合成-半乳糖苷酶(斜线左侧是质粒基因型，右侧是染色体基因型)a)lacZ+lacY-/lacZ-lacY+b)lacOClacZ-lacY+/lacZ+lacY-c)lacP-lacZ+/lacOClacZ-d)lacI+lacP-lacZ+/lacI-lacZ+2、假设R基因编码的蛋白质，是S基因转录的负调控子。试问在R-突变体中S基因是否转录？如果R基因产物是S基因转录的正调控子，结果又有什么不同？第36页/共37页感谢您的观看！第37页/共37页