真核生物的表达调控幻灯片.ppt

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1、真核生物的表达调控第1页，共44页，编辑于2022年，星期二基本概念基本概念:n1.顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)(1)影响自身基因表达活性的DNA序列 (2)非编码序列 (3)包括启动子、增强子、沉默子第2页，共44页，编辑于2022年，星期二增强子增强子(沉默子沉默子)特点特点n无方向无方向,位置位置,距离的限制距离的限制;n具有组织、细胞特异性具有组织、细胞特异性,无基因特异性无基因特异性;n有时两者可相互转换有时两者可相互转换（与结合的反式作用因子有关）（与结合的反式作用因子有关）n不属于启动子不属于启动子,能调节基因的转录；能调节基因的转录；n增强子

2、之间同源性较低，但存在一个共同的核心保守增强子之间同源性较低，但存在一个共同的核心保守序列序列 5 GTGAAG 3。第3页，共44页，编辑于2022年，星期二n2.反式作用因子反式作用因子(trans-acting factor)-转录因子转录因子(1)概念：为DNA结合蛋白，核内蛋白，可使邻近基因开放（正调控）或关闭（负调控）(2)通用或基本转录因子(general transcription factors)RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白因子。nTFA、TFB、TFD、TFE等(3)特异转录因子(special transcription factors)个别基因转录所必需的转录

3、因子.nOCT-2：在淋巴细胞中特异性表达，识别Ig基因的启动子和增强子。第4页，共44页，编辑于2022年，星期二(4)反式作用因子特点反式作用因子特点n三个功能结构域：三个功能结构域：(1)DNA识别结合域；识别结合域；(2)转录活性域转录活性域;(3)*结合其他因子或蛋白的结合域结合其他因子或蛋白的结合域.n能识别并结合顺式作用元件能识别并结合顺式作用元件n正调控与负调控正调控与负调控第5页，共44页，编辑于2022年，星期二顺式作用元件顺式作用元件 和和 反式作用因子的相互反式作用因子的相互作用作用,及与基因表达的关系及与基因表达的关系第6页，共44页，编辑于2022年，星期二第7页，

4、共44页，编辑于2022年，星期二功功能能结结构构域域第8页，共44页，编辑于2022年，星期二第9页，共44页，编辑于2022年，星期二反式作用因子结构域的模式nDNA结合域结合域n转录活化结构域转录活化结构域(1)酸性酸性-螺旋结构域螺旋结构域(2)富含谷氨酰胺结构域富含谷氨酰胺结构域(3)富含脯氨酸结构域富含脯氨酸结构域(1)锌指结构锌指结构(2)螺旋螺旋-转角转角-螺旋螺旋(HTH)(3)亮氨酸拉链亮氨酸拉链(4)螺旋螺旋-环环-螺旋螺旋(HLH)(5)碱性碱性螺旋螺旋第10页，共44页，编辑于2022年，星期二锌指结构(zinc finger motif)第11页，共44页，编辑于2

5、022年，星期二C2H2 zinc fingerRRRHDNA binding第12页，共44页，编辑于2022年，星期二Zinc fingers第13页，共44页，编辑于2022年，星期二螺旋-转角-螺旋(helix-turn-helix)第14页，共44页，编辑于2022年，星期二亮氨酸拉链(leucine zipper)第15页，共44页，编辑于2022年，星期二螺旋-环-螺旋(helix-loop-helix,HLH)第16页，共44页，编辑于2022年，星期二第17页，共44页，编辑于2022年，星期二 真核生物基因真核生物基因多层次多层次表达调控表达调控一一.DNA水平的调控水平的

6、调控*二二.转录水平的调控转录水平的调控-最重要最重要三三.转录后水平的调控转录后水平的调控*四四.翻译水平的调控翻译水平的调控五五.翻译后水平的调控翻译后水平的调控*第18页，共44页，编辑于2022年，星期二一一.DNA水平的调控水平的调控(1)染色质的丢失染色质的丢失(2)基因扩增基因扩增(3)基因重排基因重排(4)DNA甲基化甲基化(表达降低表达降低,X染色体失活中心染色体失活中心)(5)染色体结构染色体结构(常染色质常染色质 和和 异染色质异染色质)第19页，共44页，编辑于2022年，星期二1.染色质的丢失：不可逆染色质的丢失：不可逆n核的全能性：细胞核内保存了个体发育所必需的全部

7、基因2.基因扩增基因扩增(gene amplification)：增加基因的拷贝数n非洲爪蟾卵母细胞rRNA基因卵裂时，扩增2000倍，达1012个核糖体n药物：诱导抗药性基因的扩增；肿瘤细胞：原癌基因拷贝数异常增加3.基因重排基因重排(gene rearrangement)：n如免疫球蛋白基因重排，多样性第20页，共44页，编辑于2022年，星期二第21页，共44页，编辑于2022年，星期二4.DNA甲基化甲基化(DNA methylation)：nmCpG，即“CpG岛(CpG-rich islands)”n甲基化(methylated)程度高，基因表达降低；去甲基化(undermethy

8、lated)：基因表达增加5.染色质染色质(chromatin)或染色体或染色体(chromosome)结构对基因表达的调控：结构对基因表达的调控：第22页，共44页，编辑于2022年，星期二DNA甲基化与甲基化与X染色体失活染色体失活n雌性胎生哺乳动物细胞中两条X染色体之一在发育早期随机失活nX染色体失活中心(X-chromosome inactivation center,Xic):Xist基因(Xi-specific transcript)XistX染色体其他位点甲基化，不转录活性去甲基化，活性去甲基化，转录失活甲基化，失活第23页，共44页，编辑于2022年，星期二常染色质常染色质:结

9、构松散，基结构松散，基因表达因表达异染色质异染色质:结构紧密，基结构紧密，基因不表达因不表达有基因表达活性的染色有基因表达活性的染色质质DNA对对 DNase更敏感，更敏感，即即Dnase的敏感性可作的敏感性可作为该基因的转录活性的为该基因的转录活性的标志。标志。第24页，共44页，编辑于2022年，星期二二二.转录水平的调控转录水平的调控-最重要最重要n转录起始转录起始-反式作用因子活性调节反式作用因子活性调节n顺式作用元件顺式作用元件 和和 反式作用因子的相互作用反式作用因子的相互作用;n以正调控为主以正调控为主转录起始转录起始第25页，共44页，编辑于2022年，星期二第26页，共44页

10、，编辑于2022年，星期二转录起始的调控转录起始的调控n反式作用因子的活性调节反式作用因子的活性调节n反式作用因子与顺式作用元件反式作用因子与顺式作用元件,通过成环、通过成环、扭曲、滑动等方等方式调控。式调控。n反式作用因子间存在组合式调控反式作用因子间存在组合式调控（使有限的反式作用因子可以调控不同基因的表达使有限的反式作用因子可以调控不同基因的表达）.(1)合成合成后即有活性：需要时合成，可迅速降解降解(2)共价修饰共价修饰：磷酸化-去磷酸化，糖基化(3)配体结合配体结合：如激素与受体的结合(4)蛋白质与蛋白质相互作用蛋白质与蛋白质相互作用：二聚体第27页，共44页，编辑于2022年，星期

11、二第28页，共44页，编辑于2022年，星期二反式作用因子与顺式作用元件的结合反式作用因子与顺式作用元件的结合第29页，共44页，编辑于2022年，星期二组合式调控作用组合式调控作用第30页，共44页，编辑于2022年，星期二信号转导对转录因子活性的影响信号转导对转录因子活性的影响第31页，共44页，编辑于2022年，星期二第32页，共44页，编辑于2022年，星期二cAMP response elementCRE binding protein第33页，共44页，编辑于2022年，星期二三三.转录后水平的调控转录后水平的调控1.mRNA的选择性剪接的选择性剪接 (1)内含子和外显子的选择内含

12、子和外显子的选择 (2)转录终止信号的选择转录终止信号的选择.mRNA 运输的控制运输的控制3.转录后的基因沉默（转录后的基因沉默（RNA干涉）干涉）Posttranscriptional gene silencing(PTGS)=RNA interference(RNAi)第34页，共44页，编辑于2022年，星期二第35页，共44页，编辑于2022年，星期二1.mRNA的选择性剪接的选择性剪接 (1)内含子和外选子的选择内含子和外选子的选择第36页，共44页，编辑于2022年，星期二1.mRNA的选择性剪接的选择性剪接 (2)转录终止信号的选择转录终止信号的选择第37页，共44页，编辑于2

13、022年，星期二RNAi（RNARNA干扰）干扰）1.线虫、昆虫、哺乳动物、植物和真菌 2.2.机制：机制：dsRNA诱导产生的细胞内同源基因表达阻断诱导产生的细胞内同源基因表达阻断3.3.生物学功能：生物学功能：细胞内免疫，阻止外源病毒和核酸的入侵，阻断逆转作子的作用。4.4.应用应用:反相遗传工具，研究基因功能 基因治疗第38页，共44页，编辑于2022年，星期二四四.翻译水平的调控翻译水平的调控1.翻译起始的调控翻译起始的调控2.mRNA稳定性调节稳定性调节3.小分子小分子RNA对翻译水平的影响对翻译水平的影响第39页，共44页，编辑于2022年，星期二1.翻译起始的调控翻译起始的调控(

14、1)未受精卵,隐蔽mRNA(masked mRNA)；受精：招募因子(recruitment factor)，激活隐蔽激活隐蔽mRNA(2)阻遏蛋白的调控阻遏蛋白的调控：铁结合调节蛋白(3)翻译起始因子的调控翻译起始因子的调控：eIF-2磷酸化对活性的调节(4)5AUG对翻译的调控作用对翻译的调控作用：减少正常AUG启动翻译的作用，使翻译维持在较低水平(5)mRNA5 端非编码区长度对翻译的影响端非编码区长度对翻译的影响第40页，共44页，编辑于2022年，星期二33铁结合调节蛋白铁结合调节蛋白第41页，共44页，编辑于2022年，星期二翻译起始因子翻译起始因子(eIF2)的调控的调控第42页

15、，共44页，编辑于2022年，星期二2.mRNA稳定性调节稳定性调节n3端非编码区结构影响其稳定性：重复端非编码区结构影响其稳定性：重复AUUUA序列，引起序列，引起mRNA 不稳定不稳定;n蛋白因子的结合可改变蛋白因子的结合可改变mRNA的半衰期的半衰期.3.小分子小分子RNA对翻译水平的影响对翻译水平的影响(反义反义RNA)第43页，共44页，编辑于2022年，星期二五五.翻译后水平的调控翻译后水平的调控n新生肽链的水解新生肽链的水解,酶解酶解.n(1)前体的加工n(2)半衰期:肽链肽链N端第一个氨基酸严重影响蛋白的半衰期端第一个氨基酸严重影响蛋白的半衰期n肽链中氨基酸的可逆共价修饰：肽链中氨基酸的可逆共价修饰：磷酸化磷酸化*、甲基化、酰基化、甲基化、酰基化n通过信号肽分拣、运输、定位通过信号肽分拣、运输、定位n其它其它:酶活性的别构调节等酶活性的别构调节等第44页，共44页，编辑于2022年，星期二