(23)--真核生物基因表达调控.ppt

《(23)--真核生物基因表达调控.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(23)--真核生物基因表达调控.ppt（75页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、真核生物基因表达调控真核基因组结构庞大：3109bp、染色质、染色体、核膜单顺反子(monocistron)含有大量重复序列基因不连续性：断裂基因（interruptedgene）、内含子(intron)、外显子(exon)非编码区多于编码序列(9:1)真核基因组结构特点真核生物表达层次调控染色体水平的调控1.组蛋白对基因活性的影响(1)占先模型（pre-emptivemodel）:认为基因能否转录取决于特定位置上组蛋白和转录因子之间的不可逆竞争性结合。转录因子先结合在DNA的特定位点上，基因正常转录；反之，组蛋白先与DNA的特定位点结合，则形成核小体，转录停止。(2)动态模型（dynamic

2、model）：认为转录因子与组蛋白处于动态竞争之中，基因转录前染色质必须经历结构上的改变，即染色质重塑。在染色质重塑过程中，某些转录因子可以在结合DNA的同时使核小体解体。非组蛋白大多数是磷蛋白，以磷酸化/去磷酸化修饰的方式调节细胞的代谢、生长、增殖和变异等，并能在核内接受外来信号，构成核内信息转导系统，形成一条调节基因表达的重要途径。2.非组蛋白（NHP)定义：核基质是由3-30nm的微纤丝构成的网络状骨架蛋白，主要成分包括DNA拓扑异构酶、核基质蛋白以及多种DNA结合蛋白，并含有少量RNA。3.核基质(nucleamatrix)（1）限定DNA环状结构域的大小；（2）各种核基质蛋白之间相互

3、作用，控制染色体组装的密度程度，调节DNA的复制与转录；（3）可能存在着基因的某种增强元件；（4）可能有DNA复制的起始位点核基质为DNA复制提供结构支架参与RNA的转录和加工特点：某些真核生物随细胞的分化丢失了染色体上的某些DNA片段的现象称为基因丢失，如原核生物的大核体和小核体。4.基因的丢失：不可逆非洲爪蟾卵母细胞rRNA基因卵裂时，扩增2000倍，达1012个核糖体。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。5.基因扩增：增加基因的拷贝数6.基因重排(generearrangement)：如免疫球蛋白基因重排，多样性。DNA水平的调控哺乳动物基因中的5-CG-3序列

4、中C5的甲基化称之CpG甲基化。5-CG-3序列是在表达基因位点处的染色体保持适当包装水平的重要化学修饰序列。当基因序列中的CpG密度达到10/100bp时称为CpG岛。一、DNA甲基化（DNAMethylation)1.构建性甲基化酶：对CpG进行甲基化修饰；2.维持性甲基化酶：把甲基化的特性遗传给子代。二、DNA甲基化酶1.甲基化(methylated)程度高，对基因转录抑制的调控能力越强。2.去甲基化(undermethylated)：基因转录激活3.基因组印记：哺乳动物的某些等位基因性状的表达由于基因的来源不同而呈现出差异，甚至只表达单一亲系来源（父源或母源）的基因版本。如人类的亨延顿

5、氏舞蹈病，其基因突变是来自父源或母源基因的甲基化。4.DNA甲基化与X染色体失活三、DNA甲基化与转录抑制DNaseI的超敏感区域：（1）组蛋白被一种序列特异性蛋白结合而被破坏，DNA裸露出来；（2）转录区域，DNA链打开而暴露；（3）活跃转录区四、甲基化影响DNA与蛋白质的相互作用甲基化以两种方式调控基因的表达（1）甲基化增强或减弱DNA与调节蛋白质之间的相互作用；（2）甲基化改变DNA的正常构型。真核生物转录水平调控顺式作用元件是指具有调节功能的特定DNA序列或影响自身基因表达活性的DNA序列，在基因的同一条DNA分子上。顺式作用元件类型：（1）启动子(promoter):3种类型；（2）

6、增强子(enhancer)：（3）沉默子(silencer)：负性调节元件，起阻遏作用。（4）绝缘子(insulator,boundaryelement):在真核基因及其调控区的一段DNA序列。一、顺式作用元件(cis-actingelement)增强子（Enhancer）在远离转录起始点（上游或下游）的一段可增强启动子活性的调控元件，大小为100-200bp。最初在DNA病毒SV40的基因组中发现。特性：（1）加强相连基因从正确起始位点的转录活性（2）增强子无论是在下游或在上游均可激活转录（3）无论是在下游或在上游，可在远离起始位点1Kb以上发挥作用（4）两个启动子串联在一起时，增强子优先激

7、活距离最近的那一个（1）为转录因子提供进入启动子区的位点（2）改变染色体的构像沉默子(silencer)：负性调节元件，起阻遏作用。绝缘子(insulator,boundaryelement):在真核基因及其调控区的一段DNA序列。功能是阻止激活或阻遏作用在染色质上的传递，使染色质的活性限定于结构域之内。增强子的作用机理：反式作用因子的结构与功能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RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白因子。如：TFA、TFB、TFD、TFE等。3.特异转录因子(specialtranscriptionfact

8、ors)个别基因转录所必需的转录因子.如：OCT-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。（1）三个功能结构域：DNA结合结构域(DNA-bindingdomain)；转录激活结构域(transcriptionalactivationdomain)；二聚化结构域；（2）能识别并结合顺式作用元件(cis-actingelement)；（3）正调控与负调控。4.反式作用因子的结构特点1）DNA结合结构域(DNA-bandingdomain)锌指结构(zincfingermotif)同源结构域(homodomain,HD)：螺旋-转角-螺旋5.反式作用因子结构域的模式亮氨酸拉链结构

9、(leucinezipper)真核生物转录后水平调控5端加帽(cap)和3端多聚腺苷酸化(polyA)的调控意义使mRNA稳定，在转录过程中不被降解；mRNA的选择剪接(alternativesplicing)对基因表达的调控；外显子选择(optionalexon)、内含子选择(optionalintron)、互斥外显子、内部剪接位点mRNA运输的控制。真核基因翻译水平的调控5端UTR(非翻译区）结构与翻译起始的调节5帽子结构的甲基化：1）保护mRNA免遭5外切酶的降解；2）为mRNA的从核中输出提供转运信号；3）提高翻译模板的稳定性和翻译效率。翻译起始因子的调控eIF-2-4F的磷酸化能提高

10、翻译速度eIF-2的磷酸化能抑制翻译起始二、3UTR（非翻译区）结构与mRNA稳定性多聚腺苷酸尾的调节作用polyA尾巴的功能：1）稳定mRNA分子，抵抗3-端外切酶攻击的作用。2）有助于细胞质中成熟mRNA的翻译。3）3UTR区域具有保护5端帽子结构的作用。球蛋白mRNA的3URT序列含有许多CCUCC重复蛋白序列，这些序列发生突变将降低mRNA的稳定性。某些不稳定的mRNA起3UTR含有50nt的共有序列AUUUA，称为ARE。ARE结合蛋白可以聚集外切多聚腺苷酸酶和内切酶，加速mRNA的降解。真核基因翻译后水平的调控新生肽链的水解：酶解肽链N端的第一个氨基酸：稳定化氨基酸（Met、Ser

11、、Thr、Ala、Val、Cys、Gly、Pro）与去稳定氨基酸肽链中氨基酸的共价修饰：磷酸化、甲基化、酰基化通过信号肽(signalpeptide)分拣、运输、定位一、翻译调控（Translationalcontrol）在原核生物中,不同基因的翻译水平受下列因素的调控：1.原核生物自身产生的较短反义RNA与mRNA结合,抑制了翻译；2.多顺反子mRNA对核酸酶的相对稳定性,调节翻译的进程；3.mRNA的自身结合,阻止了其与核糖体附着的蛋白质结合。在真核生物中，真核生物通常用改变基因的转录水平和RNA的加工来控制特定的蛋白质的合成量，但也有一些调控发生在细胞质中，如：（1）蛋白质结合掩盖了mR

12、NA，阻碍了翻译列，使得mRNA不稳定，降低翻译效率。（2）mRNA的3非编码区存在5AUUUA-3的重复序。二、多蛋白（Polyproteins）单一翻译产物被切割形成两个或多个独立蛋白，称为多蛋白。三、蛋白质定位 （Proteintargeting）蛋白质在细胞内的定位是取决于生物自身蛋白质的特性、相对长短以及其氨基酸的序列。这些序列可以决定蛋白质是否是被分泌、转运至核内还是转运至其他细胞器内。原核生物的蛋白定位：分泌真核生物的蛋白质定位：有两条途径第1条途径：Post-translationaltargetingpathways第2条途径：CO-translationaltargetin

13、gpathways（共翻译途径也叫分泌途径）四、蛋白质修饰 Proteinmodification新生多肽没有功能，除了要有正确的折叠及形成二硫键外，还必须经过修饰，包括切割和各种共价修饰。1.切割Cleavage（1）去掉信号肽（2）多蛋白的切割（3）肽链内部的切割蛋白质的化学修饰发生在N端、C端以及大部分氨基酸的侧链上，主要的类型有(1)乙酰化Acetylation(2)羟基化Hydroxylation(3)磷酸化Phosphorylation(4)甲基化Methylation(5)糖基化Glycosylation(6)核苷的添加Additionofnucleotides2.共价修饰Cov

14、alentmodification五、蛋白质降解Proteindegradation 同的蛋白质有不同的半衰期，调节蛋白需要迅速更新，而且细胞要能够除去有缺陷的和受损的蛋白。真核生物中N端残基在蛋白质稳定性上起关键的作用。在20个氨基酸中：8个N端高度稳定（Ala,Cys,Gly,Met,Pro,Ser,Thr,Val)8个N端半衰期短(Arg,His,Ile,Leu,Lys,Phe,Trp,Tyr)4个N端经化学修饰后稳定性降低(Asn,Asp,Gln,Glu)细胞内蛋白质降解的机构蛋白质降解是限制在细胞内的特定区域的，一种是称为蛋白酶体（proteasome）的大分子结构，另一种是具有单层

15、膜的细胞器溶酶体（lysosome）。（一）泛素依赖性蛋白降解途径1.泛素泛素（ubiquitin）又名遍在蛋白质、泛肽，它是一个由76个氨基酸残基组成的小蛋白质。它通过其C端Gly的羧基与被降解的蛋白质的氨基共价结合，通常结合在Lys的氨基上，这是一个需要消耗ATP的反应。这样给被降解的蛋白质作了一个标记，随后将标记了的靶蛋白质引入蛋白酶体中降解。2.催化泛素与靶蛋白连接的酶使泛肽与靶蛋白质连接涉及到4种酶E1、E2、E3、E4。E1：泛肽活化酶（ubiquitin-activatingenzyme）E2：泛肽载体蛋白（ubiquitin-carrierprotein）E3：泛肽-蛋白质连接

16、酶（ubiquitin-proteinligase）E4：泛肽链延长因子（ubiquitinchainelongationfactor）3.泛素与靶蛋白的连接（1）泛素的活化（2）泛素的转移及与靶蛋白连接（3）泛素蛋白质连接酶E3在识别和选择被降解蛋白质的过程中起着重要的作用。E3主要是通过备选蛋白质N端氨基酸的性质来选择靶蛋白质的，以Met、Ser、Ala、Thr、Val、Gly或Cys为N末端的蛋白质对泛肽介导的降解途径有抗性，而以Arg、Lys、His、Phe、Tyr、Trp、Leu、Asn、Gln、Asp或Glu为N末端的蛋白质的半寿期只有230分钟。也有的E3识别靶蛋白肽链中的某一段

17、序列。（4）泛肽蛋白质连接酶E3是一个蛋白质家族，根据它们识别靶蛋白质特异性位点的不同，可将它们可分为3种识别类型：类型识别N末端为碱性氨基酸的蛋白质，如Arg、Lys或His；类型识别N末端为大疏水基团氨基酸的蛋白质，如Phe、Tyr、Trp或Leu；类型识别肽链中间的特异序列。4.E3与靶蛋白质的各种识别模式（1）E3与靶蛋白的N端识别结合。（2）E3被激活剂激活后与靶蛋白识别结合。（3）E3与磷酸化的靶蛋白识别结合。（4）E3被磷酸化后与靶蛋白识别结合。（5）E3被磷酸化后与磷酸化的靶蛋白识别结合。（6）E3通过一个辅助蛋白与靶蛋白识别结合。（7）E3与变性后的（解折叠的）靶蛋白识别结合

18、。5.被泛素介导降解蛋白质的特点 大多数具有敏感N末端氨基酸残基的蛋白质不是正常的细胞内蛋白质，而很可能是分泌性蛋白质，这些蛋白质通过信号肽酶的作用暴露出敏感的N末端氨基酸残基。也许N末端识别系统的功能就是识别和清除任何入侵的异质蛋白质或分泌性蛋白质。二、蛋白酶体古细菌T.acidophilum20S蛋白酶体的结构（一）真核细胞中的蛋白酶体1.泛肽-蛋白酶体降解途径2.细胞周期蛋白的周期性变化在细胞周期中，细胞周期蛋白（cyclin）周期性的合成和降解，从而调节细胞的分裂。1.Cyclin细胞周期蛋白2.CDKCyclin-dependentproteinkinase3.DestructionboxofcyclinArg-Thr-Ala-Leu-Gly-Asp-Ile-Gly-Asn（此序列靠近Cyclin的N端）Cyclin-CDK在细胞周期中的变化Destructionboxrecognizingprotein（DBRP）及其识别序列细胞周期蛋白的作用之一