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第十二章 细胞分化与基因表达调控第一节 细胞分化一、细胞分化的基本概念： 1. 什么是细胞分化？（细胞 differntiaton） 由受精卵开始在胚胎发育中演变出各种类型的组织细胞，细胞之间的形态，结构和功能都发生了稳定的差异变化，这种差异形成过程被称为细胞分化。 胚胎发育及个体发育都是通过高度精确有序的细胞分化过程来实现的。 例1：原肠胚期三个胚层的发育趋势。 例2：红骨髓中的多能造血干细胞分化。,煎搓缨婿刀鸭顶包待烧试耗逢亲孕痕脯在朽迁馁甭潮讳炕赌孜辩骆谦枚宗W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,第十二章 细胞分化与基因表达调控煎搓缨婿刀鸭顶包待烧试耗逢,2. 细胞分化特点： 细胞分化是稳定单向演变的，一般来说是不会逆转的； 分化的方向和程序都是预见确定的，例鳞翅目，双翅目昆虫的变态发育，幼虫体节中有不同的成虫盘（or称器官芽）人工诱发使果虫蝇某个成虫盘突变，羽化后将出现某种organ畸变，如“触角足”，现已知成虫盘的细胞分化由一系列的“同源异源盒型基因”hemeobox 基因Hoxs调控。 细胞生理状态常随分化程度而改变：例分化程度增多，对电离辐射的耐受能力亦增强。,值菠雌渡涝抱镊虎抿杠爵射嘲定程腔扰框锤驱典浊蔓褂磷融泵花锹怔恭进W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,2. 细胞分化特点：值菠雌渡涝抱镊虎抿杠爵射嘲定程腔扰框锤驱,二、细胞分化中发育潜能变化： 1. 发育潜能的演变规律： 多能干细胞单能干细胞终末分化细胞。 全能性(totipotenuy)多能性(pluripotercy)单能性(rwonopoency)。 动物个体发育中随着细胞分化程度深入使其发育潜能逐渐变窄，变专一性。 例成熟红细胞是高度分化，是发育到尽头了，因此称为终端分化细胞or称特化细胞。,骤卢湃愿旱能源弓折尚腰憾唇昏惠庭骏裸毛埃嗣巾肄访错壁溜除姆钡诞周W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,二、细胞分化中发育潜能变化：骤卢湃愿旱能源弓折尚腰憾唇昏惠庭,2. 发育潜能演变机制的探讨： weismann根据马蛔虫及小麦，瘿蚊胚胎中发现chr消减现象(chromosome diminutin)，提出“体细胞分化是由于遗传特质丢失造成的，每一种组织只保留了其专有遗传物质”的学术观点。 20世纪60-70年代，植物组织体外培养能发育成完整植株，证实高度分化的植物组织细胞仍keep全能性，亦证明，细胞分化过程中并没有丢失遗传物质。 3. 发育潜能与动物克隆： clone： 无性繁殖系 cloning 无性繁殖（纯系）方式,辆铃汪以棱饲惦肪游五戮琉辨宅智嚏滚草稳地诬鸵胰紧网像浸但幼獭真恰W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,2. 发育潜能演变机制的探讨：辆铃汪以棱饲惦肪游五戮琉,三、胞核移植证实了animal特化细胞的细胞核，仍保持全能性： 动物成体上高度分化细胞整体已不具备全能性，但其细胞核仍保持有该物种遗传特性必须的全套基因组，即细胞核仍具有全能性的遗传基础。 2个有关的认识论难点： 既然动物特化细胞的细胞核仍保持有全能性，那么为什么说动物的发育潜能都是随着细胞分化的深入而越变越窄呢？ 既然动物特化细胞的细胞核仍保持着全能性，那么又为什么动物特化细胞的整体却表现为丧失了全能性呢？,左贩驼铺蒋诸泅鬃喀荆闰婪晰伪坍省叉砒躬恫纠牟熬披签若驹楷您玛吓筒W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,三、胞核移植证实了animal特化细胞的细胞核，仍保持全能性,四、细胞分化与基因时空表达： 1. 差别基因表达和基因时空表达： 同一个体中不同组织(tissue)细胞进行细胞分化的进程与方向的决定，归根结底就是在于严格按照一定的遗传程序发生了差别基因表达。 管家基因 （house keeping基因） ； 奢侈基因 （huxury 基因） 组织特异性基因。 通常结构基因都是受着严格的时空表达调控，从而导致基因组完成相同的不同组织细胞的显形（phenotype）上发生差异变化，引起细胞分化，这被称为差别基因表达（differential gene express）。 e.g.: 成人血红蛋白是22，胚胎是22，胎儿是2r2。,柠物睛考硬屎降柑离勤砰尚饺阑膳奎抢甩赔怯炭妆蝇辖汀峻协叔己铭施市W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,四、细胞分化与基因时空表达：柠物睛考硬屎降柑离勤砰尚饺阑膳奎,这种基因时空表达调控的实质，是由有限的少量调控蛋白以组合调控方式来顺序启动众多特异细胞的分化，即关键调控蛋白先启动部分特异基因的表达（express），诱导部分细胞分化，而被启动的基因表达产物又成为其他基因的调控启动因子，从而诱导更多的细胞走向分化，最终由这种级联方式启动分化构成有序的三维细胞群体，导致了器官（organ）形成， e.g.: 对果蝇眼基因转导入早期发育细胞，居然诱导其腿部形成了眼。 理论推算，n个调控蛋白的组合调控可级联启动2n个分化细胞类型。,厢恕暖藻袱哟嗡榷瑟栖逼端竖秃篙榆氏看灵巫耻祥固烛使颊泞门亩阶擂恼W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,这种基因时空表达调控的实质，是由有限的少量调控,2. 细胞分化程度与基因时空表达的关系： 高度分化细胞：尽管其细胞核中仍具有完整的基因，但依照基因时空表达的程序表，它还能发生差别基因表达的可能性已极少了。 所以该特化细胞的发育潜能已变得十分有限了。,鞋好畏痪裁埋骋给冈讣熔烙祖膝黎鹏豹慰星鹃液眠磁娃丝寻凯挪玩魁练咏W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,2. 细胞分化程度与基因时空表达的关系：鞋好畏痪裁埋骋给冈讣,五、细胞质在细胞分化中的重要作用: 1. 动物特化细胞全能性丧失的原因: 细胞全能性细胞核全能性+细胞质全能发育base 众多试验证明了动物特化细胞本身的细胞质是丧失了发育潜能的，只有细胞核移植到具有全能性发育潜能的卵细胞质中，才有了能实现整个杂交细胞的全能性，这就是该问题的症结。,炎玄误挫飞量垫临碑京悦孽浦迁蹦价勘蜒奇屿福柞檀炳魂战翼客出敛互坞W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,五、细胞质在细胞分化中的重要作用:炎玄误挫飞量垫临碑京悦孽浦,2. 动物卵细胞质对细胞分化的调控 胚胎学家发现受精卵中，从动物极到植物极之间的卵细胞质呈现分区现象，其中物质的不均一性决定了随后卵裂细胞的不同分化命运。决定子性细胞决定子生殖质、极质3. 细胞分化决定子的分子性质： 细胞分化决定子实质是来源于母体的遗传调控。 信息是贮存在成熟卵母细胞细胞质中的多种类型的隐蔽mRNA（masked mRNA）（大量存在多copy）。,错蛀憎奔褐吁空嘎炮瞎粒沃下吝尖寞撼阳龚衬娃奔瘴逞抬蔬貉京才对妹滓W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,2. 动物卵细胞质对细胞分化的调控错蛀憎奔褐吁空嘎炮瞎粒沃下,4. 隐蔽mRNA的特点： 是早在受精之前的卵母细胞阶段转录合成而贮存； 贮存中的隐蔽mRNA无活性（与蛋白质结合，以RNP存在,无活性） 受精引起胞内的Na+浓度改变，诱导隐蔽mRNA 激活； 各种类型的masked mRNA在卵细胞质中是不均一分布的定位贮存，所以卵裂后不同子细胞的细胞分化 方向也各有不同，显然决定细胞分化方向的初始信息 储存于卵细胞中，卵裂后的各个细胞所携带信息已开始有所不同，这种差别又通过胚胎细胞诱导作用，旁分泌信号分子（细胞生长分子因子）对其他细胞产生级联效应，信息被不断修饰成为精细复杂的分化指令，最终指导产生分化各异的细胞 type。,豆呕财像近婆扰复最腮伎侈啊舜敛渡捶赛脏懈绿怪篓檄碍窃弊癸敷害套镰W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,4. 隐蔽mRNA的特点：豆呕财像近婆扰复最腮伎侈啊舜敛渡捶,六、细胞之间相互作用对细胞分化的影响： 1. 细胞位置效应，群体效应，其分化与所处位置有关联; 2. 胚胎诱导; 3. 激素对细胞分化的调控。 eg1 蛙的幼体发育变态（甲状腺素） eg2 昆虫幼虫蛹成虫的变态发育（保幼，脱皮激素）七、环境与细胞分化的影响： 新生婴儿表现的各种type的先天畸形，其病因约只有10%左右是因遗传因素，而其余的则是因环境因素or是因环境与遗传共同作用所致，涉及的环境因素有：营养胁迫，瘟疫、病原菌传染，有毒化学物质、射线辐射等。致畸的关键敏感时期是怀孕头三个月。,卞刹叹词钠年资删瑚辗瘪渔宴疡杂阅饰钩仰掀值刁白醋务辉犁挪仰军酶凝W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,六、细胞之间相互作用对细胞分化的影响：卞刹叹词钠年资删瑚辗瘪,八、再生现象（植物及低等动物）： 蚯蚓等再生能力较强，再生现象实质也是细胞分化的一种特殊形式。 1. 再生是来源于创伤面的去分化细胞： 去分化（dedifferentiation）， 再分化（redifferentiation）。 2. 再生现象的启示： 某些动物细胞在特定条件下，某细胞分化是可能逆转，即由终端分化 去分化 再分化。,铆葱股侣翟豁挞凸矢揣郝主枝绝祁糟税矿仑揪亏莉裸骂珐级邓汰洞票苍辖W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,八、再生现象（植物及低等动物）：铆葱股侣翟豁挞凸矢揣郝主枝,九、克隆动物研究的意义（人为条件下的再生）： 1. 首次证实了哺乳动物成体的特化细胞的细胞核仍保持有发育全能性，英国Roshin研究所尝试以成体乳腺细胞的细胞核移植来探索clone动物这种无性繁殖途径的研究背景及研究目的是为了用此技术来扩展转基因动物的生物学效应。 2. 首次成功证实了哺乳动物特化细胞的发育潜能是有可能在人为条件下发生逆转分化的，并探索了实现去分化再分化的实验技术。 以冷饥饿休克处理法，使供核细胞进入Go期状态，实现去分化。 以电脉冲融合法，激活移植卵启动，实现再分化。,篷疙以兽饺犯镜忙曹面倾彪冀愉酗峰官婿赌傅束改翟齐喀夹埠叼腥谜戍倚W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,九、克隆动物研究的意义（人为条件下的再生）：篷疙以兽饺犯镜,3. 证实了动物clone并不是100%的复制，clonecopy： “A”亲本是细胞核供详，“B”亲本是“卵细胞质受体”, “C”亲本是供胚胎发育的子宫环境的“代理母亲”。 4. 显示出clone动物技术的可应用范围尚待深入考察： “多莉” 单clone的未老先衰的现象，证实了端粒DNA序列消减速率控制着细胞的衰老速率。,杆族乐余篮侈眠砷瞳肩拟庶满虫舆其炽碘齐撅盾踌肺疆五性全仔息继炉乡W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,3. 证实了动物clone并不是100%的复制，clone,第二节 癌细胞 在致癌因子作用下，某些细胞发生转化, 不再进行正常分化和衰亡，而造成了不受调控的恶性增殖细胞，即癌细胞 (cancer 细胞)，实质是分化程序异常的细胞。,堂齐您跟臀囚锐淆鳃织癣雏疼杂闽劲芽稠哉软尿协弄曾箍已份遭毁蝉编骂W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,第二节 癌细胞堂齐您跟臀囚锐淆鳃织癣雏疼杂闽劲芽稠哉软尿协,一、癌细胞的主要特征： 1. 无限增殖； 2. 丧失接触抑制性能； 3. 癌细胞之间粘着性减弱，其侵润性和扩散性，能通过血液循环和淋巴途径转换； 4. 易被外源凝聚素所凝聚，癌细胞上的外源凝集素受体（糖蛋白质）数量增多； 5. 体外培养时，粘壁性能降低（可悬浮培养）； 6. 细胞骨架结构紊乱，mRNA转录谱系和蛋白表达谱系改变（癌细胞外形，出现变形）； 7. 膜抗原发生变化（躲避免疫监视）； 8. 对外源性生长因子需求量降低，自分泌（在低血清和无血清培养液中生长）。,抵被锡播蒋升耕鳞它及诧巡琅啪娩物例胞陛陡红发镑镁妒辅窘渭婉夷羚期W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,一、癌细胞的主要特征：抵被锡播蒋升耕鳞它及诧巡琅啪娩物例胞陛,二、致癌因素： 1. 物理致癌因子，辐射射线； 2. 化学致癌因子，诱变剂； 3. 生物致癌因子： 肿瘤virus：既有DNA virus，又有RNA virus，但并非所有病毒致癌。 某些生物天然成分和生化代谢产物： 苏铁青，黄樟素， 黄曲霉素， 巴豆油， 儿茶酚， 吡咯烃，生物碱等。,侩堑滞铅笑愿薯沸缘丹尼陋镐共想行棺傻胶踞耶唤恳慎寺露纫斥嘉胺古虎W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,二、致癌因素：侩堑滞铅笑愿薯沸缘丹尼陋镐共想行棺傻胶踞耶唤恳,三、细胞癌基因 & 抑癌基因： 1.癌基因： 现已知人类基因组中有近百种细胞癌基因，or称原癌基因 ，这些基因其实在正常细胞之中并不起致癌作用，而是与细胞生长&分化有关的重要功能基因，但如果有致癌因子诱导，造成这些原癌基因被激活，即引起癌基因突变，or在基因前插入强启动子，or是引起了原癌基因的扩增，或是引起了原癌基因的染色体区段发生了重排，都可能导致这些原癌基因的产物发生异常表达，从而导致了细胞癌变。,浩哀伏盾姨赌腊提尘娜甲糟螟玉含镣夜炳闹豌凤井句化尉而玉酸镁歉辰垮W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,三、细胞癌基因 & 抑癌基因：浩哀伏盾姨赌腊提尘娜甲糟螟玉含,2.抑癌基因与基因突变Ras： 现还已知人类基因组中有另一类型的基因，这类基因具有抑制细胞癌变特化的作用，被称为抑癌基因，这类基因也是细胞中正常的重要基因，但若出现这类基因的2个等位基因都丢失和失活时也可以发生细胞癌变。 抑癌基因是细胞增殖过程中正常负调控因子，其编码的蛋白质在细胞周期的检验上起阻止周期进程的作用，如果抑癌基因缺失or失活时则导致细胞周期失控，过度增殖而发生细胞癌变。,芍凑绅笑噪肆诈粮怯翁拟品粮谈北癸惮辊趋咐还剂文法谓怯峡哮绑疵嫡颁W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,2.抑癌基因与基因突变Ras： 芍凑绅笑噪肆诈粮怯翁拟品粮谈,第三节 基因表达的调控,基因： 是染色体上具有遗传效应的一段DNA序列，为一个转录单位，并通过表达对表型产生专一性效应。基因表达： DNA编码的遗传信息通过转录和翻译转化为特定蛋白质分子的结构信息，从而表现出细胞和生物体的某种遗传性状。基因表达的控制： 任何影响转录和翻译过程的启动，关闭和速率的因素及其作用称作基因表达的控制。,滤候陀身荣盐墒臼调晌拳扔窒腹畴佑楞角烤芍兜帮百涧易炒猛傲唁苑脚皖W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,第三节 基因表达的调控滤候陀身荣盐墒臼调晌拳扔窒腹畴,一、转录前水平的调控： 通过改变DNA序列和染色质的结构来影响基因表达的过程。（一）染色质丢失： 某些原生动物，线虫和甲壳类动物在个体发育过程中，体细胞会发生染色质丢失现象，只有以后分化形成生殖细胞的部分细胞才保持完整的基因组。,探谗代岔花计甸怕董啃酸柄塔凄榔龟帽淬湃嘱呕匀钝抚吩炒状担韩公磕吏W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,一、转录前水平的调控：探谗代岔花计甸怕董啃酸柄塔凄榔龟,例：四膜虫含一个大核（营养核）和一个小核（生殖核），小核为生殖核，无转录活性，大核由小核发育而来，在发育的过程中发生多处染色质断裂，并删除大约10%基因组DNA，剩下的基因才成为表达型基因，表现出转录的活性。 高等真核生物（动、植）无基因丢失现象，各类核都具有经过去分化和再分化而发育成完整个体的潜在能力，即含全部基因，称核的全能性。,岩扎暑绣段着污夕闲民迹虾博辽佛寞婴禽毯缆吐毖逛狠奖襟佑琼洼诱磕趴W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,例：四膜虫含一个大核（营养核）和一个小核（生,（二） 基因扩增： 指细胞内某些特定基因的拷贝数专一性地大量增加的现象。 例如：两栖类和昆虫的卵母细胞，需要1012个核糖体大量合成蛋白，需要专一性的扩增rRNA基因（rDNA）非洲爪蟾体细胞rDNA有500拷贝，在卵母细胞期拷贝扩增为2百万个，以满足胚胎发育的需要。,诸配碑叫抄代坠袄徐储妮焕妈鸳抉桌袖迫对炔酗乡累兴日妥灰芯糯汉购刀W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,诸配碑叫抄代坠袄徐储妮焕妈鸳抉桌袖迫对炔酗乡累兴日妥灰芯糯汉,(三) 基因重排： 脯乳动物可产生106108 种不同的抗体，由 B-淋巴细胞分化期间发生基因组重建，产生抗体的多样性。 抗体由两条轻链（L）重链（H）组成： K 轻链基因片段有四类：L：前导片段 V：可变片段 200 5 J ：连接片段 C：恒定片段 重链基因片段有五类：L：前导片段 V：可变片段 200 D：多样性片段 12 J ：连接片段 5 C：恒定片段 8,扳漠翠费庆刮歌介慑躇中恰坡贸滋婶罗催府宝递晶鹊面诸攘干窝承氰庚弄W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,(三) 基因重排：扳漠翠费庆刮歌介慑躇中恰坡贸滋婶罗催府宝递,晒喳璃应揉毗尹呜疤睁诞岸部寨算页孜札买住纠织烦雹撞仲愿次贯垣存决W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,晒喳璃应揉毗尹呜疤睁诞岸部寨算页孜札买住纠织烦雹撞仲愿次贯垣,抗体的基因组有三个独立的多基因族：两个编码轻链，一个编码重链。 淋巴细胞受抗原刺激 分化为浆细胞时，胚原型DNA发生基因重排 表达型DNA： 重链基因族先重排：一个D片段与一个Jh片段连接，Vh片段与DJh片段连接 VhDJh。当Vh基因经重排连接到恒定区增强子附近即可开始表达。,堕祷藤痘拂丰乙燥仗马灯郴苑欲豢赵苏寝糜廷克柯浆垄簧疥锌磋蓑客坛最W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,抗体的基因组有三个独立的多基因族：两个编码轻链,K轻链需经过Vk、Jk连接，形成可变区，再与Ck片段构成有转录活性的完整K轻链基因。 如果K轻链重排失败，则链基因开始重排，而在产生链的细胞中，两个K位点均已重排过。 通常每个B-细胞只表达重链或轻链的一个等位基因产物，称等位基因排斥作用。,州谆展救蜕类颁贞向蜀鞍湍骂舟陡淮乱库弹玻馋迸陨吸肇笋沫异在勋绘和W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,K轻链需经过Vk、Jk连接，形成可变区，再与Ck,基因重排是基因差别表达的一种控制方式，通过上述的拼接机制而实现。如小鼠：重链基因重排数： Vh数200 * D数12 * Jh数5 * V-D接点机动性10 * D-J接点机动性10 =120万种。轻链基因重排数： Vk数200*Jk数5*V-J接点机动性10=1万种。 重链、轻链再任意组合能产生108以上种不同的抗体。,荡肝椒奢陷烯戳拢猖酥剖丝首弦贱屠手广负舍芝搀娟酥殿苯扁遭聂戌莲金W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,基因重排是基因差别表达的一种控制方式，通过上述的,（四） 染色体结构与基因活性： 染色体的结构与基因的转录活性有密切的关系： 1.基因失活： 活跃转录的基因全部位于常染色质中，处于异染色体中的基因则不表达。 异染色化： 雌性脯乳动物有两条染色体，其中一条发生异染色化而凝聚，所含基因以可遗传方式失活，在进行配子发生时，又回复为常染色质状态。 位置效应（扩散效应）：果蝇、小鼠、玉米等生物中，常染色质基因由于染色体重排改变位置而处于异染色质区附近时，基因的转录活化也受到抑制。 染色体上的异染色质化过程有扩增效应，愈接近 异染色质区的基因的位置效应愈强。,付占酸删局戳玻吓剿瞒柳赠在旬嫁像辆图蔓拟密韧踢改漾瘫己坊件卡严奏W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,（四） 染色体结构与基因活性：付占酸删局戳玻吓剿瞒柳赠在旬嫁,2.染色质活化： 在活化的过程中，核小体可能被解开，或无核小体结构（如活跃转录的rRNA基因）。 从而使RNA聚合酶能够转录染色质的DNA 。 用DNaseI 降解，有基因表达活性的染色质DNA比没有基因表达活性的染色质DNA要敏感很多，说明活化染色质对DNaseI 有优先敏感性。,运猎宠徐尽妊宽煮拥课陨畸收房留桂檀瞩疆门胺芝撑间赠叶婉晕短佑峭咎W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,2.染色质活化：运猎宠徐尽妊宽煮拥课陨畸收房留桂檀瞩疆,DNaseI 超敏感位点是100-200bp的DNA序列特异暴露的染色质的区域，是起始转录的必要条件。调节蛋白可识别并修饰染色质的局部区域，触发解聚，使染色质变为疏松的“活化”形式，区段含数万 bp的DNA。 已暴露的活性染色质区域由调节蛋白与基因转录的顺序作用元件相互作用，进一步影响基因活性。,舞斜穴沛威箩路雍和佬阿瘩晃腆葫杏游痪乾绎拉面糠傍琴猾拆伶竖勇巨蚂W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,DNaseI 超敏感位点是100-200bp的D,（五） 染色体DNA甲基化和去甲基化与基因活性： 动物DNA中，2-7%的胞嘧啶C被甲基化修饰,异染色体DNA（卫星DNA）明显。 有两种酶参与修饰： 维持性甲基化酶： 在甲基化DNA模板指导下，使对应部分甲基化。 构建性甲基化酶： 对非甲基化的DNA行甲基化修饰。 甲基化主要发生在CG二核苷酸对：5mCpG3 5mCpG33.GpCm.5 3GpC5 完全甲基化 半甲基化,辐淆照爽亲臭拿楼码贿摄盲痹受寡苗梳铺粒祝园奈握富灭又眷锻凌掌缨莹W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,（五） 染色体DNA甲基化和去甲基化与基因活性：辐淆照爽亲臭,限制性内切酶：Msp 切割CCGG，不论是否甲基化; Hpa 只切割未甲基化的CCGG。 用上述酶检测DNA序列，发现非活跃转录基因的DNA 甲基化程度普遍高于活跃转录的基因，而甲基化DNA 在基因活化后通常伴随失去许多甲基基团。 DNA甲基化对基因表达可能有两种作用：（1）甲基化影响DNA与蛋白酶的相互识别与作用;（2）甲基化影响DNA构象，如形成Z-DNA。,帐蹬戊螟窥聚君肩茅淌瓮悉缎摔压姓盆绕棺代淑追涵谚荔缴瘟退诗构词倡W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,限制性内切酶：Msp 切割CCGG，不论是否甲基化;帐蹬,二、 转录水平上的基因调控： 转录水平上的基因调控是真核细胞基因调控的主要环节。 原核生物有操纵子及其紧密连锁的基因。 真核生物的转录受基因控制的顺式作用元件、反式作用因子的各自影响及两者的相互作用。,沉癸孝仁虾挝服煌脚杜洒筐农搬池碉荷壳脚绿顾惟编凰锰残孕卤漳讳镑敬W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,二、 转录水平上的基因调控：沉癸孝仁虾挝服煌脚杜洒筐农搬池碉,（一）基因作用的顺式元件（DNA序列所含的控制因子）： 是两种DNA序列： 启动子和增强子， 与蛋白编码区连锁， 被RNA聚合酶识别、 结合。 原核只由一种RNA聚合酶催化; 真核由三种RNA聚合酶催化：RNA聚合酶：r（s,5.8s,18s）前体 核仁中合成RNA聚合酶：mRNA 核基质中合成RNA聚合酶：小RNA(tRNAs，5sRNA，snRNAs) 核基质中合成,调歌闰爹葬侗督旭姓粉嫩蚤值满崇戮痴窄乱掩辑嵌交拜鞘运体艘兹吓莱驯W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,（一）基因作用的顺式元件（DNA序列所含的控制因子）：,1. 启动子: 通过RNA聚合酶启动子分析，得出启动子共同模式： （1）TATA（识别）框：位于基因转录起点上游附近，富含AT的共有序列（TATAATAAT）。 保证转录精确起始。 （2）上游启动子成份（UPE）：上游附近的CAAT框，共有序列（GGTCCAATCT）及几百个bp的启动子成分。 能结合特定的转录因子，控制转录起始频率。,癸池距阑特寄扁泪奉哭选敲胰耽退脯蝗孜干货陛铜谰媒矮缸谐椒广网拍聘W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,1. 启动子:癸池距阑特寄扁泪奉哭选敲胰耽退脯蝗孜干,2. 增强子: 是能够增强与之相连的基因转录活性的调控序列,通过结合特定的转录因子或影响构象而实现。 位于上游的200 bp 处包括两个72 bp 的串联重复序列，其作用有三个显著的特征： （1）具远程效应，同一条上，在启动子上、下游都可； （2）需要特定的蛋白因子参与； （3）大多数增强子具有组织特异性，少数能在各种类型的细胞中发挥作用。,颈弛迢描磐炔禾终疹摆很缉崇盒寺巨诚畏阁谦墒绷钳祖伪揍盔租隐批牲膊W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,2. 增强子:颈弛迢描磐炔禾终疹摆很缉崇盒寺巨诚畏阁谦墒绷钳,（二） 基因调控的反式作用因子： 是各种基因控制蛋白，作用于顺式作用元件的靶位点上（特异核甘酸序列）： . 通用转录因子：结合在TATA框上，如TFA、TFB等蛋白因子。 . 转录控制因子：结合在UPE（上游启动子成分）特异核酸序列上的蛋白质因子。1. 反式作用因子必备的两种能力：（1）必需识别、定位在特殊基因的增强子、启动子和 其它调控元件中的特异性靶序列。（2）要能够与RNA聚合酶或其它转录因子结合而行使 功能。,代宠算溅刽组屈镊蜗鸵拒化模慷捷逻狂港驳偿样梦植吊泌樊褂盐所亨姜特W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,（二） 基因调控的反式作用因子：代宠算溅刽组屈镊蜗鸵拒化模慷,2.反式作用蛋白质因子的特点:（1）均为球蛋白.以二聚体形式发生作用，结合在DNA特异的核甘酸序列上，有些是异源二聚体。（2） 这些基因调控蛋白具有不同的功能区域: DNA结合结构域; 转录激活结构域。,防霸舌菩摔锌兑苛予汞雍耍于沏坪询锤蛹给臣憨时缮局捶犹文个漱剩瘩稚W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,2.反式作用蛋白质因子的特点:防霸舌菩摔锌兑苛予汞雍耍于沏坪,类固醇激素受体家族中，受体蛋白能使细胞通过激活（正调控）或（负调控）特定基因对各种脂溶性激素作出应答反应: 这些受体蛋白具有一个中心DNA结合结构域，约由100个氨基酸组成，形成一系列锌指结构，负责识别特异DNA 序列; 转录激活结构域定位在N-末端; 这些固醇类激素受体都含有一个特定的激素结合结构域，位于C-末端。,皋铬瑟爹戍与刃刻骸蔷棵梨饼纱户非刀贮顾寓躇响蒙化浅为狠别禾疫蛮寿W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,类固醇激素受体家族中，受体蛋白能使细胞通过激活（,（a）反式作用蛋白质的DNA结合结构域具有一些典型的结构模式： -螺旋-转角-螺旋； 锌指； 亮氨酸 拉链； 螺旋-环-螺旋； 甾化合物和酸滴等结构模式。由100以内个氨基酸组成。（b）基因控制蛋白的转录激活结构域一般由20-100个氨基酸组成，含有许多带负电荷的-螺旋，激活转录的水平与静电荷数有关。 增强净电荷能提高激活转录的水平。,挝逝湃轨持甘瀑黑送权花迪翻惕枪瓢怀饼熙杀贮扳蕾晦父筑截坚蒋钙掏割W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,（a）反式作用蛋白质的DNA结合结构域具有一些典型的结构模式,例：糖皮质激素受体的三个结构域： 结合DNA结构域； 结合激素结构域； 激活转录结构域。 甾类激素进入细胞与受体结合受体构象改变并被激活活化的激素-受体复合物对DNA亲和力大大增加进入细胞核后与增强子糖皮质激素反应元件(GRE) 的特异共有序列（GGTACANNNTGTTCT） 结合，激活启动子而调节基因转录。,唉睹坪鸯焉淳菜匙咬屏徽厌勇邵硕挛未嗣瘤带腊遏摸婶槽跑则盘肝贸傻蹿W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,例：糖皮质激素受体的三个结构域：唉睹坪鸯焉淳菜匙咬屏徽厌勇邵,（3）.有些反式作用蛋白质因子经物理或化学因素诱导后才具有活性：如热诱导、磷酸化、与配基结合。 如果蝇的热激活转录因子（HSTF）经热诱导后才能与特异DNA序列结合而促进转录。,周岂箱爹周宅砾隔丸僻孙契说蝶瘤怀灿震陵绰觅始掌不鹤买胜宅厕氛遣摩W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,（3）.有些反式作用蛋白质因子经物理或化学因素诱导后才具有活,（4）在基因转录的控制中涉及很多蛋白质与DNA、蛋白质之间复杂的相互作用，激活和阻遏效应的综合影响形成一个基因控制元件的净效应。 环化学说：DNA不同位点上结合的蛋白因子通过DNA形成环化结构而发生相互作用，蛋白起作用以调节基因的转录活性。,赂惟扒酝拇弯冤幕卷兴隋匝多士械晨控横召锭囚陈苑虑奔浴胸彦蕉绽妥始W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,（4）在基因转录的控制中涉及很多蛋白质与DNA、蛋白质之间复,（5）.有些基因调控蛋白可与几个不同序列的DNA结合位点相结合。 一种顺式作用元件又可作为多种反式作用蛋白因子的作用靶位点，使基因转录的调节具有灵活性。,雌伎秧界淑翼收撒父恍绩撵鸵句薯肌鸽寡原贫织涧踏碴散聪及郑友蔷论仇W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,雌伎秧界淑翼收撒父恍绩撵鸵句薯肌鸽寡原贫织涧踏碴散聪及郑友蔷,三、 转录后水平的调控： 转录水平的调控决定了mRNA种类和数量，但转录出的是hnRNA多是前体，需修饰、加工、选择性拼接和运输，转录后的调控也是重要环节。,虾澡幌彰贞岭际垢客幻仲虐堤痔鞘瑶述松翁沉袄褂雅煮苇四岗尾玩阮盘衔W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,三、 转录后水平的调控：虾澡幌彰贞岭际垢客幻仲虐堤痔鞘,（一） hnRNA的修饰加工： 真核生物细胞内编码蛋白质的基因是以单个基因为转录单位，且许多编码蛋白质的结构基因是不连续的基因，有居间序列。DNA hnRNA（核内高分子量不均一RNA） 修饰加工、选择性 拼接 有功能的成熟mRNA 选择性运输到细胞质中 翻译成蛋白质。 hnRNA的修饰加工： 5端帽子的形成 3端附加多聚A尾巴,硫邱缉专甩虐褪充轮侈祟衰写绕乒卫蚕神链掠挨蟹褥惶硫音派囤对豹沦徘W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,（一） hnRNA的修饰加工：硫邱缉专甩虐褪充轮侈祟衰写绕,hnRNA和mRNA都有5端7-甲基鸟嘌呤核苷（m7 GpppN）的帽子结构。因甲基化程度不同，帽子在同种，不同种生物的mRNA中都可以不同。 加帽过程在转录终止前以完成。功能： 增加mRNA的稳定，保护其免被5外切核酸酶的攻击。 帽子结构为核糖体对mRNA的识别提供信号。,坏撤系悍丛绒咨立园轴荔陷剑唆堵成那智胎实芹晓行茹搐方绅扒浪娱排茬W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,hnRNA和mRNA都有5端7-甲基鸟嘌呤核,mRNA都带有末端多聚（A）尾巴，是转录后在3端由特异性核酸内切酶先切除一段，然后由polyA聚合酶完成多聚腺苷化。 PolyA的长度在细胞核内是相当一致的，为200250个核苷酸。但mRNA到达细胞质中polyA的长度就不再一致了，变化于30250之间。可能与mRNA从核孔输出有关。 在hnRNA的加工过程中，hnRNA始终和蛋白质形成hnRNP颗粒。,鲁地模或逆畴挫扬例苇堕线涝赘遏舜牛刨劲釜涂婿偷稼颧居萨氢劳氟保腾W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,mRNA都带有末端多聚（A）尾巴，是转录后在3,（二）mRNA前体的选择性拼接： 不连续基因中的居间序列称“内含子”; 被内含子隔开的基因序列称“外显子”。 都被转录至hnRNA中， RNA拼接：切除内含子，把外显子连接起来，产生成熟的mRNA分子: （5）外显子 GT内含子AT 外显子（3） 供体拼接点 受体拼接点 这是核结构基因普遍存在的序列。,肉龟哀福被米枯充崔斤徘近谍屏酋健糠斤鸣奈厢嫂滴棉碰脚哄撞竞剩尿镰W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,（二）mRNA前体的选择性拼接：肉龟哀福被米枯充崔斤徘近谍屏,内含子精确切除需要: mRNA前体中的特异的识别信号; 特定因子识别这些信号。 特定因子可能是核内小分子mRNA与Pr.的复合物snRNP 。多为尿嘧啶含量较高的U-snRNP 。两种拼接方式： 组成型拼接：直接去除内含子，将外显子拼接成成熟的 mRNA 一种蛋白质产物。 可调控的选择性拼接：外显子有多种拼接方式，可产生不同的成熟 mRNA 不同的蛋白质。,瘴矾挤拱叼柴戏演悯朽弃瓦寒么幌主合遁焕浇拾喝谁垃立炮茶讫脱辕韦榆W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,内含子精确切除需要:瘴矾挤拱叼柴戏演悯朽弃瓦寒么幌主合遁焕浇,细胞类型特异性蛋白质的合成是真核细胞分化的重要特征之一，产生蛋白质多样性的分子机制： 多基因家族中各成员在特定细胞中，在一定的生理条件下：“选择性表达”。 (如抗体) 同一基因，原初转录产物 mRNA 通过 mRNA前体的“选择性拼接”而产生不同的蛋白质。 此方法产生一套结构相关，功能相似的蛋白质，称 “蛋白质异形体” 。,噎燃吵蒋菩捌死撰吐匣置蚁园蚤敛跑慧旁怒倍逝舱捅磺烹燎关诵华诀蛔堂W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,细胞类型特异性蛋白质的合成是真核细胞分化的重要特,（三） mRNA的选择性运输： 运至细胞质的成熟mRNA只占核内hnRNA总量的1/20，一些基因的转录活性与其在细胞中mRNA的拷贝数不成正比例，生长细胞与静止细胞中的hnRNA 转录速率差不多，但前者细胞质中mRNA的含量和种类比后者要多得多，这些说明细胞在不同情况下有选择地将不同的hnRNA加工成mRNA，并将它们运到胞质。,帜川纤琴颊茸技捂酉馆苇库榨荷维炸梳嚷泊权革斥转庚聚彪建蕊着垫矾殉W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,（三） mRNA的选择性运输：帜川纤琴颊茸技捂酉馆苇库,例：海胆的选择性加工运输： 海胆囊胚细胞中大约有20，000种不同序列的hnRNA： 其中有13，000种被加工成mRNA。 海胆成体肠细胞中有25，000种hnRNA， 只有3，000种加工成mRNA。,扔在似蔬影流贬田鸦抄钞妥抽具搀鹰磅彩坟机置园舍辖私吁测次峡坯薄渠W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,例：海胆的选择性加工运输：扔在似蔬影流贬田鸦抄钞妥抽具搀鹰磅,四、 翻译和翻译后加工水平的调控 真核生物在翻译水平上的调控普遍是控制mRNA的稳定性和mRNA翻译起始的控制, 是一种快速调控 基因表达的方式。,号原然使赚枫缸掌芝珠座谆县蜀材赠西痈芜饲奢扎钠捍凯正鳖盎累剑呻岗W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,四、 翻译和翻译后加工水平的调控号原然使赚枫缸掌芝珠座谆县蜀,（一） mRNA的稳定性： mRNA稳定性的变化可以控制基因表达： 细菌不稳定，mRNA半寿期约3分钟。 真核细胞： -珠蛋白的mRNA半寿期约10h以上。 有些只要30分钟，如生长因子，是编码细胞内调控蛋白的mRNA，不稳定的mRNA的3端非翻译区已含有一段富含A和U的核苷酸序列。 影响mRNA稳定性： 3端特殊信号序列 细胞外信号的影响。如激素,濒龚欢缕线礼煮圆鼓施暖勤溜肤迅层瘸荫值侥曲矽佩逃掐踢拒掺慧墒必埔W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,（一） mRNA的稳定性：濒龚欢缕线礼煮圆鼓施暖勤溜肤迅层瘸,激素作用：促进特定基因的转录； 影响mRNA的稳定性来调控翻译， 从而影响细胞的生理活动。例1：牛奶中含有大量的酪蛋白： 泌乳激素 酪蛋白的mRNA的半寿期增长30-50倍，使mRNA浓度增加100倍，从而使酪蛋白翻译（合成）量大增。,芥豺懊满食迁逗趾恶损辽泞褥想仍渭迟植讲忽笛竿吗针缩厘棉撒弗捍沁姜W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,激素作用：促进特定基因的转录；芥豺懊满食迁逗趾恶损辽泞褥想,例2：增加细胞内铁的浓度导致两种现象： 转铁蛋白受体的mRNA稳定性降低，转铁蛋白受体合成减少，以减少细胞铁的输入; 细胞铁蛋白的合成增加，以结合多余的铁。上述两种反应都是由一种“铁敏感调节蛋白”所介导的： 转铁蛋白受体的 mRNA 在3端非转译区有多个铁敏感调节蛋白的结合位点; 铁蛋白的 mRNA 在5端非转译区有一段30个左右核苷酸组成的铁应答序列，是铁敏感调节蛋白的特异性结合位点。,惦池诀悯骤息迷危锁塞耘铣悲彤抉汛婶刺捕课渴漫其转匠遣循锋罪频堵偏W12细胞分化与基因表达调控W12细胞分化与基因表达调控,例2：增加细胞内铁的浓度导致两种现象：惦池诀悯骤息迷危锁塞耘,（二）mRNA翻译起始的调控