《医学遗传与胚胎发育》5.基因表达调控整合课程.ppt
基因表达调控,基因表达的概念,2,3,基因表达调控的基本原理,4,基因表达=基因转录+翻译基因表达的调控:生物体随时调整不同基因的表达状态,以适应环境、维持生长和发育需要。主要是转录水平的调控基因转录的调节：1.DNA序列2.调控蛋白 RNA聚合酶3.DNA-蛋白质相互作用 活性的影响,5,第一节 原核生物基因表达的调控,方式：诱导或阻遏一些相关蛋白质的合成，调整与外环境之间的关系特点：快速 大肠杆菌 乳糖操纵子（lactose operon）色氨酸操纵子(triptophan operon),原核生物转录与翻译的偶联,一、乳糖操纵子,1.操纵子的概念（operon）由几个功能相关的结构基因成簇排列而组成的一个基因表达的协同单位（a coordinated unit of expression），称为操纵子。,乳糖操纵子的结构基因、调控位点、阻遏物基因和诱导剂 结构基因 Z（编码半乳糖苷酶，galactosidase）Y(编码通透酶，permease)a(编码转乙酰基酶，transacetylase)调控位点 P 启动子 promoter O 操纵基因 operator 阻遏物基因 I（编码Lac阻遏物)诱导剂 别构乳糖,2 Lac阻遏物的作用 4亚基聚合蛋白（4 37KD）乳糖（-）阻遏物+O（28bp）转录（-）乳糖（+）乳糖+阻遏物 转录（+）,3 CAP 与cAMP复合物在乳糖操纵子表达中的作用分解物阻遏作用（catabolite repression）葡萄糖对其他酶的抑制效应,，与cAMP有关，而cAMP通过与CAP（catabolite gene activator protein，分解物基因激活物蛋白）结合发挥作用。CAP 二聚体，亚基中有与DNA 或cAMP结合的结构域,图15-5 葡萄糖和乳糖在乳糖 操纵子基因表达中的联系效应,原核生物基因表达调控1 环境条件的变化是相关基因表达的外界信号2 基因表达的负调控调控蛋白与相应DNA序列结合抑制基因的表达（阻遏物+O）3 基因表达的正调控调控蛋白与相应DNA序列结合促进基因的表达 CAP cAMP+P,二、色氨酸操纵子,阻遏物的负调控（调控转录起始）衰减作用（attenuation）（调控转录中止）,2 阻遏物对色氨酸操纵子的调控 色氨酸阻遏物同源二聚体 2X 107aa 色氨酸阻遏物+色氨酸 共阻遏物,3 衰减作用对色氨酸操纵子的调控 衰减子 位于L基因5端的140 bp序列，mRNA的片段1、2、3、4形成不同的发夹结构 片段1含相邻2个Trp密码，原核生物转录与翻译偶联是产生衰减作用的基础,原核生物在翻译水平的调节,作用于翻译的起始和终止环节调节蛋白反义RNA,第二节 真核生物基因表达的调控,真核基因组的结构特点结构庞大（1%编码）；转录产物为单顺反子含有大量的重复序列具有不连续性（非编码序列和间隔区）,1 含有多种RNA聚合酶；RNAPol I(rRNA)、PolIII(tRNA)2 转录的激活与被转录区域的染色质结构变化有关；3 正调控为主；4 转录与翻译在不同的区域进行（不偶联）；5 转录后修饰与加工更为复杂,真核基因表达的调控特点,一、具有转录活性的染色质结构的变化便于RNA聚合酶及转录因子附着,23,高敏位点,25,DNA碱基的甲基化修饰变化,27,二、参与基因调控的顺式作用元件和反式作用因子,1 顺式作用元件 和被转录的结构基因在距离上比较接近的DNA序列 1.启动子和启动子上游近侧序列 TATA box CAAT box GC box CpG岛（MeCP1、MeCP2）,2.增强子（enhancer）概念：特点：不受与启动子距离、序列及方向的制约；有组织特异性。3.反应元件概念：特点：协同作用。4.沉默子（Silencer）概念：特点：负性调节元件。,2 反式作用因子 两个必需结构域：与顺式元件结合的结构域 与反式元件或RNA聚合酶结合的激活结构域,3 反式作用因子的结构模式（1）螺旋转角螺旋（helix-turn-helix）其中一个为识别螺旋，含有较多能与DNA相互作用的AA残基,(2)锌指（zinc finger）约30氨基酸残基，4个氨基酸残基（两个cys,两个 his,或4个cys)以配位键与Zn2+相互作用,（3）亮氨酸拉链（leucine zippers）一段肽链中每隔7个氨基酸即有一个亮氨酸，该肽段所形成的螺旋可出现疏水及亲水二个面，疏水面即亮氨酸拉链。,（4）螺旋环螺旋（helix-loop-helix）,RNA pol II 转录终止的调节机制?,反式作用因子的作用特点和规律,.一种反式因子能与多种顺式作用元件结合.一种顺式作用元件能与多种反式因子结合.多以异二聚体形式与顺式作用元件结合.化学修饰可调节其活性.反式因子相互作用发挥功能,基因翻译水平及翻译后阶段的调控,对翻译起始因子的磷酸化修饰决定了其活性；RNA结合蛋白参与了对翻译起始的调节；对翻译产物水平及活性的调节可以快速调控基因表达；小分子RNA对基因表达的调节：微小RNA（miRNA)、小干扰RNA（siRNA）、piRNA etc.,基因表达在原核与真核生物中区别,与染色质结构的变化有关；原核生物有负调控和正调控两种，真核生物以正调控为主；真核生物的转录和翻译是分开的，原核生物的转录与翻译是偶联的。,
