真核基因表达调控-陈娟.ppt
Regulation of Gene Expression in Eukaryotes,第二十一章,真核基因表达调控,第 一 节真核基因表达调控的特征Features of Eukaryotic Gene Regulation,一、顺式作用元件是决定真核基因转录活性的关键因素之一,顺式作用元件:可影响自身基因表达活性的DNA序列,顺式作用元件分三类：启动子 增强子 沉默子,（一）启动子是RNA聚合酶结合并启动 基因转录的特异DNA序列,真核基因的启动子指的是RNA聚合酶识别、结合的基因转录调控区中启动基因转录的一段特异DNA序列。包含一组转录调控功能组件,1.真核生物启动子的核心序列,典型的启动子核心序列是在转录起始位点上游2535 bp处，有一保守的TATA序列，被称为TATA盒（TATA box）。TATA盒对RNA聚合酶II的转录起始位点起定位作用。,一些真核细胞基因含有另一种启动子元件，称为起始子(initiator,Inr)，决定启动子的强度。,起始子共有序列为：（5）Y-Y-A+1-N-T/A-Y-Y-Y（3）；,有一些编码蛋白质基因，不含TATA盒或起始子，多在起始位点上游约100 bp内含有2050个核苷酸的CG序列，被称做CpG岛（CpG island）。转录可有多个起始点，可产生含不同5末端的mRNA。,这些基因大多为低转录基因。,2.启动子中的上游元件协助真核基因调节,(二）增强子决定基因的时空特异性表达,增强子（enhancer）,指远离转录起始点、决定基因的时间、空间特异性表达，增强启动子转录活性的DNA序列。在酵母中，被称为上游活化序列（upstream activator sequences,UASs）。,增强子的作用通常与其所处的位置、与转录起始点距离和方向无关。,（三）沉默子阻遏基因转录,沉默子(silencer)是指某些真核基因转录调控区中抑制基因转录的一段（数百bp）DNA序列。,二、反式作用因子和顺式作用蛋白 是真核基因的转录调节蛋白,在真核细胞核中，有许多蛋白质能够帮助RNA聚合酶转录RNA。这类蛋白质统称转录因子（transcription factors，TF）或转录调节蛋白。以反式作用方式调节基因转录的转录因子称为反式作用因子（trans-acting factor），以顺式作用方式调节基因转录的转录因子称为顺式作用蛋白（cis-acting protein）。,反式调节,顺式调节,（一）Pol转录需要基本转录因子和特异 转录因子,*基本转录因子(general transcription factors),是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白因子，决定三种RNA(mRNA、tRNA及rRNA)转录的类别。,*特异转录因子(special transcription factors),为个别基因转录所必需，决定该基因的时间、空间特异性表达。,转录激活因子,转录抑制因子,转录调节因子结构,（二）转录因子含有不同的DNA结合域,螺旋-转角-螺旋是转录因子中的常见的DNA结合域 同源异型域结构与HTH结构域类似 锌指结构是一类含锌离子转录因子的DNA结合域 亮氨酸拉链结构域既可介导结合DNA又可介导蛋白质二聚体化 碱性螺旋-环-螺旋结构域也可同时介导结合DNA和蛋白质二聚体化,螺旋-回折-螺旋（helix-turn-helix，HTH）,同源异型域（homeodomain，HD）,锌指结构是一类含锌的DNA结合蛋白质模体,C2H2型锌指（Zinc finger）,反向平行片层,DNA大沟,螺旋,Zn2,亮氨酸拉链同时调节DNA结合与蛋白质二聚体化,亮氨酸拉链（leucine zipper）,碱性螺旋-环-螺旋结构也可调节DNA结合及蛋白质二聚体化,碱性螺旋-环-螺旋（basic helix-loop-helix，bHLH）,（三）转录因子含有不同的转录激活域,富含谷氨酰胺的转录激活域 富含脯氨酸的转录激活域 酸性氨基酸转录激活域,三、正性调节占主导的真核基因表达调控机制更加复杂,基因表达的多级调控:,基因激活拷贝数重排甲基化程度,转录起始 转录后加工mRNA降解,蛋白质翻译翻译后加工修饰蛋白质降解等,转录起始,正调节机制更加经济、特异、精确,第 二 节真核基因表达的染色质水平调控Chromosomal Regulation ofEukaryotic Gene Expression,常染色质（euchromatin）中的转录活性区域对核酸酶敏感,转录活化染色质结构结构的变化,组蛋白共价修饰的方式发生复杂改变。,转录活性染色质区域胞嘧啶被甲基化的程度 降低。,染色质重塑,第 三 节真核基因表达的转录水平调控Transcriptional Regulation of Eukaryotic Gene Expression,一、转录起始调控发生在转录起始复合物的组装过程,基因活化蛋白质；通用转录因子；辅助激活子(coactivator)和/或中介子（medicator）,RNA聚合酶II与启动子的结合、启动转录需要诸多蛋白质因子的协同作用：,5加帽的作用在于：,有助于保护mRNA免于被核糖核酸酶降解；,5帽结合蛋白复合体参与mRNA和核糖体的结合来起始翻译。,促进mRNA从细胞核运输到细胞浆；,协助mRNA的剪接。在剪接第一个外显子时，剪接体的形成需要帽结合蛋白的参与；,（一）mRNA 5端加帽和3端加尾修饰利于mRNA稳定性和转运,二、转录后调控涉及修饰、剪接、编辑、定向转运多个环节,poly(A)尾可结合一种或多种特殊蛋白，避免mRNA被酶降解，并在翻译过程中具有重要作用。,poly(A)尾的作用：,初始转录本含有所有选择性加工途径所需要的分子信号。一种细胞偏好何种选择性加工途径取决于加工因子RNA结合蛋白的特异性。,选择性剪接可以被正负调节分子调节：,（二）可变性剪接可使初始转录本产生不同的成熟mRNA,（三）编辑加工可增加mRNA分子信息的内涵,（四）调解成熟mRNA的核外输出也会 影响基因表达,（五）某些mRNA定位于细胞质的特殊区域,mRNA分子的3种不同定位过程,IRE-BP对转铁蛋白受体mRNA稳定性的调节,（六）通过改变mRNA分子的稳定性调控基因表达,（七）mRNA分子细胞质中添加Poly(A)控制蛋白翻译,在一些情况下，特殊的Poly(A)尾端可以在细胞浆得以延伸。,（八）无义变化介导的mRNA降解是真核mRNA的监视系统,（九）RNA干涉是一种基因转录后沉默机制,第 四 节真核基因表达的翻译水平调控Translational Regulation of Eukaryotic Gene Expression,一、翻译起始因子-2的磷酸化调节 蛋白质翻译,条件变化活化了特殊的蛋白质激酶，使翻译起始因子eIF-2（eukaryotic initiation factor，eIF-2）磷酸化所致。,二、5端或3端非翻译区特异RNA 结合蛋白介导蛋白质翻译负调控,一些转录抑制蛋白质结合到mRNA的5端抑制转录起始，而另一些抑制蛋白质则识别特殊mRNA分子的3UTR，通过干扰3Poly(A)尾与5端帽的联络而减少翻译的启动。,IRE-BP对铁蛋白mRNA翻译的调节,低铁状态,三、真核mRNA不同翻译起始点的调控,在一些情况下，细胞可以通过易遗漏扫描调节相关蛋白质的相对丰度。,上游开放阅读框架与正常的开放阅读框架不一致，翻译后很快会遇到终止密码子而释出无功能的多肽。,其调节功能，竞争扫描核糖体起始复合物，使正常翻译维持在较低水平。,
