第八章-真核基因表达调控ppt课件.ppt

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1、第八章 真核基因表达调控一般规律,引言,与原核生物相比，真核生物：多细胞组成；复杂的染色质结构；大量重复序列；内含子序列；转录翻译的时空差异。,真核生物基因调控分类,根据调控反应是否可逆分为 瞬时调控或可逆性调控包括某种底物或激素水平升降时，或细胞周期不同阶段中酶活性的调节。发育调控或不可逆调控决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。,根据基因调控发生的先后次序分为：转录水平调控转录后水平 RNA加工成熟过程的调控 翻译水平的调控 蛋白质加工水平,P281,Fig.8-1,研究基因调控主要应回答三个问题,什么是诱发基因转录的信号？基因调控主要是在哪一步（模板DNA的转录、mRNA的成熟或蛋白

2、质合成）实现的？不同水平基因调控的分子机制是什么？,本章主要内容提要,真核生物的基因结构与转录活性；真核基因转录机器的主要组成；蛋白质磷酸化对基因转录的调控；蛋白质乙酰化对基因表达的影响；激素与热激蛋白对基因表达的影响；其他水平上的表达调控。,8.1真核生物的基因结构与转录活性真核与原核基因表达过程中的主要差异：在真核细胞中，一条成熟的mRNA链只能翻译出一条多肽链，很少原核生物中常见的多基因操纵子形式。真核细胞DNA与组蛋白和大量非组蛋白结合，只有一小部分DNA是裸露的。,真核细胞DNA很大一部分不转录。真核生物能够有序地根据生长发育阶段的需要进行DNA片段重排，增加细胞内某些基因的拷贝数。

3、基因转录的调节区很大，可能远离转录起始位点达几百个甚至上千个碱基对，主要通过改变整个所控制基因5上游区DNA构型来影响它与RNA聚合酶的结合能力。,许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过程，才能被顺利地翻译成蛋白质。真核生物的RNA在细胞核中合成，只有经转运穿过核膜，到达细胞质后，才能被翻译成蛋白质。,8.1.1 基因家族（gene family）基因家族真核细胞中许多相关的基因常按功能成套组合。同一家族中的成员有时紧密地排列在一起，成为一个基因簇，也可能分散在同一染色体的不同部位，甚至位于不同的染色体上，具有各自不同的表达调控模式。,1、简单多基因家族 简单多基因家族中的基因一般以串联

4、方式前后相连。例，rRNA。原核中，16S，23S和5SrRNA基因联合成一个转录单位，各种rRNA分子都是从这个转录单位上剪切下来的。真核生物中，前rRNA转录产物的分子量为45S，（约有14 000个核苷酸），包括18S，28S和5.8S三个主要rRNA分子。,细菌中rRNA基因家族各成员的分布与成熟过程分析,P283,图8-2,脊椎动物中rRNA基因家族主要成员的分布与成熟过程分析,P283,图8-3,2、复杂多基因家族 复杂多基因家族一般由几个相关基因家族构成，基因家族之间由间隔序列隔开，并作为独立的转录单位。例，海胆组蛋白基因家族：编码不同组蛋白的基因处于一个约为6000bp的片段中

5、，分别被间隔序列所隔开。这5个基因组成的串联单位在整个海胆基因组中可能重复多达1000次。,每个基因被转录成单顺反子RNA（无内含子）；核心组蛋白物质的量相等，H1是其一半；在胚胎发育的不同阶段或不同组织中，有不同的串联单位被转录，可能存在具有不同专一性的组蛋白亚类和发育调控机制。,3、发育调控的复杂多基因家族 血红蛋白是所有动物体内输送分子氧的主要载体，由22（珠蛋白）组成的四聚体加上一个血红素辅基（结合铁原子）后形成功能性血红蛋白。在生物个体发育的不同阶段出现几种不同形式的和亚基。,人-珠蛋白基因的基本结构,人珠蛋白基因簇位于16号染色体短臂上，约占30kb左右，其中为胚胎期基因，在胚胎第

6、一天，多肽链（42%），2多肽链（24%），从第五周起，开始关闭。珠蛋白基因簇位于11号染色体短臂上，约占50-60kb，其中为胚胎期基因，G和A为胎儿型基因，和为成人期基因。,不同发育阶段血红蛋白亚型,人细胞中和-珠蛋白基因簇结构示意图,P285,Fig.8-7,假基因：基因组中存在的一段与正常基因非常相似但不能表达的DNA序列。,8.1.2 真核基因的断裂结构1、外显子与内含子“intron”是指存在于原始转录物或基因组DNA中，但不存在于成熟mRNA、rRNA或tRNA中的那部分核苷酸序列。大多数真核基因都是由蛋白质编码序列和非蛋白质编码序列两部分组成的。,3、外显子与内含子的可变调控

7、真核基因的原始转录产物可通过不同的剪接产生不同的mRNA，翻译成不同的蛋白质。有些真核基因，如肌红蛋白重链基因虽有41个外显子，却能精确地剪接成一个成熟的mRNA，我们称这种方式为组成型剪接。一个基因的转录产物通过组成型剪接只能产生一种成熟的mRNA，编码一个多肽。,原始转录产物可通过不同的剪接方式，得到不同的mRNA，并翻译成不同蛋白质；有些基因选择了不同的启动子，或者选择了不同的多聚（A）位点而使原始转录物具有不同的二级结构，产生不同的mRNA分子，但翻译成相同蛋白质。同一基因的转录产物由于不同的剪接方式形成不同mRNA的过程称为选择性剪接。,选择性剪接,8.1.3 真核生物DNA水平上的

8、基因表达调控 DNA水平的调控是真核生物发育调控的一种形式，包括基因丢失、扩增、重排和移位等。,1.“开放”型活性染色质结构对转录的影响,转录前染色质在特定区域发生核小体结构的消除或改变、DNA本身局部结构变化、DNA从右旋到左旋转变等，促使结构基因暴露而诱发基因转录。DNA酶I敏感位点（多位于5端启动区）灯刷染色体核小体的伸展和压缩,2、基因扩增 基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象，它使细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是基因活性调控的一种方式。例，非洲爪蟾的卵母细胞中原有rRNA基因（rDNA）约500个拷贝，在减数分裂粗线期，基因开始迅速复制，到双线期拷贝

9、数约为200万个，扩增近4000倍，可用于合成1012个核糖体。,基因扩增之前，rDNA区位于单个核仁中；在卵母细胞发育过程中，核仁数量大大增加，能达几百个；卵母细胞成熟后，多余的rDNA将逐渐被降解；降解过程一直持续到卵母细胞受精后并分裂产生几个百个细胞时。,3、基因重排与变换基因重排将一个基因从远离启动子的地方移到较近的位点从而启动转录。例，免疫球蛋白的肽链主要由可变区（V区）、恒定区（C区）以及两者之间的连接区（J区）组成，V、C和J基因片段在胚胎细胞中相隔较远。编码产生免疫球蛋白的细胞发育分化时，通过染色体内DNA重组把4个相隔较远的基因片段连接在一起，产生具有表达活性的免疫球蛋白基因

10、。,所有Ig分子都含有两类轻链中的一类，即型或型。型和型轻链的恒定区和可变区的氨基酸序列是不同的。在小鼠中，95%的抗体轻链是型，而人类抗体轻链中，型和型各占50%左右。,人类基因组中免疫球蛋白基因主要片段的数,免疫球蛋白重链基因片段重排与组织特异性表达,酵母交配型转换,8.1.4 DNA甲基化与基因调控A.DNA的甲基化 DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。研究证实，CpG二核苷酸中胞嘧啶的甲基化导致了人体1/3以上由于碱基转换而引起的遗传病。,DNA甲基化主要形成5-甲基胞嘧啶（5-mC）和少量的N6-甲基腺嘌呤（N6

11、-mA）及7-甲基鸟嘌呤（7-mG）。真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出现在CpG、CpXpG、CCA/TGG和GATC中。,高等生物CpG二核苷酸中的C通常被甲基化，极易自发脱氨，生成胸腺嘧啶，所以CpG二核苷酸序列出现的频率远远低于按核苷酸组成计算出的频率。,CpG岛是指DNA上一个区域，此区域含有大量相联的胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G）。,甲基化可以改变DNA双螺旋构型，也会影响模板与RNA聚合酶的结合。启动区DNA分子上的甲基化密度与基因转录受抑制的程度密切相关。对于弱启动子来说，稀少的甲基化就能使其完全失去转录活性。当这一类启动子被增强时（带有增强子），即使不去甲基化也可以恢复其转录活性。

12、若进一步提高甲基化密度，即使增强后的启动子仍无转录活性。,B.DNA甲基化抑制基因转录,P295,Fig.8-15,C.DNA甲基化与X染色体失活,失活染色体上的基因都是高度甲基化的；X染色体上具有失活中心Xic与失活有关的基因Xist，转录产物为没有ORF的RNA；失活染色体上的Xist基因是非甲基化的，而活性染色体上的Xist基因是甲基化的；失活染色体上的非甲基化Xist基因的转录产物RNA的作用用于Xic，引起构象变化，促使染色体甲基化，而使该染色体失活。,8.2 真核基因转录机器的主要组成,真核基因调控主要在转录水平上进行，受大量特定的顺式作用元件（cis-acting element

13、）和反式作用因子（transacting factor，又称跨域作用因子）调控。,8.2.1真核基因的转录,P297，图8-16,1、启动子,核心启动子（core promoter）：是指保证RNA聚合酶II转录正常起始所必需的、最少的DNA序列，包括转录起始位点及转录起始位点上游-25-30bp处的TATA盒。上游启动子元件（upstream promoter element，UPE）包括通常位于-70bp附近的CAAT盒（CCAAT）和GC盒（GGGCGG）等，能通过TFIID复合物调节转录起始的频率，提高转录效率。,2.转录模板；3.RNA聚合酶；4.转录因子；5.转录终止位点。,8.2

14、.2 增强子及其对转录的影响 增强子是指能使与它连锁的基因转录频率明显增加的DNA序列，最早发现于SV40早期基因的上游，有两个长72bp的正向重复序列。大多为重复序列，一般长约50bp，适合与某些蛋白因子结合。其内部常含有一个核心序列，该序列是产生增强效应所必需的。,根据各个蛋白质成分在转录中的作用，能将整个复合物分为3部分：参与所有或某些转录阶段的RNA聚合酶亚基，不具有基因特异性。与转录的起始或终止有关的辅助因子，不具有基因特异性。与特异调控序列结合的转录因子。,8.2.3 反式作用因子,反式作用因子是能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件核心序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白质。

15、,1 反式作用因子中的DNA识别或结合域,A、螺旋-转折-螺旋（helix-turn-helix,H-T-H）结构。这一类蛋白质分子中有至少两个螺旋，中间由短侧链氨基酸残基形成“转折”，近羧基端的螺旋中氨基酸残基的替换会影响该蛋白质在DNA双螺旋大沟中的结合。,同源域蛋白通过其第三个螺旋与双链DNA的大沟相结合，其N端的多余臂部分则与DNA的小沟相结合，提高了稳定性,B、锌指（Zinc finger）蛋白：包括锌指、锌钮(twist)和锌簇(cluster)结构，有锌参与时才具备转录调控活性。与DNA的结合较为牢固，特异性也很高。例，类固醇激素受体家族含有连续的两个锌指结构，以同源或异源性二聚

16、体的方式将两个螺旋结合在相邻的两个大沟中。,一些转录因子和蛋白质通过Cys2/His2与DNA相结合,具有Cys2/Cys2锌指区的转录因子,C、碱性-亮氨酸拉链（basic-leucine zipper），即bZIP结构，与CAAT盒和病毒的增强子结合。蛋白中每隔6个氨基酸就有一个亮氨酸残基，导致第7个亮氨酸残基都在螺旋的同一方向出现。以二聚体形式与DNA结合，亮氨酸拉链区并不直接结合DNA，肽链氨基端2030个富含碱性氨基酸结构域与DNA结合，但以碱性区和亮氨酸拉链结构域整体作为基础。,碱性亮氨酸拉链结构域转录激活因子,碱性亮氨酸拉链转录激活蛋白与调控区DNA相结合的示意图,D、碱性-螺旋

17、-环-螺旋（basic-helix/loop/helix，即bHLH结构）例，在免疫球蛋白轻链基因的增强子结合蛋白E12与E47中，羧基端100200个氨基酸残基可形成两个两性螺旋，被非螺旋的环状结构所隔开，蛋白质的氨基端则是碱性区，其DNA结合特性与亮氨酸拉链类蛋白相似。,bHLH类蛋白只有形成同源或异源二聚体时，才具有足够的DNA结合能力。当这类异源二聚体中的一方不含有碱性区（如Id或E12蛋白）时，该二聚体明显缺乏对靶DNA的亲和力。,bHLH蛋白的DNA结合能力分析,E、同源域（homeodomains)蛋白 是指编码60个保守氨基酸序列的DNA片段，它广泛存在于真核生物基因组内，由于

18、最早从果蝇homeoticloci（该遗传位点的基因产物决定了躯体发育）中克隆得到而命名，同源转换基因与生物有机体的生长、发育和分化密切相关。,各种同源域DNA结合蛋白中保守序列分析,2 转录活化结构域 在真核生物中，反式作用因子的功能由于受蛋白质-蛋白质之间相互作用的调节变得精密、复杂，完整的转录调控功能通常以复合物的方式来完成，因此，是否具有转录活化域就成为反式作用因子中唯一的结构基础。,不同的转录活化域有下列特征性结构：A 带负电荷的螺旋结构 哺乳动物细胞中糖皮质激素受体的两个转录活化域，AP1家族的Jun及GAL4都有酸性的螺旋结构，它们可能与TFIID复合物中某个通用因子或RNA聚合

19、酶II本身结合，具有稳定转录起始复合物的作用。,B 富含谷氨酰胺的结构 SP1是启动子GC盒的结合蛋白，共有4个参与转录活化的区域，其中最强的转录活化域含25%左右的谷氨酰胺。Oct1/2、Jun、AP2、血清应答因子（SRF）等都有相同的富含谷氨酰胺的结构域。,C 富含脯氨酸的结构 CTF-NF1因子（CAAT结合因子）的羧基端富含脯氨酸（达20%30%），很难形成螺旋。在Oct2、Jun、AP2、SRF等哺乳动物因子中也有富含脯氨酸的结构域。,几种常见的转录活化结构域,8.3 蛋白质磷酸化对基因转录的调控,细胞应答可以分为3个阶段：外界信息的“感知”，即由细胞膜到细胞核内的信息传递；染色质

20、水平上的基因活性调控；特定基因的表达，即从DNARNA蛋白质的遗传信息传递过程。,蛋白质的磷酸化与去磷酸化过程是生物体内普遍存在的信息传导调节方式，几乎涉及所有的生理及病理过程，如糖代谢、光合作用、细胞的生长发育、神经递质的合成与释放甚至癌变等等。,细胞表面受体与配体分子的高亲和力特异性结合，能诱导受体蛋白构象变化，使胞外信号顺利通过质膜进入细胞内，或使受体发生寡聚化而被激活。,受体分子活化细胞功能的途径主要有两条：一是受体本身或受体结合蛋白具有内源酪氨酸激酶活性，胞内信号通过酪氨酸激酶途径得到传递；二是配体与细胞表面受体结合，通过G蛋白介异的效应系统产生介质，活化丝氨酸/苏氨酸或酪氨酸激酶，

21、从而传递信号。,蛋白质磷酸化和GTP结合蛋白参与的信号转导过程,根据是否有调节物参与蛋白激酶活性可分为两大类：信使依赖型（又分胞内信使、调节因子依赖型和激素或生长因子依赖型）和非信使依赖型。,根据底物蛋白质被磷酸化的氨基酸残基可分为：丝氨酸/苏氨酸型；酪氨酸型；组氨酸型。,8.3.1受cAMP水平调控的A激酶依赖于cAMP的蛋白激酶称为A激酶（PKA），它能把ATP分子上的末端磷酸基团加到某个特定蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上。A激酶在非活性蛋白激酶的磷酸化位点氨基酸N端上游往往存在两个或两个以上碱性氨基酸（X-Arg-Arg-X-Ser-X）。,在不同的细胞中，A激酶的反应底物不一样，所以，c

22、AMP能在不同靶细胞中诱发不同的反应。A激酶的结构：,例，糖原代谢激素与其受体在肌肉细胞外表面相结合，诱发细胞质cAMP的合成并活化A激酶；A激酶将活化磷酸基团传递给无活性的磷酸化酶激酶，活化糖原磷酸化酶，最终将糖原磷酸化，进入糖酵解过程并提供ATP。,许多转录因子都可通过cAMP介导的蛋白质磷酸化过程而被激活,这类基因的5端启动区大都拥有一个或数个cAMP应答元件，基本序列为TGACGTCA；膜上的受体R与外源配基结合，引起构象变化，与GTP结合蛋白结合；激活了与膜相关的腺苷酸环化酶，导致胞内cAMP浓度上升；cAMP结合A激酶的调节亚基，释放催化亚基，催化底物磷酸化；被磷酸化的底物可作为转

23、录激活因子诱发基因转录。,8.3.2 C激酶该蛋白激酶活性是依赖于Ca2+的，所以称为C激酶（PKC）；C激酶的胞内信使是PIP2两个降解产物：IP3和DAG；PIP2定位于膜上，受到外源信号后，磷酸酯酶活化，水解PIP2，降解产物：IP3和DAG；,IP3提高胞质Ca2+浓度，导致C激酶从胞质运到膜附近；C激酶与膜上的DAG结合被激活。C激酶是一个7.7104的蛋白质，主要实施对丝氨酸、苏氨酸的磷酸化，它具有一个催化结构域和一个调节结构域。,P312,Fig.8-31,8.3.3 CaM激酶及MAP激酶 Ca2+的细胞学功能主要通过钙调蛋白激酶（CaM-kinase）来实现的，它们也是一类丝

24、氨酸/苏氨酸激酶，但仅应答于细胞内Ca2+水平。,MAP激酶活性受许多外源细胞生长、分化因子的诱导；MAP-激酶的活性取决于该蛋白中仅有一个氨基酸之隔的酪氨酸、丝氨酸残基是否都被磷酸化；能同时催化MAP两个氨基酸残基的酶称为MAP-激酶-激酶；MAP-激酶-激酶是被它的（MAP-激酶-激酶）激酶磷酸化；可写为MAP-激酶-激酶-激酶MAP-激酶-激酶-激酶能被C激酶等激活。,8.3.4 酪氨酸蛋白激酶（PTK）途径PTK家族包括跨膜受体家族（有活性）与胞质非受体家族（无活性）两大类；受体类由胞外结合配体结构域、跨膜结构域和细胞质激酶结构域组成；配体与受体结合可诱导受体蛋白的二聚化，将受体胞质区

25、酪氨酸残基磷酸化。,很多PTK家族有几个保守区，激酶功能区为SH1，另外两个区分别为SH2和SH3；SH2能与带有磷酸酪氨酸的蛋白质结合，定位在质膜内侧；SH3参与SH2定位。,抑制区的氨基酸残基决定了该蛋白是否有转化活性；转化型pp60v-Src和非转化型 pp60c-Src pp60c-Src上的Tyr527被磷酸化并以头尾相连的缔合方式折入同一分子的SH2结构域中，从而抑制了PTK活性。去除pp60c-Src上Tyr527的磷酸化或TyrPhe均能活化pp60c-Src,细胞通过P53及P21蛋白控制CDK（cyclin-dependent protein kinase）活性，调控细胞分

26、裂的进程。,8.3.5 蛋白质磷酸化与细胞分裂调控,CDK，细胞周期依赖性蛋白激酶,PRb蛋白通过与转录因子E2F结合，结合后的E2F不能激活与DNA合成有关的酶，导致细胞不能由G1期进入S期，细胞分裂受阻；磷酸化后的PRb蛋白不具备结合E2F能力，即细胞分裂正常；CDK与周期蛋白结合具有将PRb蛋白磷酸化的激酶活性，即CDK可促使细胞分裂正常；过量的P21蛋白可与CDK结合，而使后者失去激酶活性，细胞分裂受阻。,P21蛋白过量可使细胞分裂受阻！,如果细胞中P53基因活性降低，P21蛋白含量急剧下降，周期蛋白E-CDK2复合物就能有效地将PRb蛋白磷酸化。此时，PRb蛋白不能与E2F相结合，后

27、者发挥转录调控因子的作用，激活许多与DNA合成有关的基因表达，细胞从G1期进入S期，开始分裂。,8.4 蛋白质乙酰化对基因表达的影响,8.4.1 组蛋白的乙酰化及去乙酰化,1.组蛋白的基本组成；2.核心组蛋白的乙酰化和去乙酰化；3.组蛋白乙酰基转移酶。一类与转录有关，另一类与核小体组装以及染色质的结构有关。,4.组蛋白去乙酰化酶,如人类中的HDAC1和酵母中的Rpd3，Rpd3能特异性去除组蛋白的乙酰基团，使核小体相互靠近，并在转录共抑制子Sin3及R的协同作用下，抑制基因转录。,8.4.2 组蛋白乙酰化及去乙酰化对基因表达的影响,组蛋白N端尾巴上赖氨酸残基的乙酰化中和了组蛋白尾巴的正电荷，降

28、低了它与DNA的亲和性，导致核小体构象发生有利于转录调节蛋白与染色质相结合的变化，从而提高了基因转录的活性；乙酰化影响核小体的浓缩水平和可接近性。,8.4.3 p53乙酰化对转录活性的影响,p53蛋白的活性受翻译后修饰（如磷酸化、乙酰化等）机制调控，经修饰的p53蛋白能与不同的靶分子或蛋白复合体结合，从而抑制或激活参与特定生理反应的靶基因；p53的结构特点可分为三个不同区域：N端酸性区，C端碱性区和中间的疏水区；乙酰化使p53蛋白的DNA结合区域暴露，增强了DNA结合能力，从而促进了靶基因的转录。,Rb蛋白的去乙酰化,Rb蛋白主要与E2F类转录激活因子相互作用，抑制靶基因的转录活性；Rb蛋白与

29、E2F的结合能够募集去乙酰化酶，使启动子区发生特异性的去乙酰化反应，导致该区段染色质浓缩，靶基因转录活性消失；DNA甲基化诱导了组蛋白的去乙酰化作用，是靶基因转录受到抑制。,8.5 激素与热激蛋白对基因表达的影响,8.5.1激素对靶基因的影响,许多类固醇激素（如雌激素、孕激素、醛固酮、糖皮质激素和雄激素）以及一般代谢性激素（如胰岛素）的调控作用都是通过起始基因转录而实现的。,靶细胞具有专一的细胞受体，可与激素形成复合物，导致三维结构甚至化学性质的变化；经修饰的受体与激素复合物通过核膜进入细胞核内，并与染色质的特定区域结合，导致基因转录的起始或关闭；,体内许多糖皮质类激素应答基因都有一段大约20

30、bp的顺式作用原件，该序列具有类似增强子的作用，活性受激素制约。靶细胞中含有大量激素受体蛋白，而非靶细胞中没有或很少有这类受体。激素调节转录组织特异性,固醇类激素的受体蛋白分子的结构框架,位于分子中央的DNA结合区，保守性极高（42%94%）；C端为激素结合区，保守性15%57%；N端保守性小于15%。,激素及其胞内受体介导的基因表达调控模式。（A）小分子激素激活其胞内受体分子的机制；（B）胞内受体的基本结构分析,部分激素受体蛋白的研究结果：,激素结合区（C端）的某个部分丢失，就变成一种永久性的活性分子；受体蛋白中激素结合结构域妨碍了DNA结合区及转录调控区发挥生理功能，只有与相应激素结合后才

31、能打破这种障碍。,例，雌激素刺激卵清蛋白产生。,胰高血糖素激活糖原分解连锁反应,三种假说：,受体流动假说；中介物假说；例，腺苷酸环化酶和胰高血糖素受体,邻位互调假说,腺苷酸环化酶系统至少有3个活性部位：激素受体结合部位、Mg2+-ATP作用中心和核苷酸调节部位。,8.5.2 热休克蛋白诱导的基因表达,应答元件（response element）指能与某个（类）专一蛋白因子结合，从而控制基因特异表达的DNA上游序列。,如，热休克应答元件，糖皮质应答元件，金属应答元件。,热休克蛋白（heat shock protein,HSP）：许多生物在最适温度范围以上，能受热诱导合成一系列热休克蛋白，又称热激

32、蛋白。,受热后，果蝇细胞内Hsp70 mRNA水平提高1000倍，就是因为热激因子（heat shock factor，HSF）与hsp70基因TATA区上游60bp处的HSE相结合，诱发转录起始。,热休克蛋白的功能,按相对分子量的大小以及同源程度可分为HSP90、HSP70、小分子HSP及泛蛋白；真核细胞的热休克蛋白可能具有机体保护功能并在细胞的正常生长和发育中起重要作用；HSP70主要参与蛋白质代谢，泛蛋白的主要功能是清除细胞内的变性蛋白质；分子伴侣。,热休克基因中内含子数量很少。,不受热或其他环境胁迫时，HSF主要以单体的形式存在于细胞质和核内；单体HSF没有DNA结合能力，Hsp70可

33、能参与了维持HSF的单体形式；受热激或其他环境胁迫时，细胞内变性蛋白增多，与HSF竞争结合Hsp70，从而释放HSF，使之形成三体并输入核内；HSF的三体能与HSE（应答元件）特异结合，促进基因转录。,热激因子HSF,HSF也受磷酸化水平的影响；热激后，HSF不但形成三体，还会迅速被磷酸化。HSF与HSE（热休克应答元件）的特异性结合，引起包括Hsp70在内的许多热激应答基因表达，大量产生Hsp70蛋白。随着热激温度消失，细胞内出现大量游离的Hsp70蛋白，它们与HSF相结合，形成没有DNA结合能力的单体并脱离DNA。,热激因子HSF结构具有多个可形成拉链的疏水DNA区域；3个位于N端，靠近D

34、NA 结合区，参与促进三体的形成；第4个拉链位于C末端，与位于第452488位氨基酸残基之间的保守区一起参与维持HSF单体构象。,序列删除实验表明，无论去除第4个拉链区，还是更换该区甲硫氨酸391赖氨酸，亮氨酸395脯氨酸，都会导致HSF突变体对HSE在常温下的高亲和力。删除第452488位氨基酸，也可部分替代热激效应。,在常温下，Hsp蛋白第1和4号拉链发生相互作用，从而阻断了三体的形成；热激或其他环境胁迫导致内源拉链之间的解离，蛋白质伸展成长链，不同链上的拉链发生作用，形成具有DNA结合能力的三体。,8.6 其他水平上的基因调控,8.6.1 RNA的加工成熟,mRNA，rRNA和tRNA,

35、rRNA的分子内切割和化学修饰；tRNA初级转录产物先进入细胞质，然后经过核苷的修饰，生成4.5S前体tRNA，最后剪接成为成熟tRNA（4S）；mRNA,真核生物基因转录后加工的多样性,简单转录单位。这类基因只编码产生一个多肽，其原始转录产物有时需要加工，有时则不需要加工。这类基因转录后加工有3种不同形式。,没有内含子，也没有polyA，由一个保守的回文序列作为转录终止信号。组蛋白基因类，三种组蛋白；没有内含子，不需要剪接，但需要加polyA。如，腺病毒蛋IX，-干扰素和许多酵母蛋白质基因；有内含子，需要剪接，也需要加polyA，但是只产生一个mRNA。如，-和-珠蛋白基因及许多细胞蛋白基因

36、。,B.复杂转录单位 含有复杂转录单位的主要是一些编码组织和发育特异性蛋白质的基因，它们除了含有数量不等的内含子以外，其原始转录产物能通过多种不同方式加工成两个或两个以上的mRNA。,利用多个5端转录起始位点或剪接位点产生不同的蛋白质；多起始、多剪接,利用多个加polyA位点和不同的剪接方式产生不同的蛋白质。单起始、多剪接、多终止,无剪接，但有多个转录起始位点或加polyA位点，即无剪接、多起始、多终止。,同时有多个polyA位点和5位点，如二氢叶酸还原酶基因；多个polyA位点；多个5位点，起始不同，但编码和终止位点相同。,mRNA有效性的调控,mRNA的稳定性以及屏蔽状态的解除；高等真核生

37、物迅速生长的细胞中mRNA的半衰期平均为3h；在高度分化的终端细胞中许多mRNA极其稳定。,8.6.2 翻译水平上的调控,1.真核生物mRNA的“扫描模式”与蛋白质合成的起始,扫描模式，符合真核生物单一顺反子特点；功能基因的协同表达。原核生物采用多顺反子的方式，而真核生物通过融合基因的方式。,2.mRNA 稳定性与基因表达调控,转铁蛋白受体（TfR）负责铁吸收，铁蛋白负责铁解毒；两种蛋白的mRNA上存在着相似的顺式作用元件，称为铁应答元件（IRE）；铁应答元件的反式作用因子为IRP，在低铁浓度时具有结合活性；铁蛋白的结合位点在5非翻译区，结合活性的IRP后，抑制了翻译；转铁蛋白受体的结合位点在

38、3非翻译区，结合活性IRP后，延长了mRNA寿命。,P335,Fig.8-52,4.可溶性蛋白因子的修饰与翻译起始调控,（1）eIF-2磷酸化对翻译起始的影响,有氯高铁血红素存在，蛋白质合成正常，没有时则急剧下降；氯高铁血红素抑制HCI的激酶活性；HCI的激酶活性将eIF-2磷酸化，磷酸化后的eIF-2不能进入再利用过程。,实验,（2）CBP（帽子结合蛋白）活性与翻译起始,脊髓灰质炎病毒感染寄主后，破坏寄主的帽子结合蛋白；没有帽子结合蛋白，翻译就只能在没有帽子结构的病毒mRNA上进行；如果加入外援的CBP就能恢复对有帽子mRNA的翻译。,翻译过程的调控主要在翻译的起始上，也即mRNA的可翻译性。,例，脊髓灰质炎病毒感染寄主后，使寄主不能合成自己的蛋白质，而只合成病毒的。,