基因表达调控机制.ppt

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1、基因表达调控,Gene Expression Regulation control,第一节 概 述,一、基因表达的概念,本节介绍4方面内容:,三、基因表达的方式,四、基因表达的多级调控,二、基因表达的特性,基因表达是受调控的,一、基因表达的概念,基因表达调控（gene expression regulation and control）,指通过生物体内的调控系统来调节和控制体内蛋白质的含量与活性，使之在特定的时间、特定的空间、并以一定的强度出现，以适应机体生长、发育和繁殖的需要。,二、基因表达的特性,（一）时间特异性,（二）空间特异性,基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分布差异，实际上是由细胞

2、在器官的分布决定的，所以空间特异性又称细胞或组织特异性。,在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，这种按一定空间顺序出现的基因表达称空间特异性。,三、基因表达的方式,按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：,（一）组成性表达,无论表达水平高低，管家基因较少受环境因素影响，而是在个体各个生长阶段的大多数或几乎全部组织中持续表达，或变化很小。区别于其他基因，这类基因表达被视为组成性表达。,（二）诱导和阻遏表达,在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物增加，这种基因称为可诱导基因。,可诱导基因在特定环境中表达增强的过程，称为诱导（induction）。,如果基因对环境信

3、号应答是被抑制，这种基因是可阻遏基因。可阻遏基因表达产物降低的过程称为阻遏（repression）。,在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，无论其为何种表达方式，均需协调一致、相互配合、共同表达，即为协调表达（coordinate expression）,这种调节称为协调调节,（coordinate regulation）,（三）协调表达,四、基因表达的多级调控,基因激活,转录起始 转录后加工mRNA降解,（一）DNA水平的调控,包括基因扩增（拷贝数增多）、基因重排、基因结构的活化等。DNA必须部分暴露才能使RNApol有效的结合，转录起始前基因必须进入活性状态才能起始转录。,（二）转录水平

4、的调控,转录水平的调控是基因表达调控中最重要的环节，转录的起始是基本的控制点。这是因为：在所有生物合成途径中，第一步反应通常是最有效的调节环节，控制反应途径的第一步反应通常可减少不必要的生物合成，节约原料，合理用能；在功能方面相互依赖的数个蛋白质编码基因串联为复合基因（如Lac操纵子），此时通过转录起始阶段调节这些基因产物的表达是最有效的。,（三）转录后水平的调控,指转录起始后对转录产物进行的一系列修饰、加工过程。包括转录提前终止、mRNA前体的加工、剪接、RNA编辑等。对某些基因来说，转录后水平的调控在决定细胞的表型多样化和蛋白质结构与功能上也是十分关键的。,（四）翻译水平的调控,通过特异的

5、蛋白质阻断某些mRNA翻译起始，是一种特异性调节。翻译的起始调控是翻译水平调控的主要阶段。,（五）翻译后水平的调控,蛋白质合成后，使蛋白质活化并发挥生物学功能的调节过程称为翻译后水平的调控。,第二节 原核基因表达调控,一、转录水平的调控,（一）影响原核基因转录的因素（顺式元件和调控蛋白）,1、启动子,启动子是DNA链上能与RNApol结合并能有效起始RNA转录的DNA序列。它是基因表达不可缺少的调控序列，没有启动子，基因就不能转录。,启动子决定转录的方向及模板链,5 TTGACA TATATT AGGTCCACG 3,-35,-10,+1,3 AACTGT ATATAA TCCAGGTGC 5

6、,AGGUCCACG,启动子决定转录的效率,2、因子,因子控制RNApol与DNA结合,因子的作用是确保RNApol与特异的启动子而不是与其他位点结合,核心酶 core enzyme,全酶 holoenzyme,因子控制特定基因表达,因子使得RNApol选择特定的启动区起始转录。一旦一种因子被另一种因子代替，即引起原来一套基因的关闭和新的一套基因转录的开始。如环境温度升高或其它应激变化引起32与核心酶结合，RNApol全酶结合Hsp基因的启动区，起始Hsp基因转录，而原先许多基因的转录关闭。,3.操纵序列和阻遏蛋白,操纵元件又称操纵基因,是阻遏蛋白识别与结合的一小段DNA序列。阻遏蛋白指一类在

7、转录水平对基因表达产生负调控作用的蛋白。它主要通过抑制开放性启动子复合物的形成而控制基因转录。,阻遏（repression）:有活性的阻遏蛋白与操纵基因结合时，阻止RNApol与启动子结合或阻止开放性启动子复合物形成而抑制转录的作用,去阻遏（derepression）:一类特定的小分子物质与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白失活，从DNA脱落下来的作用。,辅阻遏:一类特定的小分子物质与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白活化，抑制转录。,可诱导的操纵子,如E.coli lac，当阻遏蛋白与操纵基因结合时，则抑制转录。有乳糖或乳糖类似物(IPTG)存在时，阻遏蛋白与乳糖结合而变构，变构的阻遏蛋白不能与操纵基因结合，引

8、起结构基因转录。,可阻遏的操纵子,如E.coli Trp，无色氨酸时，阻遏蛋白不能与操纵基因结合，RNApol与启动子结合启动基因转录。有色氨酸时，阻遏蛋白与色氨酸形成复合物后与操纵基因结合，阻止RNApol与启动子结合而抑制转录。,4.正调控蛋白及其结合位点,正调控蛋白：,一类与DNA结合后，促进基因转录的调控蛋白。它主要通过改变启动子的起始效率而控制基因的转录。,乳糖操纵子的结构,分解代谢基因激活蛋白（catabolite gene activator protein,CAP）,CAP与CAP位点结合后，才能促使RNApol与启动子结合，启动基因转录，这样一个操纵子中的一组基因就有两道开关

9、，只有两道开关同时打开时基因才能转录。,大肠杆菌氮代谢基因激活蛋白（nitrogen metabolism gene activator protein,ntrC）,5.增强子与激活蛋白,6、倒位蛋白(inversion protein),是一种位点特异性的重组酶。可使DNA的某一段序列发生倒位。倒位蛋白可使启动子的方向发生倒位，而控制基因转录。,7、转录终止子与因子,转录终止子(teminater),定义：指基因的3末端或者操纵子的3的一段具有终止转录功能的核苷酸序列。,分类：依赖因子的转录终止子 不依赖因子的转录终止子,序列特征,相同点：终止点之前有一段回文结构，两重复序列之间有间隔序列，

10、终止子被转录出来的RNA可形成发夹结构。,不同点：不依赖因子的转录终止子回文序列中有较多G-C碱基对，回文序列下游有6-8A-T碱基对；依赖因子的转录终止子回文序列中G-C含量较少，回文序列下游没有固定特征。,不依赖因子（E.coli,Trp）终止子,依赖因子（TR1）的终止子,发夹结构的作用：阻碍RNA链从三元复合物进一步向外释放，造成转录作用高度搁置。,回文序列下游A/U序列的作用：dA和rU之间氢键力和碱基堆积力很弱，造成RNA和DNA杂交部分很容易拆开，三元复合物解体，RNApol与RNA解离，转录终止。,因子,因子具有两种活性：促进转录终止；具有NTP酶活性，后一种活性是实现前一种活

11、性必不可少的。,ATP,8、衰减子(attenuator),是一个受翻译控制的转录终止子结构。是一段能减弱转录作用的序列。由于翻译作用的影响，衰减子下游的基因或者继续被转录，或者在衰减子处实现转录的终止。,（二）原核基因转录的调节机制,通过负调控因子和正调控因子所进行的复合调控。阻遏蛋白与操纵基因结合，防碍RNApol与P结合形成开放性启动子复合物，阻止基因转录；当阻遏蛋白与操纵基因解离时，RNA聚合酶与启动子结合，起始基因转录。,1、乳糖操纵子调控的机制,乳糖操纵子的结构：Z、Y、A三个结构基因，逆流而上依次为：操纵基因(O)、启动子(P)、CAP结合位点和调节基因，O与P有一定程度重叠。,

12、乳糖操纵子的结构,操纵序列 阻遏蛋白的结合位点,当操纵序列结合有阻遏蛋白时，会阻碍RNA聚合酶与启动序列的结合，或是RNA 聚合酶不能沿DNA向前移动，阻碍转录。,乳糖操纵子的转录调控机制,通过负调控因子和正调控因子所进行的复合调控。阻遏蛋白与操纵基因结合，防碍RNApol与P结合形成开放性启动子复合物，阻止基因转录；CAP与CAP结合位点结合促进RNApol与P结合，引起有效转录。,乳糖操纵子结构基因转录需具备两个条件：阻遏蛋白与操纵基因解离CAP与CAP结合位点结合,没有乳糖存在时,阻遏蛋白的负性调节,有乳糖存在时,无葡萄糖，cAMP浓度高时,有葡萄糖，cAMP浓度低时,CAP的正性调节,

13、CAP,单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在时,细菌首先利用葡萄糖。,葡萄糖对 lac 操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏（catabolic repression）。,2、色氨酸操纵子的调控机制,色氨酸操纵子的结构,阻遏蛋白的调控作用,色氨酸 操纵子,色氨酸操纵子的调控机制,衰减子的调控作用,L基因的3端有一个衰减子序列。前导序列转录的mRNA具有如下特性及功能：1）内含4段特殊的短序列2）序列是一个开放阅读框：转录后立即翻译成14氨基酸的短肽称作前导肽，前导肽第10，11位是两个连续的色氨酸。,核糖体,新生肽链,mRNA,DNA,1,2,3,4,UUUU 3,1

14、、当色氨酸浓度高时,trp 密码子,转录衰减机制:,5,1,2,3,4,5,核糖体,2、当色氨酸浓度低时,二、翻译水平的调控,（一）SD序列对翻译的影响,1、SD序列的定义：SD序列是位于mRNA起始密码子AUG上游由3-9碱基组成的一段核苷酸序列，它是核糖体结合的位点。,2、SD序列的顺序及位置对翻译的影响,SD序列的存在与否是mRNA在细胞中翻译的决定因素,SD序列的位置是影响翻译效率的重要因素,2、隐蔽SD序列对翻译的影响,如SD序列处于mRNA的二级结构中，核糖体不能与之结合，只有打破这种结构，核糖体才能结合。,（二）mRNA寿命对翻译的的调控作用,不同的mRNA有不同的降解速度,1、

15、降解mRNA的外切酶主要是3外切核酸酶 mRNA 分子末端的二级结构能阻止3外切酶进攻，凡降解终止子发夹结构的突变都造成mRNA稳定性降低，终止子除转录终止功能外，还决定mRNA的稳定性。,2、降解mRNA的内切酶主要是RNase 发挥作用需要一定的二级结构特征，如RNase对整合酶基因（int）的mRNA降解时就需要转录终止子序列所形成的发夹结构上又增添一个发夹结构，这个附加的发夹结构恰好构成了RNase的识别位点和切割位点。,（三）翻译产物对翻译的调控作用,控制自身mRNA的可翻译性，大多是控制翻译的起始。,1、RF2合成的自体调控,利用释放肽链的职能提前终止其mRNA的翻译。,mRNA

16、GGG UAU CUU UGAC UAC GAC,23 24 25 26 27 28,RF2,当核糖体蛋白较少时，调控蛋白优先与rRNA结合。当核糖体蛋白较多时，多余的调控蛋白就与mRNA结合，核糖体就不能与mRNA结合，从而降低了有关基因产物的合成。,2、核糖体蛋白质合成的自体调控,（四）反义RNA对翻译的调控作用,OmpR基因的产物，OmpR蛋白在不同的渗透压具有不同的构象。渗透压低时，与OmpF基因的调控区结合，对OmpF基因的表达起正调控作用，OmpF;渗透压高时，变构，与OmpC基因调控区结合,对OmpC基因的表达起正调控作用，OmpC。两种蛋白随渗透压的变化而变化，但两种蛋白总量不

17、变。,第三节 真核基因表达调控,真核基因的表达调控系统与原核的区别：,1、真核基因数目多，哺乳动物有数万10万，而E.coli仅有40002、大量重复序列，可能对基因的表达带来影响3、真核DNA与组蛋白组成核小体结构，并有许多非组蛋白结合。组蛋白、非组蛋白和核小体的组织状态及核小体的超螺旋结构影响基因的活性。,4、真核基因有内含子，转录的mRNA都要经拼接加工，细胞可通过对mRNA前体的加工与否进行调节。5、真核基因转录在细胞核，翻译在胞浆，排除了转录衰减。6、真核mRNA寿命长，脊椎动物mRNA平均半寿期大约为3小时。7、调控范围大：DNA水平转录水平转录后水平 翻译水平翻译后水平等多层次的

18、调控。,二、转录水平的调控,主要通过反式作用因子，顺式作用元件和RNA聚合酶的相互作用来完成的。,（一）基因转录水平的顺式作用元件,顺式作用元件（cis-acting elements）:指对基因表达有调节活性的DNA序列，其活性只影响与其自身同处在一个DNA分子上的基因，同时，这种DNA序列通常不编码蛋白质，多位于基因旁侧或内含子中。按功能分启动子、增强子和沉默子。,1、启动子（promoter）,与基因表达启动相关的顺式作用元件，位于基因转录起始点上游。根据启动子中TATA盒的有无分典型的启动子和不典型的启动子。,典型的启动子：含TATAbox，有时一个基因的启动子上有两个TATAbox，

19、它们可分别或有侧重地对不同诱导物作出应答，在某些情况下，也参与组织特异性的选择，如-淀粉酶基因在唾液腺和肝脏两种组织分别选择了相距2.8kb，转录效率不同的两个转录起始点，保证唾液中酶的活性远高于肝脏。,不典型的启动子：不含TATAbox，通常含GC序列，如管家基因的启动子。含这类启动子的结构基因转录起始往往是不规则的，并且只有基础水平的表达。,2、增强子(enhancer),使基因转录速率显著提高的一类顺式元件。增强子主要通过改变DNA模板的螺旋结构、为DNA模板提供特定的局部微环境、或为RNA聚合酶和反式作用因子提供一个与某些顺式元件联系的结构等方式发挥作用。作用特点：无自身方向性及基因特

20、异性，也不受与基因距离远近的影响。,3、沉默子(silencer),使基因转录降低或使基因关闭的一类顺式作用元件,（二）基因转录调节的反式作用因子,1、反式作用因子的定义 Trans-acting factor：是能直接或间接地识别或结合在各顺式元件的核心序列上，参与调控靶基因转录效率的一组序列特异性的DNA结合蛋白。,2、反式作用因子的特点,具有三个功能域：DNA识别结合域，转录活化域，调节结构域具有识别启动子和增强子的功能对调节有正向和负向两个方面,3、反式作用因子结构域的模式,DNA结合域锌指结构(Zinc finger motif):DNA结合域中由2个Cys和2个His或4个Cys与

21、一个锌离子借配位键结合成的指状结构。如TF-A有9个重复的指结构，类固醇激素受体家族有2个指结构。,最常见的DNA结合域：,1、锌指（zinc finger）,C CysH His,常结合GC盒,碱性-螺旋结构 如CTF是结合CCAAT盒的一种转录因子，其DNA结合域具有-螺旋，并富含碱性氨基酸。,2、-螺旋,常结合CAAT盒,同源结构域(Homodamain)：反式作用因子中由约60个左右氨基酸的相同保守序列组成的螺旋-转折-螺旋的区域。这类反式作用因子的DNA结合域至少有两个-螺旋，两螺旋之间由几个氨基酸残基形成的“转折”。,螺旋-环-螺旋 能与免疫球蛋白链基因增强子结合的反式因子E12和

22、E47羧基端100200aa可形成两个两性-螺旋，两螺旋之间为非螺旋的环，-螺旋氨基端有碱性区，这个碱性区对结合DNA是必须的，-螺旋对形成二聚体是必须的。,亮氨酸拉链(Leucine zipper)两个具有亮氨酸拉链区的反式作用因子以疏水力相互作用形成的形同拉链的区域。,转录活化域(transcriptional activation domain),位于DNA结合域以外由80100个aa组成的具有转录活化功能的区域。,带负电荷的-螺旋结构 含较多酸性氨基酸能形成亲脂的-螺旋，称酸性-螺旋结构。如糖皮质激素受体的转录活化域，Jun转录因子的转录活化域等。作用：对转录起始的特异诱导活性相对较低

23、。可与TF-D复合物中某个通用因子或RNApol结合而发挥作用。,富含谷氨酰胺结构 如SP1是与启动子GC box结合的一种转录因子，除有结合DNA的锌指结构外，SP1共有4个参与转录活化的区域，其中最强的转录活化域之一很少有极性aa，却富含谷氨酰胺，达该区aa总数的25%左右。Oct1/2，Jun,AP2,SRF均含此区域。,富含脯氨酸结构 如CTF-NF1转录因子的羧基端很难形成-螺旋，原因是此区域富含脯氨酸，占该区aa的2030%，在Oct2，Jun，AP1，SRF等哺乳动物因子中也有富含脯氨酸的结构,调节结构域,如糖皮质激素受体是一种反式作用因子，它有与糖皮质激素结合的区域，这个区域称

24、调节结构域。,（三）基因转录调控中蛋白质与DNA及蛋白质与蛋白质的相互作用,1.蛋白质与DNA的相互作用非共价键相互作用,1)氢键:供氢基团:G,A,C的氨基,受氢体:Glu,Asp的残基侧链,2)疏水键:DNA分子大沟侧缘的T的-CH3与疏水性氨基酸等均可建立疏水键联系。,3)碱性氨基酸残基与DNA分子中戊糖-磷酸骨架之间建立电荷联系,2.蛋白质与蛋白质的相互作用非共价键相互作用,1)氢键:蛋白质分子中带部分正电性的氢原子与带电负性的原子靠静电相互作用形成氢键。如NH3,-NH2,-OH的氢带部分正电性,-C=O,-C00-带负电性,2)离子键:存在于两个完全或部分带相反电荷的原子或基团之间

25、的相互作用力。主要发生在碱性氨基酸侧链,N-末端自由氨基,酸性氨基酸侧链及C-末端羧基等带电基团之间,3)疏水相互作用:主要发生在疏水性氨基酸侧链之间,（四）转录起始的调控机制,解除组蛋白对基因的封闭作用;反式作用因子活性的调节顺式作用元件与反式作用因子的相互作用。,带正电荷的组蛋白与DNA 中带负电荷的磷酸基结合,于是组蛋白遮蔽了DNA 分子,降低了DNA 的模板活性。组蛋白的修饰作用可明显解除染色体的抑制作用。已证明高乙酰化组蛋白特异地聚集于活性染色质功能区,低乙酰化组蛋白聚集于无转录活性的非功能区,这一结果表明组蛋白乙酰化可激活转录。此外,核小体组蛋白乙酰水平升高,可使DNA组蛋白抑制性

26、结构破裂,有利于基本转录因子与转录起始部位结合。,组蛋白对基因的封闭作用,蛋白质与DNA 结合时主要是DNA 结构发生变化,DNA 柔性加强了蛋白质DNA 的相互作用,识别螺旋沿DNA 大沟,在大沟一侧接触到碱基,接触碱基数目一般不超过5bp。识别螺旋的氨基酸残基分为3 类:(1)与DNA 碱基接触的残基,大多是极性的;(2)与主链磷酸基因接触的残基,大多是碱性的;(3)与蛋白质其余部分接触的残基,往往以疏水残基背向DNA。,顺式作用元件与反应作用因子的相互作用,体外转录器组装的第一步即为TF D 结合到TATA 盒上,形成包括TATA 结合蛋白和约10 个TBP 相关因子的复合物。是TFD

27、还是TBP 还是两者同时结合TATA 盒尚不清楚。体外转录试验表明,TAFs 在对激活因子的应答中起作用。TFD和TBP 在基础转录中含量相似,但只有TF D能对激活剂产生应答。而且不同物种的活性结构域是和特异性的TAFs 相互作用的。激活蛋白能刺激TFDTFATATA 复合物形成,活性结构和TAFs 的多重接触能增强TF D 与TATA 盒的结合,激活转录。,TFD 中心论,1、反式作用因子的活性调节,表达式调节,这类反式作用因子合成出来就有活性，需要时就合成，不需要时就降解失活。,共价修饰 这类反式因子合成出来没有活性，需要修饰才具有活性，如是磷蛋白则通过磷酸化与去磷酸化调节其活性；如是糖

28、蛋白，则通过糖基化与去糖基化调节其活性。,配体结合 许多激素受体是反式作用因子，本身对基因转录无调节作用，由激素激活后具有表达调控作用。,蛋白质与蛋白质的相互作用 有些反式作用因子单独不能发挥作用，需与另一种蛋白结合成复合物才能发挥作用，如C-myc蛋白单独结合DNA的能力很低，与max蛋白结合成二聚体就可调节基因表达。,2、反式作用因子与顺式元件结合,反式作用因子有激活基因表达的反式作用因子和阻遏表达的反式作用因子，值得一提的是：有些反式因子先激活，再与DNA结合，少数反式作用因子先与DNA结合，再被激活。,3、反式作用因子的作用方式,成环假说,位于不同DNA结合位点上的两个蛋白质通过两个结

29、合位点之间DNA弯曲成环，而彼此靠近，直接接触而发挥作用。如一个反式因子与增强子结合，RNApol与启动子结合，通过DNA柔曲性，弯曲成环使两个蛋白质靠近，为它们的相互作用提供条件。,滑动假说 一种反式因子结合DNA的特定序列后，沿着DNA滑动到另一个特定序列并与那里的蛋白质发生相互作用促进转录的起始。,扭曲假说 反式因子与DNA结合时，DNA发生变形，这种构型的改变可使DNA解旋，有利转录的起始。,接力假说 一个反式因子与DNA特定序列结合，促进另一种蛋白质结合于相邻的DNA序列，由此再促进别的蛋白质的结合，最后一直伸展到转录起始位点，对转录产生调控作用。在短距离内，这种机制是可能的，但远距

30、离无法采用这种机制。,4、中介因子在转录起始调节中的作用,许多核受体与通用转录因子之间并不直接相互作用,而是通过中介因子在核受体与通用转录因子之间发挥作用。如CBP在CREB(cAMP response element binding protein)与通用转录因子(TFB)之间发挥作用。,第一类为RNA 聚合酶II(pol II)和基本转录因子(GTFs),它们结合在靶基因的启动子上,形成前起始复合物(PIC),启动基因的转录;第二类为调节蛋白(如激活因子和抑制因子),它们是一类与靶基因启动子和增强子特异结合的转录因子,具有细胞及基因特异性,可以增强或抑制靶基因的转录;第三类是协调因子,协调

31、因子分为协同激活(抑制)因子和中介因子二类：它们往往在转录因子和前起始复合物之间发挥桥梁作用。另外,这些因子还可以改变局部染色质的构象,对基因转录的起始具有推动作用。,参与转录过程的蛋白因子:,中介因子是多亚基的复合体,酵母中介因子复合体由20 多种蛋白组成（一)中介因子在激活基因转录中的作用中介因子复合体可与转录因子直接作用。但不同的转录因子可能与同一复合体的不同亚基相互作用。例如,干扰素(IFN)介导的基因转录的激活需要中介因子复合体DRIP 的参与;在核受体激活基因转录时,DRIP/TRAP 复合体是通过DRIP205/TRAP220 与核受体来直接作用,中介因子复合体的组成及作用机制,

32、(二)中介因子对转录的抑制作用各种中介因子在基因转录调控中的作用不尽相同。中介因子DRIP、ARC、CRSP、SUR2 的主要功能是激活基因转录,NAT 可以抑制转录,而TRAP/SMCC在不同条件下既可以活化转录又可以抑制转录,中介因子复合体的组成及作用机制,5、反式作用因子的组合式调控,几种反式作用因子通过组合共同完成基因的表达调控。如有A、B、C三种反式因子结合A基因的调控区，其中A、C两种因子起正调控，B因子起负调控，其综合效应则是激活转录，又如有A、B、D三种因子结合B基因的调控区，其中A起正调控，B、D起负调控，其综合效应则抑制B基因的转录。,6、转录起始复合物的形成,在转录起始复

33、合物的形成过程中，RNApol与启动子结合都是关键的一步。细菌的RNApol识别的是一段DNA序列，真核生物RNApol识别的不是单纯的DNA，是由转录因子与DNA形成的蛋白质-DNA复合物，真核生物有3种RNApol，分别识别不同的启动子，转录不同的产物，需不同的转录因子。,三、转录后水平的调控,（一）5端加帽和3端加多聚腺苷酸化的调控意义,加帽和Poly(A)尾不是mRNA稳定的唯一因素，但是十分重要的因素。这两个因素至少保证mRNA在转录过程中不被降解。核糖体在核内组装，rRNA受到蛋白质的保护而不被降解。tRNA在合成后，形成特殊的空间结构可抵抗降解。mRNA如果没有5帽和3poly(

34、A)尾，在合成过程中就会被迅速降解。,（二）mRNA的选择性剪接对基因表达的调控作用,1、mRNA的选择剪接,真核细胞的剪接过程中，参加拼接的外显子可以不按其在基因组的线性分布次序拼接，内含子也可以不被切除而保留，即一个外显子或内含子是否出现在成熟的mRNA中是可选择的，这种剪接方式称为选择剪接(alternative splicing)。,外显子选择(optional exon),内含子选择(optional intron),互斥外显子（mutually exclusive exon）,内部剪接位点(internal splice site),(三)mRNA运输的控制,mRNA的运输是受到控

35、制的。成熟的mRNA大约只有20%的mRNA进入胞浆，留在核内的RNA约在1小时内降解成小片段。mRNA通过核膜的运输是一个主动运输过程，核膜上的核孔是大约9-nm的通道，但可以运输大于9nm的颗粒，如核糖体（15nm）。核糖体均在核内组装，再运输到胞浆。RNA从核运输至胞浆的运输的调控机理目前还不清楚。,四、翻译水平的调控,（一）翻译起始的调控,1、5帽子结构（m7GpppN）对翻译的调控作用m7G帽有增强翻译效率的作用 5帽子结构有利于mRNA从细胞核向细胞质转运和增加其稳定性 5帽子结构与3poly(A)尾对mRNA的翻译效率的调节有协同作用,2、5AUG对翻译的调控作用 翻译时，909

36、5%的真核mRNA符合第一AUG规律。某些mRNA5端非编码区存在一个或数个AUG，存在起始位点上游的其它AUG密码或5AUG，它抑制下游阅读框的翻译效率。5AUG阅读框与正常阅读框不一致，从5AUG翻译很快遇到终止密码子。,如酵母反式因子GCN4mRNA，其5-UTR有4个AUG，含4个短的阅读框，它们对正常阅读框的翻译有抑制作用。TGF-3mRNA 5-UTR含11个AUG,3、mRNA 5端非编码区长度对翻译的影响,5-UTR长度在17-80核苷酸之间，体外 翻译效率与长度呈正比，若第一个AUG与5帽结构之间的距离在12个核苷酸以内时，则有一半以上的核糖体小亚基滑过第一个AUG,4、阻遏

37、蛋白的调控作用,控制mRNA的可翻译性。阻遏蛋白与mRNA 5端结合，阻止mRNA的翻译，如铁调节结合蛋白未与铁结合时，可与铁蛋白mRNA的茎环结构结合，而抑制其翻译。有铁时，该蛋白与铁结合，从铁蛋白mRNA茎环结构解离，铁蛋白的翻译效率提高100多倍。,5、翻译起始因子的功能调控,elF-4F因子的磷酸化对蛋白质合成速率的激活作用 4F由、三个亚基组成，结合mRNA 5-m7G,40s小亚基，elF-2，GTP，Met-tRNA三元复合物才能与mRNA相连，进入翻译的起始阶段。,elF-4F,PKC,elF-4F-p,亚基磷酸化可促使4F的三个亚单位复合物形成，这类复合物是起始因子识别mRN

38、A的活性形式，亚基磷酸化的意义有待研究。,elF-2的磷酸化对翻译的抑制作用 elF-2是蛋白质合成过程中重要的起始因子。其活性因磷酸化而降低。而磷酸化则由一种cAMP依赖性蛋白激酶所催化，由于血红素能抑制cAMP依赖性 蛋白激酶的活化，从而防止或减少elF-2失活，促进蛋白质的合成。,（二）mRNA稳定性的调节,1、mRNA 3端poly(A)尾对mRNA稳定性的影响 加上poly(A)尾，mRNA就稳定，削短或去除poly(A)尾，mRNA就降解。半衰期：丝心蛋白mRNA半衰期为几天，-珠蛋白mRNA半衰期达10小时，某些mRNA仅30分钟或更短。,2、3-UTR富含AU序列对mRNA稳定

39、性的影响 如生长因子mRNA不稳定，半衰期仅30分钟，其3-UTR存在AU丰富区，它常由几个相同分布的UUAUUUAU8核苷酸序列组成。,3、3UTR的特殊结构对mRNA稳定性的影响 如组蛋白mRNA3-UTR有一茎环结构，其稳定性受DNA合成的影响，DNA合成时，半衰期1小时，无DNA合成时，半衰期12分钟。又如转铁蛋白受体mRNA3-UTR的AU丰富区，可形成5个发夹结构，有铁时，铁调节蛋白与铁结合，而与RNA解离，mRNA降解；无铁时，调节蛋白与mRNA的茎环结构结合，保护mRNA不被降解。,（三）微小RNA对翻译的影响,1993年和2000年分别从线虫中发现了Lin-4和Let-7 miRNA。它们呈生长阶段特异性表达，通过对mRNA序列特异的反义抑制调控线虫的不同发育阶段的过渡。现已发现近400个线虫、人、水稻等真核生物miRNA,如Lin-4 RNA通过与Lin-14 RNA的3端非翻译区（UTR）互补，短暂下调Lin-14蛋白质的表达水平，使线虫由L1期向L2期转化。Lin-4基因表达两种RNA，一个为22个核苷酸，一个为40个核苷酸，其序列高度保守。只要有一个碱基变化就失去了对Lin-14蛋白质合成的抑制作用。其抑制作用依赖Lin-14 mRNA终止密码子与poly(A）尾之间的3端非编码区的一段序列，去除这个特殊序列，lin-4 RNA则失去抑制作用。,