翻译和翻译后水平的调节.ppt

第四节 翻译和翻译后水平的调控,mRNA的寿命与蛋白质的合成,mRNA的寿命决定其指导翻译蛋白质的时间，半衰期的长短主要决定于其选择性降解的速度，不同mRNA的结构，特别是3端非翻译区的序列决定其寿命。不同基因的mRNA寿命差别很大，珠蛋白mRNA的半衰期约为17h，而有些生长因子不超过30 min。,很多蛋白质的合成与激素的作用有关。在某些情况下，激素并不能增加mRNA的转录，而在翻译水平上起调节作用。如：催乳素可延长酪蛋白mRNA的寿命达25倍，其他激素也能相应提高某些特定mRNA的稳定性。,激素对RNA稳定的影响,转铁蛋白( transferrin ) mRNA的3端和转铁蛋白受体（transferrin receptor, TFR）mRNA的5端有非常相似的铁反应元件（iron response element, IRE )，该区域可形成多个复杂的茎环结构，其中部分茎环与铁反应有关。细胞中这两种蛋白质的浓度受到铁离子浓度的调节，可能主要与其基因转录后的翻译调节有关，因为通过抑菌素抑制转录过程并不能阻断其对铁的反应。蛋白质的最终浓度可能与细胞中该编码蛋白质mRNA的半衰期有关，其半衰期的长度则是受铁浓度的调控的.(见下图),转铁蛋白及转铁蛋白受体mRNA稳定性的铁依赖性调节（自Lodish , 2000）,Poly(A)对翻译的调控： 在小鼠的未成熟卵母细胞质中可以翻译的mRNA具有较长的poly(A), 减数成熟分裂后poly(A)降解，翻译终止。 在减数成熟分裂前不表达的mRNA的poly(A)较短(15-90A), 但其3UTR具有胞质多聚腺苷酸化信号序列(CPEs)(UUUUAU in mice and frogs)。减数成熟分裂后这些 mRNA迅速加上一个长的polyA,开始翻译。,mRNA的结构和翻译效率,所有真核生物mRNA 5端都有帽子结构，早在1976年Shtkin就根据体外翻译实验结果指出，5端帽子有增强翻译效率的作用。此后众多研究证实，大多数mRNA的翻译依赖于帽子结构。 除了帽子外，真核生物mRNA的3端大都有polyA尾巴，在许多体内实验和高活性的体外翻译体系中都观察到，mRNA polyA结构与翻译效率有直接的关系，带polyA的mRNA比无polyA尾巴的相应mRNA的翻译效率高得多。5端帽子和3端polyA能够协同地调节mRNA的翻译效率。,翻译后水平的调控,许多蛋白质的合成完成后就具有生物功能，但更多的蛋白质则必须经过适当的加工修饰才有活性，有些蛋白质的活性在与其他蛋白质的作用后往往发生明显的变化。,翻译后水平的调控,一条长链被剪切并除去部分而激活, 胰岛素; 除去某些保护/抑制性片段而激活，Dorsal; 特定的亚细胞定位，膜蛋白、核蛋白等; 与其它蛋白质一起装配成为功能单位，血红蛋白； 与某些离子结合而激活，钙调蛋白; 通过蛋白质修饰（磷酸化、乙酰化）而激活，鱼精蛋白、晶体蛋白。,第五节 表观遗传修饰与细胞分化,表观遗传修饰,定义：由于DNA的甲基化、组蛋白N端的修饰、变异体及微小RNA(miRNA)的作用等引起染色体的状态和构型发生，进而引起基因表达发生相应的改变。 特点：这种变化并不包括DNA序列及信息的任何改变，是经典遗传学之上或之外的改变。,一、DNA的甲基化,DNA甲基化的发生 小干扰RNA（siRNA）和长非编码RNA（lineRNA）可通过与基因的启动子序列结合，指导其发生特异性的甲基化，组合组蛋白的修饰而使染色质发生重塑而抑制其表达，但也有少数例证表明有些 lincRNA（l例如HOTTIP)可能通过与其配体蛋白质结合定位在其靶基因区，导致组蛋白H3K4的三甲基化而激活该基因。 DNA的甲基化多发生在胞嗜陡的第5位碱基，在真核生物中十分普遍，也被认为是DNA的“第5种碱基” 。 DNA的甲基化经常出现在3类DNA序列（ CpG,CHG,CHHo ）中。前2种序列为对称甲基化位点,CHH是非对称甲基化位点,CpG经常位于基因启动子附近或者GC岛中 。,哺乳动物中的三种甲基化酶,在哺乳动物中DNA的甲基化是由3种甲酶催化的（Dnmtl，Dnmt3 a和Dnmt3 b）。 Dnmtl对DNA复制后甲基化模式的维持有重要作用，它可对半甲基化的新合成DNA链进行甲基化。Dnmt3 a和Dnmt3 b是与从头甲基化过程有关（de novo methylation )，在这个过程中需要建立新的甲基化模式。Dnmtl和Dnmt3 a均可与组蛋白脱乙酞酶（HDACs）互作，从而抑制基因的表达。,基因表达的激活和抑制,激活：胶质纤维酸性蛋白（GFAP)基因启动子的START3结合位点CpG的脱甲基化可以激活该基因的表达。 抑制：(1)DNA的甲基化也可以通过几种甲基CpG结合蛋白 （MECPs)识别DNA甲基化模式而抑制基因的表达 (2)另一种甲基CpG结合蛋白MBD2与多亚基的NuRD（它们含有依赖ATP的染色体重塑因子Mi-2和HDACs)形成复合物，抑制甲基化的启动子，使染色体发生高效的重塑。,从头甲基化过程,在动物受精后，不论是来源于父系基因组还是母系基因组均发生大规模的脱甲基化（印迹基因除外），然后再重建新的甲基化模式。 有一个模型可能揭示其机制：基因转录起始点结合RNA聚合酶B，募集SET蛋白使覆盖这个区域的核小体组蛋白H3 K4发生甲基化，H3 K4甲基可抑制Dnmt3 L的结合，使从头甲基化酶不能作用这个区域，因而整个基因组中除了结合有RNA聚合酶11的CpG岛外，均可发生从头甲基化过程。,二、组蛋白的修饰与细胞分化,组蛋白八聚体中的4种蛋白N端尾巴有许多氨基酸可被不同的酶所修饰，例如，甲基化（Me）、乙酞化（Ac）和脱乙酞化、磷酸化（P）、泛素化、ADP一核糖基化等，其中发生在精氨酸和赖氨酸的甲基化修饰比较复杂，有单甲基化、双甲基化（对称和不对称）及三甲基化。 组蛋白密码：这些修饰的种类、位置和组合共同决定着核小体的状态，进一步控制基因的转录或者抑制，被称做组蛋白密码（histone code）。,组蛋白修饰的作用,（1） 组蛋白的修饰可以通过改变不同组蛋白之间及组蛋白与DNA之间的接触影响染色质的高级结构，组蛋白密码决定着染色质的环境，从而进一步调节核DNA的复制、转录、DNA修复及染色体凝聚。 （2）组蛋白H3K4,H3K36,H3K79的三甲基化可以导致染色体的开放构型产生常染色质，同时由组蛋白乙酞转移酶(HATs）催化的组蛋白高水平乙酞化也是保证常染色质的一个特征。,不管是干