真核生物基因的转录.ppt

第三节 真核生物基因的转录 一、真核生物基因转录概述 （一）真核生物的转录和原核生物转录的不同点： 1、原核细胞只有一种RNA聚合酶，而真核细胞 有三种聚合酶； 2、启动子的结构特点不同，真核基因有三种不 同的启动子和有关的元件； 3、真核基因的转录有很多蛋白质因子的介入。 （二）真核生物RNA聚合酶（三种） 类型 转录产物 rRNA:18s,5.8s,28s tRNA,5srRNA,snRNA hnRNA 对鹅膏蕈碱的反应 不敏感 高度敏感 不同物种敏感性不同 （三）真核生物RNA 聚合酶（RNA Pol II） 与模板结合；与转录起始、延伸有 关 与DNA、底物和新生的RNA结合 负责酶的装配 250KDa 130KDa 40KDa40KDa 由814个亚基组成，分子质量为500KDa 附：真核基因在转录时RNA聚合酶需要多 种 转录因子的协助 Pol I TBP TAFIs （四）转录因子 1、通用因子(General factor) （1）是所有启动子起始RNA合成所必须 （2）与RNA 聚合酶在起始位点周围形成复合体 ， 并决定起始的位置。 Pol I TBP TAFIs Pol III (B, TBP, BRF) TF III B 2、上游因子(Upstream factor) （1）识别并与启动子上游元件结合 （2）与上游元件结合可增加转录起始的效率 UBF1 上游元件 Startpoint （五）启动子 RNA 聚合酶的启动子：位于转录起点上游 RNA 聚合酶的启动子：位于转录起点上游 RNA 聚合酶III的启动子：位于转录起点下游 基因内启动子 二、RNA 聚合酶 I 基因的转录 （一）rRNA基因（Ribosomal RNA Genes ） 多拷贝基因 1、核心启动子（core promoter）或核心元件： 位于-45 +20，负责转录的起始。 2、上游控制元件（upstream control element ）： 位于-180 -107，可增加转录起始的效率。 （二）RNA聚合酶启动子 人类RNA Pol I的启动子 上游控制元件（UCE） startpoint CTCCGAGTCGNNNNNNTGGGCCGCCGG 核心启动子（core element） +20-40-110-170 （三）RNA Pol I的辅助因子(UBF1 & SL1) 1、上游结合因子（UBF1） （1）可以与UCE结合 （2）可与核心元件的一段序列结合 （3）两个UBF1通过蛋白蛋白相互作用而相互 结合，导致在两个结合位点间的DNA形成一个 环状结构。 UBF1 UBF1 2、选择因子1（SL1） （1）组成：4个亚基 a、TBP (TATA-binding protein): 是保证RNA pol 准确结合到起始位点的一个 关键因子 b、其他的三个亚基TAF：（TBP 相关因子） 为RNApol I转录所需的亚基称为TAFI （2）功能：是使RNA 聚合酶正确的定位在起始 位点。 UBF1 UBF1 上游控制元件（UCE） startpoint CTCCGAGTCGNNNNNNTGGGCCGCCGG 核心启动子（core element） +20-40-110-170 +1 SL1TBP TAFIs Pol I TBP TAFIs RNA 聚合酶 I 基因转录起始 三、RNA 聚合酶III 基因的转录 （一）tRNA基因的转录 1、启动子-基因内启动子 （1）启动子的两个保守序列： A框（5-TGGCNNAGTGG-3)； B框(5-GGTTCGANNCC-3) （2）A框和B框编码的序列： A框-D-loop； B框- TC-loop 2、tRNA基因转录因子 （1）TFC：识别boxB （2）TFB：与A框上游50kb上游序列结合 a、组成: TBP、BRF、B” b、功能：是RNA聚合酶真正的起始因 子 Pol III TF III C boxBboxA TF III B 3、tRNA基因转录的起始 （二）5S rRNA 基因的转录 1、 5S rRNA 基因： 特点：串连排列，形成基因簇 （是唯一单独被转录的rRNA亚基） 2、启动子： C框 ；A框 3、转录因子： (1) TFIIIA ：结合位点为C box 。 (2) TFIIIC (3) TFIIIB： TBP + BRF + B/ 4、5s rRNA 基因转录的起始 boxAboxC TF III A TF III C TF III B Pol III (B, TBP, BRF) 四、RNA 聚合酶 II 基因的转录 （一）RNA聚合酶 II 的启动子 1、组成： 核心启动子（core promoter）： TATA盒（Hogness box）： - 25 -35bp 上游启动子（upstream promoter element，UPE） CAAT盒 ：-70 -80区 GC盒：-80 -110区 -20-40-60-80-100 GCCACACCCGGCCAATCATATAA GCCAATTATA 2、核心启动子（core promoter）： （1）TATA盒（Hogness box）： a、位置： - 25 -35bp b、序列特征：富含AT， 5-TATA(A/T)A(A/T)-3. c、功能：决定RNApol II的定位与转录精确起 始 （2）起始子(initiator，Inr) 与转录起始位点重叠的短的较保守序列 附：缺少TATA 盒启动子 （1）无TATA盒，只有一个起始子 （2）既无TATA框，也无起始子，这种基因通常 转录速率很低，起始点不固定。 3、上游启动子（upstream promoter element， UPE） （1）位置： CAAT盒 ：-70 -80区（ -70区） GC盒：-80 -110区（-90区） （2）功能： 控制转录起始的频率 （基本不参与起始位点的精确定位） （3）功能特点：正反方向排列均能发挥作用 （4）上游元件的多样性 OctamerCAATGCTATA Startpoint SV40 early 胸苷激酶 Thymidine kinase Histone H2B -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 上游元件的多样性 真核RNA 聚合酶II 启动子包含着TATA 盒、CAAT 盒、GC 盒以及其他序列元 件之间的不同组合。 没有哪一种上游元件是所有启动子所共 同必需的 哺乳类 RNA聚合酶 II 启动子的常见组件 Module Consensus DNA bound Factor Distribution TATA box TATAAAA 10bp TBP General CAAT box # GGCCAATC 22bp CTF/NF1 General GC box GGGCGG 20bp SP1 General Octamer # ATTTGCAT 20bp Oct-1 General 23bp Oct-2 Lymphoid B GGGACTTTCC 10bp NF B Lymphoid 10bp H2-TF1 General ATF GTGACGT 20bp ATF General # 同一组件可被不同因子识别/结合 CAATCP1(-globin), CP2(-fibrinogen), CP3 OctamerOct-1, Oct-2(immunoglobulin in Lymphoid) （二）RNA聚合酶 羧基末端结构域(CTD)： 1、位置：RNA聚合酶最大亚基羧基末端 2、结构特点： （1）具有7个氨基酸(Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser -Pro-Ser) 的重复序列（酵母：重复26次；哺乳类：52次 ） （2）多个磷酸化位点：Ser、Thr 3、作用： CTD磷酸化对调控基因转录有重要作用： （1）CTD去磷酸化，RNA聚合酶II易与 DNA 结合，这种构象适于转录的起始； （2）CTD磷酸化可使RNA聚合酶II与DNA的 结合变得松弛，形成适于延伸的构象 RNA聚合酶II自身不能起始转录，需要依靠 转录因子的协助。 （三）RNApol II 的转录因子 TF II D TBP（TATA盒结合蛋白） + TAFs（TBP协同因子 ） 结合在DNA小沟（其他DNA结合蛋白为大沟），识 别和结合核心启动子(TATA盒和Inr) TF II A 含数个亚基，可能通过解除TAFs的抑制而激活TBP TF II B 覆盖靠近起始点的启动位置，C端与TFIID和DNA 的复合物结合，N-端与TFF协同作用募集RNA聚 合酶II。 TF II F 结合Pol II并带向启动子；RAP74（ATP依赖性 解旋酶），RAP30（与细菌因子有同源性） TF II E 扩大DNA覆盖区至+30 TF II H 和TF II J H有激酶活性， 使Pol II 的CTD 磷酸化 ， Pol 离开启动子区 （1） TFIID: TBP（TATA盒结合蛋白） + TAFs（TBP协 同因子 ） TBP TAFs TATA -20-10+10-30-40+20 （四）RNA Pol基因转录的过程 1、转录起始 TBP的作用-定位因 子 a、在TATA框处与 DNA结合 b、是所有三种RNA聚 合酶转录起始所需的 因子 TBP的作用机制： a 、两个结构域形成一个完全二元对称的马鞍 型 结构，与DNA小沟有效结合 b、TBP 与DNA 结合，使DNA 弯曲了约80， TATA 盒向大沟弯曲，拓宽了小沟。 （2） TFIIA 含有至少3个亚基 与TFIID结合，稳定TFIID-DNA复合体；可能通过解除 TAFs的抑制而激活TBP TF II A （3） TFIIB 覆盖靠近起始点的启动位置，C端与TFIID和DNA的 复合物结合，N-端与TFF协同作用募集RNA聚合酶 II TFIIB与TFIID结合，并为RNA聚合酶结合起一个桥 梁作用。 TF II B （4）与RNA聚合酶与TFIIF相连的复合体结合 TF II F Pol II TF II F 结合Pol II并带向启动子； 两个亚基： RAP74（ATP依赖性解旋酶），可能参与DNA 双链的溶解 RAP30（与细菌因子有同源性），与RNA 聚合酶紧密 结合 （5）TF II E 扩大DNA覆盖区至+30 TF II E （6）TF II H 和TF II J加入复合物 （7）TF II H 有多种酶活性，包括ATP酶、解旋酶、和可使Pol II 的CTD 磷酸化的激酶活性。 Pol II 的CTD 磷酸化 ， TF II 在Pol离开启动 子前释放，形成适于 延伸的构象 Pol II 离开启动子区， 进入延伸阶段 RNA聚合酶起始复合物的组装 启动子TATA盒+ TFD + TFA + + TFB +(RNA聚合酶+ TFF)复合物 +TFE 、TFJ +TFH（解旋酶、蛋白激酶） DNA解旋、RNA聚合酶的 CTD磷酸化 pol从转录因子中释放出来 从起始点向下游移动 2、转录的终止 （1）终止位点： 目前还不清楚RNA聚合酶基因的精确终止位 点 （2）AAUAAA序列： 初始转录物3末端的保守序列 对于转录产物的准确切割及加poly（A）是必须 的 起始 延伸 AAUAAA 5 cap AAUAAAAn 5 cap Poly(A)聚合酶 RNA内切酶 AAUAA