中山大学分子生物学10.ppt

四、真核生物的基因转录及其调控 2. 真核RNA聚合酶识别的启动子 nRNA聚合酶I识别的启动子（I类启动子， class I promoters） nRNA聚合酶II识别的启动子（II类启动子 ，class II promoters） nRNA聚合酶III识别的启动子（III类启动 子，class III promoters） 四、真核生物的基因转录及其调控 2. 真核RNA聚合酶识别的启动子 （1）RNA聚合酶II识别的启动子（II类启动子， class II promoters） n与原核基因的启动子最相似 n可含有四类元件，前三类是核心启动子（core promoter）的元件 nTATA区（TATA box） n起始子（initiator） n下游元件（downstream element） n上游元件（upstream element） Class II promoter Core promoter 四、真核生物的基因转录及其调控 2. 真核RNA聚合酶识别的启动子 （1）RNA聚合酶II识别的启动子 nTATA区（the TATA box） n位于转录起始位点上游约25 bp（以中部计 ，在酵母中可达50 70 bp），共同序列为 TATAAAA（in the nontemplate strand, similar to prokaryotic -10 box） n功能：确定转录起始位点（一般是TATA区 的第一个核苷酸后30 bp）；有时甚至是决 定整个启动子是否有作用 四、真核生物的基因转录及其调控 2. 真核RNA聚合酶识别的启动子 （1）RNA聚合酶II识别的启动子 nTATA区（the TATA box） n有些基因的TATA区序列与其共同序列相 差较大，而只在某些类型的细胞中才表达 的基因则有明显的TATA区 n有些基因甚至没有TATA区 n看家基因（housekeeping genes） n控制发育的基因 四、真核生物的基因转录及其调控 2. 真核RNA聚合酶识别的启动子 （1）RNA聚合酶II识别的启动子 n起始子（initiator） n转录起始位点前后的保守序列 n共同序列为：PyPyANT/APyPy nPy: pyrimidine nN: any nucleotide nA: transcription start point n有些基因仅有起始子序列作为其启动子 四、真核生物的基因转录及其调控 2. 真核RNA聚合酶识别的启动子 （1）RNA聚合酶II识别的启动子 n下游元件（downstream element） n某些基因的启动子中存在 n位于转录起始位点下游，无共同序列 四、真核生物的基因转录及其调控 2. 真核RNA聚合酶识别的启动子 （1）RNA聚合酶II识别的启动子 n上游元件（upstream element） n在TATA区的上游 nGC boxes：富含G和C，如GGGCGG（- 47 -61 region, in the coding strand）和 CCGCCC（-80 -105 region），可有2 个或更多的拷贝 nCCAAT box：共同序列为CCAAT 四、真核生物的基因转录及其调控 2. 真核RNA聚合酶识别的启动子 （2）RNA聚合酶I识别的启动子（I类启动子， class I promoters） n变化较II类启动子大，无甚保守序列（即随 物种而异） n有一定的结构特征 n核心元件（core element），转录必不可少 n上游控制元件（upstream control element, UCE ），高效转录所需 n核心元件与上游控制元件之间的距离很重要 Promoter elements in the human rRNA gene 核心元件（core element） 上游控制元件（upstream control element, UCE） Effect of spacing of the two rRNA promoter elements 四、真核生物的基因转录及其调控 2. 真核RNA聚合酶识别的启动子 （3）RNA聚合酶III识别的启动子（III类启动子 ， class III promoters） n位于基因内部 n5S rRNA基因（+50 +83） ntRNA基因 n位于基因外部，类似RNA聚合酶II识别的启动 子（含TATA box） nU6 snRNA基因 n7SL RNA基因 n7SK RNA基因 Class III genes with internal promoters VA RNA: virus-associated RNA 四、真核生物的基因转录及其调控 3. 增强子与沉默子（enhancers and silencers） （1）增强子 n能增强转录的元件，但又不是启动子的 一部分（无位置、方向的限制） n增强子常在启动子的上游，但也可以在 基因内部（如内含子中） SV40 virus early control region EnhancerGC boxes Effects of deletions in the immunoglobulin 2b H-chain enhancer The enhancer is orientation- and position-independent 四、真核生物的基因转录及其调控 3. 增强子与沉默子（enhancers and silencers ） （1）沉默子 n能抑制基因转录的元件，可远距离（无位 置、方向的限制）影响（抑制）基因的转 录 n沉默子的作用机制是通过影响染色质的结 构（使其变得致密），从而使邻近的基因 不能转录 四、真核生物的基因转录及其调控 3. 增强子与沉默子（enhancers and silencers ） （1）沉默子 n增强子与沉默子有时可以是同一DNA元件 （取决于什么蛋白质因子与其结合） n甲状腺素应答元件（the thyroid hormone response element） n 只与甲状腺素受体结合，是一沉默子 n与甲状腺素受体及其配体（甲状腺素）结合，是 一增强子 四、真核生物的基因转录及其调控 4. 真核生物的通用转录因子 n真核RNA聚合酶光靠自身不能与启动子结 合，它们需要转录因子（主要是蛋白质） 的协助 n转录因子有两类 n通用转录因子（general transcription factors ） n基因特异转录因子（gene-specific transcription factors） 四、真核生物的基因转录及其调控 4. 真核生物的通用转录因子 n通用转录因子能使聚合酶结合到启动子上 ，形成预起始复合物（preinitiation complex），包括形成开启的启动子复合物 （open promoter complex），但只能导致 基础水平的转录 四、真核生物的基因转录及其调控 4. 真核生物的通用转录因子（general transcription factors） （1）II类因子（class II factors） nPolymerase II 转录所需的通用转录因子 nII类预起始复合物 n包含有RNA聚合酶II及6种通用转录因子： TFIIA、TFIIB、TFIID、TFIIE、TFIIF 和TFIIH 四、真核生物的基因转录及其调控 4. 真核生物的通用转录因子 （1）II类因子（class II factors） nTFIID在TFIIA的协助下，首先结合到TATA box，形成DA复合物，然后TFIIB再结合上去 nTFIIF协助polymerase II 结合到DNA链上（- 34 +17区域） nTFIIE、 TFIIH结合到复合体中，形成 DABPolFEH预起始复合物 Formation of the DABPolF Complex Assembly of the RNA Pol II transcription initiation complex 四、真核生物的基因转录及其调控 4. 真核生物的通用转录因子 （1）II类因子（class II factors） nTFIID的结构及功能 nTFIID本身是一个复合物，含1个TATA box结合蛋白（TATA box-binding protein, TBP）和8 10个TBP相联因子（TBP- associated factors, TAFs, or TAFIIs） 四、真核生物的基因转录及其调控 4. 真核生物的通用转录因子 （1）II类因子（class II factors） nTATA box结合蛋白（TBP） n序列非常保守的一种蛋白质（约38 kD） ，包含180个氨基酸的羧基末端，该末端 是TATA box结合域（binding domain） nTBP 是马鞍形的，结合到DNA双螺旋的 小沟上，能使TATA box弯曲80 四、真核生物的基因转录及其调控 4. 真核生物的通用转录因子 （1）II类因子（class II factors） nTBP相联因子（TAFIIs ） n至少有8种，序列上也相当保守 n主要功能：促进转录 n与启动子的元件相互作用（起始子、下游元件 ） n与基因特异转录因子相互作用 nTAFIIs中的TAFII250还有酶的功能，如作为组 蛋白乙酰转移酶 TFIID: TATA box-binding protein (TBP) and TBP- associated factors (TAFIIs) Relationships among the TAFIIs of fruit flies, humans, and yeast Activities of TBP and TFIID on four different promoters Model for the interaction between TBP and TATA- containing or TATA- less promoters 四、真核生物的基因转录及其调控 4. 真核生物的通用转录因子 （1）II类因子（class II factors） nTFIIA与TFIIB的结构及功能 nTFIIA n在酵母中有2个亚基，在果蝇和人中有3个亚基 n TFIIA可以看成是一种TAFII（与TBP结合， 能稳定TFIID与启动子之间的结合） n在体外体系中，TFIIA并非必不可少 四、真核生物的基因转录及其调控 4. 真核生物的通用转录因子 （1）II类因子（class II factors） nTFIIA与TFIIB的结构及功能 nTFIIB n单亚基的因子（35 kD） n能把TFIID与TFIIF/Pol II相连在一起，即是聚合 酶II结合到预起始复合物所必需的 n能与一些基因特异转录因子相互作用，促进转录 四、真核生物的基因转录及其调控 4. 真核生物的通用转录因子 （1）II类因子（class II factors） nTFIIF的结构及功能 n由2条多肽构成：RAP30与RAP70（RAP stands for RNA polymerase II-associated protein）； RAP30与E. coli的因子有一定的同源性，能使 TFIIF结合到Pol II nTFIIF与Pol II结合后，能减少聚合酶与DNA之间 非特异的相互作用，引导聚合酶到已结合有 TFIID、TFIIA和TFIIB的启动子上 四、真核生物的基因转录及其调控 4. 真核生物的通用转录因子 （1）II类因子（class II factors） nTFIIE和TFIIH的结构及功能 nTFIIE n有2个亚基（56 kD, 34 kD），每个亚基 在TFIIE中都有2个拷贝（总分子量约为 200 kD） n能结合到DABPolF的复合体上，对转录 有促进作用 四、真核生物的基因转录及其调控 4. 真核生物的通用转录因子 （1）II类因子（class II factors） nTFIIE和TFIIH的结构及功能 nTFIIH n最后一个结合到预起始复合物的通用转录因子 ，结构、功能均复杂 n功能之一是使Pol II最大一个亚基的羧基末端域 （CTD）磷酸化，即使Pol IIA变为Pol IIO，从 而导致转录起始到转录延伸过渡 n具有DNA解螺旋酶（helicase）的活性，这是聚 合酶离开启动子往前转录（promoter clearance ）所需的 四、真核生物的基