真核生物的转录因子ppt课件.ppt

Eukaryotictranscruptionfactors 真核生物的转录因子 1 真核生物启动子和增强子是由若干DNA序列元件组成的 由于他们常与特定的功能基因连锁在一起 因此被称为顺式作用元件 这些序列组成基因转录的调控区 影响基因的表达 在转录调控过程中 除了需要调控区外 还需要反式作用因子 2 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 3 转录因子结构域结构 转录因子结构域结构 转录因子能特异性结合DNA并激活转录 由两个结构域 DNA结合结构域和激活结构域 有些转录因子还有二聚体结构域 Transcriptionfactordomainstructure transcriptionfactorshavetwodistinctactivitiesandtwodomains TheybindspecificallytotheirDNA bindingsite DNA bindingdomains andactivatetranscription activationdomains Sometranscriptionfactorshavedimerizationdomains 4 转录因子结构域结构 DNA结合结构域转录激活结构域二聚体结构域 5 Eukaryoticactivators 真核激活蛋白 haveseparateDNAbindingandactivatingfunctions 6 EukaryoticregulatorsusearangeofDNAbindingdomains DNA结合结构域 DNA结合结构域 螺旋 转角 螺旋结构域 两个 螺旋由一个 转角分开 识别的 螺旋与DNA发生作用 锌指结构域 有两种 C2H2型锌指有一个12氨基酸的环 通过2个半胱氨酸和2个组氨酸残基固定与锌离子形成4面体结构 一般需要3个或更多的C2H2型锌指才能与DNA结合 C4锌指结构由4个半胱氨酸与锌离子结合而成 碱性结构域 通常与亮氨酸拉链或HLH基序中的一个联合一起 又称碱性亮氨酸拉链或碱性HLH蛋白 DNA bindingdomains Thehelix turn helixdomain Arecognition helixinteractswiththeDNAandisseparatedfromanother helixbyacharacteristicrightangle turn Thezincfingerdomainexistsintwoforms TheC2H2zincfingerhasaloopof12aminoacidsanchoredbytwocysteineandtwohistidineresiduesthattetrahedrallyco ordinateazincion UsuallythreeormoreC2H2zincfingersarerequiredforDNAbinding C4zincfingerinwhichthezincionisco ordinatedbyfourcysteineresidues Thebasicdomainisgenerallyassociatedwithoneorotheroftwodimerizationdomains theleucinezipperorthehelix loop helix HLH motif 7 Thehelix turn helixdomainThezincfingerdomainThebasicdomain Leucinezipper bZIP orhelix loop helix HLH 8 DNA结合结构域 1 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 近竣基端的 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 与DNA相互作用时 同源域蛋白的第一 二两个螺旋往往靠在外侧 其第三个螺旋则与DNA大沟相结合 并通过其N 端的多余臂与DNA的小沟相结合 9 10 11 2 锌指结构域这种结构域有两种形式 C2H2 型锌指通过2个半胱氨酸和2个组氨酸残基固定 这四个残基与锌离子在空间上形成一个四面体结构 这种锌指折叠形成一个紧密的结构 由二条 链和一个 螺旋组成 螺旋与DNA大沟结合 该 螺旋区域上含有保守的碱性氨基酸 负责与DNA的结合 12 另一锌指结构是锌离子与4个半胱氨酸结合 它出现在一百多种类固醇激素受体转录因子中 这些因子由同型或异型的二聚体组成 其中每一单体包含2个C4锌指结构 两个单体通过锌离子稳定折叠成更复杂的构象 再把每个单体的 螺旋插入到DNA的连续大沟中 13 14 15 3 碱性结构域在许多DNA结合蛋白中都发现了碱性结构域 它通常是与亮氨酸拉链或HLH基序中的一个联合在一起的 结果被称做碱性亮氨酸拉链 bZIP 或碱性HLH蛋白 蛋白的二聚作用使二个碱性结构城相邻 进而可与DNA发生作用 16 二聚体结构域 二聚体结构域 亮氨酸拉链和螺旋 环 螺旋结构域 Dimerizationdomainsincludeleucinezippersandthehelix loop helixdomain 17 二聚体结构域 1 亮氨酸拉链亮氨酸拉链的肽链上每相隔七个残基就会有一个疏水的亮氨酸残基 这些残基位于DNA结合域的C端 螺旋上 这样 螺旋的侧面每两圈就会出现一个亮氨酸 形成一个疏水的表面 结果在 螺旋的疏水表面间就可以互相作用 形成二聚体 这种相互作用形成一个卷曲的卷曲结构 coiled coilstructure 18 19 2 螺旋 环 螺旋 HLH 结构域这一结构在总体上与亮氨酸拉链相似 只是它的二个 螺旋被一个非螺旋的多肽环分成二个单体蛋白 C端 螺旋一侧的疏水残基可以二聚化 与亮氨酸拉链一样 HLH结构也经常与碱性结构域相邻 以形成DNA结合所需的二聚体 20 21 MyoD DNA 22 myogenicfactor 生肌调节蛋白是一种转录因子 23 Transcriptionactivatingregions 转录激活结构域 Theactivatingregionsaregroupedonthebasisofaminoacidscontent Acidicactivationregion 酸性激活区域 containbothcriticalacidicaminoacids suchasAsp Glu yeastGal4Glutamine richregion 谷氨酰胺富集区 mammalianactivatorSP1Proline richregion 脯氨酸富集区 mammalianactivatorCTF NF1 Oct 2 AP2andc Jun 24 25 阻抑物结构域 阻抑物结构域 转录阻抑可能是通过间接地对激活因子功能干扰而实现 分三种 阻断激活因子结合位点 非DNA结合复合体的形成 不阻碍DNA结合但掩盖激活结构域 26 阻抑物结构域 转录的阻抑有可能是通过间接地对激活因子功能的干扰而实现的 有以下几种情况 阻断了激活因子的DNA结合位点 与原核生物的阻抑蛋白一样 并非阻碍DNA结合而是掩盖了激活结构域 非DNA结合复合体的形成 缺少DNA结合的结构域 Repressordomains Repressionoftranscriptionmayoccurbyindirectinterferencewiththefunctionofanactivator BlockingtheactivatorDNA bindingcomplex formationofanon DNA bindingcomplex MaskingoftheactivationdomainwithoutpreventingDNAbinding 27 转录调控的对象 不同的转录激活因子调控的对象可能有以下几种 染色质结构通过特定的TAF 与TF D作用与TF B作用对TF H复合体的调整和作用导致RNA聚合酶的CTD的特异性磷酸化 28 N2ExamplesofTranscroptionalRegulation 转录调控举例 29 1组成性转录因子 SP1 SP1与一段富含GC的保守序列GGGCGG相连 是一种组成型转录因子 其结合位点存在于许多持家基因的启动子中 C末端DNA结合域3个锌指结构活化结构域2个rich Glu在大沟中结合GCbox 一个SP1结合 20bp 无组织特异性 作用无方向 可提高转录10 25倍 最初在SV40中发现 普遍存在于脊椎动物中 每个细胞中有6万个 30 锌指 zincfinger Zn2 与4个Cys 或2个Cys和2个His相结合 整个蛋白质分子有2 9个锌指重复单位 每一个单位的指部伸入DNA双螺旋的深沟 接触5个核苷酸 31 32 ZinccontainingDNA bindingdomains 锌指结构域 Zincfingerproteins TFIIIA andZincclusterdomain Gal4 32 33 Zn Cys His 锌指结构图 34 SP1 与GC盒结合的转录因子SP1中有连续的3个锌指重复结构 35 SP1的富含谷氨酰胺结构域与TAF 110发生特异性作用 TAF 110是TAF 中的一种 后者与TATA结合蛋白 TBP 相结合组成TF D 这就是SP1如何调控起始转录复合体的一种方式 36 2激素调控 类固醇激素受体 类固醇激素是脂溶性的 可以穿过细胞膜与被称作类固醇激素受体的转录基因相互作用 在没有类固醇激素存在的条件下 该受体与抑制蛋白结合 游离在细胞质中 当类固醇激素与受体结合后 可以使受体从抑制蛋白上游离出来 然后受体二聚化 进而转移到细胞核中 受体上的DNA结合结构域与特定的DNA序列或反应元件作用 从而激活目标基因 37 相关受体中比较重要的的有 糖皮质激素 雌性激素 视黄酸和甲状腺激素受体 所有固醇类激素受体蛋白分子都有相同的结构框架 同源性最差的N端 高度保守的中央DNA结合区 C端较保守的激素结合区 激素 受体 激素应答元件一起调控与生长 发育及分化有关基因的表达 38 类固醇激素激活糖皮质激素受体的模式图 39 糖皮质激素特异性 雌激素特异性 类固醇激素受体是以二聚体形式发挥其促进转录作用的 它们的两个锌指的功能不同 第1个锌指的右侧是控制与DNA结合的 第2个锌指的左侧则是控制形成二聚体的能力的 40 糖皮质激素对转录的调控 激素 受体复合物激进入细胞核 与增强子结合从而激活启动子 开始转录 糖皮质激素进入细胞 与受体结合 41 3磷酸化调控 STAT蛋白 许多激素不穿过细胞 他们与细胞表面的受体结合 通过称为细胞转导得得过程将信号传递到细胞内 R 干扰素通过激活一种成为JAK的激酶诱发转录因子STAT1 的磷酸化 若STAT1 没有磷酸化 它只以单体的形成存在于细胞质中并且没有转录活性 然而它的一个特定l酪氨酸残基发生磷酸化后 便能够形成同型二聚体 并从细胞质中转移到细胞核中 进而激活在启动子处含有一保守DNA结合基序的目标基因的表达 42 由STAT 转录因子的磷酸化及二聚化引起的 干扰素的转录激活过程 JAK激酶 2ADP 2ATP 43 JAK属非受体酪氨酸激酶 底物为STAT 即信号转导子和转录激活子 配体 受体二聚化 JAK STAT 基因表达 JAK STATPathway 44 JAK激酶 STAT STAT STAT PP二聚体 同或异 转移细胞核 与顺式作用元件结合 调节靶基因 45 HIV 人类免疫缺陷病毒 编码一种称为Tat的激活蛋白 该蛋白为HIV基因的大量表达所必需 Tat与RNA上的一段称为TAR的茎环结构结合 TAR是HIVRNA5 端的转录起始点后的一段不翻译区域 在哺乳动物细胞中Tat所起的主要作用表现在转录延伸的过程中 若没有Tat的存在 RNA聚合酶 转录复合体将因进程过慢而使HIV的转录过早终止 4 转录延伸 HIVTat 46 Tat可与RNA结合因子一起以复合体形式结合在转录物的TAR序列上 Tat RNA复合体可以向后成环 并与装配在启动子处的新形成的转录起始复合体作用 这种作用导致TF H的激酶活性被激活 结果RNA聚合酶 的羧基端结构域 CTD 实现磷酸化 使得RNA聚合酶前进 完成HIV转录单位的阅读 实现HIV蛋白的大量合成 47 HIVTat蛋白激活转录延伸的机制 TFIIH 48 MyoD最初是最为一个在 成肌细胞 myoblast 未分化细胞中表达并负责肌肉形成与执行细胞决定的基因被鉴定出来的 它的过量表达可以使成纤维细胞 在许多组织中的基质铺垫细胞 变成表达肌细胞特异基因的类肌肉细胞和类生肌节 MyoD蛋白可以直接激活肌细胞特异基因的表达 同时也可以激活P21WAF1 CIP1的表达 5细胞决定 myoD 49 50 myogenicfactor 生肌调节蛋白是一种转录因子 50 P21WAF1 CIP1是一个依赖细胞周期蛋白的激酶 CDK 的小分子抑制因子 该因子对CDK活性的抑制可以使细胞周期停滞在G1期 所以说MyoD的表达使细胞退出细胞周期的原因 而退出细胞周期正是已分化细胞的特征 现在已发现的四种基因MyoD myogennin myf5 mrf4中任意基因的表达都可以使成纤维细胞转化为肌细胞 他们编码的蛋白都属于HLH转录因子家族的成员 MyoD与组成性HLH转录因子E12和E47结合成异型二聚体时活性最强 51 通过不同的组合 这些HLH型的转录因子能够产生多种各自具有不同功能与作用的同型或异型的转录因子 这些因子可以受一种被成为ID的抑制因子调控 该ID缺乏与DNA结合的结构域 但都含有HLH的二聚化结构域 当它与MYOD和相关蛋白结合后 形成的异型二聚无法与DNA结合 因此也就无法调控转录 52 MyoD DNA 53 DNA OFF OFF OFF mRNA mRNA mRNA mRNA mRNA Anothertranscriptionfactor MyoD Musclecell fullydifferentiated MyoDprotein transcriptionfactor Myoblast determined Embryonicprecursorcell Myosin othermuscleproteins andcell cycleblockingproteins Othermuscle specificgenes myoD Nucleus Determination Signalsfromothercellsactivateamasterregulatorygene myoD 1 Differentiation MyoDproteinactivatesothermuscle specifictranscriptionfactors whichinturnactivategenesformuscleproteins 2 Celldetermination myoD Fig21 10 Thecellisnowireversiblydetermined Thecellisnowfullydifferentiated myoDisa mastercontrol gene itmakesatranscriptionfactorthatcanactivateothermusclespecificgenes Theembryonicprecursorcellisstillundifferentiated 54 DNA OFF OFF OFF mRNA mRNA mRNA mRNA mRNA Anothertranscriptionfactor MyoD Musclecell fullydifferentiated MyoDprotein transcriptionfactor Myoblast determined Embryonicprecursorcell Myosin othermusclepro