基因的表达与调控.doc

基因的表达与调控 -真核基因表达调控模式真核生物的基因调控比原核生物复杂得多。这是因为这两类生物在三个不同水平上存在着重大的差别：在遗传物质的分子水平上，真核细胞基因组的DNA含量和基因的总数都远远高于原核生物，而且DNA不是染色体中的唯一成分，DNA和蛋白质以及少量的RNA构成以核小体为基本单位的染色质。真核基因组比原核基因组大得多，大肠杆菌基因组约4106bp，哺乳类基因组在109bp数量级，比细菌大千倍；大肠杆菌约有4000个基因，人则约有10万个基因。在细胞水平上，真核生物主要的遗传物质与组蛋白等构成染色质，被包裹在核膜内，核外还有遗传成分(如线粒体DNA等)，这就增加了基因表达调控的层次和复杂性。原核生物的基因组基本上是单倍体，而真核基因组是二倍体。如前所述，细菌多数基因按功能相关成串排列，组成操纵元的基因表达调控的单元，共同开启或关闭，转录出多顺反子 (polycistron)的mRNA；真核生物则是一个结构基因转录生成一条mRNA，即mRNA是单顺反子(monocistron)，基本上没有操 纵元的结构，而真核细胞的许多活性蛋白是由相同和不同的多肽形成的亚基构成的，这就涉及到多个基因协调表达的问题，真核生物基因协调表达要比原核生物复杂 得多在个体水平上，真核生物是由不同的组织细胞构成的，从受精卵到完整个体要经过复杂的分化发育过程，除了那些为了维持细胞的基本生命活动所必需的基因之外，其他不同组织的细胞中的基因总是在不同的时空序列中被活化或受。 真核生物基因表达调控的活动范围很广，通常包括以下几条途径：DNA水平的调控，转录前水平的调控，转录水平的调控，转录后水平的调控，翻译水平的调控和翻译后水平的调控。真核生物基因调控，根据其性质可分为两大类第一类是瞬时调控或称可逆性调控，它相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反应，包括某种底物或激素水平升降及细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调节。第二类是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的精髓部分，它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。根据基因调控发生的先后次序，可将其分为转录水平调控及转录后水平调控。后者又进一步分为RNA加工成熟过程的调控、翻译水平的调控及蛋白质加工水平的调控。诱发基因转录的信号、基因调控在哪一步(模板DNA的转录、mRNA的成熟或蛋白质合成) 实现以及不同水平基因调控的分子机制是研究基因调控的主要内容。一，真核基因表达调控的特点尽管我们现在对真核基因表达调控知道还不多，但与原核生物比较它具有一些明显的特点。1.在真核细胞中，成熟mRNA为单顺反子mRNA，很少存在原核生物中常见的多基因操纵子形式。2.真核细胞DNA与组蛋白和大量非组蛋白相结合，只有一小部分DNA是裸露的。3.高等真核细胞DNA中很大部分是不转录的，大部分真核细胞的基因中间存在不被翻译的内含子。4.真核生物能够有序地根据生长发育阶段的需要进行DNA片段重排，还能在需要时增加细胞内某些基因的拷贝数，这种能力在原核生物中是极为鲜见的。5.在原核生物中，转录的调节区都很小，大都位于转录起始位点上游不远处，调控蛋白结合到调节位点上可直接促进或抑制RNA聚合酶对它的结合。在真核生物中，基因转录的调节区则大得多，它们可能远离核心启动子达几百个甚至上千个碱基对。虽然这些调节区也能与蛋白质结合，但是并不直接影响启动子区对于RNA聚合酶的接受程度，而是通过改变整个所控制基因5上游区DNA构型来影响它与RNA聚合酶的结合能力。6.真核生物的RNA在细胞核中合成，只有经转运穿过核膜，到达细胞质后，才能被翻译成蛋白质。原核生物中不存在这样严格的空间间隔。7.许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过程，才能被顺利地翻译成蛋白质。二、真核基因的典型结构及特点（具体可以参考幻灯进行讲解）三、真核生物DNA水平上的基因表达调控1.染色质结构影响基因转录细胞分裂时染色体的大部分到间期时松开分散在核内，称为常染色质 (euchromatin)，松散的染色质中的基因可以转录。染色体中的某些区段到分裂期后不像其他部分解旋松开，仍保持紧凑折叠的结构，在间期核中可以 看到其浓集的斑块，称为异染色质(heterochromatin)，其中从未见有基因转录表达；原本在常染色质中表达的基因如移到异染色质内也会停止表 达；哺乳类雌体细胞2条X染色体，到间期一条变成异染色质者，这条X染色体上的基因就全部失活。可见紧密的染色质结构阻止基因表达。2.组蛋白的作用早期体外实验观察到组蛋白与DNA结合阻止DNA上基因的转录，去除组蛋基因又能够转录。组蛋 白是碱性蛋白质，带正电荷，可与DNA链上带负电荷的磷酸基相结合，从而遮蔽了DNA分子，妨碍了转录，可能扮演了非特异性阻遏蛋白的作用；染色质中的非 组蛋白成分具有组织细胞特异性，可能消除组蛋白的阻遏，起到特异性的去阻遏促转录作用。发现核小体后，进一步观察核小体结构与基因转录的关系，发现活跃转录的染色质区段，有富含赖氨酸的组蛋白(H1组 蛋白)水平降低，H2AH2B组蛋白二聚体不稳定性增加、组蛋白乙酰化(acetylation)和泛素化(ubiquitination)，以及H3 组蛋白巯基化等现象，这些都是核小体不稳定或解体的因素或指征。转录活跃的区域也常缺乏核小体的结构。这些都表明核小体结构影响基因转录。3.转录活跃区域对核酸酶作用敏感度增加染色质DNA受DNase 作用通常会被降解成00、400bp的片段，反映了完整的核小体规则的重复结构。但活跃进行转录的染色质区域受DNase 消化常出现100200bp的DNA片段，且长短不均一，说明其DNA受组蛋白掩盖的结构有变化，出现了对DNase 高敏感点(hypersensitive site)。这种高敏感点常出现在转录基因的5侧区(5 flanking region)、3末端或在基因上，多在调控蛋白结合位点的附近，分析该区域核小体的结构发生变化，可能有利于调控蛋白 结合而促进转录。4.DNA拓扑结构变化天然双链DNA的构象大多是负性超螺旋。当基因活跃转录时，RNA聚合酶转录方向前方DNA的构象是正性超螺旋，其后面的DNA为负性超螺旋。正性超螺旋会拆散核小体，有利于RNA聚合酶向前移动转录；而负性超螺旋则有利于核小体的再形成。5. 真核生物能够有序地根据生长发育阶段的需要进行DNA片段重排,还能在需要时增加细胞内某些基因的拷贝数,这种能力在原核生物中是极为鲜见的。6基因扩增基因扩增为了满足某个阶段生长发育的需要，基因的拷贝数专一性大量增加的现象，是基因活性调控的一种方式。例如，非洲爪蟾的卵母细胞中原有rRNA基因（rDNA）约500会拷贝，为了满足卵裂期和胚胎期合成大量蛋白质对核糖体的需要，基因大量复制rDNA使拷贝数达到200万，扩增约4000倍。7. DNA甲基化与基因活性的调控DNA甲基化修饰途径可能存在于所有高等生物中并与基因表达调控密切相关。大量研究表明；DNA甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化则诱导了基因的重新活化和表达。DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。1.DNA的甲基化DNA甲基化修饰现象广泛存在于多种有机体中。这个过程通过改变基因的表达，参与细胞的生长、发育过程及X染色体失活等的调控。DNA甲基化主要形成5-甲基胞嘧啶(5-mC)和少量的N6-甲基腺嘌呤(N6-mA)及7-甲基鸟嘌呤(7-mG)。2.DNA甲基化抑制基因转录的机理DNA甲基化导致某些区域DNA构象变化，从而影响了蛋白质与DNA的相互作用；抑制了转录因子与启动区DNA的结合效率。用组蛋白Hl与含CCGG序列的甲基化或非甲基化DNA实验后发现：甲基化与非甲基化 DNA的构型存在着很大的差别。而甲基化达到一定程度时会发生从常规的B-DNA向Z-DNA的过渡。又由于Z-DNA结构收缩，螺旋加深，使许多蛋白质因子赖以结合的元件缩入大沟而不利于基因转录的起始。有实验用序列相同但甲基化水平不同的DNA为材料，比较其作为RNA聚合酶转录模板的活性，发现甲基的引入不利于模板与RNA聚合酶的结合，降低了其体外转录活性。5-甲基胞嘧啶在DNA上并不是随机分布的，基因的5端和3端往往富含甲基化位点，而启动区DNA分子上的甲基化密度与基因转录受抑制的程度密切相关(图7-14)。对于弱启动子来说，稀少的甲基化就能使其完全失去转录活性。当这一类启动子被增强时(带有增强子)，即使不去甲基化也可以恢复其转录活性。若进一步提高甲基化密度，即使增强后的启动子仍无转录活性。因为甲基化对转录的抑制强度与MeCPl结合DNA的能力成正相关，甲基化CpG的密度和启动子强度之间的平衡决定了该启动子是否具有转录活性。DNA的甲基化还会提高突变频率。真核生物中5-mC主要出现在5-CpG-3序列中，5-mC脱氨后生成的胸腺嘧啶(T)，不易被识别和矫正。因此，特定部位的5-mC脱氨基反应，将在DNA分子中引入可遗传的转化(CT)。若位点突变发生在DNA功能区域，就可能造成基因表达的紊乱。在多种癌细胞中，p53基因第273位密码子含CpG序列， 常由CGT突变为CAT或TGT(ArgHis或Cys)。（甲基化与X染色体失活相关内容参考书P254，结合幻灯的图进行讲解）由此可见，染色质中的基因转录前先要有一个被激活的过程，但目前对激活机制还缺乏认识。四、真核基因转录水平的调控真核基因调控主要也是在转录水平上进行的，受大量特定的顺式作用元件和反式作用因子调控，真核生物的转录调控大多数是通过顺式作用元件和反式作用因子复杂的相互作用来实现的。(一)顺式作用元件真核基因的顺式调控元件是基因周围能与特异转录因子结合而影响转录的DNA序列。其中主要是起正性调控作用的顺式作用元件，包括启动子、增强子近年又发现起负性调控作用的元件棗沉寂子。1.启动子：与原核启动子的含义相同，是指RNA聚合酶结合并起动转录的DNA序列。但真核同启动子间不像原核那 样有明显共同一致的序列，而且单靠RNA聚合酶难以结合DNA而起动转录，而是需要多种蛋白质因子的相互协调作用，不同蛋白质因子又能与不同DNA序列相 互作用，不同基因转录起始及其调控所需的蛋白因子也不完全相同，因而不同启动子序列也很不相同，要比原核更复杂、序列也更长。真核启动子一般包括转录起始 点及其上游约100200bp序列，包含有若干具有独立功能的DNA序列元件，每个元件约长730bp。启动子中的元件可以分为两种：核心启动子元件(core promoter element)指RNA聚合酶起始转录所必需的最小的DNA序列，包括转录起始点及其上游25/30bp处的TATA盒。核心元件单独起作用时只能确定转录起始位点和产生基础水平的转录。上游启动子元件(upstream promoter element)包括通常位于70bp附近的CAAT盒和GC盒、以及距转录起始点更远的上游元件。这些元件与相应的蛋白因子结合能提高或改变转录效 率。不同基因具有不同的上游启动子元件，其位置也不相同，这使得不同的基因表达分别有不同的调控。图2以人金属硫蛋白基因为例子，说明真核基因上游启动子 元件的组织情况和各元件相应结合的转录因子。2.增强子是一种能够提高转录效率的顺式调控元件，最早是在SV40病毒中发现的长约200bp的一段DNA， 可使旁侧的基因转录提高100倍，其后在多种真核生物，甚至在原核生物中都发现了增强子。增强子通常占100200bp长度，也和启动子一样由若干组件 构成，基本核心组件常为812bp，可以单拷贝或多拷贝串连形式存在。增强子的作用最主要有以下特点：增强子提高同一条DNA链上基因转录效率，可以远距离作用，通常可距离14kb、个别情况下离开所调控的基因30kb仍能发挥作用，而且在基因的上游或下游都能起作用。 增强子作用与其序列的正反方向无关，将增强子方向倒置依然能起作用。而将启动子倒就不能起作用，可见增强子与启动子是很不相同的。增强子要有启动子才能发挥作用，没有启动子存在，增强子不能表现活性。但增强子对动子没有严格的专一性，同一增强子可以影响不同类型启动子的转录。例如当含有增强子的病毒基因组整合入宿主细胞基因组时，能够增强整合区附近宿主某些基因的转录；当增强子随某些染色体段落移位时，也能提高移到的新位置周围基因的转录。使某些癌基因转录表达增强，可能是肿瘤发生的因素之一。增强子的作用机理虽然还不明确，但与其他顺式调控元件一样，必须与特定的蛋白质因结合后才能发挥增强转录的作用。增强子一般具有组织或细胞特异性，许多增强子只在某些细胞或组织中表现活性，是由这些细胞或组织中具有的特异性蛋白质因子所决定的。3.沉寂子最早在酵母中发现，以后在T淋巴细胞的T抗原受体基因的转录和重排中证实这种负调控顺式元件的存在。目前对这种在基因转录降低或关闭中起作用的序列研究还不多，但从已有的例子看到：沉寂子的作用可不受序列方向的影响，也能远距离发挥作用，并可对异源基因的表达起作用。(二)反式作用因子以反式作用影响转录的因子可统称为转录因子。RNA聚合酶是一种反式作用于转录的蛋白因子。在真核细胞中RNA聚合酶通常不能单独发挥转录作用，而需要与其他转录因子共同协作。与RNA聚合酶、相应的转录因子分别称为TF、TF、TF，对TF研究最多。表2列出真核基因转录需要基本的TF。以前认为与TATA盒结合的蛋白因子是TFD，后来发现TFD实际包括两类成分：与TATA盒结合的蛋白是TBP(TATAbox binding protein)，是唯一能识别TATA盒并与其结合的转录因子，是三种RNA聚合酶转录时都需要的；其他称为TBP相关因子，至少包括8种能与TBP紧密结合的因子。转录前先是TFD与TATA盒结合；继而TFB以其C端与TBPDNA复合体结合，其N端则 能与RNA聚合酶亲和结合，接着由两个亚基组成的TFF加入装配，TFF能与RNA聚合酶形成复合体，还具有依赖于ATP供给能量的DNA解旋 酶活性，能解开前方的DNA双螺旋，在转录链延伸中起作用。这样，启动子序列就与TFD、B、F及RNA聚合酶结合形成一个“最低限度”能有转录功 能基础的转录前起始复合物，能转录mRNA。TFH是多亚基蛋白复合体，具有依赖于ATP供给能量的DNA解旋酶活性，在转录链延伸中发挥作用；TFE是两个亚基 组成的四聚体，不直接与DNA结合而可能是与TFB联系，能提高ATP酶的活性；TFE和TFH的加入就形成完整的转录复合体，能转 录延伸生成长链RNA，TFA能稳定TFD与TATA盒的结合，提高转录效率，但不是转录复合体一定需要的。 以上所述是典型的启动子上转录复合体的形成，但有的真核启动子不含TATA盒或不通过TATA盒开始转录。例如有的无TATA盒的启动子是靠TFI和TFD共同组成稳定的转录起始复合体开始转录的。由此可以看到真核转录起始的复杂性。不同基因由不同的上游启动子元件组成，能与不同的转录因子结合，这些转录因子通过 与基础的转录复合体作用而影响转录的效率。现在已经发现有许多不同的转录因子，看到的现象是：同一DNA序列可被不同的蛋白因子所识别；能直接结合DNA 序列的蛋白因子是少数，但不同的蛋白因子间可以相互作用，因而多数转录因子是通过蛋白质蛋白质间作用与DNA序列联系并影响转录效率的。转录因子之间或转录因子与DNA的结合都会引起构象的变化，从而影响转录的效率。作为蛋白质的转录因子从功能上分析其结构可包含有不同区域，DNA结合域(DNA binding domain)，多由60100个氨基酸残基组织的几个亚区组成；转录激活域(activating domain)，常由30100氨基酸残基组成，这结构域有富含酸性氨基酸、富含谷氨酰胺、富含脯氨酸等不同种类，以酸性结构域最多见；连接区，即连 接上两个结构域的部分。不与DNA直接结合的转录因子没有DNA结合域，但能通过转录激活域直接或间接作用于转录复合体而影响转录效率。1.与DNA结合的转录因子大多以二聚体形式起作用，与DNA结合的功能域常见有以下几种：图1 HTH结构及其与DNA的结合螺旋转角螺旋(HTH)及螺旋-环-螺旋(HLH)这类结构至少有两个螺旋，其间由短肽段形成的转角或环连接，两个这样的 motif结构以二聚体形式相连，距离正好相当于DNA一个螺距(3.4nm)，两个螺旋刚好分别嵌入DNA的深沟(图1)。图2蛋白质的锌指结构锌指(zinc finger)其结构如图2所示，每个重复的“指”状结构约含23个氨基酸残基，锌以4个配价键与4个半胱氨酸、或2个半胱氨酸和2个组氨酸相结合。整 个蛋白质分子可有2?个这样的锌指重复单位。每一个单位可以其指部伸入DNA双螺旋的深沟，接触5个核苷酸。例如与GC盒结合的转录因子SP1中就有连续 的3个锌指重复结构。碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper, bZIP)，该结构的特点是蛋白质分子的肽链上每隔6个氨基酸就有一个亮氨酸残基，结果就导致这些亮氨酸残基都在螺旋的同一个方向出现。两个相同结构的 两排亮氨酸残基就能以疏水键结合成二聚体，该二聚体的另一端的肽段富含碱性氨基酸残基，借其正电荷与DNA双螺旋链上带负电荷的磷酸基团结合。若不形成二 聚体则对DNA的亲和结合力明显降低。在肝脏、小肠上皮、脂肪细胞和某些脑细胞中有称为C/EBP家族的一大类蛋白质能够与CAAT盒和病毒增强子结合， 其特征就是能形成bZIP二聚体结构。图3碱性亮氨酸拉链结构及其与DNA的结合从上述可见：转录调控的实质在于蛋白质与DNA、蛋白质与蛋白质之间的相互作用，构象的变化正是蛋白质和核酸 “活”的表现。但对生物大分子间的辨认、相互作用、结构上的变化及其在生命活动中的意义，人们的认识和研究还只在起步阶段，其中许多内容甚至重要的规律我 们可能至今还一无所知，有待于努力探索。2.常见的转录活化结构域一般是DNA结合结构域以外的30-100氨基酸残基组成，主要包括以下几种特征性结构酸性-螺旋结构域、富含谷氨酰胺结构域和富含脯氨酸结构域。a.酸性-螺旋该结构域含有由酸性氨基酸残基组成的保守序列，多呈带负电荷的亲脂性-螺旋，包含这种结构域的转录因子有GAL4、GCN4、糖皮质激素受体和AP-1/Jun等。b. 谷氨酰胺丰富区SP1的N末端含有2个主要的转录激活区，氨基酸组成中有25%的谷氨酰胺，很少有带电荷的氨基酸残基。酵母的HAP1、HAP2和GAL2及哺乳动物的OCT-1、OCT-2、Jun、AP2和SRF也含有这种结构域。c. 脯氨酸丰富区CTF家族（包括CTF-1、CTF-2、CTF-3）的C末端与其转录激活功能有关，含有20%-30%的脯氨酸残基，其它如Oct2、Jun哺乳动物转录因子中也富含这种结构。五、真核基因转录调控的主要模式（主要根据幻灯进行讲解）真核基因转录水平的调控是通过特定反式作用因子和特定顺式作用元件的相互作用实现的。反式作用因子要发挥功能也必需有一个自身活化的过程，这样它才能特异性的结合特定DNA序列，发挥转录调控作用。真核基因的表达是一个复杂的过程，细胞作为生命活动的基本单位，通过感知外界环境的变化，作出特定应答，按顺序主要分为三个阶段：1，感知外界信息；2，染色质结构的改变，相应转录因子的活化；3，特定基因的表达过程外界的信号刺激要由细胞外传递到核内，使相应基因作出应答，整个传递过程复杂多变，关键的步骤在于如何使信号顺利通过细胞包膜和核膜的阻隔，到达影响基因表达的特定区域，某些特异性活性分子起着承载和传递信号的重要作用。而胞外信号传递入细胞，主要采取一种受体、配体相互作用的方式。（一）蛋白质的磷酸化、信号传导及基因表达蛋白质的磷酸化与去磷酸化反应共同构成生物体内一种普遍的调节方式，涉及几乎所有生理、病理过程，在细胞信号的传递过程中占有极其重要的地位。磷酸化是指由蛋白质激酶催化的把ATP或GTP上位的磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基上的过程，其逆转过程是由蛋白质磷酸酶催化的，称为蛋白质去磷酸化。1 蛋白质磷酸化在细胞信号转导中的作用(1). 在胞内介导胞外信号时具有专一应答特点。这种共价修饰调节方式显然比变构调节较少受胞内代谢产物的影响。(2).蛋白质的磷酸化与脱磷酸化控制了细胞内已有的酶“活性”。这种方式能对外界刺激做出更迅速的反应。(3).对外界信号具有级联放大作用。(4).蛋白质的磷酸化与脱磷酸化保证了细胞对外界信号的持续反应。2.几种常见的激酶（1）受cAMP水平调控的A激酶(PKA)属于受体偶联G蛋白途径，其结构特点有：非活性PKA由4个亚基组成，2个为调节亚基，2个为催化亚基，调节亚基与cAMP结合，使催化亚基释放活化。PKA能磷酸化底物蛋白的特异丝氨酸或苏氨酸残，改变蛋白的酶活性。由PKA介导活化的转录因子常与基因5端常特定DNA序列TGACGTCA结合，该序列被称为cAMP应答元件（CRE）。（2）C激酶（PKC）和PIP2、IP3和DAG属于受体偶联G蛋白途径，第二信使是Ca2+和二酰基甘油（DAG）。由于IP3所引起的细胞质Ca2+浓度升高，使PKC移位到细胞膜内侧与DAG 作用。DAG提高PKC对Ca2+的亲和力，同时解除PKC调节亚基的抑制PKC包含一个催化结构域和一个调节结构域，主要磷酸化丝、苏氨酸残基。（3）酪氨酸蛋白激酶（PTK）酪氨酸激酶是以激酶被磷酸化位点为酪氨酸为特点，按结构可分为两类：受体酪氨酸激酶（RPTK）：为跨膜蛋白，表皮生长因子（EGF）、胰岛素样生长因子（IGF）等细胞因子的受体都属于这一类，由胞外结合配体结构域 、跨膜区和胞内激酶结构域组成。胞质非受体酪氨酸激酶：有与受体酪氨酸激酶同源的激酶结构域，包括Src家族、Tec家族、ZAP70家族、JAK家族等。（4）CaM激酶和MAP激酶钙调素由单一肽链构成，具有四个钙离子结合部位。结合钙离子发生构象改变，可激活钙调素依赖性激酶。MAP激酶家族活性受许多外源细胞生长、分化因子的诱导，也受到酪氨酸蛋白激酶及G蛋白受体系统的调控。其特点是形成蛋白磷酸化的级联反应，最后磷酸化核转录因子，实现对基因表达的调控。（蛋白质磷酸化参与细胞周期调控参考书P274进行讲解）3.蛋白质磷酸化状态与基因表达的关系转录因子通过磷酸化和去磷酸化来调节基因活性。不同的转录因子，因其磷酸化状态的不同，其功能也有不同。（1）对转录因子核定位的调节蛋白质磷酸化状态能影响核转录因子能否进入细胞核发挥转录调控作用。有的需要磷酸化，有的需要去磷酸化。大致分以下三种情况：a,转录因子磷酸化易于进胞核。SV40抗原未磷酸化时存在于胞质，其111和112位残基被酪蛋白激酶II（CKII）磷酸化后，使其变构而易于进入细胞核。b,转录因子去磷酸化易于进胞核。转录因子SWI5以磷酸化的状态存在于胞质中，需要时，其上三个丝氨酸残基去磷酸化，蛋白结构改变，可以进入胞核。c,还有一种情况，介导转录因子进入胞核的结构域被其他蛋白掩盖，磷酸化掩盖蛋白上的特定氨基酸，使其结构改变，就可以使转录因子与该蛋白解离，进入胞核。代表性的是NF-B蛋白。(2) 磷酸化对转录因子转位入核的影响转录因子上的DNA结合结构域或其附近残基的磷酸化状态，影响其与DNA序列的结合。大致也分两种情况a,转录因子磷酸化抑制结合例：静止态细胞中，AP-1复合体中转录因子c-Jun DNA结合域附近的3个氨基酸残基（Thr231，Ser243和Ser249）被Gsk-3和CKII磷酸化，不能与DNA结合。受到生长因子等刺激时，c-Jun去磷酸化，恢复DNA结合活性并激活基因转录。b,转录因子去磷酸化不能结合例：血清反应因子（SRF）DNA结合域上游附近有4个磷酸化位点(577/579/583/585)，未磷酸化时无DNA结合活性。受到刺激时，4个残基全被磷酸化，有较强的DNA结合活性。(二)、激素调控激素的种类很多，按其结构特点大致分为类固醇激素和一般代谢性激素。由于结构上的差别，这两类激素发挥转录调控的方式各有特点。1.类固醇激素对转录的调节这些激素通常由一类细胞分泌，然后将信号转移给另一类细胞。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因子相互作用。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结合结构城与特定的DNA序列或反应元件作用，从而激活目标基因。相关受体中比较重要的有:糖皮质激素、雌性激素、视黄酸和甲状腺激素受体。甲状腺激素受体在没有激素结合的情况下自身是阻抑蛋白，一旦与激素结合后可转化为转录激活因子。2.一般代谢性激素的调控方式代谢性激素一般是水溶性的多肽分子，它们是不能直接穿过靶细胞膜的，只能经膜上的信号转换机制实现信号传递，通常在包膜上存在特异性的受体。代谢性激素与相应受体结合，激活受体，通过受体偶联的G蛋白途径或酪氨酸蛋白激酶途径等，进一步活化胞内相应转录因子，发挥基因表达调控的作用。（三）热激蛋白诱导的基因表达和金属硫蛋白基因的多重调控主要参考幻灯进行讲解六、转录后的基因调控转录调节是基因表达调控的最重要方式，但还有其他方式。1、真核基因有插入序列，结构基因被分割成不同的片段。2、真核生物基因转录在核内进行，翻译在细胞质中进行，有mRNA的运送过程。基因表达的过程中可能被调控，步骤越多产生调控的形式也会越多。真核生物转录之后到达翻译的路比原核生物长，所经步骤也多，因此，基因的转录后调控就显得更为重要。RNA的加工成熟和蛋白质合成，在真核基因调控中起着重要作用。1、RNA的加工成熟各种基因的转录产物都是RNA，无论是rRNA、tRNA，还是mRNA，初级转录产物只有经过加工，才能成为有生物功能的活性分子。（1）rRNA和tRNA的加工成熟 rRNA加工有两个内容，一个是分子内的切割，另一个是化学修饰。真核生物的rRNA基因转录时先产生一个45S的前体rRNA，然后被核酸酶逐渐降解，形成成熟的18S、28S和5.8S rRNA。rRNA基因转录主要在细胞核仁内进行，初级转录产物45S前体rRNA很快就会被加工降解，生成不同相对分子质量的成熟rRNA。rRNA的化学修饰主要是核糖甲基化。tRNA基因转录时也可能先生成前体tRNA；然后再进行加工成熟。tRNA基因的初级转录产物在进入细胞质后，首先经过核苷的修饰，生成4.5 S前体tRNA，再剪接成为成熟tRNA(4S)。（2）mRNA的加工成熟编码蛋白质的基因转录产生mRNA。这类基因产物在转录后要进行一系列的加工变化，才能成为成熟的有生物功能的mRNA。这些加工主要包括在mRNA的5末端加帽子，在其3末端加上poly(A)，进行RNA的剪接以及核苷酸的甲基化修饰等。由于mRNA的这些结构与它作为蛋白质合成模板的功能有密切关系，所以是基因表达的重要调控环节。编码蛋白质的基因转录时首先生成前体pre-mRNA(或称核不均一RNA，hnRNA)，然后再加工剪接为成熟mRNA。（3）真核生物基因转录后加工的多样性真核生物的基因可以按其转录方式分为两大类:即简单转录单位和复杂转录单位。这两种转录方式虽然最终都产生蛋白质，但它们的转录后加工方式是不同的。a,简单转录单位 这类基因只编码产生一个多肽，其原始转录产物有时需要加工，有时则不需要加工。这类基因转录后加工有3种不同形式(图7-44)。第一种简单转录单位，如组蛋白基因，它们没有内含子，因此不存在转录后加工问题，其mRNA3末端没有poly(A)，但有一个保守的回文序列作为转录终止信号。已知高等真核生物有3种不同的组蛋白，即与DNA复制有关的、与复制无关的和组织特异性组蛋白。第二种简单转录单位包括腺病毒蛋白IX、-干扰素和许多酵母蛋白质基因，它们没有内含子，所编码的mRNA不需要剪接，但需要加poly(A)。第三种简单转录单位包括和-珠蛋白基因及许多细胞蛋白基因，这些基因虽然都有内含子，需要进行转录后加工剪接，还要加poly(A)，但它们只产生一个有功能的mRNA，所以仍然是简单转录单位。b,复杂转录单位 含有复杂转录单位的主要是一些编码组织和发育特异性蛋白质的基因，它们除了含有数量不等的内含子以外，其原始转录产物能通过多种不同方式加工成两个或两个以上的mRNA。利用多个5端转录起始位点或剪接位点产生不同的蛋白质。小鼠和鸡的肌球蛋白轻链基因、果蝇EH8基因、脱氢酶基因、小鼠唾液与肝脏-淀粉酶基因、田鼠乙酰辅酶A基因等都属于这种成熟方式。图7-45说明肌球蛋白碱性轻链基因选用了不同的5转录起始位点及剪接不同外显子产生蛋白质异构体LCl和LC3的过程。由于选用不同的转录起始位点，还导致了小鼠-淀粉酶基因的组织特异性。利用多个加poly(A)位点和不同的剪接方式产生不同的蛋白质。这类基因调控点不在5末端和内含子的不同剪接。而在于有两个或多个加poly(A)位点，因此可通过不同的剪接方式得到不同的蛋白质。这类基因的有腺病毒晚期基因等。以大鼠降钙素基因为例，它编码与血钙代谢有关的蛋白质。该基因有一个转录起始位点和5个外显子，两个加poly(A)位点。如果初级转录产物以0123号外显子连接在一起，并利用外显子3后面的poly(A)位点，就产生降钙素mRNA。但当初级转录产物以012345号外显子连接在一起，并利用外显子5以后的加poly(A)位点，就产生了编码与降钙素基因表达有关的多肽CGRP的mRNA。虽无剪接，但有多个转录起始位点或加多聚（A）位点的基因。虽然原始转录产物的蛋白质编码区和3末端都相同，不同的5末端却导致了分泌型和胞内型蛋白的产生，其中分泌型蔗糖酶是可调节的，而胞内型则是组成型的。(4)mRNA有效性的调控真核生物能否长时间、及时地利用成熟的mRNA分子翻译出蛋白质以供生长、发育的需要，是与mRNA的稳定性以及屏蔽状态的解除密切相关的。原核生物mRNA的半衰期很短，平均大约3min。高等真核生物迅速生长的细胞中mRNA的半衰期平均约为3h。在高度分化的终端细胞中许多mRNA极其稳定，有的寿命长达几天或十几天，加上强启动子的转录，使一些终端细胞特有的蛋白质合成达到惊人的水平。例如，家蚕丝心蛋白基因具有很强的启动子，几天内即可转录出105个丝心蛋白mRNA，而它的寿命长达4天，每个mRNA分子能重复翻译出105个丝心蛋白，所以4天内可产生1010个丝心蛋白，说明mRNA寿命的延长是mRNA有效性的一个重要因素。七、 翻译水平的调控在蛋白质生物合成的起始反应中主要涉及到细胞中的4种装置，这就是:核糖体，它是蛋白质生物合成的场所;蛋白质合成的模板mRNA，它是传递基因信息的媒介;可溶性蛋白因子，这是蛋白质生物合成起始物形成所必需的因子;tRNA，它是氨基酸的携带者。只有这些装置和谐统一才能完成蛋白质的生物合成。我们已在前几章讨论了上述各点，这里仅就mRNA在蛋白质合成中的调控功能作些探讨。1、真核生物mRNA的扫描模式与蛋白质合成的起始大量实验证明，在真核生物起始蛋白质合成时，40S核糖体亚基及有关合成起始因子首先与mRNA模板靠近5末端处结合，然后向3方向滑行，发现AUG起始密码子时，与60S大亚基结合形成80S起始复合物。这就是Kozak提出的真核生物蛋白质合成起始的扫描模式。那么，为什么核糖体滑行到mRNA的第一个AUG，即在离5末端最近的起始密码位点就停下来并起始翻译呢?现在认为，这是由AUG的前(5方向)和后(3方向)序列所决定的。调查了200多种真核生物mRNA中5末端第一个AUG前后序列发现，除少数例外，绝大部分都是A/G NNAUGG，说明这样的序列对翻译起始来说是最为合适的。所以，扫描模式相当合理地说明了许多真核生物mRNA的单一顺反子性质，也合理地解释了为什么将mRNA水解之后，它内部的起始密码会被活化。因为mRNA的水解产生出了新的5末端，所以它又可以成为40 S起始复合物的进入位点。那么，真核生物中具有相关生物功能的基因通过什么样的补偿机制得以协同表达呢?有人提出，真核生物通过融合基因的方式产生出多聚顺反子的替代物，即“多聚蛋白质”。多聚蛋白质是由相当长的mRNA编码的，如色氨酸合成酶，它的亚基(相对分子质量28727)和2亚基(相对分子质量42756)在大肠杆菌中分别由不同基因编码，但是，在真核生物酵母中，这两个多肽融合形成相对分子质量为76000的双功能蛋白质。红色链孢霉的a