第十三章 基因的转录、转录后

第十三章第十三章 基因的转录 转录后基因的转录 转录后 第十三章基因的转录 转录后第十三章基因的转录 转录后 加工及逆转录加工及逆转录 转录 transcription 是以 DNA 单链为模板 NTP 为原料 在 DNA 依赖的 RNA 聚合酶催化下合成 RNA 链的过程 与 DNA 的复制相比 有很多相同或相 似之处 亦有其特点 它们之间的异同可简要示于表 13 1 转录的模板是单链 DNA 与复制的模板有较多的不同特点 引出了下列相关 概念 转录过程只以基因组 DNA 中编码 RNA mRNA tRNA rRNA 及小 RNA 的区段为模板 把 DNA 分子中能转录出 RNA 的区段 称为结构基因 structure gene 结构基因的双链中 仅有一股链作为模板转录成 RNA 称为模板链 template strand 也称作 Watson W 链 Watson strand 负 链 minus strand 或反意义链 antisense strand 与 模板链相对应的互补链 其编码区的碱基序列与 mRNA 的密码序列相同 仅 T U 互换 称为编码链 coding strand 也称作 Crick C 链 Crick strand 正 链 plus strand 或有意义链 sense strand 不同 基因的模板链与编码链 在 DNA 分子上并不是固定在某一股链 这种现象 称为不对称转录 asymmetric transcription 模板链在相同双链的不同 单股时 由于转录方向都从 5 3 表观上转录方向相反 如图 13 1 与 DNA 复制类似 转录过程在原核生物和真核生物中所需的酶和相关因子 有所不同 转录过程及转录后的加工修饰亦有差异 下面的讨论中将分别 叙述 参与转录的酶参与转录的酶 转录酶 transcriptase 是依赖 DNA 的 RNA 聚合酶 DNA dependent RNA polymerase DDRP 亦称为 DNA 指导的 RNA 聚合酶 DNA directed RNA polymerase 简称为 RNA 聚合酶 RNA pol 它以 DNA 为模板催化 RNA 的合成 原核生物和真核生物的转录酶 均能在模板链的转录起始部位 催化 2 个 游离的 NTP 形成磷酸二酯键而引发转录的起始 如图 13 2 所示 因此 转 录的起始不需引物 这也是转录与复制在起始阶段的一大区别 一 原核生物的一 原核生物的 RNARNA 聚合酶聚合酶 细菌中只发现一种 RNA 聚合酶 能催化 mRNA tRNA 和 rRNA 等的合成 研 究得比较清楚的是大肠杆菌 E coli 的 RNA 聚合酶 一 大肠杆菌 一 大肠杆菌 RNARNA 聚合酶的组成聚合酶的组成 大肠杆菌 RNA 聚合酶的分子量约 450kDa 由四种 5 个亚基 2 组成全酶 holoenzyne 亚基与全酶疏松结合 在胞内 外均容易从 全酶中解离 解离后的部分 2 称为核心酶 core enzyme 通过利福霉素等抑制转录的实验研究 对转录酶各亚基的功能已有一定的 认识 亚基可能参与全酶的组装及全酶识别启动子 从而决定哪些基因 可转录 亚基与底物 NTP 及新生 RNA 链结合 亚基与模板 DNA 结 合 和 亚基组成酶的活性中心 通过 DNA 的磷酸基团与核心酶的碱 性基团间的非特异性吸附作用 核心酶能与模板 DNA 非特异性松驰结合 亚基的功能是识别启动子 辩认转录起始点 但不能单独与 DNA 模板结 合 当它与核心酶结合时 可引起酶构象的改变 从而改变核心酶与 DNA 结合的性质 使全酶对转录起始点的亲和力比其他部位高 4 个数量级 在 转录延长阶段 亚基与核心酶分离 仅由核心酶参与延长过程 因此 亚基实际上被认为是一种转录辅助因子 因而称为 因子 factor 二 二 因子因子 生物体在生命周期的不同阶段或在内 外环境有所变化时 其基因表达有 一定的时 空顺序 以适应生长 发育及环境变化的需要 RNA 聚合酶的活 性是决定基因表达的重要一环 而 因子是 RNA 聚合酶识别及结合启动子 的亚基 原核生物中所有 RNA 的转录都由同一种 RNA 聚合酶催化 在生命 周期的不同阶段或不同环境下 这个酶如何识别所有转录单位的启动子 是由识别启动子的 因子来完成的 基因启动子 35 和 10 区的共有序列 图 13 3 是 因子识别的位点 如 表 13 2 所示 不同的 因子能识别的共有序列可以完全不同 二 真核生物的二 真核生物的 RNARNA 聚合酶聚合酶 真核生物的 RNA 聚合酶已发现有三种 称为 RNA 聚合酶 I II 和 III 分别 负责转录不同的 RNA 它们对特异性抑制剂鹅膏蕈碱的敏感性亦有差异 如 表 13 3 所示 第二节转录过程第二节转录过程 转录是生物合成 RNA 的过程 与复制相似 有起始 核苷酸链延长和链合 成终止三个阶段 一 转录的起始一 转录的起始 转录的起始 就是形成转录起始复合物的过程 这一阶段反应所需的辅助 因子 在原核生物与真核生物之间有较大的差异 原核生物转录的起始原核生物转录的起始 转录的起始由 RNA 聚合酶与 DNA 模板的启动子 promoter 结合 经过对百种以上原核生物不同基因的启动子进行分析 发现启动子具有下 列的共同点 在 10bp 处有一段共有序列 consensus sequence 富含 AT 即 TATAAT 系 Pribnow 等首先发现 因而称为 Pribnow 盒 box 再往上游 35bp 的中心处又有一组保守的共有序列 即 TTGACT 启动子邻 近的结构示如图 13 3 结合过程可分为二个步骤 首先由 因子辨认启动子的 35 区 全酶与该 区结合 形成疏松的复合物 此时 DNA 双链未解开 因而称为封闭型转录 起始复合物 继而 RNA 聚合酶移向 10 区及转录起始点 在 20 区处 DNA 发生局部解链 形成 12 17bp 的单链区 RNA 聚合酶与 DNA 结合更紧密 形成开放型转录起始复合物 以单链的模板链为模板 RNA 聚合酶上的起始 位点和延伸位点被相应的 NTP 占据 聚合酶的 亚基催化第一个磷酸二酯 键的生成 亚基从全酶解离 形成 DNA RNA 聚合酶 核心酶 结合在一 起的起始延伸复合物 真核生物转录的起始真核生物转录的起始 真核生物有三种 RNA 聚合酶 分别催化不同 RNA 的合成 每种酶都需要一 些蛋白质辅助因子 称为转录因子 transcription factor TF 为方便讨 论 转录因子的命名冠以聚合酶的名称 如 RNA 聚合酶 所需的转录因子 称为转录因子 transcription factor TF 1 1 RNARNA 聚合酶聚合酶 I I 催化的转录起始催化的转录起始 RNA 聚合酶 I 催化前 rRNA 40S RNA 的 合成 前 rRNA 基因转录起始点上游有两个顺式作用元件 cis acting element 一个是跨越起始点的核心元件 core element 另一个在 100bp 处有上游调控元件 upstream control element UCE RNA 聚合酶 I 催化的转录需要 2 种转录因子 分别称为上游结合因子 upstream binding factor UBF 和选择性因子 1 selective factor1 SL1 SL1 含有 4 个亚基 一个是 TATA 盒结合蛋白 TATA binding protein TBP 另 3 个是 TBP 相关因子 TBP associated factors TAF UBF 与 DNA 结合 令模板 DNA 发生弯曲 使相距上百 bp 的 UCE 和核心元件靠拢 接着 SL1 和 pol I 相继结合到 UBF DNA 复合物上 完成起始复合物的组建 开始转录 如 图 13 4 所示 2 RNARNA 聚合酶聚合酶 IIII 催化的转录起始催化的转录起始 RNA 聚合酶 II 催化各种前体 mRNA 的合成 研究表明 RNA 聚合酶 II 催化 的转录起始需要较多的转录因子参与 为了便于讨论 它们的命名是在转 录因子 TF 后加上大写字母 分别称为 TF A J RNA 聚合酶 结合的启动子的特点是 转录起始点上游有三处参与转录调控 的保守序列或称为顺式作用元件 在 90bp 处有核心序列为 GGGCGG 的 GC 盒 70bp 处有共有 consensus 序列为 GGC T CAATCT 的 CAAT 盒 30bp 处有共有序列为 TATAA T AAT 的 TATA 盒 又称 Hogness 盒 Hogness box 转录起始点与原核生物相似 大多数为 A 或 G 转录起始复合物的组装 如图 13 5 3 3 RNARNA 聚合酶聚合酶 催化的转录起始催化的转录起始 RNA 聚合酶 催化 tRNA 5S rRNA 和 7S rRNA 的转录 1 tRNA 基因转录的起始 tRNA 基因的转录初产物是 tRNA 的前体 经 加工后产生多个成熟 tRNA 在 DNA 上的调控序列位于起始转录位点的下游 称为内部启动子 有二个调控区 分别位于编码 tRNA D 环和 T 环的序列 分别称为 A 盒和 B 盒 如图 3 6 所示 2 5S RNA 基因转录的起始 5S RNA 基因的转录除了需要 TF B 和 TF C 外 还需要 TF A 首先由 TF A 结合到起始位点下游 81 99 bp 处 C 盒 然后 TF C 结合到 A 盒和 B 盒 继而是类似 tRNA 的转录 TF B 与 TF C 作用 和聚合酶 的结合 即可起始转录 二 转录的延长二 转录的延长 转录延长阶段发生的反应 在原核生物和真核生物比较相近 总的来说 一是聚合酶如何向转录起始点下游移动 继续指导核苷酸之间磷酸二酯键 的形成 二是转录区的模板如何形成局部单链区 便于转录 原核生物 RNA 聚合酶催化转录起始 即核苷酸链中的第一个磷酸二酯键形 成后 因子从全酶中解离出来 核心酶就能沿 DNA 分子移动 真核生物 RNA 聚合酶不仅需要较多的转录因子来催化起始 而且转录起始后 酶的移 动也靠多种转录因子的共同作用使酶的构象发生改变来实现 如在 TF H 等作用下 聚合酶 C 端丝氨酸残基的磷酸化是聚合酶向下游移动的重要因 素 在转录延长过程中 DNA 双链需解开 10 20 bp 形成的局部单链区象一个 小泡 故形象地称为转录泡 transcription bubble 转录泡是指 RNA 聚合酶 DNA 模板 转录产物 RNA 结合在一起形成的转录复合物 为了保持局 部的转录泡状态 在 RNA 聚合酶下游的 DNA 需不断解链 可使其下游的 DNA 未解开双链部分 越缠越紧 形成正超螺旋 而其上游 DNA 变得松驰 产生负超螺旋 需要解旋酶 gyrase 和拓扑异构酶来消除这些现象 如 图 13 7 转录起始复合物中 核苷酸之间第一个磷酸二酯键的形成是由第一个核苷 酸的 3 OH 与第二个核苷酸的 5 磷酸之间脱水而成 第一个核苷酸常为 G 来自 GTP 的 5 三磷酸仍保留 第二个核苷酸的 3 OH 仍然游离形成 5 pppGpN OH3 在聚合酶沿模板链的 3 5 移动时 可按模板链碱基 序列的指引 相应 NTP 上的 磷酸可与延长新链的 3 OH 相继形成磷酸 二酯键 其 磷酸基脱落生成焦磷酸后迅速水解 释放的能量进一步 推动转录 使新合成的 RNA 链沿着 5 3 方向逐步延长 在转录局部形 成的 RNA DNA 杂化双链之间的引力比 DNA 双链的弱 因为杂化双链间存在 dA rU 配对 dA rU 的稳定性比 dA dT 的小 延长中的 RNA 链的 5 端会被重新形成的 DNA 双链挤出 使合成中的 RNA 的 5 端游离于转录复 合物 三 转录的终止三 转录的终止 原核生物转录的终止原核生物转录的终止 原核生物转录的终止有两种主要机制 一种机制是需要蛋白质因子 Rho 的参与 称为依赖 因子 factor 的转录终止机制 另一种 机制是在离体系统中观察到 纯化的 RNA 聚合酶不需要其他蛋白质因子参 与 可使转录终止 称为不依赖 因子的转录终止机制 1 1 依赖依赖 因子的转录终止 因子的转录终止 因子是一种分子量为 46kDa 的蛋白质 以 六聚体为活性形式 依赖 因子的终止位点 未发现有特殊的 DNA 序列 但 因子能与转录中的 RNA 结合 因子的六聚体被约 70 80 nt 的 RNA 包绕 激活 因子的 ATP 酶 ATPase 活性 并向 RNA 的 3 端滑动 滑 至 RNA 聚合酶附近时 RNA 聚合酶暂停聚合活性 使 RNA DNA 杂化链解链 转录的 RNA 释放出来而终止转录 如图 13 8 所示 2 2 不依赖 不依赖 因子的转录终止 因子的转录终止 在这种转录终止系统中 模板 DNA 在终止 位点附近有特殊的连续 T 序列 在连续 T 之前有富含 GC 互补区及几个插入 碱基 如图 13 9 这种互补区的转录物可形成茎 环结构 影响 RNA 聚合酶 的构象使转录暂停 同时 由于转录产物的 rU n 与模板的 dA n 之间 的 dA rU 杂交区的双链是最不稳定的双链 使杂化链的稳定性下降 而转 录泡模板区的两股 DNA 容易恢复双链 释出转录产物 RNA 使转录终止 真核生物转录的终止真核生物转录的终止 真核生物转录终止的机制 目前了解尚不多 而且 3 种 RNA 聚合酶的转录 终止不完全相同 RNA 聚合酶 催化的转录有 18 bp 的终止子序列 可被辅 助因子识别 RNA 聚合酶 II 和 III 催化转录的终止子 可能有与原核生物 不依赖 因子的终止子相似的结构和终止机制 即有富含 GC 的茎 环结构 stem loop structure 和连续的 U 由于成熟的 mRNA 3 端已被切除了一 段并加入了 poly A 尾 具体的转录终止点目前尚未认识 四 四 转录的抑制作用转录的抑制作用 一 作用于模板 DNA 的转录抑制剂 如放线菌素 D actinomycin D 能插入至 DNA 双链中两对 dG dC 之间 低浓度时 阻止 RNA 链的延长 高浓度时可抑制 RNA 的起始 也抑制 DNA 复制 二 作用于 RNA 聚合酶的转录抑制剂 如利福平或利福霉素 能与原核细胞 RNA 聚合酶的 亚基非共价结合 阻 止 RNA 转录的起始 对真核生物 RNA 聚合酶无作用 该药临床用于治疗结 核杆菌引起的疾病 鹅膏蕈碱则是真核生物 RNA 聚合酶 的抑制剂 第三节第三节 RNARNA 转录后的加工转录后的加工 一 原核生物一 原核生物 RNARNA 转录后的加工转录后的加工 原核生物 mRNA 的转录产物 一般无需加工已具有活性 即可作为翻译的模 板 近年也发现需要添加 3 poly A 的现象 而对 rRNA 和 tRNA 转录产物 的加工 修饰了解比较多 分别叙述如下 rRNArRNA 的加工的加工 tRNAtRNA 的加工的加工 1 1 RNARNA 酶酶 IIIIII 2 2 RNARNA 酶酶 D D 3 3 RNARNA 酶酶 P P 4 4 tRNAtRNA 核苷酸转移酶核苷酸转移酶 型 tRNA 没有 3 端的 CCA I 型 tRNA 的 3 端 CCA 亦有被核酸酶降解的可能性 此酶以 ATP 和 CTP 为原料催化 tRNA 3 端 CCA 的形成 二 真核生物二 真核生物 RNARNA 转录后的加工转录后的加工 rRNArRNA 转录后的加工转录后的加工 真核生物的 rRNA 有 5S 5 8S 18S 和 28S 四种 其中 5 8S 18S 和 28S 是 由 RNA 聚合酶 I 催化一个转录单位 产生 45S rRNA 前体 rRNA 转录后加工 包括前体 rRNA 与蛋白质结合 然后再切割和甲基化 在研究 rRNA 转录加工的过程中 发现某些真核生物如四膜虫 Trtrahymena 的 26S rRNA 的 前体为 6 4kb 含有 414 核苷酸的内含子 可以在完全没有蛋白质 的条件下 自身剪接 能很准确地将 414 核苷酸内含子剪除 而使两个外 显子相连接为成熟的 26S RNA 这种具有催化功能的 RNA 称为核酶 ribozyme 意为可切割特异性 RNA 序列的 RNA 分子 核酶的二级结构 有多种 其中一种呈槌头状 hammerhead 结构 含有若干茎 stems 和 环 loops 例如烟草环斑 rinsport 病毒的卫星 RNA 的自身剪接序列 具有槌头状结构 如图 13 11 所示 根据核酶的槌头状结构 通过人工设计合成 可使原来没有核酶活性的 RNA 成为具有核酶活性的 RNA 用于阻断病源生物或肿瘤基因的表达 为 对感染性疾病及肿瘤的治疗提供了新的思路 如图 13 12 所示 下半部的 24 核苷酸链 是没有核酶活性的病原体或肿瘤的 RNA 根据槌头状结构 原理 人工设计合成上半部的 19 核苷酸链 与其配成槌头状结构 使下半 部分成为人工核酶的特异切割部位 阻断其表达 达到防治某些疾病的目 的 例如 现已在探索用核酶来破坏人免疫缺陷病毒 HIV 的临床治疗方 案 tRNAtRNA 转录后的加工转录后的加工 前 tRNA 的加工包括切除和碱基修饰 有些则需剪接 前 tRNA 的碱基约有 10 需要酶促修饰 修饰有如下类型 前 tRNA3 端 的 U 由 CCA 取代 嘌呤碱或核糖 C2 的甲基化 尿苷被还原成双氢尿 苷 DH 或核苷内的转位反应 成为假尿嘧啶核苷 T 某些腺苷酸 脱氨成为次黄嘌呤核苷酸 AMP IMP mRNAmRNA 转录后的加工转录后的加工 真核生物 mRNA 由 RNA 聚合酶 II 催化转录 初始产物为核不均一 RNA heterogeneous nuclear RNA hnRNA 新生的 hnRNA 从开始形成到 转录终止 就逐步与蛋白质结合形成不均一核糖核蛋白 hnRNP 颗粒 前 mRNA 加工的顺序是形成 5 帽子结构 内切酶去除 3 端的一段序列 poly A 聚合酶催化形成 3 polyA 尾 最后是剪接去除内含子转变为成熟的 mRNA 1 1 5 5 帽的形成 帽的形成 hnRNA 5 端的第一个核苷酸通常为三磷酸鸟苷 5 pppGpN 在磷酸酶催化下去除 磷酸基团形成 5 ppGpN 经 鸟苷酰转移酶催化与另一个 GTP pppG 作用生成 GpppGpN 在鸟嘌 呤 7 甲基转移酶作用下 以 S 腺苷蛋氨酸为甲基来源 生成 m7GpppGpN 再经 2 甲基转移酶催化 使 5 端原来的第一位 甚 至第二位核苷酸的 2 O 位甲基化 形成 m7GpppGmN 或 m7GpppGpmNm 可见 5 帽结构有三种形式 m7GpppGpN 为帽 0 m7GpppGmpN 为帽 1 m7GpppGmpNm 为帽 2 不同真核生物的 mRNA 或同一生物的不同 mRNA 有不同的 5 帽结构 2 2 前 前 mRNAmRNA 3 3 端切除及加端切除及加 polypoly A A 尾 尾 除组蛋白的 mRNA 外 真核生物的 所有 mRNA 都有 3 poly A 尾 研究表明 由于结构基因中编码链的 3 端 没有 poly A 序列 mRNA 的 poly A 尾是转录后加工形成的 其过程是 加 poly A 位点上游 10 35 核苷酸处有 AAUAAA 序列 下游约 50 核苷酸处有富 含 GU 序列 这两处序列是剪切和加 poly A 所需的信号 首先由剪切和聚 腺苷化特异因子 cleavage and polyadenylation specific factor CPSF 结合到上游富 AAUAAA 序列 剪除刺激因子 cleavage stimulation factor CSF 与下游富含 GU 序列作用 剪除因子 cleavage factor CF 相继与之结合 使其更趋稳定 在剪除之 前 poly A 聚合酶结合到复合物上 使剪切后游离的 3 端能迅速腺苷酸 化 poly A 的生成分二个阶段 如图 13 14 3 3 mRNAmRNA 的剪接 的剪接 真核生物编码 mRNA 的基因是断裂基因 有外显子和内含 子并共同转录于初始转录产物中 须将转录产物中的内含子去除 并把外 显子连接为成熟的 mRNA 分子 这个过程称为剪接 splicing 剪接位点 在外显子的 3 端与内含子的 5 端连接点及内含子 3 端与下一个外显子 5 端连接点 为便于叙述 把位于内含子 5 端的剪切点称为 5 端剪接 点 位于内含子 3 端的剪切点称为 3 端剪接点 从图 13 15 中可见 几乎所有真核生物的核前 mRNA 都有特征的 GU AG 序 列 称为 GU AG 规则 内含子离 3 剪切点 20 50bp 范围有一个 A 也是不 变的 称为分支点 分支点附近有保守序列 如 UACUA AAC 其中 3 端倒数 第二个碱基 A 为分支点 剪接过程 四 四 RNARNA 编辑编辑 RNA 编辑 RNA editing 是指 RNA 前体除上述加帽 添尾 剪接 修饰等 程序外 需对其序列进行改编 改编过程包括在 RNA 前体分子中插入 剔 除 或置换一些核苷酸残基 例如人的载脂蛋白 B Apo B 有两种形式 一种是肝细胞合成的分子量为 512 kDa 的 Apo B 100 参与细胞内合成的脂 类的运输 另一种在小肠细胞合成的分子量为 240 kDa 的 Apo B 48 参与 以乳糜微粒形式携带食物中的脂类 这是由 mRNA 合成后在其第 2 153 位密 码子 CAA 谷氨酰胺 的 C 变成 U 而成 UAA 终止子 所以蛋白质合成到 此密码子即终止 产生含 2 152 氨基酸残基的 Apo B 48 未被编辑的 mRNA 则翻译成含 4 536 氨基酸残基的 Apo B 100 图 13 18 由于催化胞嘧啶 变成尿嘧啶的脱氨酶只存在于小肠 故 Apo B 48 只在小肠合成 所以 RNA 编辑可以看作是对生物学中心法则的一个重要补充 RNA 编辑的多种形式极 大地增加了 mRNA 的遗传信息容量 第四节逆转录 逆转录病毒及癌基因第四节逆转录 逆转录病毒及癌基因 一 逆转录病毒及逆转录酶一 逆转录病毒及逆转录酶 一 发现一 发现 前节讨论的转录是以 DNA 为模板 在 RNA 聚合酶的作用下转录成 RNA 即信 息是从 DNA 流向 RNA 某些病毒的基因组是 RNA 而不是 DNA 这类病毒称 为 RNA 病毒 1964 年 Temin 观察到有些致肿瘤的 RNA 病毒 如鸡肉瘤病毒 avian sarcoma virus ASV 感染细胞的作用能被 DNA 复制抑制剂 如甲 氨喋呤 MTX 5FdUMP 等所阻断 说明 ASV 的繁殖需要 DNA 的合成 另一 发现为放线菌素 D 能抑制子代病毒颗粒的产生 放线菌素 D 是抑制以 DNA 为模板的 RNA 合成 这说明 RNA 肿瘤病毒在宿主细胞的繁殖 需要通过细 胞 RNA 的合成 因此 Temin 大胆提出一种设想 即 RNA 肿瘤病毒先变成 DNA 原病毒 provirus 再产生 RNA 肿瘤病毒 这意味着遗传信息也可以从 RNA 流向 DNA 1970 年 Temin 和 Baltimore 各自发现 RNA 肿瘤病毒含有一种酶 称为逆转 录酶 reverse transcriptase 这种酶以 RNA 为模板 在有 4 种 dNTP 存 在及合适条件下 能按碱基互补配对的原则 合成互补 DNA complementary DNA cDNA 这种酶也称 RNA 依赖的 DNA 聚合酶 RNA dependent DNA polymerase 由于 RNA 肿瘤病毒含有这种逆转录酶 所以也称为逆转录病 毒 retrovirus 这一发现使生物中心法则内容更充实和完善 Temin 和 Baltimore 也因此而获得诺贝尔奖金 逆转录病毒颗粒的直径约为 1 000 基因组由两个完全相同的单链 RNA 分 子组成 每分子约 3 5 10 kb 不同毒株差异较大 还含有若干分子的逆 转录酶及来自宿主的 tRNA 二二 ASV ASV 的基因组的基因组 图 13 19 显示 ASV 原病毒基因组的结构 两侧端为长末端重复序列 1ong terminal repeat LTR R 为两侧完全相同的序列 U5 及 U3 则序列不同 两侧 LTR 含整合信号 启动子 增强子及加 poly A 等信号序列 紧接 5 端的下游有病毒包装的序列 是包装成病毒颗粒的必需信号 三 逆转录病毒的生活周期 三 逆转录病毒的生活周期 当病毒与宿主细胞受体结合后 病毒颗粒进入细胞内 开始病毒的生活周 期 有两个阶 1 第一阶段病毒 RNA 基因组逆转录成 DNA 前病毒 再整合至宿主基因组中 逆转录酶具有催化三种反应的活性 RNA 指导的 DNA 合成 RNA 的水解 DNA 指导的 DNA 合成 如图 13 20 所示 合成的起始可能是利用 tRNA 作 为引物 合成的双链 DNA 原病毒可整合到宿主细胞的基因组中 2 第二阶段包括已整合至宿主基因组的原病毒 DNA 通过宿主细胞的 RNA 聚合酶 II 转录成相应的 mRNA 此 mRNA 可作为病毒的 RNA 基因组 或作为 合成相应蛋白质的模板 结果 病毒 RNA 基因组与病毒蛋白质可包装成新 的病毒颗粒进行繁殖 后者以芽植式离开宿主 这种逆转录病毒一般不会 杀死宿主细胞 二 癌基因与抑癌基因二 癌基因与抑癌基因 一 癌基因的概念癌基因的概念 上述 ASV 基因组含四个基因 其中gag pol和env是病毒生活所必需的 而src不是病毒生活必需的 但src基因与细胞的转化 transformation 和引起动物肿瘤有关 故称为癌基因 oncogene src基因不是病毒生活所必需的 ASV 中的src是 ASV 的前体 不含 src 通 过重组而获得细胞中的src 并突变成癌基因 因此 将病毒中与转化和致 癌有关的基因称为癌基因 又因为来自病毒 故加一前缀 v src 而正常细 胞的基因则称为 c src c 代表 cellular 或原癌基因 原癌基因如何转变 成癌基因的呢 如上述src被逆转录病毒获得后 受到逆转录病毒顺式作 用元件 启动子和增强子的调控 转录速度增强 产物量大大增加 可 使细胞转化及恶变 另一种情况是原癌基因发生染色体移位 或者基因发 生突变而产生异常产物 例如 c Ha ras的正常产物 Ras 蛋白 p21 是一类 调控细胞生长和其他功能的信号传导体 当 Ras 蛋白与 GTP 结合时为活化 状态 GTP 水解后 Ras 蛋白与 GDP 的结合形式即为非活化状态 Ras 蛋白 具有 GTP 酶的作用 所以在正常生理情况下 这两种状态呈动态平衡 一 旦基因发生突变 如编码 N 端第 12 位氨基酸残基甘氨酸的密码子一 GGC 一 突变成一 GTC 而 GTC 为缬氨酸的密码子 由于一个氨基酸的改变 即甘 氨酸转变为缬氨酸 可改变 Ras 蛋白的空间构象 使