基因的表达与调控(下).ppt

8基因的表达与调控(下)真核基因表达调控的一般规律,2,真核基因表达调控的最显著特征是能在特定时间和特定的细胞中激活特定的基因，从而实现“预定”的、有序的、不可逆转的分化、发育过程，并使生物的组织和器官在一定的环境条件范围内保持正常功能。,3,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。,4,DNA水平调控（DNAregulation）;转录水平调控（transcriptionalregulation）；转录后水平调控（posttranscriptionalregulation）；翻译水平调控（translationalregulation）；蛋白质加工水平的调控（regulationofproteinmaturation）等。,根据基因调控在同一事件中发生的先后次序又可分为：,5,多级调控,DNA水平,基因丢失基因扩增基因重排甲基化修饰染色质的结构状态,RNA水平,转录水平调控RNA的转录后加工mRNA向胞浆转运mRNA稳定性,蛋白质水平,翻译过程翻译后加工蛋白质的稳定性,真核生物调控的特点,6,真核基因组的复杂性与原核生物比较，真核生物的基因组更为复杂，真核基因组比原核基因组大得多；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)；二倍体；单顺贩子；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。大量的重复序列；不连续基因；增加了基因表达调控的层次和复杂性。,真核生物的基因表达调控要比原核复杂得多,8.1真核生物的基因结构与转录活性,试说明真核细胞与原核细胞在基因转录，翻译及DNA的空间结构方面存在的主要差异，表现在哪些方面？武汉大学2003年分子生物学硕士入学试题,在真核细胞中，一条成熟的mRNA链只能翻译出一条多肽链，很少存在原核生物中常见的多基因操纵子形式。,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。,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还存在不被翻译的内含子。,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。,在真核生物中，基因转录的调节区相对较大，它们可能远离启动子达几百个甚至上千个碱基对，这些调节区一般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。在原核生物中，转录的调节区都很小，大都位于启动子上游不远处，调控蛋白结合到调节位点上可直接促进或抑制RNA聚合酶与它的结合。,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。,许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过程，才能顺利地翻译成蛋白质。,基因家族（genefamily),真核生物的基因组中有很多来源相同、结构相似、功能相关的基因，将这些基因称为基因家族。,如：编码组蛋白、免疫球蛋白和血红蛋白的基因都属于基因家族,特点：家族成员可以分布于不同染色体上可集中于一条染色体上，串联排列在一起，形成基因簇(genecluster)有些成员不产生有功能的基因产物，这种基因称为假基因(Pseudogene),14,1）简单基因家族,特点：家族成员串联排列在一起组成一个转录单位代表:rRNA基因家族(重复单元28S、18S、5.8s-rRNA),15,16,2）复杂基因家族,特点：相关基因家族排列在一起，之间有间隔序列，独立的转录单位代表:组蛋白基因家族,间隔区,17,3）发育相关复杂基因家族,特点：分布在不同的染色体上独立的转录单位基因顺序与表达顺序相关代表:珠蛋白基因家族,18,19,断裂基因,基因的编码序列在DNA分子上是不连续的，为非编码序列所隔开，其中编码的序列称为外显子，非编码序列称内含子。,外显子(Exon)：真核细胞基因DNA中的编码序列，这些序列被转录成RNA并进而翻译为蛋白质。内含子(Intron)：真核细胞基因DNA中的间插序列，这些序列被转录成RNA，但随即被剪除而不翻译。,1、外显子与内含子的连接区,指外显子和内含子的交界或称边界序列，它有两个重要特征：内含子的两端序列之间没有广泛的同源性连接区序列很短，高度保守，是RNA剪接的信号序列5GTAG3,2、外显子与内含子的可变调控,组成型剪接：一个基因的转录产物通过剪接只能产生一种成熟的mRNA。选择性剪接：同一基因的转录产物由于不同的剪接方式形成不同mRNA。,(三)假基因,是基因组中因突变而失活的基因，无蛋白质产物。一般是启动子出现问题。,真核生物DNA水平上的基因表达调控,基因丢失,基因扩增,基因重排,DNA甲基化状态与调控,染色体结构与调控,抗体分子的形成Ti质粒转座子,真核生物DNA水平上的基因表达调控,染色体结构与调控基因丢失基因扩增DNA甲基化状态与调控,1）染色质结构对基因表达的影响按功能状态的不同可将染色质分为活性染色质和非活性染色质，所谓活性染色质是指具有转录活性的染色质；非活性染色质是指没有转录活性的染色质。活性染色质由于核小体构型发生构象的改变，往往具有疏松的染色质结构从而便于转录调控因子与顺式调控元件结合和RNA聚合酶在转录模板上滑动。,真核细胞中基因转录的模板是染色质而不是裸露的DNA，因此染色质呈疏松或紧密结构，即是否处于活化状态是决定RNA聚合酶能否有效行使转录功能的关键。,常染色质(euchromatin):压缩程度低，伸展状态，着色浅常染色质是进行活跃转录的部位。异染色质(heterochromatin)：压缩程度高，聚缩状态，着色深没有基因转录表达。异染色质化可能是关闭基因活性的一种途径。,33,DNase的敏感性和基因表达含有转录活性基因的染色质区域对DNase降解的敏感性要比无转录活性区域高得多(超敏感位点)。这是由于此区域染色质的DNA蛋白质结构变得松散，DNase易于接触到DNA之故。,常染色质（活性染色质）结构上的特点：具有DNaseI超敏感位点具有基因座控制区具有核基质结合区（MAR序列）,34,35,鸡胚红细胞,珠蛋白基因+-,卵清蛋白基因-+,鸡输卵管细胞,超敏感区域（hypersensitiveregion）或超敏感位点（hypersensitivesite):一般在转录起始点附近，即5端启动子区域，少部分位于其它部位如转录单元的下游。反映出染色体DNA的有效性。,鸡的珠蛋白和卵清蛋白系统,36,核基质结合区（matrixattachmentregion，MAR）MAR一般位于DNA放射环或活性转录基因的两端。在外源基因两端接上MAR，可增加基因表达水平倍以10上，说明MAR在基因表达调控中有作用。是一种新的基因调控元件。,37,2）基因丢失：,在细胞分化过程中，可以通过丢失掉某些基因而去除这些基因的活性。某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育中，许多体细胞常常丢失掉整条或部分的染色体，只有将来分化产生生殖细胞的那些细胞一直保留着整套的染色体。目前，在高等真核生物（包括动物、植物）中尚未发现类似的基因丢失现象。,3）基因扩增：,基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性增大的现象，它使得细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是基因活性调控的一种方式。如非洲爪蟾体细胞中rDNA的基因扩增是因发育需要而出现的基因扩增现象。,基因组拷贝数增加，即多倍性，在植物中是非常普遍的现象。基因组拷贝数增加使可供遗传重组的物质增多，这可能构成了加速基因进化、基因组重组和最终物种形成的一种方式。,发育或系统发生中的倍性增加在植物中普遍存在,DNA含量的发育控制利用流式细胞仪对从拟南芥不同发育阶段的组织中分离到的间期细胞核进行分析，发现多倍体的DNA含量与组织的成熟程度成正比。对于一给定的物种，C是单倍体基因组中的DNA质量。,将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位点从而启动转录，这种方式被称为基因重排。通过基因重排调节基因活性的典型例子是免疫球蛋白结构基因的表达。,4)基因重排：,43,当B细胞发育时，一个特殊的L-VK片段和其中一个JK连接，再和CK连接，然后转录，切除内含子，成为成熟的mRNA,44,酵母的变配型的转变酵母的交配型（mating-type）不同交配型（mating-type）的菌株相互接合才能产生二倍体的合子。相同的交配型之间是不能接合的。细胞的交配型是由MAT（mating）座的遗传信息决定的。在此座位上带有MATa等位基因的细胞就叫做a型细胞；同样带有MAT等位基因的细胞就称为型细胞。,45,交配型的转换某些品系的酵母具有转换（switch）交配型的能力，即从a型变成为型，或从型转变为a型。这些品系带有显性等位基因HO，并频繁地改变它们的交配型（常常每代改变一次）。转换的存在表明所有的细胞都含有MATa和MAT型的潜在信息，MAT和MATa同在一条染色体上，MAT样基因HML位于MAT的左边，HMR位于MAT的右边。,46,暗箱模型（cassettemodel）MAT是活性暗盒（activecassette），可以是型，也可以是a型。HML和HMR是沉默暗盒（silentcassettes），都不能表达，通常HML带有暗盒，而HMR带有a暗盒，所有的暗盒都带有编码交配型的信息，但只有MAT可以表达。当活性暗盒信息被沉默暗盒信息所取代时就发生了交配型转换。新“装进”活性暗盒的信息就可以表达。,5)DNA的甲基化与基因调控：,1、DNA的甲基化,49,DNA甲基化是最早发现的修饰途径之一,可能存在于所有高等生物中，DNA甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化诱导了基因的重新活化和表达DNA甲基化的主要形式：CpG、CpXpG、CCA/TGG和GATC,真核生物细胞内存在两种甲基化酶活性：,日常型甲基转移酶,从头合成型甲基转移酶,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。,55,甲基化抑制转录的间接机制,甲基化以后改变染色质的构象或者通过与甲基化CpG结合的蛋白因子（MeCP1、MeCP2）间接影响转录因子与DNA结合。甲基化达到一定程度会发生从常规的BDNA向ZDNA的转变。,56,甲基化提高了突变频率,57,DNA甲基化与X染色体失活X染色体失活中心(X-chromosomeinactivationcenter,Xic)：X染色体上存在一个与X染色体失活有密切联系的核心部位，定位在Xq13区。Xi-specifictranscript(Xist)基因：只在失活的X染色体上表达，产物是一功能性RNA，没有ORF却含有大量的终止密码子。XistRNA分子可能与Xic位点相互作用，引起后者构象变化，易于结合各种蛋白因子，最终导致X染色体失活。,58,8.2真核生物转录水平上的基因表达调控,一、真核基因转录（一）真核基因结构,“基因”的分子生物学定义：产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。,（二）顺式作用元件定义：影响自身基因表达活性的非编码DNA序列。例：启动子、增强子、沉默子等,（1）启动子：在DNA分子中，RNA聚合酶能够识别、结合并导致转录起始的序列。,核心启动子和上游启动子,62,a核心启动子（corepromoter）保证RNA聚合酶转录正常起始所必须，包括转录起始位点和TATA盒。核心启动子单独起作用时，只能确定转录起始位点并产生基础水平的转录。,63,b上游启动子元件（upstreampromoterelement，UPE）包括CAAT盒和GC盒等，能通过TFD符合物调节转录起始的频率，提高转录效率。,65,增强子(enhancer)能使和它连锁的基因转录频率明显增加的DNA序列，顺式作用元件（DNA序列）。没有增强子启动子不表现活性没有启动子增强子无法发挥作用特点：增强效应十分明显；不受序列方向和距离的制约；有细胞和组织特异性；大多为重复序列；无基因特异性；许多增强子还受外部信号的调控。,66,SV40的转录单元上发现，转录起始位点上游约200bp处有两段长72bp的正向重复序列。,67,68,增强子作用机理：,70,沉默子(silencer)负性调节元件，与相应的反式因子结合后，可以使正调控系统失去作用，阻遏基因转录。这类特定序列不受距离和方向的限制，但机理目前尚不清楚。,71,72,反式作用因子,能直接或间接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。,TFD（TATA）、CTF（CAAT）、SP1（GGGCGG）、HSF（热激蛋白启动区）,73,真核生物的RNA聚合酶不能识别DNA上的结合位点，识别这些序列的是调节转录的反式作用因子，即转录因子。但有些转录因子是识别并结合其它转录因子以形成转录装置的必需蛋白。,74,75,76,按功能特性分基本转录因子(generaltranscriptionfactors)是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白因子，决定三种转录的类别。如：TFA、TFB、TFD、TFE等特异转录因子(specialtranscriptionfactors)个别基因转录所必需，决定该基因的时间，空间特异性。如:OCT-2：在淋巴细胞中特异性表达，识别Ig基因的启动子和增强子。,A类型,77,和反应性元件（responseelements）相结合的反式作用因子反应性元件如热休克反应元件（heatshockresponseelement，HSE），糖皮质激素反应元件（glucocorticoidresponseelement，GRE），金属反应元件（metalresponseelement，MRE），肿瘤诱导剂反应元件（tumorgenicagentresponseelement，TRE），血清反应元件（serumresponseelement，SRE）。,78,79,B反式作用因子结构,DNA结合结构域,转录活化结构域,结构域,连接区,81,反式作用因子通过以下不同的途经发挥调控作用：蛋白质和DNA相互作用；蛋白质和配体结合；蛋白质之间的相互作用以及蛋白质的修饰正调控与负调控,82,83,84,85,C反式作用因子DNA结合域结构模式,Helix-turn-helix螺旋-转角-螺旋,第一个被确立的DNA-结合结构最常见DNA结合域之一常结合CAAT盒例：Lac阻遏蛋白,Trp阻遏蛋白、分解代谢激活蛋白(CAP)等,86,87,锌指结构,配位键,2-9个,定义：是一种常出现在DNA结合蛋白中的结构基元。是由一个含有大约30个氨基酸的环和一个与环上的4个Cys或2个Cys和2个His配位的Zn构成，形成的结构像手指状。,Cys2/Cys2锌指,Cys2/His2锌指,见于甾体激素受体,见于SP1，TFA等,转录因子SP1（GC盒）、连续的3个锌指重复结构。,91,不同蛋白质的锌指数不同，如两栖类5SrDNA转录因子TFA有9个锌指。结构也有些差异。,92,一段肽链中每隔7个AA即有一个Leu螺旋亲水面：亲水AA组成疏水面：Leu组成（亮氨酸拉链条）可形成二聚体（发挥作用）（同二聚体/异二聚体）DNA的结合域：拉链区以外结构,Leucine-zippers亮氨酸拉链,93,94,这类蛋白质的DNA结合结构域实际是以碱性区和亮氨酸拉链结构域整体作为基础的。,96,helix-loop-helix螺旋-环-螺旋,两个-螺旋：由很长的连（环）相连形成二聚体有利于其与DNA结合,97,98,99,碱性螺旋环螺旋basic-helix/loop/helixbHLH只有形成二聚体时，才具有活性。当一方不含有碱性区，失去与DNA结合的能力,100,同源异形结构域（Homeodomains，HD）是一种编码60aa的序列，长180bp，它存在于很多控制果蝇早期发育基因中，在高等生物中也发现了相关基序。,101,HD的C-端区域和原核阻遏蛋白的HTH同源，但也有不同:HD的C端由3个-螺旋构成，螺旋3结合于大沟，长17aa；而阻遏蛋白由5个-螺旋构成，螺旋3长仅9个aa；原核的HTH的以二聚体形式与DNA结合，靶序列是回文结构，而HD是以单体形式与DNA结合，靶序列不是回文结构；HDN-端的臂位于小沟，而HTH螺旋1的末端与DNA的背面接触。,102,103,104,105,D转录活化结构域,一般由20-100个氨基酸残基组成。如GAL4分子中有2个这种结构域，分别位于多肽链的第147-196位和第768-881位；GCN4的转录激活结构域位于多肽链的第106-125位。,106,a.酸性-螺旋(acidic-helix)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。增加激活区的负电荷数能提高激活转录的水平。可能是通过非特异性的相互作用与转录起始复合物上的TFIID等因子结合生成稳定的转录复合物而促进转录。,107,b.谷氨酰胺丰富区(glutamine-richdomain)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(proline-richdomain)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。,108,109,真核基因转录调节是复杂的、多样的,*不同的DNA元件组合可产生多种类型的转录调节方式；,*多种转录因子又可结合相同或不同的DNA元件。,*转录因子与DNA元件结合后，对转录激活过程所产生的效果各异，有正性调节或负性调节之分。,110,111,（1）概述,单细胞生物直接作出反应,多细胞生物通过细胞间复杂的信息传递系统来传递信息，从而调控机体活动。,外界环境变化时,3、真核基因转录调控的主要模式,112,跨膜信息传递的一般步骤：,特定的细胞释放信息物质,信息物质经扩散或血液循环到达靶细胞,与靶细胞的受体特异性结合,受体对信息进行转换并启动细胞内信使系统,靶细胞产生生物学效应,113,细胞间信息物质：是由细胞分泌的调节靶细胞生命活动的化学物质的统称，又称作第一信使。如生长因子、细胞因子、胰岛素等,第二信使(secondarymessenger)：在细胞内传递信息的小分子物质，如：Ca2+、IP3、DAG、cAMP、cGMP等。,114,受体：是细胞膜上或细胞内能特异识别信息物质并与之结合的成分。它是一种能把识别和接受的信息正确无误地放大并传递到细胞内部、进而引起生物学效应的特殊蛋白质，个别是糖脂。,配体(ligand)：能与受体特异性结合的信息物质。,两种类型：膜受体与胞内受体,蛋白质磷酸化ATP或GTP上的磷酸基转移到蛋白质氨基酸残基上的过程，可逆。蛋白质磷酸化与去磷酸化是生物体内普遍存在的信息传导调节方式。,蛋白质磷酸化在信号传导中的作用介导胞外信号专一应答对外界刺激做出迅速的反应对外界信号具有级联放大作用对外界信号的持续反应,118,存在于细胞膜上的受体，根据其结构和转换信号的方式又分为三大类：离子通道受体、G蛋白偶联受体、跨膜蛋白激酶受体。,膜受体(membranereceptor),119,离子通道受体,G蛋白偶联受体,跨膜蛋白激酶受体,122,G蛋白偶联受体又称七个跨膜螺旋受体/蛇型受体,G蛋白是三聚体GTP结合调节蛋白的简称。Ga：亚基结合GDP失活，结合GTP活化，是分子开关蛋白。亚基也是GTP酶，催化GTP水解后失活。Gb、G以异二聚体存在。有两种构象：非活化型；活化型,124,两种G蛋白的活性型和非活性型的互变,霍乱毒素能催化ADP核糖基共价结合到Gs的亚基上，致使亚基丧失GTP酶的活性，结果GTP永久结合在Gs的亚基上，使亚基处于持续活化状态，腺苷酸环化酶永久性活化。导致霍乱病患者细胞内Na+和水持续外流，产生严重腹泻而脱水。,蛋白激酶的种类与功能根据是否有调节物可分成两大类信使依赖性蛋白质激酶非信使依赖型蛋白激酶,根据作用底物可分为三类：丝氨酸/苏氨酸型酪氨酸型双重底物特异性蛋白激酶既可使丝/苏氨酸磷酸化又可使酪氨酸磷酸化。,cAMP信号通路的反应链,该信号途径涉及的反应链可表示为：激素G蛋白偶联受体G蛋白腺苷酸环化酶cAMP依赖cAMP的蛋白激酶A（PKA）基因调控蛋白基因转录该通路是真核细胞应答激素反应的主要机制之一,腺苷酸环化酶受不同的受体-配体复合物的激活和抑制。以脂肪细胞为例：,激活性激素：肾上腺素、胰高血糖素和促肾上腺皮质激素,抑制性激素：前列腺素PGE1和腺苷,Rs,Ri,多细胞动物各种以cAMP为第二信使的信号通路，主要是通过cAMP激活的蛋白激酶A（PKA）所介导。,2个调节亚基（R）2个催化亚基（C）,cAMP与R以协同方式结合,C,R,R,C,受cAMP调控的A激酶依赖于cAMP的蛋白酶称为A激酶（PKA）PKA全酶由4个亚基组成(R2C2）,C亚基具有催化活性，R亚基具有调节功能，R亚基对C亚基具有抑制作用全酶（R2C2）无催化活性。R亚基与cAMP结合导致C亚基解离表现出活性,（二）磷脂酰肌醇双信使信号通路,通过G蛋白耦联受体介导的另一条信号途径是磷脂酰肌醇信号通路，其信号转导是通过效应酶磷脂酶C完成的。双信使IP3和DAG的合成来自膜结合的磷脂酰肌醇（PI）。,PI通路所涉及的反应链,受Ca2+调控的C激酶C激酶（PKC）是依赖于Ca2+的蛋白质激酶。IP3（肌醇三磷酸）引起细胞质Ca2+浓度升高，C激酶被DAG（二酰基甘油）和Ca2+的双重影响所激活，使丝/苏氨酸磷酸化导致信号的传递,酪氨酸蛋白激酶途径（PTK/TPK）CaM激酶及MAP激酶,受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路,受体酪氨酸激酶（RTK）酪氨酸蛋白激酶受体。RTK包含6个亚族，主要功能：控制细胞生长、分化。,绝大多数RTKs是单体蛋白，由3部分组成：,一个细胞外结构域（含配体结合位点）；一个疏水的跨膜a螺旋；一个胞质结构域（包括一个具有酪氨酸激酶活性的催化位点）。,配体结合所诱导的RTKs的二聚化与自磷酸化：配体与受体结合并引发构象变化，导致受体二聚化形成同源或异源二聚体；,当受体二聚化后，激活受体的酪氨酸激酶活性，进而在二聚体内彼此交叉磷酸化受体胞内肽段的一个或多个酪氨酸残基，称受体的自磷酸化。,活化的RTKs通过磷酸酪氨酸残基结合多种含SH2结构域的结合蛋白或信号蛋白：接头蛋白或信号通路中有关的酶。结合蛋白的共同特征：SH2结构域：选择性结合磷酸酪氨酸残基。SH3结构域：选择性结合富含脯氨酸的基序。,RTK-Ras信号途径,配体RTKadaptorGEFRasRaf（MAPKKK）MAPKKMAPK进入细胞核转录因子的磷酸化修饰基因表达。Ras蛋白是ras基因表达产物，具有GTPase活性。Ras释放GDP需要鸟苷酸交换因子（GEF，如Sos）参与；Sos有SH3结构域，但没有SH2结构域，不能直接和受体结合，需要接头蛋白（如Grb2）的连接。Ras的GTP酶活性不强，需要GTP酶活化蛋白(GAP)的参与。GAP具有SH2结构域可直接与活化的受体结合。,蛋白质磷酸化与细胞分裂调控细胞通过p53及p21蛋白控制CDK（cyclin-dependentproteinkinase）活性，调控细胞分裂的进程。P21蛋白过量时，大量周期蛋白（cyclin）E-CDK2复合物与P21蛋白相结合，使CDK2丧失磷酸化PRb蛋白的功能。没有被磷酸化的PRb蛋白与转录因子E2F相结合并使后者不能激活与DNA合成有关的酶，导致细胞不能由G1期进入S期，细胞分裂受阻。,如果细胞中P53基因活性降低，P21蛋白含量急剧下降，周期蛋白E-CDK2复合物就能有效地将PRb蛋白磷酸化。此时，PRb蛋白不能与E2F相结合，后者发挥转录调控因子的作用，激活,许多与DNA合成有关的基因表达，细胞从G1期进入S期，开始分裂。,CDK活性受双重调控没有周期蛋白，CDK无活性。随着周期蛋白的合成和积累，逐步形成周期蛋白-CDK复合物。CDK上的酪氨酸位点被磷酸化，掩盖了其ATP结合位点，ATP不能有效地与之相结合，CDK仍然无活性。CDK蛋白T-环中的苏氨酸位点被磷酸化，并将其酪氨酸位点上的磷酸基团去掉，其才能发挥生物学活性。同时，CDK蛋白还能使细胞中的磷酸酯酶磷酸化，以加速脱去自身酪氨酸位点上的磷酸基团。有生物活性的周期蛋白-CDK复合物能将DBRP磷酸化，激活泛素连接酶，把大量泛素加到周期蛋白上并使之迅速降解，CDK失活，新的周期开始。,148,2020/5/28,南京农业大学生命科学学院,149,8.4蛋白质乙酰化对基因表达的影响,1.组蛋白的乙酰化及去乙酰化1.1.组蛋白的基本组成：组蛋白是组成核小体的基本成分，核小体是组成染色质的基本结构单元。1.2.核心组蛋白的乙酰化与去乙酰化,1.3.组蛋白乙酰基转移酶（HAT）,目前已发现的HAT有两类：一类与转录有关另一类与核小体组装以及染色质的结构有关。,1.4.组蛋白去乙酰化酶（HDAC）,组蛋白去乙酰化酶负责去除组蛋白上的乙酰基团。目前研究比较深入的是人类中的HDAC1和酵母中的Rpd3。它们都形成很大的复合体发挥作用。,2.组蛋白的乙酰化及去乙酰化对基因表达的影响组蛋白乙酰化的状态与基因表达有关。组蛋白N端“尾巴”上赖氨酸残基的乙酰化中和了组蛋白尾巴的正电荷，降低了它与DNA的亲和性，导致核小体构象发生有利于转录调节蛋白与染色质相结合的变化，从和提高了基因转录的活性。相反，组蛋白去乙酰化与基因活性的阻遏有关。组蛋白乙酰基转移酶和去乙酰化酶只能有选择地影响一部分基因的转录。,8.5激素与热激蛋白对基因表达的影响,1.激素对靶基因的影响体内存在的许多糖皮质类激素应答基因都有一段大约20bp的顺式作用元件（激素应答元件，简称HRE），该序列具有类似增强子的作用，其活性受激素制约。靶细胞中含有大量激素受体蛋白，而非靶细胞中没有或很少有这类受体。,1.激素对靶基因的影响固醇类激素的受体蛋白分子有相同的结构框架，包括保守性极高并位于分子中央的DNA结合区，位于C端的激素结合区和保守性较低的N端。如果糖皮质激素受体蛋白激素结合区的某个部分丢失，就变成一种永久型的活性分子。,156,甲状腺激素与类固醇激素通过胞内受体调节生理过程,158,激素受体复合物的结合机制：受体流动假说；中介物假说；邻位互调假说,2.热激蛋白诱导的基因表达能与某个（类）专一蛋白因子结合，从而控制基因特异表达的DNA上游序列称为应答元件。应答元件主要有：热激应答元件（HSE）糖皮质应答元件（GRE）金属应答元件（MRE）应答元件与细胞内专一的转录因子相互作用，协调相关基因的转录。,许多生物在最适温度范围以上，能受热诱导合成一系列热休克蛋白（heatshockprotein,Hsp）。受热后，果蝇细胞内Hsp70mRNA水平提高1000倍，就是因为热激因子（heatshockfactor，HSF）与hsp70基因TATA区上游60bp处的HSE相结合，诱发转录起始。,2020/5/28,南京农业大学生命科学学院,161,热休克蛋白调控的基因表达机制,不受热或其他环境胁迫时，HSF主要以单体的形式存在于细胞质和核内。单体HSF没有DNA结合能力，Hsp70可能参与了维持HSF的单体形式。受热激或其他环境胁迫时，细胞内变性蛋白增多，与HSF竞争结合Hsp70，从而释放HSF，使之形成三体并输入核内。HSF的三体能与HSE特异结合，促进基因转录。HSF的这种能力可能还受磷酸化水平的影响。热激后，HSF不但形成三体，还会迅速被磷酸化。HSF与HSE的特异性结合，引起包括Hsp70在内的许多热激应答基因表达，大量产生Hsp70蛋白。随着热激温度消失，细胞内出现大量游离Hsp70蛋白，它们与HSF相结合，形成没有DNA结合能力的单体并脱离DNA。,162,8.6其它水平上的基因调控,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，初级转录的产物只有经过加工，才能成为有生物功能的活性分子。1.1rRNA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，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4.5S前体tRNA，再剪接成为成熟tRNA(4S)。,163,1.2mRNA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。,164,1.3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：简单转录单位复杂转录单位。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。,165,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。有3种不同形式：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。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。,166,167,简单转录单位转录后加工有3种不同形式,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。也有三种情况：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。虽无剪接，但有多个转录起始位点或加polyA位点的基因,168,169,前mRNA不同的剪接方式造成了不同组织中不同的降钙素样蛋白,1.4mRN