基因的表达与调控下——真核基因表达调控的一般规律.ppt

1、1. 真核生物基因表达调控与原核不同点在于： （1）转录激活与染色体转录区特定结构相 适应 （2）正性调节占主导 （3）转录与翻译在空间上的分离 （4）更多、更复杂的调控蛋白 2. 真核基因表达调控的主要步骤,（1） DNA水平的调控 染色质（chromatin）结构对基因表达的调控作用 基因修饰对基因表达的调控作用 基因丢失 基因扩增 基因重排,（2） 转录水平的调控 转录水平的调控是真核基因表达调控中最重要的环节，大多数生物基因在转录水平的调控是决定细胞质中mRNA水平的一个最重要方式，调控主要通过反式作用因子和RNA聚合酶的相互作用来实现。 真核生物基因转录调控的三大要素： DNA调控单

2、元 调控蛋白 RNA合成酶,（3） 转录后水平的调控 转录后水平的调控一般是指基因转录后对转录产物进行一系列修饰、加工过程，主要包括mRNA选择性剪切、胞内定位以及mRNA稳定性调节,（4）翻译水平的调控 翻译水平的调控主要是控制mRNA的稳定性和mRNA翻译的起始频率，是一种迅速控制基因表达的方式，是各种高等生物广泛采用的调控方式。 翻译水平上的调控机制大致可以分为两种类型： 固定装置式调控 非固定装置式调控,（5） 翻译后水平的调控 mRNA翻译的产物新生多肽链大多是没有生物学活性的，必须经过加工、修饰才能成为有活性的蛋白质,第一节 真核生物的基因结构与转录活性,一.真核细胞与原核细胞在基

3、因转录、翻译及DNA空间结构等方面存在的差异 （1）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。 （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，有由几个或几十个碱基组成的DNA重复序列，基因中还有不翻译的内含子。 （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，原核生物没有这种能力。,（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可直接促进或抑制RNA聚合

4、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几百甚至上千个碱基对。调节区可与调节位点结合，但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。原核生物中不存在严格的空间间隔，转录和翻译是相偶联的。 （7）许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过程，才能顺利地翻译成蛋白质。,二. 基因家族 gene family 1. 概念 基因组中来源相同、结构相似、功能相关的一组基因成为基因家族（gene f

5、amily）。一些基因彼此靠近，成串地排列在一起，这种基因排列结构叫基因簇（gene cluster）。在基因家族结构中经常会看到基因簇结构。 基因簇多顺反子结构,2. 分类： （1） 串联重复多基因家族 组蛋白、tRNA rRNA （2） 分散重复多基因家族 Alu 家族 （3） 不同组织、细胞类型、发育时期表达的多基因家族 同工酶（珠蛋白）,3. 简单多基因家族 研究发现，不同真核生物的rRNA转录起始位点邻近的序列完全不同RNA聚合酶 I 启动子区有较大变异。 rRNA基因具有转录的种属特异性。 rRNA基因的特点： 以基因家族、基因簇的形式串联排列，外显子较为保守，内含子的长度和序列有

6、较大差异。 （1.）细菌的rRNA基因家族 （2.）脊椎动物的rRNA基因家族,4. 复杂多基因家族 特点： （1）由几个相关基因家族构成 （2）基因家族之间由间隔序列隔开 （3）独立转录,5. 发育调控的复杂多基因家族 （1.）珠蛋白基因的基本结构 （2.）人不同发育期珠蛋白基因的表达,二. 真核基因的断裂结构 1. 断裂基因interrupted gene：在一个结构基因中，编码一个蛋白质不同区域的各个外显子并不连续排列在一起，而被长度不等的内含子所隔开。 2. 外显子与内含子的连接区 大多数内含子都有特异的保守序列，其5端为GT，3端为AG。,3. 外显子与内含子的可变调控 （1）组成型

7、剪接 （2）选择性剪接,三. 真核生物DNA水平上的基因表达调控 是真核生物发育调控的一种形式，包括基因丢失、扩增、重排和移位等方式，通过消除或变换某些基因并改变它们的活性。,1. “开放”型活性染色质结构对转录的影响 核小体结构的消除或改变、DNA分子从右旋型变为左旋型等，使结构基因暴露，促进转录因子与启动子结合，诱发基因钻录。 2. 基因扩增：指某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象，它使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。 3. 基因重排与变换 基因重排：将一个基因从远离启动子的地方移到它很近的位点从而启动转录的方式。,四. DNA甲基化与基因活性

8、的调控 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、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 （1）主要产物：5-甲基胞嘧啶（5-mC）、少量N6-甲基腺嘌呤（N6-mA）和7-甲基鸟嘌呤（7-mG）。 （2）主要形成部位：CPG、CPXPG、CCA/TGG和GATC中的C。 2. DNA甲基化抑制基因转录的机理,3. DNA甲基化与X染色体失活 X染色体失活是发育过程中独特的调节机制。雌性胎生哺乳动物细胞着两条X染色体之一在发育早期随机失活，以确保与只有一条X染色体的雄性个体

9、X染色体基因的剂量相同。 结果：常形成一个X染色体中心Barr小体。,第二节 真核基因的转录,一.真核生物基因转录的特点： 1. 转录启动子结构复杂，不同类型的RNA有不同的启动序列； 2. 多种RNA聚合酶转录不同的RNA产物； 3. 多个调节因子参与转录调节； 4. 转录和翻译在时间和空间上分隔，转录后存在广泛的加工。,二.真核基因的基本组成 三.真核启动子 1. 概念： 真核基因启动子由核心启动子和上游启动子两个部分组成，是在基因转录起始位点（+1）及其5上游大约100200bp以内的一组具有独立功能的DNA序列每个元件长度大约为720bp，是决定RNA聚合酶II转录起始位点和转录频率的

10、关键元件。,2.真核基因启动子有三种类型： （1）基因内启动子 （2）基因外启动子 （3）混合启动子,（1.）基因内启动子 转录起始识别区位于转录区域内部，转录起始频率由转录起始位点负责。 （2）基因外启动子 位于转录序列上游（CAAT盒和GC盒） （3）混合启动子 具有基因内和基因外混合启动子元件。 如：海胆硒代半胱氨酸tRNA基因,第三节 反式作用因子,1. 顺式调控元件cis acting elements： 位于基因周围能与特异转录因子结合而影响转录的DNA序列，包括启动子、增强子等。 2. 反式调控因子trans acting factors： 与上特异序列结合的蛋白因子，对转录起调

11、控作用。如聚合酶等。,3. 转录复合物包括3个部分 （1）参与所有或某些阶段的RNA聚合酶亚基，不具有基因特异性； （2）与转录起始或终止有关的辅助因子，不具有基因特异性； （3）与特异调控序列结合的转录因子。,一. 反式作用因子中的识别或结合域 1. 螺旋-转折-螺旋（helix-turn- helix ） 2. 锌指结构（zinc finger） 3. 碱性亮氨酸拉链（basic-leucine zipper） 4.碱性-螺旋-环-螺旋（bHLH结构） 5. 同源域蛋白,二. 转录活化结构域 特征性结构： 1. 带负电荷的螺旋结构 2. 富含谷氨酰胺的结构 3.富含脯氨酸的结构,第四节 真核基因转录调控的主要模式,一. 蛋白质磷酸化、信号转导及基因表达 1.蛋白质磷酸化 2. 信号转导 二. 受cAMP 水平调控的A激酶 1. cAMP调控的A激酶活性 2. cAMP介导的蛋白质磷酸化过