1分子生物学第十章-基因表达调控.ppt.Convertor

1、基因表达调控Chapter 10生命现象是生物体内发生的极其复杂的生物化学过程的综合结果。为了保证生命活动（如生长、发育、分化、繁殖、代谢和运动等）能够有条不紊地进行，所有生物体内发生的生物化学过程都必须受到有效的调控。生物调控机制是生物在长期进化过程中逐步形成的。生物进化程度愈高，调控机制愈完善、愈复杂。调控的分子生物学基础调控的本质是化学物质与机体组织中具有重要功能的生物大分子之间进行物理化学反应的最终结果。这些能够与化学物质发生结合并产生相应作用的生物大分子，一般称为受体。调控分生物体内物质的调控和外源化学物质的调控。物质之间的相互作用包括生物大分子之间的相互识别与作用，如核酸与核酸之间

2、的作用;核酸与蛋白质之间的作用;多糖与蛋白质之间的相互作用；蛋白质与蛋白质之间的相互作用合成高分子与生物大分子之间的相互作用有机小分子与生物大分子之间的相互作用，如辅酶与酶之间的相互作用；有机分子与酶或蛋白质受体之间的相互作用底物与酶分子之间的识别以及相互作用无机金属离子与生物大分子之间的相互作用，如金属离子与酶或蛋白质之间的络合；与生物小分子（辅酶、ATP等）之间的络合作用；1、神经调控作用人及高等动物具有高度发达的神经系统，这类生物的各种活动和代谢的调节机制都处于中枢神经系统的控制之下。神经系统既直接影响各种酶的合成，又影响内分泌腺分泌激素的种类和水平，所以神经系统的调节具有整体性特点。神

3、经系统对生命活动的调控在很大程度上是通过调节激素的分泌来实现的。2、激素调控作用激素是生物细胞分泌的一类特殊化学物质，它对各种生命活动和代谢过程具有调控功能。激素调控往往是局部性的，并且直接或间接受到神经系统的控制。通常一种激素只作用于一定的细胞组织，不同的激素调节不同的物质代谢或生理过程。3、细胞内酶水平调控作用细胞内酶水平调控是通过调节细胞内的酶的种类、数量、分布或活性来控制各种代谢过程或生理过程。这类调控主要包括：细胞膜结构的调控作用和酶的活性调控作用。某些人工合成或天然存在的化学物质也具有调控功能，主要是表现在对酶的活性影响方面。4、细胞内蛋白质和核酸间的相互作用包括核酸与核酸之间的相

4、互作用，如分子杂交、dsDNA中的操纵子、顺式作用元件、增强子、核酶、反义RNA、衰减子、TATA盒等核酸与蛋白质之间的相互作用，如核小体、核糖体的形成、反式作用因子、阻遏蛋白、CAP、转录因子、核糖体蛋白、锚定蛋白、分子伴侣、HSP等核酸与酶之间的相互作用：RNA聚合酶、DNA聚合酶、核酸酶、SSB、拓扑异构酶、内切酶、外切酶、连接酶、整合酶等蛋白质与蛋白质之间的相互作用：支架蛋白、转录复合体、翻译复合体、剪切体的形成基因表达调控的原理指细胞用来调控各基因产物产出量的机制。基因调控不仅是控制单个基因的机制，同时还要避免不同基因产物间无意义的相互作用。没有基因调节就没有细胞类型的区别基因调节可

5、以是组成型的，即表达速率稳定也可以是可调的，适合不同环境下细胞的需要理论上基因调控可在基因表达的任何阶段进行，但主要在转录起始阶段，可以避免不必要的转录造成的资源浪费。基因表达调控的策略细胞周期调控。不同的发育周期调控不同基因表达。有丝分裂和减数分裂过程中DNA复制造成DNA数量和结构的变化对基因表达的影响空间调控。真核生物转录和翻译在不同区域进行，而原核生物转录和翻译可同时进行，空间结构差异决定不同的调控机制DNA结构调控。常染色质和异染色质。DNA重排、DNA重组、突变和修复。蛋白质结合。DNA甲基化或其它修饰。基因拷贝数目。转录调控：转录复合体形成、Sigma因子、顺式调控因子(启动子、

6、操纵子、增强子、终止子等)和反式作用因子(TBP、终止蛋白、抗终止蛋白等)RNA结构调控(转录后翻译前调控)。RNA降解、RNA加工和剪切、 RNA编辑、反义RNA、RNA干涉、RNA转移和定位蛋白质合成调控：核糖体结合、密码子使用、移码、衰减子等蛋白质结构调控(翻译后调控)：降解、装配、修饰和定位基因表达能在转录、合成和翻译几个阶段中被调节*转录经常是在起始阶段被加以调节的，这样可避免不必要的转录所浪费的能量。转录通常不是在延长的过程中被调控的，但可以在终止的时候调控。终止可用来防止转录。*RNA的初级产物自己便是调节的目标。作为一个整体，转录的有效性可加以调节，例如：它的稳定性可以决定它是

7、否被翻译。以开始的转录结果到加工成为一个成熟分子的可决定最终的mRNA的结构与功能。在真核细胞中，从核到细胞质的转运也是一个调节目标。在细菌中一个mRNA分子一合成便可参与翻译。*翻译过程通常是在起始和结束的时候被加以调控的。在原核和真核细胞中最普通的调控方式是控制转录的起始1、细胞周期调控cell cycle两次有丝分裂之间的时期被称为一次细胞循环，即细胞周期。从一次有丝分裂的结束到下一次有丝分裂的开始被称为细胞分裂间期。可以看到的有丝分裂相的时期，即实际分裂的时期被称为M期（有丝分裂期）细胞程序性死亡与细胞凋亡细胞程序性死亡programmed cell death属于功能性概念和发育学概

8、念，描述在一个多细胞生物体中某些细胞死亡是个体发育中的一个预定的，并受到严格程序控制的正常组成部分。如蝌蚪变成青蛙，其变态过程中尾部的消失伴随大量细胞死亡，高等哺乳类动物指间蹼的消失、颚融合、视网膜发育以及免疫系统的正常发育都必须有细胞死亡的参与。这些细胞散在的、逐个地从正常组织中死亡和消失,机体无炎症反应，而且对整个机体的发育是有利和必须的。细胞凋亡是一个形态学的概念，描述一件有着一整套形态学特征的与坏死完全不同的细胞死亡形式。但是一般认为凋亡和程序性死亡两个概念可以交互使用，具有同等意义。 细胞凋亡与坏死的区别虽然凋亡与坏死的最终结果极为相似，但它们的过程与表现却有很大差别。坏死（necr

9、osis）：坏死是细胞受到强烈理化或生物因素作用引起细胞无序变化的死亡过程。表现为细胞 胀大，胞膜破裂，细胞内容物外溢，核变化较慢，DNA降解不充分，引起局部严重的炎症反应。凋亡是细胞对环境的生理性病理性刺激信号，环境条件的变化或缓和性损伤产生的应答有序变化的死亡过程。其细胞及组织的变化与坏死有明显的不同。 细胞凋亡的生物学特征1形态学变化细胞凋亡的变化是多阶段的，往往涉及单个细胞，即便是一小部分细胞也是非同步发生的。首先出现的是细胞体积缩小，连接消失，与周围的细胞脱离，然后是细胞质密度增加，线粒体膜电位消失，通透性改变，释放细胞色素C到胞浆，核质浓缩，核膜核仁破碎，DNA降解成为约180bp

10、-200bp片段；胞膜有小泡状形成，膜内侧磷脂酰丝氨酸外翻到膜表面，胞膜结构仍然完整，最终可将凋亡细胞遗骸分割包裹为几个凋亡小体，无内容物外溢，因此不引起周围的炎症反应，凋亡小体可迅速被周围专职或非专职吞噬细胞吞噬。2生物化学变化1）DNA的片段化细胞凋亡的一个显著特点是细胞染色体的DNA普遍降解为180-200bp的整倍数，而这正好是缠绕组蛋白寡聚体的长度，提示染色体DNA恰好是在核小体与核小体的连接部位被切断，产生不同长度的寡聚核小体片段，实验证明，这种DNA的有控降解是一种内源性核酸内切酶作用的结果，该酶在核小体连接部位切断染色体DNA，这种降解表现在琼脂糖凝胶电泳中就呈现特异的梯状La

11、dder图谱，而坏死呈弥漫的连续图谱。2） 大分子合成细胞凋亡的生化改变不仅仅是DNA的有控降解，在细胞凋亡的过程中往往还有新的基因的表达和某些生物大分子的合成作为调控因子。细胞凋亡是细胞的一种基本生物学现象，在多细胞生物去除不需要的或异常的细胞中起着必要的作用。它在生物体的进化、内环境的稳定以及多个系统的发育中起着重要的作用。 凋亡是多基因严格控制的过程。这些基因在种属之间非常保守，如Bcl-2家族、caspase家族、癌基因如C-myc、抑癌基因P53等凋亡过程的紊乱可能与许多疾病的发生有直接或间接的关系。如肿瘤、自身免疫性疾病等能够诱发细胞凋亡的因素很多，如射线、药物等。 2、DNA重排

12、遗传作图表明，某一物种的单个个体之间基因组的组成基本上是不变的。在基因组序列中，某一特定的位点的前后序列也保持恒定，并且它的活性被DNA上的反式作用因子所控制。DNA的序列通常不会被轻易改变，但是，在某些自发条件下，有可能使得DNA序列在基因组内被移动、修饰、放大，甚至丢失。在人为实验的干预下，一些新的序列可以被整合到基因组中。2.1 Introduction32章 DNA重排遗传作图表明，某一物种的单个个体之间基因组的组成基本上是不变的。分子水平上的分析也表明，对于单个个体中的体细胞，他们的基因组也是恒定的。在基因组序列中，某一特定的位点的前后序列也保持恒定，并且它的活性被DNA上的反式作用

13、因子所控制。DNA的序列通常不会被轻易改变，但是，在某些自发条件下，有可能使得DNA序列在基因组内被移动、修饰、放大，甚至丢失。在人为实验的干预下，一些新的序列可以被整合到基因组中。但是不管是对发生频率还是它对基因组组成产生的影响的测定，对于基因组保持恒定这条规律而言，体细胞或是生殖细胞质和量的某些变化只能说是一些例外。当然，它们令人感兴趣的不仅在于它们自身，还在于基因的这种可变性使得我们可以改变他们。在低等真核生物中，某一特定序列的重排或丢失是比较普遍的。通常这些改变只涉及体细胞，而生殖细胞几乎不受影响。(但是也有一些个体在它的生殖周期中可能会丢失整条或整套的染色体)。虽然在免疲系统中有一个

14、很普遍的例子，但是对动物而言，特定序列的重排还是极少发生的。在真核和原核生物中，DAN的重排都带来了物种的多样性。我们可以明确它的两个显著结果：重排可能产生需要在特殊环境下表达的“新基因”，如免疫球蛋白的例子。对某一预先存在的基因，重排可能会在“开关表达”起作用，使其转变成另一基因。这是基因表达调控中的一种机制。酵母接合类型的转换与锥虫抗原变异之间有一个共同的规律，那就是基因表达是由DNA序列的组装来控制的，基因拷贝在特定的有活性的活跃盒的存在决定了它们的表现型。但是同时在基因组中，存在着其他的有一定改变的沉默盒。只有通过序列的重排，这些沉默盒才有可能被激活，从而取代那些有活性的活跃盒。这种取

15、代其实就是某一特定目的位点的单向移位。这种重排方式最简单的例子是在啤酒酵母中发现的。单倍体啤酒可以有两种接合型。接合型由有活性的接合型位点上的序列所决定。但是在基因组中，同时存在着分别代表两种接合的沉默盒。接合型的转换是通过活跃盒和代表另一接合型的沉默盒之间序列的交换来完成的。在真核和原核生物中，DNA的重排都带来了物种的多样性重排可能产生需要在特殊环境下表达的“新基因”，如免疫球蛋白的例子对某一预先存在的基因，重排可能会在“开关表达”起作用，使其转变成另一基因这是基因表达调控中的一种机制。在非洲锥虫中，DNA的重排使其具有不同的类型，它是一种单细胞的寄生虫，能够通过改变它们的表面抗原来逃避宿

16、主的免疫应答。活性区域的基因序列决定了表面抗原的类型。这个序列能够通过与沉默区域的序列发生交换而被改变。与免疫系统的不确定性相抗争和产生免疫多样性的机理似乎是一样的：都依赖于基因中的物理重排从而改变被表达的序列。利用寄生或共生宿主的作用，可以有另一种增加基因功能的方法，这过程中，外源DNA可通过细菌导入一个宿主细胞。这种机制有点类似于细菌的接合。细菌DAN在新宿主中的表达改变了细胞的表现型。在土壤芽孢杆菌的例子中，这种影响是有害的，因为它诱导受感染的植物细胞产生肿瘤。在体细胞的发育过程中，基因组中名组成比率的变化使得昆虫幼虫能够增加某些特定的基因的拷贝数。在培养的哺乳动物的细胞中，也有偶然的机

17、会产生基因的扩大作用，我们可以通过选择出那些产生了某些基因拷贝的细胞来指示这种作用。产生于基因组中，这些放大作用的结果是产生了额外增加的基因拷贝，不管最终这些拷贝是在染色体内还是梁色体外。当外源基因被导入真核细胞时，它有可能在染色体外部或者被整合到基因组中，染色体外或整合于基因组内这两种形式之间的关系是无规律性的，它依赖于偶然的机会以及在一定程度上的不可预见事件的发生，而不象细菌质粒中自由的或被整合的两种形式之间的变化。然而，不论是怎样进行的，这种过程都可能引起基因组的稳定变化，在DNA注射入动物的卵子之后，它就有可能整合进基因组并且从此以后将作为一个普遍的组成部分而进入遗传，有时会延续它的功

18、能。注入的DNA也会进入体细胞中，从而形成了一个转基因动物。人类能够将有特定功能的基因导入细胞中，这可能成为对付基因疾病的一种主要的治疗手段。相对于导入新的基因，是将一些特定的内源基因破坏。额外的DNA可以插入某个基因，从而阻止它的表达并形成一个零等位基因。通过对某一含有零等位基因的动物的饲养，可以产生同型的“敲除”，这些敲除不含有有活性的基因拷贝。这是一种能直接辨明某一基因的重要性和作用的强有力的方法。在可靠的条件下通过实验操作，对DNA序列的许多人为操纵取得了成功。对于使得细胞能够对改变序列界限产生的自然选择压力做出反应或者是使得细胞能够容纳额外序列的侵入的机制，我们只是刚刚开始研究清楚。

19、 2.2 The mating pathway is triggered by signal transduction in yeast1N 1N 2NThe properties of the two mating types are summarized in Figure 17.1. We may view them as resting on the teleological proposition that there is no point in mating unless the haploids are of different genetic types; and sporu

20、lation is productive only when the diploid is heterozygous and thus can generate recombinants.信号转导引起接合过程的发生啤酒酵母在单倍体和二倍体条件下都能够很好地繁殖。这两种状态的转变是通过接合(单倍体胞子融合产生二倍体)和孢子形成(二倍体减数分裂产生单倍体孢子)而出现的。产生这些行为的能力是由菌株中的接合类型所决定的。表32.1概括了两种接合类型的特点。我们可以依据目的论的主张来描述它们：单倍体只有是不同基因型时才有接合位点；二倍体只有是杂和时才能产生孢子，从而产生重组体。一个(单倍体)细胞的接合类

21、型是由MAT区域所携带的遗传信息决定的。在此区域内，带有MATa等位基因的是a型细胞；同样地,带有MAT等位基因的是型的细胞。不同型的细胞可以接合，相同型的则不能。不同接合型细胞的相互识别是通过信息素的分泌来完成的。型细胞分泌一种小的多肽因子，a型细胞分泌a因子。因子是由13个氨基酸组成的肽，而a因子由12个氨基酸组成，并且通过法呢基(类脂)的加入和甲酰基化而被修饰。这两段肽链都是先以前导多肽的形式成合成的，后通过剪切作用释放出成熟的肽段序列。一种接合型的细胞带有相对于另一接合型细胞信息素的表面受体。当一个a型细胞和一个型细胞彼此相遇时，它们的信息素相互作用，从而使细胞周期停在G1期并且产生了

22、各种形态上的变化。在一次成功的接合中，紧随细胞周期停滞发生的是细胞和膜的融合而产生一个a/二倍体细胞。The yeast life cycle proceeds through mating of MATa and MAT haploids to give heterozygous diploids 二倍体that sporulate to generate haploid单倍体 spores.The a/ cell carries both the MATa and MAT alleles and has the ability to sporulate. Figure 17.2 demon

23、strates how this design maintains the normal haploid/diploid life cycle. Note that only heterozygous diploids can sporulate; homozygous diploids (either a/a or /) cannot sporulate.a/型的细胞同时带有MATa和MAT等位其因。并且与单倍体细胞相比，它们具有非常不同的性质。特别是a/型细胞具有产生孢子的能力。图32.1表明了这种机制是如何维持正常的单倍体/二倍体生活周期的。请注意只有杂合的二倍体可以孢子化，而纯合的二倍

24、体(a/a或/)则不行。很多关于酵母接合过程的描述是从使a-与/或-型细胞失去接合能力的突变的性质推出来的。由这些突变所确变的基因称为STE(由sterile“不能结合的”前三个字母构成)。STE2和STE3基因上的突变对应于单个的接合型是特异性的，但是对于另一些STE基因的突变却使a和型的细胞的接合现象消失。这种情况可以由以下的观点进行说明：辅助因子与受体结合后产生的结果在两种接合型中的体现是完全一样的。接合是一个相互对应的过程：它是由一种接合型的细胞分泌素与另一种接合型细胞上携带的受体之间的相互作用引起的。在这一种应答反应过程中，编码受体的基因对于每一种接合类型而言是唯一特别需要的。两种类

25、的因子-受体相互作用的发生依赖相同的应答反应途径，所以对于两种细胞而言，那些阻断了这个普遍途径的突变具有相同的影响作用。 Either a or factor/receptor interaction triggers the activation of a G protein, whose subunits transduce the signal to the next stage in the pathway.The initial steps in the mating-type response are summarized in Figure 17.3. The component

26、s are similar to those of the classical receptor-G protein coupled systems (see 26 Signal transduction). The receptors are integral membrane proteins. (Ste2 is the -receptor in the a cell; Ste3 is the a-receptor in the cell.) When either receptor is activated, it interacts with the same G protein. T

27、he trimeric G protein consists of the subunits, , , and . The subunit binds a guanine nucleotide. In the intact (trimeric) G protein, the subunit carries GDP. When the pheromone receptor is activated, it causes the GDP to be displaced by GTP. As a result, the subunit is released from the dimer. This

28、 separation of subunits allows the G protein to activate the next protein in whatever pathway it is coupled to.图32.2概括说明了在接合类型反应中的起始变骤。这过程中所涉及的部分与“经典的”受体-G蛋白偶连系统类似(参考第35章)。受体是膜整合蛋白，在a型细胞中，STE2是受体，在型细胞中，STE3是a受体。当任何一个受体被激活时，它与相同的G蛋白发生反应。二聚体的G蛋白由、三个亚基组成。亚基上结合了一个鸟嘌呤核苷酸。在完整的(三聚体)G蛋白中，亚基上结合的是GDP。当信息素受体被激

29、活时，它导致GDP由GTP所替代。并且因此使亚基从二聚体中被释放出来。亚基的分离使得G蛋白能够激活在任何反应途径中与它偶连的邻近蛋白。在这个过程中，最普遍的机制是被激活的亚基与目的蛋白间的相互作用。然而，对于二聚体激活反应途径的后续过程，在两种接合型的反应途径中情况是不一样的，G-三聚体中的组成蛋白是由能够影响对接合的信息做出反应的三个基因：SCG1、STE4、和STE18来确定的。编码G蛋白的SCG1基因的失活导致信息素应答反应的本体表达(因为在失活的三聚体状态中，G不能够保持与G的结合)。这种变异是致死性的，因为它的影响包括细胞循环的阻断。编码G蛋白的STE4基因或者编码GR蛋白的STE1

30、8基因的失活，通过阻碍接合型反应的发生而产生不可接合性(因为反应过程的后续反应不能被激活)。 The same mating type response is triggered by interaction of either pheromone with its receptor. The signal is transmitted through a series of kinases to a transcription factor; there may be branches to some of the final functions.The remaining STE gene

31、s identify later steps in the pathway. They form the cascade shown in Figure 17.4, in which the signal is passed from one to the next, ultimately activating the genes needed for mating. The genes whose products act at the beginning of the cascade code for kinases; kinases such as Ste11 and Ste7 phos

32、phorylate the next protein in the series, thereby activating it. Eventually the transcription factor Ste12 is activated; it in turn activates genes whose products are needed for mating. (Analogous cascades are found in higher organisms, and are compared with the yeast cascade later, in Figure 26.29其

33、它的STE基因决定了反应途径的后续步骤。它们形成了如图32.3所示的反应级联，在这之中信息由一级传到下一级，最终激活接合所需要的基因。产物在级联前端起作用的基因编码的是蛋白激酶，诸如STE11和STE7等的激酶使序列中的下一蛋白磷酸化，从而激活它。最后，转录因子STE12被激活；它近而激活那些编码接合所需要的产物的基因。(在高等生物中，也发现了类似的级联反应，在图35.24中将会有与醇母级联反应的比较)还有一些STE其因没有在级联反应中体现，并且所有组成部分的次序也还没有最终确定。因此例如编码蛋白激酶的Fus3和Kss1基因,可能包括在级联反应中或者处在由它发出的支链中。但是，其中的原理还是很

34、清楚的，由信号素与受体相互作用产生的信号通过级联反应的传递，并最终通过抑制正常细胞循环所需要的功能和激活接合所需要的功能而达到它的目的。一些级联反应的最终靶蛋白是某一个激酶的直接底物，例如， Fus3激酶作用于CLN3。后者是细胞循环过程中所需要的3个CLN蛋白之一。另一些靶蛋白在基因表达的水平上受调控；例如，CLN蛋白中的另一个CLN2是far1蛋白作用的靶蛋白，后者的表达是由转录因子STE12激活的。 Changes of mating type occur when silent cassettes replace active cassettes of opposite genotyp

35、e; when transpositions occur between cassettes of the same type, the mating type remains unaltered.2.3 Yeast can switch silent and active loci for mating type The cassette model for mating type is illustrated in Figure 17.5. It proposes that MAT has an active cassette of either type or type a. HML a

36、nd HMR have silent cassettes. Usually HML carries an cassette, while HMR carries an a cassette. All cassettes carry information that codes for mating type, but only the active cassette at MAT is expressed. Mating-type switching occurs when the active cassette is replaced by information from a silent

37、 cassette. The newly installed cassette is then expressed (Hicks et al., 1977).图32.4阐述了关于接合型的“盒子模型”。它认为MAT具有一个型或是a型的活跃盒。HML和HWR具有沉默盒。通常HML带有一个盒，而HMR带有一个a盒。所有的盒子都带有编码接合类型的信息，但是只有MAT上的活跃盒被表达。当活跃盒被从沉默盒上来的信息取代时，接合型的转变就发生了。于是新形成的盒子就被表达了。转变不是相互交换形成的，而是HML式者HWR处的拷贝替代了MAT处的等位基因。我们能够弄懂这个机制，是因为当MAT处的一个突变在转变中被

38、替代后就永远的消灭了它不是与替代它的拷贝发生变换。如果在HML或者HMR上的沉默拷贝发生改变，接合型转变就会导入MAT位点处一个突变的等位基因。而HML或者HMR处的突变拷贝在经过很多次的转变之后，仍然存在那里。就像复制时的转位一样，供体元素在接受位点形成一个新的拷贝，而它自己保持不变。接合型转变是一个受控过程，在这之中只有一个受体(MAT)，但是有两个潜在的供体(HML和HMR)。转变一般包括MATa被HML处的拷贝替代或者是MAT被HMRa处的拷贝替代。在80-90%的转变过程中，MAT等位基因被相反的接合型所替代，对于这种结果可以部分地依赖于细胞的表现型来判定。a表现型的细胞优先选择HM

39、L作为供体，表现型的细胞优先选择HWR作为供体。(获得沉默盒的位置可以交换的酵母菌株是有可能的。当它们的基因型是HML和HMLa时，92%的这种交换是同源性的，即一个a暗盒被另一个a暗盒替代或者一个被另一个代替，因为对供体暗盒的选择，非活性序列中的组成仍然处于相同的被忽视地位)在转变接合类型的过程中，包含有几组的基因。除直接决定接合类型的那些基因之外，他们包括有阻遏沉默盒，转变接合型或者实现接合过程的基因。 Silent cassettes沉默盒 have the same sequences as the corresponding active cassettes活跃盒, except f

40、or the absence of the extreme flanking sequences in HMRa. Only the Y region changes between a and types.MAT位点的基本功能是控制信息素和受体基因的表达By comparing the sequences of the two silent cassettes (HML and HMRa) with the sequences of the two types of active cassette (MATa and MAT), we can delineate the sequences

41、that determine mating type. The organization of the mating type loci is summarized in Figure 17.6. Each cassette contains common sequences that flank a central region that differs in the a and types of cassette (called Ya or Y). On either side of this region, the flanking sequences are virtually ide

42、ntical, although they are shorter at HMR. The active cassette at MAT is transcribed from a promoter within the Y region.通过对两种沉默盒(HML和HWRa)与两种活跃盒(MATa和MAT)的序列进行比较，我们可以描述出决定接合类型的序列。图32.5概括了接合型序列的组织结构。每个暗盒都含有一些普遍的序列，它们构成了区分a和型暗盒(分别称作Ya或Y)的中心区域。而在这个区域的任何一端，构成序列几乎是相同的，虽然在HMR中它们会短些。MAT处的活跃盒是由Y区域中的一个启动子转录来

43、的。 The basic function of the MAT locus is to control expression of pheromone and receptor genes, and other functions involved in mating. MAT codes for two proteins, 1 and 2. MATa codes for a single protein, a1. The a and proteins directly control transcription of various target genes; they function

44、by both positive and negative regulation. They function independently in haploids, and in conjunction in diploids. Their interactions are summarized in the table on the right of Figure 17.7 in terms of three groups of target genes:MAT位点的基本功能是控制信息素和受体基因的表达，和在接合过程中所涉有的基他功能。MAT编码两个蛋白，1和2。MATa只编码一个蛋白，a1

45、。a和蛋白直接控制了不同目标基因的转录，他们通过正和负调节一同起作用。在单倍体中，它们各有独立起作用，在二倍体中则互相联系着。图32.6右边的表格总结了它们之间的相互作用，并分出了三组目标基因：a特异性基因基本上在a型细胞中表达。在型细胞中它们是被抑制的。a特异性基因包括a因子结构基因以及STE2，后者编码因子受体。因此，a表现型是与为了识别由相反的接合型细胞分泌的信息素作出的准备联系在一起的。特异性基因在型细胞中被诱导，但是在a型细胞中不被表达。它们包括因子结构基因，以及a因子受体基因，STE3。同样的，一种类型信息素的表达与相反类型细胞信息素的受体的表达联系在一起的。二倍体特异性功能包括在

46、信息素和受体基因转录中需要的基因，转变中涉及的HO基因，以及孢子化的阻遏子RME。它们基本上在两种类型的单倍体中都被表达，但是在a/二倍体中被抑制。因此，a特异性和特异性功能在二倍体中也不被表达。现在我们可以从单倍体和二倍体酵母细胞中表达的MAT的功能的角度来说明调节子的功能和它们的目标，就如图32、6左边图示所说明的那样。在a单倍体中，a接合功能基本都被表达。a细胞中MATa产物的功能(如果有的话)还不为人知。它有可能只在二倍体细胞中抑制单倍体功能时是需要的。在单倍体中，1产物打开了特异性基因，这些基因的产物是接合类型所需要的。而的产物通过结合位于目的基因上游的一个操纵子序列，抑制对应于产生

47、a接合类型的基因。在二倍体中，a1和2的产物共同抑制单倍体特异性的基因。他们结合在一起，以辩认一个不同于2单独作用的目标的操纵子序列。 HO endonuclease cleaves MAT just to the right of the Y region, generating sticky ends with a base overhang.Unidirectional transposition 单向转座is initiated by the recipient MAT locus Switching is initiated by a double-strand break clos

48、e to the Y-Z boundary that coincides with a site that is sensitive to attack by DNAase. (This is a common feature of chromosomal sites that are involved in initiating transcription or recombination.) It is recognized by an endonuclease coded by the HO locus. The HO endonuclease makes a staggered dou

49、ble-strand break just to the right of the Y boundary. Cleavage generates the single-stranded ends of 4 bases drawn in Figure 17.9. The nuclease does not attack mutant MAT loci that cannot switch. Deletion analysis shows that most or all of the sequence of 24 bp surrounding the Y junction is required

50、 for cleavage in vitro. The recognition site is relatively large for a nuclease. Probably the recognition sequence occurs only at the three mating-type cassettes (Strathern et al., 1982).单向移位由受体MAT位点起始。接合类型的转变是通过基因的转变来完成的，在这之中受体位点(MAT)接收了供体类型(HML或HMR)的序列。通过阻止转变的MAT上的突变，移位所需要的位点已经破确定出来。HML或HMR上不出现突变可

51、以说明这个过程的单向性。通过突变可以确定一个MAT上处于Y右边缘的对于转变行为有决定性作用的位点。通过分析与转变位点相联系的这些点突变的位置，Y边缘的性质可以被显示出来(通过检测尽管有突变发生，极少数的转变仍然存在的结果以获得)。一些突变位于被替换的区域之内(并因此在一次转变之后从MAT上消失)，而另一些则刚好位于被替换区域之外(并因此继续阻碍转变的发生)。所以位于被替换区域之内或之外的序列对转变行为都是需要的。转变从一个与DNA酶超敏感位点相一致的靠近Y-Z边缘的双链断裂开始。因为它没有核小体的存在，这个超敏位点可以很容易的被靠近。它由一个HO位点编码的内切酶所识别。这同样说明在体外对DNA

52、酶I的超敏感性反映了体内的对HO内切酶的自然敏感性。HO内切酶在Y边缘的正右端形成了一个交错的双链断裂。断裂产生了图32.9所示的4个碱基的单链末端。这个核酸酶不攻击不能进行转变的突变的MAT位点。基因缺失分析表明围绕着Y结合处的24个碱基中的大多数或全部对体外的断裂是必需的。对于一个核酸酶，识别位点是很大的。有可能识别序列只存在于三种接合型暗盒当中。 Cassette substitution is initiated by a double-strand break in the recipient (MAT) locus, and may involve pairing on eithe

53、r side of the Y region with the donor (HMR or HML) locus.The reaction triggered by the cleavage is illustrated schematically in Figure 17.10 in terms of the general reaction between donor and recipient regions. In terms of the interactions of individual strands of DNA, it follows the scheme for reco

54、mbination via a double-strand break drawn in Figure 14.5; and the stages following the initial cut require the enzymes involved in general recombination. Mutations in some of these genes prevent switching.只有MAT位点而没有HML或HMR是内切酶的目标。与保证沉默盒不被转录相同的机制也使得它们不被HO内切酶靠近，这看起来似乎是合理的。这种不易靠近性保证了转变的单向性。由断裂而触发的反应在图3

55、2.10中以图解的方式阐述了出来，这是从供体与受体区域间的普遍反应方面来说明的。从单个的DNA链反应的角度，它遵循图17.5所示的通过一个双链断裂的重组的原则；并且紧跟起始断裂的后续步骤需要有普遍性重组中涉及到的酶。一些这些基因上的突变阻止转变的发生。假定mAT的自由末端侵入不论是HML还是 HMR位点并且与右端(蓝色的)区域配对。则MAT上的Y区域被降解。直到在左边的一个具有同源互补性的区域出现。在这时，MAT当HML或HMR在左边和右边都是配对的。HML或HMR上的Y区域被复制以替代MAT上丢失的区域(这可能延伸出Y区域本身的界限)。然后配对的位点彼此分离。(反应发生的顺序可能与此不同)。

56、就像重组中的双链断裂模型一样，这个过程由将要被替换的位点MAT起始。从这个意义上说，关于HML和HMR作为供体位点的叙述指的是它们最终的作用，而不是指这个过程的机制。像复制性的移位一样，供体位点不受影响，但是在受体中序列的改变是存在的；而不像移位的是，受体位点反生了置换，而不是物质的增加。锥虫对哺乳动物免疫系统而存在的抗原是不断地变化的。这种转变过程叫做抗原性变异。机体的免疫应答总是后于表面抗原的变化，因此锥虫能逃避免疫监视，并由此使自己无限期地生存下去。每一次VSG的转变都伴随着一波的寄生虫病症，表现为发烧、出疹等症状；这种锥虫最终侵入中枢神经系统，此后哺乳动物宿主逐步变得更迟钝并最终昏迷。

57、2.4 Trypanosomes锥体虫rearrange DNA to express new surface antigens表面抗原 A trypanosome passes through several morphological forms when its life cycle alternates between a tsetse fly孑孓蝇and mammalian host.可变表面蛋白(VSG)唾腺外囊唾液肠子神经系统1-2周改变一次VSGSleeping sickness in man (and a related disease in cows) is caused

58、by infection with African trypanosomes. The unicellular parasite follows the life cycle illustrated in Figure 17.13, in which it alternates between tsetse fly and mammal. The trypanosome may be transferred either to or from the fly when it bites a mammal.锥虫通过重排 DNA以表达新的抗原。人类的睡眠疾病(以及牛身上的一种相关的的疾病)是通过非洲锥虫的感染所引起的。这种单细胞的寄生虫遵循如图32.13说明的生命周期，在这过程中它在孑孓蝇与哺乳动物之间交替的生活。锥虫在孑孓蝇叮咬哺乳动物的过程中，既可以传染到孑孓蝇也可以从孑孓蝇