真核基因表达调控(2)

1、 真核生物的基因组 真核生物基因表达调控的特点和种类 真核生物DNA水平上的基因表达调控 真核生物转录水平上的基因表达调控 真核基因转录后水平上的调控Contents第四节 真核生物转录水平上的基因表达调控一、真核基因转录二、真核基因转录调控的主要模式信号转导（一）概（一）概 述述单细胞生物单细胞生物 直接作出反应直接作出反应多细胞生物多细胞生物 通过细胞间复杂的信号传递通过细胞间复杂的信号传递系统来传递信息，从而调控机体活动。系统来传递信息，从而调控机体活动。外界环境变化时外界环境变化时跨膜信号转导的一般步骤跨膜信号转导的一般步骤特定的细胞释放信息物质特定的细胞释放信息物质信息物质经扩散或血

2、循环到达靶细胞信息物质经扩散或血循环到达靶细胞与靶细胞的受体特异性结合与靶细胞的受体特异性结合受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统靶细胞产生生物学效应靶细胞产生生物学效应细胞间信息物质细胞间信息物质是是由细胞分泌的由细胞分泌的调节靶细胞生命活动的化学物质的统称，调节靶细胞生命活动的化学物质的统称，又称作又称作第一信使第一信使。如生长因子、细胞因子、胰岛素等在细胞内传递信息的小分子物质，如：在细胞内传递信息的小分子物质，如：CaCa2+2+、IPIP3 3、DAGDAG、cAMPcAMP、cGMPcGMP等。等。第二信使第二信使(secondary mes

3、senger)(secondary messenger)能与受体呈特异性结合的生物活性分子能与受体呈特异性结合的生物活性分子则称则称 配体配体(ligand)。受体的定义受体的定义是是细胞膜细胞膜上或上或细胞内细胞内能特别识别生物活能特别识别生物活性分子并与之结合的成分。它能把识别和接性分子并与之结合的成分。它能把识别和接受的信号正确无误地放大并传递到细胞内部，受的信号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，个别是进而引起生物学效应的特殊蛋白质，个别是糖脂。糖脂。 存在于存在于细胞质膜细胞质膜上的受体，根据其结构和上的受体，根据其结构和转换信号的方式又分为三大类：转换信

4、号的方式又分为三大类：离子通道受体离子通道受体，G蛋白偶联受体蛋白偶联受体和和跨膜蛋白激酶受体跨膜蛋白激酶受体。1、膜受体、膜受体(membrane receptor)（1）G 蛋白偶联受体蛋白偶联受体又称七个跨膜又称七个跨膜 螺旋受体螺旋受体/ /蛇型受体蛇型受体目目 录录 G G蛋白蛋白(guanylate binding protein)是一类和是一类和GTPGTP或或GDPGDP相结合、位于细胞膜相结合、位于细胞膜胞浆面的外周蛋白，由胞浆面的外周蛋白，由 、 、 三个亚基组成。三个亚基组成。有两种构象：有两种构象：非活化型非活化型；活化型活化型两种两种G蛋白的活性型和非活性型的互变蛋白

5、的活性型和非活性型的互变目目 录录霍乱毒素能催化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。2 2、胞内受体、胞内受体(membrane receptor)(membrane receptor)高度可变区高度可变区位于位于N端，具有转录活性端，具有转录活性DNA结合区结合区含有锌指结构含有锌指结构激素结合区激素结合区位于位于C端，结合激素、热休克蛋端，结合激素、热休克蛋白，使受体二聚化，激活转录白，使受体二聚化，激活转录配体配体：类固

6、醇激素、甲状腺素等：类固醇激素、甲状腺素等功功 能能：多为反式作用因子，当与相应配：多为反式作用因子，当与相应配体结合后，能与体结合后，能与DNA的顺式作用元件结的顺式作用元件结合，调节基因转录。合，调节基因转录。（二）信号传导途径1、膜受体介导的信息传递（1） cAMP - 蛋白激酶途径/（P269） A激酶（PKA）：依赖于cAMP的蛋白激酶。cAMP调控的A激酶活性 不同细胞对cAMP信号途径的反应速度不同： 在肌肉细胞1秒钟之内可启动糖原降解为葡糖1-磷酸（图），而抑制糖原的合成 cAMP活化糖原磷酸化酶示意图 在某些分泌细胞，需要几个小时，激活的PKA 进入细胞核，将CRE结合蛋白磷

7、酸化，调节相关基因的表达。 CRE（cAMP response element， cAMP应答元应答元件件）是DNA上的调节区域。 (TGACGTCA) CRE结合蛋白(cAMP response element bound protein,CREB)cAMP信号与基因表达 该信号途径涉及的反应链可表示为：激素G蛋白耦联受体G蛋白腺苷酸环化酶cAMP依赖cAMP的蛋白激酶A基因调控蛋白基因转录4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）磷脂酶C（PLC-）1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）二酰基甘油（DAG）（2）磷脂酰肌醇途径（3）酪氨酸蛋白激酶途径（PTK/TPK）分类：跨膜受体型TPK和胞质非受体

8、型TPK 细胞外信号细胞外信号EGF、PDGF等等具具PTK活性的受体活性的受体GRB2 PSOS PRas-GTP PRaf调节其他蛋白活性调节其他蛋白活性MAPKKMAPK P P P细细胞胞核核反式作用因子反式作用因子调控基因表达调控基因表达细细胞胞膜膜二聚化二聚化目目 录录跨膜受体型TPK 胞质非受体型TPK：受体分子缺乏酪氨酸蛋白激酶活性，但它们能借助细胞内的一类具有激酶结构的连接蛋白JAK完成信息转导。干扰素诱导干扰素诱导JAK、STAT复合体复合体核内转移及调节基因转录机制核内转移及调节基因转录机制目目 录录STAT：信号转导子和转录激活子 JAK-STAT途径 2、胞内受体介导

9、的信息传递小分子激素激活其受体分子的机制胞内受体的基本结构分析细胞内受体的本质是激素激活的基因调控蛋白 类固醇激素与甲状腺素通过胞内类固醇激素与甲状腺素通过胞内受体调节生理过程受体调节生理过程 真核生物的基因组 真核生物基因表达调控的特点和种类 真核生物DNA水平上的基因表达调控 真核生物转录水平上的基因表达调控 真核基因转录后水平上的调控Contents五、真核基因转录后水平上的调控（一）RNA的加工成熟1、rRNA和tRNA的加工成熟rRNA的加工：分子内的切割和化学修饰rRNA化学修饰：甲基化 原核生物：碱基甲基化 真核生物：核糖甲基化tRNA基因转录时也可能先生成前体tRNA，然后再进

10、行加工成熟。一般认为，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，再行剪接成为成熟tRNA（4S）。2、mRNA的加工成熟hnRNA确定是确定是mRNA前体的前体的证据证据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。(1) 简单转录单位。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：(2) 复杂转录单位。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，

11、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。 PS 外显子 S PL 外显子 L 外显子 2 外显子 3 DNA 50b 2800bp 161bp 4500bp 205bp 327bp 初始转录本： 在唾腺中转录 成熟 mRNA： 1663nt 初始转录本： 在肝中转录 成熟 mRNA： 1773nt 图 18-57 小鼠淀粉酶(amy) 基因利用不同启动子产生两个不同的 mRNA利用多个加多聚（A）位点和不同的剪接方式产生不同的蛋白质。虽无剪接，但有多个转录起始位点或加多聚（A）位点的基因。 （二）翻译水平的调控1、mR

12、NA的稳定性与基因表达调控 例：例：转运铁蛋白受体转运铁蛋白受体（TfR）和和铁蛋白铁蛋白负责铁吸收和铁负责铁吸收和铁解毒。这两个解毒。这两个mRNA上存在相似的顺式作用元件，称上存在相似的顺式作用元件，称为铁应答元件（为铁应答元件（iron response element，IRE）。）。 IRE与与IRE结合蛋白（结合蛋白（IREBP）相互作用控制了这两相互作用控制了这两个个mRNA的翻译效率。当细胞缺铁时，的翻译效率。当细胞缺铁时，IREBP与与IRE具有高亲和力，两者的结合有效地阻止了铁蛋白具有高亲和力，两者的结合有效地阻止了铁蛋白mRNA的翻译，与此同时，的翻译，与此同时，TfR m

13、RNA上上3非翻译区非翻译区中的中的IRE也与也与IREBP特异结合，有效地阻止了特异结合，有效地阻止了TfR mRNA的降解，促进的降解，促进TfR的合成。的合成。 2、 蛋白质因子的修饰与翻译起始调控 用兔网织红细胞粗抽提液研究蛋白质合成时发现，如果不向这一体系中添加氯高铁血红素，网织红细胞粗抽提液中的蛋白质合成抑制剂HCI就被活化，蛋白质合成活性在几分钟之内急剧下降，很快就彻底消失。 现已查明，网织红细胞蛋白质合成的抑制剂HCI是受氯高铁血红素调节的eIF-2的激酶，可以使该因子的-亚基磷酸化并由活性型转变为非活性型。 (A) 顺式作用元件顺式作用元件 (B) 反式作用元件反式作用元件

14、(C) 顺式作用因子顺式作用因子 (D) 反式作用因子反式作用因子 (E) 顺反式作用元件顺反式作用元件 对自身基因转录激活具有调控作用的对自身基因转录激活具有调控作用的DNA序列序列 由特定基因编码、对另一基因转录具有调控作用的转录因由特定基因编码、对另一基因转录具有调控作用的转录因子子 AD反式作用因子上的几种重要的DNA结合结构域有:螺旋螺旋-转折转折-螺旋、锌指结构、亮氨酸拉链和碱螺旋、锌指结构、亮氨酸拉链和碱性性-螺旋螺旋-环环-螺旋螺旋真核生物基因表达不需要 （A）转录因子 （B）衰减子 （C）启动子 （D）沉默子 （E）增强子 表皮生长因子（EGF）的信号转导通路与下列哪种物质有关（A）受体型酪氨酸蛋白激酶 （B）G蛋白偶联受体（C）CGMP （D）腺苷酸环化酶 （E）离子通道受体依赖cAMP的蛋白激酶是:A.PKCB.PLCC.CKD.PKG E.PKA下列哪种物质不属于第二信使:A.cAMPB.DAGC.PLCD.IP3 E.Ca2+ 真核生物DNA中胞嘧啶存在甲基化修饰，绝大多数甲基化发生（ ）二核苷酸对上 A、 CC B、 CT C 、CG D、 CA 中科院上海生化所 98 增强子的作用具有细胞或组织的特异性。 （ ）中科院上海生化所 2001 非洲爪蟾体细胞