第八章分子生物学

1、第八章 真核生物基因表达调控RNA水平转录水平调控RNA的转录后加工mRNA向胞浆转运DNA水平基因重排甲基化修饰染色质的结构状态蛋白质水平mRNA稳定性翻译过程翻译后加工蛋白质的稳定性真核生物基因表达调控的环节多基因丢失基因扩增一、DNA水平的调控1. 基因丢失：丢失一段DNA或整条染色体的现象。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。马蛔虫受精卵的早期分裂

2、马蛔虫2n2，但染色体上有多个着丝粒。第一次卵裂是横裂，产生上下2个子细胞。第二次卵裂时，一个子细胞仍进行横裂，保持完整的基因组，而另一个子细胞却进行纵向分裂，丢失部分染色体。生殖细胞体细胞四膜虫：大核： 营养核 可转录小核： 生殖核 无转录活性大核由小核发育而来，发育过程中有多处染色质断裂，并删除约10%的基因组DNA。被删除序列的存在可能抑制了基因的正常表达。2. 基因扩增：通过改变基因数量来调节基因表达产物的水平非洲爪蟾卵母细胞:为储备大量核糖体以供卵细胞受精后发育的需要，通常都要专一性地增加编码核糖体rRNA的基因（rDNA）rDNA的滚环复制：拷贝数由15002106，总量可达细胞D

3、NA的75%，当胚胎期开始后，所合成的rDNA失去需要而逐渐降解消失。3. 基因重排- 免疫的多样性在胚胎细胞中，V、J、（D）和C基因是分散排列的，在B细胞发育成熟过程中，基因组中组成免疫球蛋白分子的各个基因开始发生重排，转录产生mRNA。随机重排的结果可以产生10810l0种免疫球蛋白分子。二、转录水平的调控活跃转录的基因全部位于常染色质中，处于异染色质的基因则不表达。主要发生在转录起始时的调控（包括启动子的活化和转录复合体与mRNA的结合）。1. 启动子的活化DNA的甲基化：主要发生在胞嘧啶（C），抑制基因表达。高等生物中的甲基化主要是多核苷酸链的CpG岛上胞嘧啶的5位碳原子，生成m5C

4、pG。DNA的不同甲基化状态(过甲基化与去甲基化)与基因的活性和功能有关。DNA甲基化主要形成5-甲基胞嘧啶（5-mC）和少量的N6-甲基嘌呤（N6-mA）及7-甲基鸟嘌呤（7-mG）。甲基化抑制基因转录的机制DNA 甲 基 化 导 致 某 些 区 域DNA构象变化，从而影响蛋白质与DNA的相互作用，抑制基因转录。DNA甲基化与Cancer组蛋白的乙酰化：主要发生在Lys，Arg，His，激活基因。组蛋白乙酰转移酶（histoneacetyltransferase，HAT）组蛋白去乙酰化酶（histoneacetylase，HDAC）组蛋白乙酰化使组蛋白携带正电荷量减少，降低其与带负电荷的DN

5、A链的亲和性，导致局部DNA与组蛋白八聚体解开缠绕，从而促使参与转录调控的各种蛋白因子与DNA特异序列结合，进而发挥转录调控作用；组蛋白的N末端尾巴可与参与维持染色质高级结构的多种蛋白质相互作用，更加稳定了核小体的结构。而组蛋白乙酰化却减弱了上述作用，阻碍了核小体装配成规则的高级结构。组蛋白乙酰化激活基因转录的机制DNA甲基化、组蛋白乙酰化都是表观遗传学的重要内容之一。在不影响DNA序列的情况下改变基因组的修饰，这种改变不仅可以影响个体的发育，而且还可以遗传下去。因此，这类变异被称为“表观遗传修饰”。2. 基因调控的顺式作用元件是指基因周围能与特异转录因子结合而影响转录的DNA序列。其中主要是

6、起正性调控作用的顺式作用元件，包括启动子(promoter)、增强子(enhancer)；近年又发现起负性调控作用的元件-沉默子(silencer)。哺乳类RNA聚合酶启动子中常见的元件增强子：一种能够提高转录效率的顺式调控元件，可使旁侧的基因转录提高100倍。可以单拷贝或多拷贝串连形式存在。增强子增强子成分增强子成分小于100bp增强子元增强子元小于5bp+特异激活蛋白促进转录的复合体+特异激活蛋白促进转录的复合体增强子元增强子元小于5bp+特异激活蛋白促进转录的复合体+特异激活蛋白促进转录的复合体增强子增强转录主要是按一种成环模式实现其远距离、双方向的增强功能。增强子的作用有以下特点：增强

7、子提高同一条DNA链上基因转录效率，可以远距离作用。增强子作用与其序列的正反方向无关，将增强子方向倒置依然能起作用。增强子要有启动子才能发挥作用，对动子没有严格的专一性，同一增强子可以影响不同类型启动子的转录。增强子的作用机理虽然还不明确，但与其他顺式调控元件一样，必须与特定的蛋白质因结合后才能发挥增强转录的作用。绝缘子是一段具有特化染色质结构的区域，它能阻断增强子或沉默子对靶基因/启动子的增强或失活作用效应。而且能保护两个绝缘子之间的基因免受任何外界因子的作用与影响。2. 基因调控的反式作用元件通用转录因子：基本转录复合体组装所需的转录因子。RNA聚合酶的基本转录因子激活剂：结合于上游启动子

8、元件和增强子上的转录因子，能增强基本转录复合物与核心启动子的结合。具有DNA结合域和激活域。辅激活剂：不与DNA结合，连接激活剂和基本转录复合体。与DNA结合的转录因子大多以二聚体形式起作用，与DNA结合的功能域常见有以下几种：锌指（zinc finger）CCCCHHCCZnZn- 表示DNA结合部位与专一性识别有关的功能域是非锌指的Phe（F）、Leu（L）、Tyr（Y）等核心疏水氨基酸螺旋-转角-螺旋（helix-turn-helix，HTH）其构象包括2个-螺旋，借助螺旋间的相互作用形成固定的角度，螺旋之间连接一个短的伸展的肽链，其羧基端的一个-螺旋直接与DNA大沟的碱基专一性结合，也

9、称为“识别螺旋”。另一个-螺旋则穿越大沟，与DNA发生非特异结合。两个HLH蛋白通过HLH基序形成二聚体发挥作用。- 表示DNA结合部位LLLLLLLL碱性域（basic domain）或亮氨酸拉链（leucine zipper）这类蛋白质含有4个或5个亮氨酸残基, 彼此之间精确的相距7个氨基酸残基。这样, 在螺旋的每一个侧面就出现一个Leu, 这些Leu排成一排, 两个蛋白质分子的螺旋之间靠Leu残基之间的疏水作用形成一条拉链。碱性域一般只促进二聚体的形成，不直接与DNA作用，两个螺旋在二聚化界面前面一点的位置分开，形成Y型结构，这样二聚体就夹住了DNA双链，其侧链可以与DNA大沟结合。三、转录后水平的调控1. 真核生物转录后mRNA的加工前