MO真核生物的转录与转录调控PPT学习教案

1、会计学1MO真核生物的转录与转录调控真核生物的转录与转录调控酶位置转录产物相对活性对-鹅膏蕈碱的敏感性RNA聚合酶核仁rRNA50-70%不敏感RNA聚合酶核质hnRNA20-40%敏感RNA聚合酶核质5S rRNA和tRNA约10%存在物种特异性真核细胞的三种RNA聚合酶特征比较第一节第一节 真核生物的转录真核生物的转录第1页/共101页每种RNA聚合酶均含有12个或更多的不同亚基每种RNA聚合酶均含有类似于E.Coli core RNA polymerase的亚基，最大的两个亚基彼此相似，并与E.coli RNA聚合酶的和 亚基相似，其他亚基与E.coli 聚合酶中的a亚基具有同源性。另外

2、还有五种亚基在这三种聚合酶中是共同的，剩下的其他的亚基是各种聚合酶所特有的。第2页/共101页不需要引不需要引物，与细物，与细菌聚合酶菌聚合酶不同的是不同的是与与DNA结结合时需要合时需要辅助因子辅助因子第3页/共101页The largest subunit in RNA polymerase II has a CTD (carboxy-terminal domain) consisting of multiple repeats of a septamer（七聚体）. 羧基末端结构域羧基末端结构域Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-SerRepeat 52 times in t

3、he mouse enzyme and 26 times in yeast重要的磷酸化现象：重要的磷酸化现象：ser，tyr 磷酸化发生在酶离开启动子的延伸过程CTD 尾可与尾可与 mRNA加工因子发生相互作用，而对加工因子发生相互作用，而对mRNA的加工的加工过程产生直接或间接的影响。所以过程产生直接或间接的影响。所以CTD 尾在尾在mRNA转录和加工转录和加工的偶联过程中发挥了重要作用。的偶联过程中发挥了重要作用。第4页/共101页第5页/共101页核仁的作用核仁的作用前rRNA由RNA聚合酶I在核仁中合成。rRNA基因排列成环一起组成核仁，也就是熟知的核组织区域。第6页/共101页核心元

4、件包括转录起始位点，跨越核心元件包括转录起始位点，跨越31到到6区域。这区域。这一序列为转录所必需的。一序列为转录所必需的。另一大约另一大约50一一80个碱基区域称作上游控制元件个碱基区域称作上游控制元件(UCE)，从起始上游大约从起始上游大约100bp处处(100)起始。起始。与核心元件单独作用相比，与核心元件单独作用相比，UCE的存在使转录效率提高的存在使转录效率提高了了10100倍。倍。第7页/共101页第8页/共101页第9页/共101页选择因子（选择因子（SL1）与UBF-DNA复合物结合并使其稳定，然后RNA聚合酶I结合，起始转录SL1四亚基组成，包括TATA结合蛋白（TBP，为所

5、有RNA聚合酶转录起始所需）和RNA聚合酶I特异的TBP相关因子（TAF）第10页/共101页第11页/共101页RNA聚合酶聚合酶III基因：基因：5S与与tRNA基因的转录基因的转录 RNA聚合酶聚合酶III 核质中，由16或更多亚基构成，负责转录5S rRNA的前体，tRNA，其他snRNA和胞质RNA tRNA基因基因 转录控制区位于转录单元内的转录起始位点之后。有两个高度保守的序列，即A框(5TGGCNNAGTGG3 ) 和B框(5 GGTTCGANNCC3)。n该序列同时也是编码tRNA自身的重要序列，即编码tRNA的D环和TvC环。tRNA内的高度保守序列同时也内的高度保守序列同

6、时也是高度保守的启动子是高度保守的启动子DNA 序列。序列。第12页/共101页第13页/共101页 5S rRNA基因基因 基因串联成簇，基因串联成簇，启动子含有启动子含有2个保守框：个保守框：C框位于起始位点下游框位于起始位点下游81-99个碱基处；个碱基处；A框位框位于起始位点下游于起始位点下游50-65个个bpnTFIIIA结合在启动子结合在启动子C框框后，后，TIIIC与与TFIIIA-DNA复合体结合，并与复合体结合，并与A框结合，框结合，TFIIIB结合进来募集聚结合进来募集聚合酶，起始转录。合酶，起始转录。第14页/共101页第15页/共101页RNA聚合酶聚合酶II基因：启动

7、子与增强子基因：启动子与增强子RNA聚合酶聚合酶II 催化所有编码基因的催化所有编码基因的mRNA前体前体的合成。的合成。RNA聚合酶聚合酶II转录的前转录的前mRNA须经过须经过加帽、加尾和剪接等加工过程加帽、加尾和剪接等加工过程顺式作用元件顺式作用元件定义：影响定义：影响自身基因自身基因表达活性的非编码表达活性的非编码DNA序列。序列。 例：例： 启动子、增强子、沉默子等启动子、增强子、沉默子等第16页/共101页真核生物启动子的结构核心启动子（core promoter）上游启动子元件（upstream promoter element，UPE）（1）启动子：在DNA分子中，RNA聚合酶

8、能够识别、结合并导致转录起始的序列。第17页/共101页作用：选择正确的转录起始位点，保证精确起始TATA 常在-25bp左右，相当于原核的-10序列T T8585A A9797T T9393A A8585A A6363A A8383A A5050第18页/共101页作用：控制转录起始频率。CAAT：-70 - -80bpGGGCGG：-80 - -110bp第19页/共101页增强子指能从启动子的上游或下游数干个增强子指能从启动子的上游或下游数干个bp处来激活转处来激活转录的序列元件称为增强子。录的序列元件称为增强子。第20页/共101页 增强效应与其位置和取向无关，不论增强子以什么方向排列

9、（53或35），甚至和靶基因相距3 kb，或在靶基因下游，均表现出增强效应；第21页/共101页An enhancer can activate a promoter from upstream or downstream locations, and its sequence can be inverted relative to the promoter第22页/共101页 增强效应有严密的组织和细胞特异性，并拥有多种基序。从极长的增强子元件到较短的启动子元件，其内均存在一系列连续的调控元件。第23页/共101页 没有基因专一性，可以在不同的基因组合上表现增强效应； 许多增强子还受外部信号

10、的调控，如金属硫蛋白的基因启动区上游所带的增强子，就可以对环境中的锌、镉浓度做出反应。第24页/共101页第25页/共101页第26页/共101页第27页/共101页第28页/共101页第29页/共101页 真核生物转录起始复合物第30页/共101页 5端加帽 3端加尾 RNA的剪接 RNA的编辑第31页/共101页第二节第二节 真核生物的转录调控真核生物的转录调控第32页/共101页TFD（TATA）、CTF（CAAT）、SP1（GGGCGG）、HSF（热激蛋白启动区） 真核生物的转录因子真核生物的转录因子 与通用转录因与通用转录因子不同，通过与特定启动子结构如增强子的亲子不同，通过与特定启

11、动子结构如增强子的亲和发现，先于特定和发现，先于特定DNA结合，然后激活转录。结合，然后激活转录。第33页/共101页第34页/共101页DNA结合结构域结合结构域转录活化结构域转录活化结构域结构结构域域连接区一些转录因子还含有二聚体结构域一些转录因子还含有二聚体结构域第35页/共101页第36页/共101页 同源域是一个DNA结合域，它由60个氨基酸组成，并形成3个螺旋。C端的螺旋有17个氨基酸，它结合DNA大沟。同源域N端臂插入DNA小沟。 含同源域的蛋白质可能是转录的激活剂或阻抑物。1、螺旋螺旋- -转折转折- -螺旋（螺旋（helix-turn-helixhelix-turn-heli

12、x） 现广泛分布在从酵母到人类的各种真核生物中，虽彼此在氨基酸的顺序上差别很大，但高级结构高度保守。第37页/共101页Helix 3 of the homeodomain binds in the major groove of DNA, with helices 1 and 2 lying outside the double helix. The N-terminal arm lies in the minor groove, and makes additional contacts. 第38页/共101页配位键配位键2-9个个定义：是一种常出现在DNA结合蛋白中的结构基元。是由一个含

13、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。 “锌指锌指”是根据其结构命名的，其中一小段保守氨基酸与是根据其结构命名的，其中一小段保守氨基酸与ZnZn2+2+结合，形成一个相对独立的区域。有两类结合，形成一个相对独立的区域。有两类DNADNA结合蛋白含有这种结构：结合蛋白含有这种结构： 1 1）经典的）经典的“锌指锌指”蛋白质蛋白质 2 2）类因醇受体）类因醇受体第39页/共101页第40页/共101页1）经典的）经典的“锌指锌指”蛋白质蛋白质典型典型“锌指蛋白锌指蛋白”含有一连串锌含有一连串锌指。指。单个锌指共有序列如下图所示：单

14、个锌指共有序列如下图所示：CysCys-X-X2-42-4- -CysCys-X-X3 3-Phe-X-Phe-X5 5-Leu-X-Leu-X2 2- - HisHis-X-X3 3- -HisHis 称为称为CysCys2 2/His/His2 2锌指锌指。转录因子转录因子SP1 （GC盒）盒） 、连续的连续的3个锌指重复结构。个锌指重复结构。 第41页/共101页谨慎理解锌指存在的意义：谨慎理解锌指存在的意义： 尤其是蛋白质仅含有单个锌尤其是蛋白质仅含有单个锌指时，锌指可能参与指时，锌指可能参与RNARNA的结合的结合而不是而不是DNADNA结合，或它与任何核结合，或它与任何核酸结合活性

15、均无关。酸结合活性均无关。第42页/共101页2 2）类）类固固醇受体醇受体 类固醇受体（ Steroid receptors）是配体应答的激活剂,它通过结合类固醇（或其他相关分子）而激活。它们有独立的DNA结合域和配体结合域。 类固醇受体的类固醇受体的DNADNA结合域是一类锌指结合域是一类锌指： CysCys-X-X2 2- -CysCys-X-X1313- -CysCys-X-X2 2- -CysCys 被称为被称为CysCys2 2/ Cys/ Cys2 2锌指锌指。 如糖皮质激素受体和雌激素受体各含两个锌指。如糖皮质激素受体和雌激素受体各含两个锌指。第43页/共101页配体的结合使得

16、受体（配体的结合使得受体（如类固醇受体如类固醇受体）能够结合应答元件：）能够结合应答元件：配体结合于受体的配体结合于受体的C端结构域，提高了端结构域，提高了DNA结合域对结合域对DNA特特异靶位点的亲和力。异靶位点的亲和力。第44页/共101页二聚体结构域二聚体结构域亮氨酸之间相互作用形成亮氨酸之间相互作用形成二聚体，形成二聚体，形成“拉链拉链” 。肽链氨基端肽链氨基端2030个富含个富含碱性氨基酸结构域与碱性氨基酸结构域与DNA结合。结合。第45页/共101页这类蛋白质的这类蛋白质的DNA结合结构域实际是以碱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。性区和亮氨酸拉链结构域整体

17、作为基础的。这种基序含有这种基序含有4-8个亮氨酸，每两个亮氨酸由个亮氨酸，每两个亮氨酸由6个氨基酸间隔。个氨基酸间隔。第46页/共101页DNA结合蛋白有结合蛋白有两个共同特征，两个共同特征，即存在即存在结合结合DNA的螺旋区的螺旋区和和形成形成蛋白质二聚体蛋白质二聚体的的能力。螺旋能力。螺旋-环环-螺旋蛋白同时具螺旋蛋白同时具有这两特征。有这两特征。第47页/共101页(2) 反式作用因子中的转录激活域第48页/共101页第49页/共101页第50页/共101页第51页/共101页第52页/共101页第53页/共101页转录调控举例2第54页/共101页转录调控举例3第55页/共101页第

18、三节第三节 RNA加工与核糖核蛋白复合体加工与核糖核蛋白复合体 RNA processing and RNPsRNA processing and RNPs发生在转录过程中和转录后，新合成的发生在转录过程中和转录后，新合成的RNARNA分子在结构和化学方面的成熟。分子在结构和化学方面的成熟。 第56页/共101页第57页/共101页ClassFunctionPositionhnRNA成熟mRNA的前体核内snRNA参与hnRNA的剪接、转运核内scRNA蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组成成分胞内rRNA核蛋白体组成成分tRNA转运氨基酸mRNA蛋白质合成模板第58页/共101页nDelet

19、ion: 5-leader, 3-tail, intronnAddition: 5-cap, 3-poly(A), editingnModification: methylation第59页/共101页第60页/共101页第61页/共101页第62页/共101页第63页/共101页第64页/共101页第65页/共101页第66页/共101页第67页/共101页第68页/共101页第69页/共101页1) 前体形成茎环结构.；2)内切酶的识别切除5/端16 nt和3/端2nt.3核苷转移酶,在3/端加上, 5/-CCA-3/结构.；4)切除内合子再连接.第70页/共101页核糖核酸酶核糖核酸酶P

20、和核酶和核酶RnaseP核酶核酶: 可催化特定反应的可催化特定反应的RNA分子。细胞内蛋白有助于催化分子。细胞内蛋白有助于催化，镁离子可提高活性，镁离子可提高活性RNaseP内切核酸酶；内含子的自我剪接利用人工设计核酶可体内剪切mRNA分子抑制转录表达，组织病毒复制、杀死癌细胞及基因失活.第71页/共101页mRNA加工加工hnRNP和和SnRNP 第72页/共101页snRNP 颗粒参与前mRNA的剪接和rRNA 甲基化位点的确定第73页/共101页55端加帽端加帽第74页/共101页第75页/共101页第76页/共101页多聚腺苷酸尾巴AAUAAA：准确切割加poly（A）第77页/共10

21、1页第78页/共101页第79页/共101页地中海贫血病人的珠蛋白基因，1/4切除内含子将外含子连接在一起的过程，发生在核内，mRNA成熟后转录到胞质第80页/共101页第81页/共101页mRNA splicing: Two-stepFirst, the bond in front of the G at the 5-end of the intron at the so-called 5-splice site is attacked by the 2-hydroxyl group of the A residue of the branchpoint sequence to creat

22、a tailed circular molecule called a lariat and free exon 1. in the second step, cleavage at 3-splice site occurs after the G of the AG, as the two exon sequences are joined togather. The intron is released in the lariat from and is eventually degraded. 第82页/共101页mRNA splicing is accomplished through

23、 small RNAs (U1, U2, U4, U5 and U6) and associated proteins (snRNPs) which form a complex called the splicesome. First, U1 binds to the 5-splice site and the U2 binds to the branchpoint. The tri-snRNP compex of U4, U5 and U6 can the bind, and in so doing the intron is looped out and the 5- and 3exon

24、s are brought into close proximity. mRNA splicing:snRNPU1U1U2U2U2U2U2Molecular BiologyMolecular Biology第83页/共101页 5.AGGUAAGU .CURAY.(10-40)(U/C)11NCAG G.3 Intronexonexon多聚嘧啶多聚嘧啶AG前一位核苷酸影响剪接效率，存在剪接竞争前一位核苷酸影响剪接效率，存在剪接竞争CAG = UAG AAG GAG生物体内内含子的主要类型：GU-AG、AU-AC、类内含子、类内含子第84页/共101页第85页/共101页第86页/共101页20

25、22-5-2288第87页/共101页第88页/共101页Patterns of Alternative Splicing(A) A cassette exon is defined as a regulated exon that is either included in the mRNA or excluded. (B) Alternative 5 site. (C) Alternative 3 site. (D) Alternative initiation. (E) Alternative polyadenylation. (F) Intron retention. (G) Mutually exclusive exons. (H) Others 第89页/共101页2022-5-2291第90页/共101页RNA editingAn unusal form of RNA processing in which the sequence of the primary transcript is altered is called RNA editing. In mammal, editing cuses a single base change fo