【学习课件】第21章真核基因表达调控

1、Regulation of Gene Expression in Eukaryotes第二十一章真核基因表达调控编辑ppt编辑ppt编辑ppt第 一 节真核基因表达调控的特征Features of Eukaryotic Gene Regulation编辑ppt一、顺式作用元件是决定真核基因转录活性的关键因素之一顺式作用元件: 可影响自身基因表达活性的DNA序列顺式作用元件分三类：启动子 增强子 沉默子编辑pptexon1intron1exon nintron n上游下游转录起始点增强子沉默子启动子TATA盒GC盒CAAT盒增强子编辑ppt（一） 启动子是RNA聚合酶结合并启动 基因转录的特异D

2、NA序列 真核基因的启动子指的是RNA聚合酶识别、结合的基因转录调控区中启动基因转录的一段特异DNA序列。包含一组转录调控功能组件编辑ppt1. 真核生物启动子的核心序列典型的启动子核心序列是在转录起始位点上游2535 bp处，有一保守的TATA序列，被称为TATA盒（TATA box）。TATA盒对RNA聚合酶II的转录起始位点起定位作用。 编辑ppt一些真核细胞基因含有另一种启动子元件，称为起始子(initiator,Inr)，决定启动子的强度。 起始子共有序列为： （5）Y-Y-A+1-N-T/A-Y-Y-Y（3）；编辑ppt 有一些编码蛋白质基因，不含TATA盒或起始子，多在起始位点上

3、游约100 bp内含有2050个核苷酸的CG序列，被称做CpG岛（CpG island）。 转录可有多个起始点，可产生含不同5末端的mRNA。这些基因大多为低转录基因。编辑ppt 2. 启动子中的上游元件协助真核基因调节GC盒(GC box) (GGGCGG)CAAT盒(CAAT box) (GCCAAT )编辑ppt TATA盒 CAAT盒 GC盒 增强子 顺式作用元件 结构基因-GCGC-CAAT-TATA转录起始真核生物启动子保守序列编辑ppt(二）增强子决定基因的时空特异性表达增强子（enhancer）指远离转录起始点、决定基因的时间、空间特异性表达，增强启动子转录活性的DNA序列。在

4、酵母中，被称为上游活化序列（upstream activator sequences, UASs）。增强子的作用通常与其所处的位置、与转录起始点距离和方向无关。编辑ppt（三）沉默子阻遏基因转录沉默子(silencer)是指某些真核基因转录调控区中抑制基因转录的一段（数百bp）DNA序列。编辑ppt二、反式作用因子和顺式作用蛋白 是真核基因的转录调节蛋白在真核细胞核中，有许多蛋白质能够帮助RNA聚合酶转录RNA。这类蛋白质统称转录因子（transcription factors，TF）或转录调节蛋白。以反式作用方式调节基因转录的转录因子称为反式作用因子（trans-acting factor）

5、，以顺式作用方式调节基因转录的转录因子称为顺式作用蛋白（cis-acting protein） 。编辑pptcDNAaDNA反式调节C顺式调节 mRNA C蛋白质CBA mRNA蛋白质AA编辑ppt（一）Pol转录需要基本转录因子和特异 转录因子 * 基本转录因子(general transcription factors) 是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白因子，决定三种RNA(mRNA、tRNA及rRNA)转录的类别。编辑ppt* 特异转录因子(special transcription factors)为个别基因转录所必需，决定该基因的时间、空间特异性表达。转录激活因子转录抑制因子

6、编辑ppt 转录调节因子结构DNA结合域转录激活域TF蛋白质-蛋白质结合域（二聚化结构域） 谷氨酰胺富含域酸性激活域脯氨酸富含域编辑ppt（二）转录因子含有不同的DNA结合域螺旋-转角-螺旋是转录因子中的常见的DNA结合域 同源异型域结构与HTH结构域类似 锌指结构是一类含锌离子转录因子的DNA结合域 亮氨酸拉链结构域既可介导结合DNA又可介导蛋白质二聚体化 碱性螺旋-环-螺旋结构域也可同时介导结合DNA和蛋白质二聚体化 编辑ppt螺旋-回折-螺旋（helix-turn-helix，HTH） 同源异型域（homeodomain，HD）识别螺旋DNA大沟DNA小沟螺旋1N端DNA大沟螺旋3编辑p

7、pt 锌指结构是一类含锌的DNA结合蛋白质模体C2H2型锌指（Zinc finger）编辑ppt反向平行片层DNA大沟螺旋Zn2编辑ppt 亮氨酸拉链同时调节DNA结合与蛋白质二聚体化LeuLeuLeuLeuLeuLeuLeuLeuDNA大沟DNA大沟亮氨酸拉链（leucine zipper）编辑ppt 碱性螺旋-环-螺旋结构也可调节DNA结合及蛋白质二聚体化 碱性螺旋-环-螺旋（basic helix-loop-helix，bHLH） bHLH双体DNA大沟螺旋螺旋环编辑ppt（三）转录因子含有不同的转录激活域富含谷氨酰胺的转录激活域 富含脯氨酸的转录激活域 酸性氨基酸转录激活域 编辑ppt

8、三、正性调节占主导的真核基因表达调控机制更加复杂基因表达的多级调控:基因激活拷贝数重排甲基化程度转录起始 转录后加工mRNA降解蛋白质翻译翻译后加工修饰蛋白质降解等转录起始正调节机制更加经济、特异、精确编辑ppt第 二 节真核基因表达的染色质水平调控Chromosomal Regulation ofEukaryotic Gene Expression编辑ppt常染色质（euchromatin）中的转录活性区域对核酸酶敏感转录活化染色质结构结构的变化 组蛋白共价修饰的方式发生复杂改变。转录活性染色质区域胞嘧啶被甲基化的程度 降低。编辑ppt染色质重塑编辑ppt第 三 节真核基因表达的转录水平调控

9、Transcriptional Regulation of Eukaryotic Gene Expression编辑ppt 一、转录起始调控发生在转录起始复合物的组装过程基因活化蛋白质；通用转录因子；辅助激活子(coactivator)和/或中介子（medicator）RNA聚合酶II与启动子的结合、启动转录需要诸多蛋白质因子的协同作用：编辑pptTATA盒TF IIDRNA聚合酶II通用转录因子转录方向中介子活化蛋白活化蛋白增强子增强子DNATF IIA编辑ppt5加帽的作用在于： 有助于保护mRNA免于被核糖核酸酶降解；5帽结合蛋白复合体参与mRNA和核糖体的结合来起始翻译 。促进mRNA

10、从细胞核运输到细胞浆；协助mRNA的剪接。在剪接第一个外显子时，剪接体的形成需要帽结合蛋白的参与；（一）mRNA 5端加帽和3端加尾修饰利于mRNA稳定性和转运二、转录后调控涉及修饰、剪接、编辑、定向转运多个环节编辑pptpoly(A)尾可结合一种或多种特殊蛋白，避免mRNA被酶降解，并在翻译过程中具有重要作用。poly(A)尾的作用：编辑ppt初始转录本含有所有选择性加工途径所需要的分子信号。一种细胞偏好何种选择性加工途径取决于加工因子RNA结合蛋白的特异性。 选择性剪接可以被正负调节分子调节：（二）可变性剪接可使初始转录本产生不同的成熟mRNA编辑ppt（三）编辑加工可增加mRNA分子信息

11、的内涵 （四）调解成熟mRNA的核外输出也会 影响基因表达（五）某些mRNA定位于细胞质的特殊区域编辑pptmRNA分子的3种不同定位过程编辑ppt IRE-BP对转铁蛋白受体mRNA稳定性的调节低铁状态转铁蛋白受体mRNA5编码区活化的IRE-BP3Poly(A)n翻译TfR蛋白IRE高铁状态转铁蛋白受体mRNA5编码区铁失活的IRE-BP3Poly(A)nmRNA降解IRE（六）通过改变mRNA分子的稳定性调控基因表达 编辑ppt（七）mRNA分子细胞质中添加Poly(A) 控制蛋白翻译在一些情况下，特殊的Poly(A)尾端可以在细胞浆得以延伸。 编辑ppt（八）无义变化介导的mRNA降解

12、是真核mRNA的监视系统编辑ppt700bp左右RNA前体配对碱基DICER2025bpmiRNA5RISC靶mRNA未配对区域靶mRNA降解导入的双链RNA片段siRNARDE-1DICERRISCRISCRISC5靶mRNA靶mRNA被核酸内切酶切割靶mRNA被核酸外切酶降解（九）RNA干涉是一种基因转录后沉默机制编辑ppt第 四 节真核基因表达的翻译水平调控Translational Regulation of Eukaryotic Gene Expression编辑ppt一、翻译起始因子-2的磷酸化调节 蛋白质翻译条件变化活化了特殊的蛋白质激酶，使翻译起始因子eIF-2（eukaryotic initiation factor，eIF-2）磷酸化所致。编辑ppt二、5端或3端非翻译区特异RNA 结合蛋白介导蛋白质翻译负调控一些转录抑制蛋白质结合到mRNA的5端抑制转录起始，而另一些抑制蛋白质则识别特殊mRNA分子的3UTR，通过干扰3Poly(A)尾与5端帽的联络而减少翻译的启动。 编辑ppt IRE-BP对铁蛋白mRNA翻译的