真核生物转录机理与调控汇总

MolecularBiologyChaper4TranscriptioninEukaryotes:MechanismandRegulationContent4.1EukaryoticRNApolymerases4.2EukaryoticPromoters4.3GeneralTranscriptionFactorsandInitiation4.4SpecificTranscriptionFactorsandTranscriptionalRegulation4.5Structuresofspecifictranscriptionfactors4.6ExperimentsTranscriptioninEukaryotes:MechanismandRegulationProkaryoteEukaryoteTranscriptioninprokaryotesTranscriptioninEukaryotes:MechanismandRegulationEukaryoticRNApolymeraseIIandtranscriptionfactorsSpecifictranscriptionfactorGeneraltranscriptionfactorsGeneraltranscriptionfactorsTranscriptioninEukaryotes:MechanismandRegulation表4.1表4.1核仁核基质核基质4.1EukaryoticRNApolymerasesLocationsofRNApolymeraseNucleolus(RNApolymeraseI)Nucleoplasm(RNApolymeraseIIandIII)RNApolymeraseIrRNAprecursorProcessing5.8SrRNA18SrRNA28SrRNARNApolymeraseIRNApolymeraseIIRNApolymeraseIIRNAprecursorProcessingsnRNAsTranslationProteinmRNAHoloenzyme:

Coreenzyme(β’,β&α)+SubunitσRNApolII:

Coresubunits(1,2&3)+Subunits4-12RNApolymeraseIIRpb1、Rpb2和Rpb3称为‘核心亚基’RNApolymeraseII蟹钳RNApolymeraseIIIRNApolymeraseIIIRNAprecursorProcessing5SrRNA4.5StRNAU6snRNATranscriptioninEukaryotesTranscripitionofrRNAgeneTranscripitionoftRNAand5SrRNAgeneTranscripitionofmRNAandsnRNAgenes

RNAPolIRNAPolIIRNAPolIIImRNAThreetypesofRNApolymeraseanditstranscriptinEukaryotes4.2EukayoticPromoters4.2EukayoticPromotersProkaryoticpromoterEukaryoticpromoter4.2EukaryoticPromotersTATA框起始子TFIIB识别元件上游启动子元件下游启动子元件“IwouldliketohaveTATAboxandInitiatorasmypromoter.Whatwouldyoulike?”“Well,IpreferBREandDPE.”EukaryoticpromoterTATAAA-10boxTATAATTATAboxTATAboxSpecializedgenes+Housekeepinggenes–Genesofdevelopment–

TATA框最常出现在特殊的基因里GCGAT

DPE:DownstreamPromoterElementPyPyANPyPyTA驱动基础转录

Initiator/起始子drivebasictranscriptionCGCCGGGCCABRE:TFIIB

RecognitionElement原核生物RNA聚合酶前起始复合体真核生物RNApolymeraseII:“Ineedhelpfromotherproteins.”4.3GeneralTranscriptionFactorsandInitiation4.3.1TFIIDTBP:TATA-BindingProteinShow3DstructureofTBPTBP与TATA框结合的图片TAFIIs:TBP-AssociatedFactors

IITAFIIs:1)BindingtoDPEorInr结合到核心启动子元件上而不是结合到TATA框上去促进转录。TAFIIs:2)BindingtoActivator与特异转录因子结合以增强或抑制转录4.3.2OtherTFIIs TFIID（TBP）结合TATAbox↓TFIIA和TFIIB结合BRE↓RNAPolII-TFIIFisrecruited↓TFIIEandTFIIHbindupstreamofPolIItoformthepre-initiationcomplex↓PromotermeltingusingenergyfromATPhydrolysisbyTFIIH)↓PromoterescapesafterthephosphorylationoftheCTDtail4.3.3GeneralTranscriptionfactors

forRNAPolymeraseIandIII

RNA聚合酶I和III的通用转录因子（1）GeneralTFsofRNApolymeraseISL1结合到核心元件上并帮助召集RNA聚合酶I到启动子位置。UBF结合到上游启动子元件帮助SL1结合到核心元件上。I类启动子核心元件上游启动子元件RNAPolIpromotersInitiationofpolⅠgene’stranscriptionUBFUBFSL1POLⅠNOTE:UBF----upstreambindingfactorSL1----selectivityfactor

5SrRNApromotertRNApromoter(2)RNApolymeraseIII的通用转录因子

①ThreetypesofpolIIIpromoters②InitiationoftranscriptionoftRNApromoter

GeneralTFsofRNApolymeraseIII③Initiationoftranscriptionof5SRNApromoter①EukaryotictRNApromoter②Eukaryotic5SrRNApromoterAboxBboxTATAbox+1-30-23AboxCboxTATAbox+1-30-23Promoters(启动子)ofRNApol.IIITFCTFBTFATFCTFBTFⅢC+1内启动子Abox+50~+65Cbox+81~+995srRNAgeneTFⅢBPolⅢTFⅢAPolⅢpromoter&transcriptioninitiation内启动子AboxBboxtRNAgeneD-loopTψC-loop+1TFⅢCTFⅢBPolⅢ4.4SpecificTranscriptionFactorsandTranscriptionalRegulation

特异转录因子与转录调控Specifictranscriptionfactor真核生物采用特异转录因子的蛋白质来改变转录速率Specifictranscriptionfactors

特异性转录因子Specifictranscriptionfactors:

Eukaryoticfactorsthatchangetherateoftranscriptionoftargetgenes.特异性转录因子：改变目标基因转录速率的的真核生物因子。

Factors（因子）Proteins（蛋白质）Elements（元件）DNAsegments（DNA区段）Q→Whatarethetwotypesofspecifictranscriptionfactors?Howcantheyaffectinitiationoftranscription?

特异转录因子分哪两种类型？

它们是如何影响转录起始的？SpecifictranscriptionfactorGeneraltranscriptionfactorsGeneraltranscriptionfactorsSpecificTranscriptionFactorsandTranscriptionalRegulation

特异转录因子与转录调控4.4.1Activators/激活蛋白4.4.2Repressors/阻遏蛋白Specifictranscriptionfactorsthatenhancetherateoftranscriptionarecalledactivators.Helprecruitthepre-initiationcomplex.Helporganizethesubunitsofthepre-initiationcomplex,andmaintaincohesionofthecomplex.AttractenzymestoloosenDNAfromproteins,freeingimportantregionslikethepromoter.4.4.1Activators/激活蛋白（1）概念（2）调控机理①Helprecruitthepre-initiationcomplex②Helporganizethesubunitsofthepre-initiationcomplex③AttractenzymestoloosenDNASpecifictranscriptionfactorsthatpreventthetranscriptionofagenearecalledrepressors.能阻碍基因转录的特异转录因子称为阻遏蛋白。Blockingtheactivityofactivators.Blocking

accessofthepre-initiationcomplextothepromoter.RecruitingenzymesthattightenDNAaroundproteins.4.4.2Repressors/阻遏蛋白（1）概念（2）调控机理①Blockingtheactivityofactivators②Blockingaccessofthepre-initiationcomplextothepromoter.③RecruitingenzymesthattightenDNAaroundproteins顺式作用元件（cis-actingelement）指与结构基因表达调控相关、能够被基因调控蛋白特异性识别和结合的特异DNA序列。包括启动子、上游启动子元件、增强子等。指能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件核心序列上参与调控靶基因转录效率的蛋白质。

反式作用因子(trans-actingfactor)4.4.3EnhancersandSilencers

增强子和沉默子顺式作用元件能与特异性转录因子结合，以决定转录的起始位点、转录效率及转录的时空特异性EnhancersandSilencersTranscriptionisactivatedEnhancerTranscriptionisrepressedSilencerRepressorActivator增强子是一类正调控顺式作用元件，能够从转录起始点的上游或下游数千个碱基处来激活转录，使和它连锁的基因转录频率明显增加的DNA序列。

（1）增强子（Enhancers

）TranscriptionisactivatedEnhancerActivatorDNAlooping/DNA成环SeaUrchinEndo16gene

（海胆Endo16基因）Aredseaurchin红海胆海胆Endo16基因的多增强子调控模式（2）沉默子（Silencers

）能够同反式因子结合从而阻断增强子及反式激活因子的作用，并最终抑制该基因的转录活性。TranscriptionisrepressedSilencerRepressorQuestionsQ1

→WhatkindsofDNA-bindingmotifsdoeukaryoticproteinshave?

真核生物具有什么样的DNA结合基序?Q2

→HowdidweknowproductsofvariousRNApolymerases?

我们是如何知晓不同RNA聚合酶的产物的？Q3

→Areproteinmodulesexchange-able?

蛋白质模块可以互换吗？??ProkaryoticEukaryotic4.5特异转录因子的结构大沟A≠TG≠C小沟A≈TG≈C大沟VS小沟转录因子的结构DNA结合结构域转录活化结构域4.5.1DNA-BindingMotifsinProkaryotes原核生物DNA结合基序RecognitionhelixThehelix-turn-helix(HTH)motifHelix-turn-helix:AcommonDNA-bindingmotifinprokaryoticproteins.Consistsoftwoα-helicesconnectedbyashortpeptideturn.螺旋-转角-螺旋：原核生物中常见的DNA结合基序。由两个α-螺旋通过一个肽转角连接在一起。)例子：lac阻遏蛋白Show3Dstructureofthelacrepressor例子：Trp阻遏蛋白TrpTrprepressorDNAE.coliOperator例子：Trp阻遏蛋白Show3Dstructureofthetrprepressor4.5.1DNA-BindingMotifsineukaryote 真核生物DNA结合基序(1)Thehomeodomain

同源异型域(2)Zincfingermotif

锌指基序(3)Leucinezipper

亮氨酸拉链(4)HLHmotif

螺旋-环-螺旋基序?Eukaryotic(1)Thehomeodomain/同源异型域SimilartoHTHofprokaryotesHomeodomain:DNA-bindingdomainfoundinmanyeukaryoticproteinsthatareinvolvedinorganismaldevelopment.同源异形域：在许多真核生物中发现的DNA结合域，在生物发育中起作用。由短的肽链转角连接在一起的三个α螺旋组成。其中两个螺旋在一起看起来与HTH基序非常相似。SimilartoHTHofprokaryotes(1)Thehomeodomain/同源异型域与DNA大沟发生特异性接触支撑作用肽链延伸段，深入到DNA的小沟①同源异型基因(Homeoticgenes)同源异型基因是指一类含有同源框的基因。在胚胎发育中的表达水平对于组织和器官的形成具有重要的调控作用。该类基因的突变，就会在胚胎发育过程中导致某一器官异位生长，即本来应该形成的正常结构被其他器官取代了。①同源异型基因(Homeoticgenes)广泛存在于从酵母到人类的各种真核生物中的基因，其特点是基因中存在共同的180bp的DNA片段，编码高度同源的60个氨基酸，这个共同的180bpDNA片段称为同源异型框（homeobox）,含有同源异型框的基因称之为同源异型基因。如果蝇的HOM基因，动物和人类的Hox基因。在胚胎发育中起着类似万能开关的作用，保证生物在正常的位置发育出正常形态的躯干、肢体、头颅等器官。②同源异型蛋白和同源异型域（homeodomain）由同源异形框基因编码的蛋白质称为同源异型蛋白。同源框由180个碱基组成，编码一段称为同源异形域的特定氨基酸序列（60aminoacids），称为同源异型域。MutationofhomeoticgenesHomeoticgenes触角足畸形突变同源异形基因负责在正确的位置发育出正确的器官Show3Dstructureofhomeodomain(2)Zincfingermotif/锌指基序Zincfingers:DNAbindingdomainsthatareelongated,withashapethatissomewhatlikeafinger.Theshapeofthedomainiscoordinatedbyoneormorezincatoms.锌指结构：伸展的、形状有些像手指的DNA结合域。这一形状由一个或多个锌原子进行协调。OneproteinhasmultiplezincfingersFinger1Finger2Finger3Whysomany?(3)Leucinezipper/亮氨酸拉链Leucinezipper:ADNA-bindingdomainformedbytwoα-helices,usuallyfromtwodifferentproteinsthatcometogetherattheDNA.Thehelicesareheldtoeachotherbyhydrophobicinteraction,asbotharelinedwithleucineaminoacids.亮氨酸拉链：一种由两个α螺旋组成的DNA结合域形式，通常由一起来到目标DNA的两种不同蛋白质组成。两个螺旋通过疏水相互作用而保持在一起，因为两者都具有排布成一条线的亮氨酸。Show3Dstructureofleucinezipper这类蛋白质的DNA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。Homodimerization/同源二聚化作用LeucineHomodimerization:

Formationofdimersbetweentwoidenticalsubunits.同源二聚化作用：两个相同亚基之间形成二聚体的过程。Heterodimerization/异源二聚化作用Heterodimerization:

Formationofdimersbetweentwodifferentsubunits.异源二聚化作用：两个不同亚基之间形成二聚体的过程。异源二聚体能够识别不同的DNA序列，这一特性能够使较少种类的蛋白产生出更多种类的DNA结合域。思考题：你克隆到的一个蛋白质，序列如下：

001

MESADFYEVEPRPPMSSHLQSPPHAPSNARLWLSPGRGPRAAPSPTCRPGAAGRICEHET

061

SIDISAYIDPAAFNDEFLADLFQHSRQQEKAKAAAGPAGGGGDFDYPGAPAGPGGAVMSA

121GAHGPPPGYGCAAAGYLDGRLEPLYERVGAPALRPLVIKQEPREEDEAKQLALAGLFPYQ

181PPPPPPPPHPHASPAHLAAPHLQFQIAHCGPTPPPTPVPSPHAAPALGAAGLPGPGSALK

241GLAGAHPDLRTGGGGGGSGAGAGKAKKSVDRDKAKQRNVELTQQKVELTSDNDRLRKRVE

301QLSREADTLRGIFRQLPESSVKLAMATARLARGCGTLAGRPPGLWRPRGWFRVAGSGCPG

361RASQD

根据已知的研究结果表明它是一个转录因子。从序列计算得到的分子量为40kDa，但从蛋白质用离心沉降方法得到的分子量为80kDa，你认为最可能的原因是什么?请根据你提出的假说设计试验，并预测如果假说正确时的实验结果。根掘氨基酸的序列，你认为什么特点使得这个蛋白质发生了你所提出的假说中的现象，并设计实验加以验证。(4)Helix-loop-helixmotif/螺旋-环-螺旋基序Thehelix-loop-helix(HLH)motifHelix-loop-helix/螺旋-环-螺旋Thehelix-loop-helix(HLH)motifHelix-loop-helix:ADNA-bindingdomaininproteins.Eachhalfofthedomainconsistsoftwoα-helicesconnectedbyapeptideloop.螺旋-环-螺旋：蛋白质的一种DNA结合域。该结合域的每一半由两个α-螺旋通过一个肽环连接在一起。HLH基序由通过一个环连接在一起的两个α螺旋组成。它也像一把钳子一样抓住DNA。HLH

versus

HTHThehelix-loop-helix(HLH)motifThehelix-turn-helix(HTH)motifShow3DstructureofHLH4.6Experiments /实验研究4.6.1RNApolymerasetargets

RNA聚合酶的目标4.6.2ModularityofSpecificTranscriptionFactors

特异转录因子的模块化4.6.1RNApolymerasetargets

RNA聚合酶的目标一开始是怎么知道的呢？α-amanitin/α鹅膏蕈碱RNApolymeraseIRNApolymeraseIIRNApolymeraseIIIrRNAprecursorHighconcentrationofα-amanitinRNApolymeraseIproducesrRNAprecursors.为什么α鹅膏蕈碱对人类有这么大的毒性？RNApolymeraseIRNApolymeraseIIRNApolymeraseIIIrRNAprecursortRNA,5SrRNA…Lowconcentrationofα-amanitinRNApolymeraseIIIproducestRNA,5SrRNAandothersnRNAs.为什么α鹅膏蕈碱对人类有这么大的毒性？ProductofRNApolymeraseII

RNA聚合酶II的产物NomRNARNApolymeraseIIdoesnotworkRNApolymeraseIIisresponsibleformakingmRNA.4.6.2ModularityofSpecificTranscriptionFactors

特异转录因子的模块化Modularity:referstothecompositionofaproteinwithseparatestructuralmodules.模块化：指蛋白质由不同的结构模块组成。Modules:

Proteindomainsthatarefoundinmanyproteinsandarewellconservedinevolution.模块：在许多蛋白质中存在并且在进化中相当保守的蛋白质域。特异转录因子通常是模块化的，含有一个DNA结合模块和一个分开的激活模块。Q

→Areproteinmodulesexchange-able?蛋白质模块可以互换吗？4.6.2

ModularityofSpecificTranscriptionFactors

特异转录因子的模块化Moduleexchange模块交换模块化转录和/或翻译产物可以很容易地被检测出来的基因Thereportergenes/报告基因Braincancermodels

HumanU-87-RFPgliomagrowinginbrainofnudemouse.脑瘤模型：生长在裸鼠脑中的人神经胶质瘤RFPGFP报告基因绿色荧光蛋白ThemodularityofGal4

(转录激活蛋白Gal4)模块化upstreamactivationsequenceThemodularityofGal4

(转录激活蛋白Gal4)模块化ThemodularityofGal4

(转录激活蛋白Gal4)模块化YeastOneHybridSystem4.1真核生物RNA聚合酶4.2真核生物启动子4.3通用转录因子与转录起始4.4特异转录因子与转录调控4.5特异转录因子的结构4.6实验研究 主要内容4.5.2DNA-BindingMotifsineukaryote 真核生物DNA结合基序1.Homeodomain

同源异型域2.Zincfingermotif

锌指基序3.Leucinezipper

亮氨酸拉链HLHmotif

螺旋-环-螺旋基序?EukaryoticThehomeodomain/同源异型域SimilartoHTHofprokaryotesHomeodomain:DNA-bindingdomainfoundinmanyeukaryoticproteinsthatareinvolvedinorganismaldevelopment.同源异形域：在许多真核生物中发现的DNA结合域，在生物发育中起作用。由短的肽链转角连接在一起的三个α螺旋组成。其中两个螺旋在一起看起来与HTH基序非常相似。Zincfingermotif/锌指基序Zincfingers:DNAbindingdomainsthatareelongated,with