真核基因mRNA成熟

CSMGenome&GeneregulationEukaryoticGeneRegulation真核基因表达调控的各个环节转录前调控转录调控转录后调控翻译调控翻译后调控多肽前身物mRNA降解翻译成熟蛋白质短肽氨基酸降解加工（内切、-S-S-形成,,,)加入（糖基化、脂类…）修饰（磷酸化、乙酰化、甲酰化…)执行功能变构细胞核初始转录物hnRNA转录DNA染色质丢失：红细胞染色质结构改变：组蛋白磷酸化、乙酰化基因扩增(geneamplification):rDNA,基因重排(genearrangement):Ig基因修饰(genemodification):甲基化加工（加头、接尾、剪接、编辑…)修饰（甲基化、氧化、还原、转位…）转运RNA降解sRNA第1页/共60页第一页，共60页。特征ⅠⅡⅢ线粒体分子量5×1056×1056×1056.4-6.8×105定位核仁核质核质线粒体数量/细胞4×1044×1042×104

转录产物5.8S,18S,28SmRNA前体tRNA前体

rRNA前体U1,U2,U4,U55SrRNA前体

snRNA前体U6snRNA前体酶活性/细胞50-70%20-40%10%对

-蝇蕈碱不敏感较敏感中等敏感不敏感对利福平不敏感不敏感不敏感敏感对利福霉素敏感敏感敏感敏感真核生物的RNA聚合酶第2页/共60页第二页，共60页。基因转录调控元件顺式作用元件：真核生物结构基因上游的调控区，有特定的相似或一致性的序列。反式作用因子：和顺式作用元件相结合或间接影响其作用的蛋白质因子。第3页/共60页第三页，共60页。顺式作用元件exon1intron1exonnintronn上游下游转录起始点增强子沉默子启动子TATA盒GC盒CAAT盒增强子第4页/共60页第四页，共60页。Transcription（转录）第5页/共60页第五页，共60页。多数真核基因拥有5个以上的cis-elements，用于结合转录因子和RNA聚合酶。以下是一个例子：第6页/共60页第六页，共60页。Eukaryoticpromotersandregulatoryregions第7页/共60页第七页，共60页。CSMGenome&GeneregulationEukaryoticGeneRegulation转录的反式作用因子（trans-actingfactor）是能够直接或间接识别或结合特异性顺式元件（启动子、增强子等）序列的蛋白质。参与调控靶基因转录效率，起正向或负向调控作用。基本结构包括3个主要功能域：（1）识别或结合DNA的结构域（2）转录活性域（3）结合其他因子或调控蛋白的调节结构域▲▲▲第8页/共60页第八页，共60页。CSMGenome&GeneregulationEukaryoticGeneRegulation转录因子可由三个独立的结构域组成第9页/共60页第九页，共60页。CSMGenome&GeneregulationEukaryoticGeneRegulation识别、结合DNA的结构域螺旋-转折-螺旋（helix-turn-helix，HTH）结构

eg.同源结构域（homodomain,HD）、Oct1、2等锌指（Zincfinger）结构

eg.TFIIIA、类固醇受体、SP1…等碱性亮氨酸拉链（basicleucinezipper,bZIP）结构

eg.C/EBP家族、AP1（Fos-Jun家族）…等碱性螺旋-环-螺旋（basichelix-loop-helix，bHLH）结构

eg.Myc/Max、MyoD家族、E12、E47…等▲▲▲▲第10页/共60页第十页，共60页。表观遗传学（Epigenetics）第11页/共60页第十一页，共60页。DNAmethylationandcancer第12页/共60页第十二页，共60页。CpGIslandisimportantforpromoterfunction第13页/共60页第十三页，共60页。CpGinformationisimportantforGenomics第14页/共60页第十四页，共60页。转录起始复合体；染色质重塑；酵母双杂交系统的原理；mRNA的成熟5’加帽3’加poly-A尾巴剪接纠错机制mRNA出核本次课内容第15页/共60页第十五页，共60页。Exampleoftranscriptioncomplexes第16页/共60页第十六页，共60页。RNA聚合酶复合体及附属因子多亚基辅助因子染色质重塑复合体真核基因转录起始装置的三个部分第17页/共60页第十七页，共60页。组蛋白八聚物与RNA转录起始复合体不能同时结合基因的启动子区第18页/共60页第十八页，共60页。ThedynamicmodelfortranscriptionofchromatinreliesuponfactorsthatcanuseenergyprovidedbyhydrolysisofATPtodisplacenucleosomesfromspecificDNAsequences.染色质重塑Chromatinremodeling第19页/共60页第十九页，共60页。染色质重塑（chromatinremodeling）染色质重塑复合体可以通过改变基因的启动子和调节序列区域的染色质结构来促进转录开始。这种改变局部染色质结构的过程被称为染色质重塑

。最主要的两种方式：

组蛋白的共价修饰核小体重塑（nucleosomeremodeling）乙酰化甲基化第20页/共60页第二十页，共60页。AcetylationofH3andH4isassociatedwithactivechromatin,whilemethylationisassociatedwithinactive

chromatin.Histonemodificationisakeyevent第21页/共60页第二十一页，共60页。Acetylationofhistonesactivateschromatin,and

methylationofDNAandhistonesinactivateschromatin.MethylationofDNAandofhistonesisassociatedwithheterochromatin.Thetwotypesofmethylationeventmaybeconnected.第22页/共60页第二十二页，共60页。第23页/共60页第二十三页，共60页。TBP：TATA-bindingproteinTAF:TBP-associatedfactorsTRF:TBP-relatedfactors组织特异性/基因选择性的RNA聚合酶起始复合体第24页/共60页第二十四页，共60页。酵母双杂交系统：用于研究蛋白-蛋白相互作用BD：DNA-BindDomainAD:ActivationDomain第25页/共60页第二十五页，共60页。5’加帽剪切3’加尾mRNA的成熟第26页/共60页第二十六页，共60页。Cappingprocess第27页/共60页第二十七页，共60页。5’cap由CappingEnzymeComplex（CEC）催化结构特点：m7G5’-5’三磷酸桥象RNA的3’端主要功能：保护mRNA调控出核促进翻译促进最5’端内含子切除第28页/共60页第二十八页，共60页。CECboundtoRNApolymeraseII第29页/共60页第二十九页，共60页。转录终止和3’加poly-A尾巴第30页/共60页第三十页，共60页。内含子（Intron）：切掉的序列外显子（Exon）：与内含子相邻的编码序列剪接（splicing）：去掉内含子的过程剪接体（splicesome）：进行RNA剪接时形成的复合体，由snRNA和蛋白质组成。5种snRNA：U1到U6；100余种蛋白质RNA剪接第31页/共60页第三十一页，共60页。第32页/共60页第三十二页，共60页。5’-2’bond第33页/共60页第三十三页，共60页。剪接位点的保守序列第34页/共60页第三十四页，共60页。如果RNA用dNTP代替NTP，剪接反应能进行吗？第35页/共60页第三十五页，共60页。第36页/共60页第三十六页，共60页。第37页/共60页第三十七页，共60页。在剪接中的第一步，必须把branchpoint与5’剪接点拉近；第二步，则需要把5’剪接点与3’剪接点拉近。如果让你设计剪接体，需要用到什么分子？其有什么性质？第38页/共60页第三十八页，共60页。第39页/共60页第三十九页，共60页。第40页/共60页第四十页，共60页。pre-mRNAGAUGUCGAGUGAGGGAGUGAAGCUGCAG剪接mRNAGAUGUCGACUGCAG剪接位点的预测第41页/共60页第四十一页，共60页。GUAGGUAGGUAG组成性剪接（constitutivesplicing）GUAGGUAGGUAG变位剪接（alternativesplicing）同源蛋白质（isoform）第42页/共60页第四十二页，共60页。第43页/共60页第四十三页，共60页。mRNA前体选择剪接几种方式第44页/共60页第四十四页，共60页。不同组织原肌球蛋白基因的变位剪接第45页/共60页第四十五页，共60页。几种动物的外显子和内含子长度分布第46页/共60页第四十六页，共60页。第47页/共60页第四十七页，共60页。Pre-mRNAmRNA第48页/共60页第四十八页，共60页。DNA5’GATGTCGAGTGAGGGGTGAAGCTGCAG3’3’CTACAGCTCACTCCCCACTTCGACGTC5’pre-mRNA5’GAUGUCGAGUGAGGGGUGAAGCUGCAG3’mRNA5’GAUGUCGACUGCAG3’第49页/共60页第四十九页，共60页。转录和剪接中的错误纠正机制无义变化介导的mRNA降解

(Nonsense-mediatedmRNAdecay,NMD）当在同一阅读框架内的翻译终止密码子UAA、UAG或UGA提前出现在最后两个外显子交界处上游约50nt处时，mRNA被迅速降解。这些错位终止密码子被称为成熟前终止密码子（prematureterminationcodons,PTC），可以来自突变、重组、不完全或不正确剪接。第50页/共60页第五十页，共60页。无义变化介导的mRNA的降解第51页/共60页第五十一页，共60页。可以使某些异常的mRNA在被有效地翻译成蛋白质前得到清除，这个mRNA监视系统可以防止非正常截短的蛋白质的合成。NMD在进化过程中发挥了重要作用，使真核细胞更容易探究由于DNA重排、突变或不同剪接方式所形成的新基因。免疫系统细胞的发育过程中也很重要，重排基因产生的这类mRNA被NMD系统迅速降解，避免了截短蛋白质的细胞毒作用。无义变化介导的mRNA降解的意义第52页/共60页第五十二页，共6