真核基因表达调控本科班

真核生物在进化上比原核生物高级:1.具有更加复杂的细胞结构、庞大的基因组和复杂的染色体结构。一些高等动植物染色体进化为2、4、6倍等多倍体。2.在多细胞真核生物中，特别是高等动、植物中，随着发育和分化，出现了不同的组织和器官、不同类型的细胞。3.尽管一个高等生物有不同类型的细胞、组织和器官，但却有相同的DNA，导致细胞向不同方向分化是由于各细胞合成了不同的蛋白质（约10000~20000种）。4.高丰度蛋白在各种细胞中大致相同，低丰度蛋白在不同细胞中不相同;其中大部分是调控蛋白和酶。低丰度蛋白导致细胞出现不同形态、结构和功能。5.真核生物的复杂结构和进化，使得其基因表达可以在多个层次上进行调控。当前1页，总共155页。真核基因表达调控的层次①DNA和染色体水平的调控基因扩增、基因丢失、基因重排、基因修饰、基因封闭、核小体的修饰等。②转录水平的调控转录的起始、延伸和终止等。当前2页，总共155页。③转录后RNA前体加工及转运的调控基因在核中转录而在胞浆中翻译，转录后需经剪拼接、编辑、修饰和转运等过程。④翻译水平的调控。⑤翻译后水平的调控。翻译产物剪切、修饰、构象形成、转运和装配等。⑥mRNA降解的调控细胞内有控制mRNA寿命的机制。当前3页，总共155页。真核生物基因表达的调控可发生在不同水平上当前4页，总共155页。真核生物基因表达调节的特点前面学习的细菌中基因表达调节的水平和方式，在真核细胞中都存在。此外，真核细胞还具有一些细菌中所不具备的基因表达调节方式：–核小体及其修饰影响基因的靠近。–与典型的细菌基因相比，大多数真核基因有更多调节结合位点，和被更多的调节蛋白所控制.当前5页，总共155页。真核基因大量的调控序列，可以与许多调控蛋白作用，从而可整合大量的调控信号当前6页，总共155页。真核基因表达调控能在特定时间和特定的细胞中激活特定的基因，从而实现“预定”的、有序的、不可逆转的分化、发育过程，并使组织器官在一定环境条件下保持正常功能真核生物具有精细的转录调节系统和核小体及其修饰物。真核生物基因表达调控可以在多个不同层次进行。当前7页，总共155页。8.1真核生物的基因结构与转录活性

8.2真核基因转录机器的主要组成8.3真核生物转录起始后的调控8.4翻译和翻译后的基因表达调控Contents当前8页，总共155页。真核基因组结构特点真核基因组结构庞大

3×109bp、染色质、核膜单顺反子基因不连续性断裂基因（interruptedgene）、内含子(intron)、外显子(exon)非编码区较多多于编码序列(9:1)含有大量重复序列8.1真核生物的基因结构与转录活性当前9页，总共155页。●基因组很小，大多只有一条染色体●

结构简炼●存在转录单元多顺反子原核生物基因组结构特点●有重叠基因（overlappinggene

）当前10页，总共155页。①在真核细胞中，一条成熟的mRNA链只能翻译出一条多肽链，很少存在原核生物中常见的多基因操纵子形式。②真核细胞DNA与组蛋白和大量非组蛋白相结合，只有一小部分DNA是裸露的。真核细胞与原核细胞在基因转录、翻译及DNA的空间结构方面存在以下几个方面的差异：

当前11页，总共155页。③高等真核细胞DNA中很大部分是不转录的，大部分真核细胞的基因中间还存在不被翻译的内含子。④真核生物能够有序地根据生长发育阶段的需要进行DNA片段重排，还能在需要时增加细胞内某些基因的拷贝数。当前12页，总共155页。⑤在真核生物中，基因转录的调节区相对较大，它们可能远离启动子达几百个甚至上千个碱基对，这些调节区一般通过改变整个所控制基因5’上游区DNA构型来影响RNA聚合酶与它的结合。在原核生物中，转录的调节区都很小，大都位于启动子上游不远处，调控蛋白结合到调节位点上可直接促进或抑制RNA聚合酶与它的结合。当前13页，总共155页。⑥真核生物的RNA在细胞核中合成，只有经转运穿过核膜，到达细胞质后，才能被翻译成蛋白质，原核生物中不存在这样严格的空间间隔。

⑦许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过程，才能顺利地翻译成蛋白质。

当前14页，总共155页。基本概念8.1.1基因家族（genefamily)在原核细胞中，密切相关的基因往往组成操纵子，并以多顺反子的方式进行转录。而真核细胞中的DNA是单顺反子结构，很少置于同一启动子之下的操纵子。真核细胞中许多相关的基因按功能成套组合，被称为基因家族。同一家族的成员有时紧密排列在一起，成为一个基因簇；更多时候，分散在同一染色体不同部位，甚至位于不同染色体上，具有各自不同的表达调控模式。当前15页，总共155页。1.简单多基因家族简单多基因家族中的基因一般以串联方式前后相连。细菌中所有rRNA和部分tRNA都来自这个分子量为30S（约6500个核苷酸）的前rRNA。当前16页，总共155页。1.简单多基因家族在真核生物中，前rRNA转录产物的分子量为45S，（约有14000个核苷酸），包括18S，28S和5.8S三个主要rRNA分子。当前17页，总共155页。2.复杂多基因家族复杂多基因家族一般由几个相关基因家族构成，基因家族之间由间隔序列隔开，并作为独立的转录单位。海胆组蛋白基因家族：编码不同组蛋白的基因处于一个约为6000bp的片段中，分别被间隔序列所隔开。这5个基因组成的串联单位在整个海胆基因组中可能重复多达1000次。

当前18页，总共155页。8.1.2真核基因的断裂基因

1.外显子与内含子大多数真核基因都是由蛋白质编码序列和非蛋白质编码序列两部分组成的。编码序列称为外显子(Exon)

，非编码序列称为内含子(Intron)

。基因中的内含子数量和大小都不同。胶原蛋白基因长约40kb，至少有40个内含子，其中短的只有50bp，长的可达到2000bp。少数基因，如组蛋白及α型、β型干扰素基因，根本不带内含子。当前19页，总共155页。当前20页，总共155页。2.外显子与内含子的连接区外显子-内含子连接区高度保守性和特异性碱基序列。几乎每个内含子5’端起始的两个碱基都是GT，而3’端最后两个碱基总是AG，由于这两个碱基的高度保守性和广泛性，有人把它称为GT-AG法则。内含子当前21页，总共155页。3.外显子与内含子的可变调控组成型剪接：一个基因的转录产物通过剪接只能产生一种成熟的mRNA。选择性剪接：同一基因的转录产物由于不同的剪接方式形成不同mRNA。当前22页，总共155页。选择性剪接当前23页，总共155页。8.1.3DNA水平上的调控真核生物随着生长发育以及在不同的环境条件下，某些基因“开放”，某些基因“沉默”，同时DNA水平规律性变化也参与了生物体发育的调节。如成熟红细胞可转录出大量珠蛋白mRNA。这主要是由于红细胞的珠蛋白基因拷贝数增加的结果。在有些生物发育过程中也会发生基因封闭、基因丢失和某些基因重排现象。当前24页，总共155页。

1基因封闭

真核基因组DNA与组蛋白结合成核小体，再进一步形成更高级的染色质结构，染色质中DNA和组蛋白的结构状态影响转录。当前25页，总共155页。细胞分裂时染色体的大部分到间期时松开分散在核内，称为常染色质(euchromatin)，松散的染色质中的基因可以转录。染色体中的某些区段到分裂期后保持紧凑折叠的结构，在间期核中可以看到其浓集的斑块，称为异染色质(heterochromatin)，其中未见有基因转录。在常染色质中表达的基因如移到异染色质则不表达；即紧密的染色质结构阻止基因表达。当前26页，总共155页。当前27页，总共155页。组蛋白是带正电荷的碱性蛋白质，可与DNA链上带负电荷的磷酸基相结合，从而封闭了DNA分子，妨碍基因转录。活跃转录的染色质区段中H1水平降低。当前28页，总共155页。高频表达的基因其核小体结构很难看到，而其它基因表达并不与核小体结构排斥。例如SV40是在核小体的状态下被转录的。当前29页，总共155页。染色质结构是动态的，染色质结构的改变称为染色质重建。这需要核小体重塑复合体的参与。核小体重塑可能导致转录因子及RNApol的结合。当前30页，总共155页。

组蛋白N-末端的修饰改变染色质的可接近性

组蛋白H3和H4的N端20个氨基酸通过甲基化、乙酰化和磷酸化作用会改变组蛋白与DNA间的亲和力，为其它蛋白和转录因子等的结合提供了机会。当前31页，总共155页。当前32页，总共155页。当前33页，总共155页。

组蛋白H3和H4的乙酰化与活性染色质有关，而甲基化与非活性染色质有关。

当前34页，总共155页。2、基因丢失在细胞分化过程中，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。当前35页，总共155页。3、基因扩增

基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象，它使得细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是基因活性调控的一种方式。如非洲爪蟾卵原细胞中rRNA基因（rDNA）扩增是因发育需要而出现的基因扩增现象。当前36页，总共155页。将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位点从而启动转录，这种方式被称为基因重排。通过基因重排调节基因活性的典型例子是免疫球蛋白结构基因的表达。4、基因重排当前37页，总共155页。免疫球蛋白肽链由可变区（V区）、恒定区（C区）及两者之间上游连接区（J区）组成。Ig有2条相同的重链和轻链，轻链包括恒定区、可变区及2者之间的连接区，每个区由DNA不同片段编码，不同区重排连接是抗体多样性（106）分子基础。当前38页，总共155页。5、DNA的甲基化与基因表达调控1）.DNA的甲基化（DNAMethylation)在DNA分子加上某些基团/去掉某些基团→改变了DNA的微细结构→以达到调控基因表达的目的。其中最重要的是甲基化/去甲基化。当前39页，总共155页。哺乳动物基因中的5‘--CG--3’序列中C—5的甲基化称之CpG甲基化。5‘--CG--3’序列是在表达基因位点处的染色体保持适当包装水平的重要化学修饰序列。当基因序列中的CpG密度达到10/100bp时称为CpG岛(CpGisland)。人的基因组上大约有29000个CpG岛图：持家基因的CpG岛及其启动子当前40页，总共155页。DNA的甲基化大部分发生在CpG岛上甲基化/去（低）甲基化在真核基因调控中有重要作用。一般认为基因表达与甲基化程度成反比。异染色质上的CpG岛通常都是甲基化的。表达基因的启动子区域的CpG岛则需要去甲基化。所有的组成性表达的看家基因都有CpG岛，并都是去甲基化的。当前41页，总共155页。在人类基因组内，存在有近29000个CpG岛（56％的人类基因上游有CpG岛）；在大多数染色体上，平均每100万碱基含有5～15个CpG岛，其中有1.8万多个CpG岛的GC含量为60%～70%（而染色体GC含量一般为40％）。通常这些CpG岛不仅是基因的一种标志，而且还参与基因表达的调控和影响染色质的结构。当前42页，总共155页。CpG岛一般从启动子的上游延伸到下游转录区域中，然后逐渐消失。在转录表达的基因中，CpG岛是未被甲基化的，但非甲基化不是转录的充分条件。甲基化可能影响了DNA的构象，阻碍转录因子与DNA特定部位的相互作用，从而影响转录起始。也可能促进了特定阻遏物和DNA的结合。当前43页，总共155页。

甲基化的意义

DNA甲基化可稳定地抑制转录，缺乏DNA甲基化酶时抑制消失，许多应被抑制的基因（如原病毒基因、原癌基因或其它潜在的有害序列）被转录，影响正常的发育进程。

DNA甲基化对转录的抑制直接参与发育调控。随个体发育或细胞分化，将需要保持“沉默”的基因甲基化，需要转录的基因去甲基化。

当前44页，总共155页。8.1真核生物的基因结构与转录活性

8.2真核基因转录机器的主要组成8.3真核生物转录起始后的调控8.4翻译和翻译后的基因表达调控Contents当前45页，总共155页。8.2真核生物转录水平上的基因表达调控8.2.1真核基因转录8.2.2真核基因转录调控的主要模式当前46页，总共155页。8.2.1真核基因转录（一）真核基因结构“基因”的分子生物学定义：产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。当前47页，总共155页。当前48页，总共155页。原核生物基因表达以操纵子为单位启动或关闭结构基因转录。转录的调控区很小，调控蛋白结合到调节位点上可直接促进或抑制RNA聚合酶的结合而调控转录。真核生物基因组中无操纵子结构。基因转录的调节区相对较大，转录调控是通过顺式作用元件和反式作用因子的相互作用实现的。当前49页，总共155页。（二）顺式作用元件

(cis-actingelements)

定义：影响自身基因表达活性的非编码DNA序列。顺式作用元件包括启动子(promoter)的元件、增强子(enhancer)的元件以及起负性调控作用的沉默子(silencer)、绝缘子（insulator）的元件等。当前50页，总共155页。（1）启动子元件启动子是转录起始位点附近启动转录所必需的一段DNA序列。真核生物有3种RNApol，分别负责转录不同的基因，每种RNApol都有自己的启动子。核仁核质当前51页，总共155页。当前52页，总共155页。通过改变“启动子”序列后对其转录能力的影响可确定启动子的位置和序列。从“启动子”两侧不断缩短长度直至丧生启动子功能。当前53页，总共155页。与原核生物不同，真核不同启动子间没有明显一致的序列，RNApol不能单独识别启动子而起动转录，需多种蛋白质因子的相互协调作用。真核启动子一般包括转录起始点及其上游约100~200bp序列，其中包含多个具有独立功能的DNA序列元件，每个元件约长7~30bp。不同启动子包含的元件的种类、数目和位置不同，各元件之间的距离也对转录很重要。当前54页，总共155页。当前55页，总共155页。启动子作用特点<1>

一个基因可同时拥有一个及以上启动子；

<2>

位置不定，一般在转录起始点上游；

<3>

可与增强子共同控制转录起始和强度；

<4>

发挥功能时除需RNA聚合酶外，还需转录调控因子与启动子区各种调控元件相互作用。当前56页，总共155页。启动子作用机制通过直接与RNA聚合酶相互作用，或结合于启动子关键元件上的蛋白质因子与RNA聚合酶的直接或间接作用，使得RNA聚酶处于适于转录起始的位置，从而利于转录起始。分类<1>

细胞特异启动子<2>

诱导型启动子<3>通用启动子当前57页，总共155页。（2）增强子(enhancer)增强子是一段能提高转录效率的DNA序列。最早是在SV40病毒中发现长约200bp的一段DNA，可使旁侧的基因转录提高100倍。在多种真核和原核生物中都发现有增强子。当前58页，总共155页。增强子通常占100~200bp长度，由若干短的元件组成，其基本核心组件常为8-12bp，可以单拷贝或多拷贝串连形式存在。它们可被特异蛋白因子结合。元件中许多与启动子中的元件相同（如AP1和Oct），但元件密度较大。当前59页，总共155页。增强子作用特点：①增强效应十分明显，一般能使基因转录频率增加10-200倍②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（5‘→3’或3‘→5’），甚至和靶基因相距3kb，或在靶基因下游，均表现出增强效应；

当前60页，总共155页。③大多为重复序列，一般长约50bp，适合与某些蛋白因子结合。其内部常含有一个核心序列：（G）TGGA/TA/TA/T（G），该序列是产生增强效应时所必需的；④增强效应有严密的组织和细胞特异性，说明增强子只有与特定的蛋白质（转录因子）相互作用才能发挥其功能；当前61页，总共155页。⑤没有基因专一性，可以在不同的基因组合上表现增强效应；⑥许多增强子还受外部信号的调控，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。当前62页，总共155页。增强子的作用机制

通过提高启动子附近激活剂浓度而起作用。当它被约束在启动子附近时，可在任何位置起作用。

三种可能的作用方式：<1>

可影响模板附近的DNA双螺旋结构；<2>

将模板固定在细胞核内特定位置；<3>

增强子区可以作为反式作用因子或RNA聚合酶Ⅱ进入染色质特定结构的入口。当前63页，总共155页。Anenhancercanactivateapromoterfromupstreamordownstreamlocations,anditssequencecanbeinvertedrelativetothepromoter,当前64页，总共155页。Howdoesthebindingofaproteintoanenhancerregulatethetranscriptionofagenethousandsofbasepairsaway?

可能机制：enhancer-bindingproteins—inadditiontotheirDNA-bindingsite,havesitesthatbindtotranscriptionfactors("TF")assembledatthepromoterofthegene.ThiswoulddrawtheDNAintoaloop.

当前65页，总共155页。（3）沉默子(silencer)

位于结构基因附近，能抑制该基因转录表达的DNA序列称为沉默子（silencer）。沉默子是一种负性调控元件。其作用特征与增强子类似，在组织细胞特异性或发育阶段特异性的基因转录调控中起重要作用。当前66页，总共155页。（4）绝缘子(insulator,boundaryelement):

在真核基因及其调控区的一段DNA序列。功能是阻止激活或阻遏作用在染色质上的传递，使染色质的活性限定于结构域之内。绝缘子通过与特定蛋白(称为CTCF蛋白)作用可阻断增强子对启动子的激活。当前67页，总共155页。绝缘子也能够屏障异染色质延伸引起的基因失活效应。Figure

21.30

Heterochromatin（异染色质）mayspreadfromacenterandthenblocksanypromotersthatitcovers.Aninsulatormaybeabarriertopropagationofheterochromatinthatallowsthepromotertoremainactive.

当前68页，总共155页。（三）真核基因的调节蛋白

1.

反式作用因子(trans-actingfactor)

能直接或间接与顺式作用元件相互作用，进而调控基因转录的一类调节蛋白，统称为反式作用因子。刺激转录的称正调控反式因子；抑制转录的称负调控反式因子。当前69页，总共155页。2.反式作用因子的类别（1）基本转录因子（2）转录调节因子

（3）共调节因子转录因子（transcriptionfactor,TF)当前70页，总共155页。真核的转录起始是通过蛋白与DNA间以及蛋白与蛋白间的相互作用形成复杂的起始转录复合物而实现转录起始。

当前71页，总共155页。（1）基本转录因子(generaltranscriptionfactor,GTF)是指能够直接或间接与启动子核心序列TATA盒特异结合、启动转录的一类调节蛋白。RNA聚合酶Ⅱ在转录因子帮助下，形成的转录起始复合物当前72页，总共155页。（2）特异转录因子(specialtranscriptionfactors)这类调节蛋白能识别并结合转录起始点的上游序列和远端的增强子元件，通过DNA－蛋白质相互作用而调节转录活性。决定不同基因的时间、空间特异性表达.转录激活因子转录抑制因子当前73页，总共155页。（3）共调节因子(transcriptionalregulator/co-factor)首先与转录因子发生蛋白－蛋白相互作用，进而影响它们的分子构象，以调节转录活性,本身无DNA结合活性。当前74页，总共155页。3.反式作用因子的重要特点A.一般含3个功能的结构域：DNA识别结合域，转录活性域，结合其它蛋白质的结合域。B.能识别并结合上游调控区中的顺式作用元件（如启动子，增强子）C.对基因表达有正性或负性调控作用，即激活或阻遏基因的表达。（如正控反式因子+相应顺式元件+RNApol+或其它顺式元件或反式因子→产生效应）当前75页，总共155页。蛋白质-蛋白质结合域（dimerization,co-factors）常见转录因子的结构域

(domain)TFDNA结合域（DNAbindingdomain)BasicAA(K/R)rich,positivelycharged转录激活域(trans-activationdomain)谷氨酰胺(Q)富含域酸性激活域(D/E-rich)脯氨酸(P)富含域当前76页，总共155页。转录因子包含DNA结合域和转录激活结构域转录因子结构中可包含DNA结合域、转录激活域，这2个结构域是分离的。当前77页，总共155页。不与DNA直接结合的转录因子没有DNA结合域，但能通过转录激活域直接或间接作用于转录复合体而影响转录效率。当前78页，总共155页。Theyeasttwohybrid（酵母双杂交实验）

激活报告基因的前提是蛋白A同蛋白B发生作用。编码蛋白A的基因同编码Gal4的DNA结合域的片段融合，另一蛋白B的编码基因同编码激活域的片段融合。当在酵母中单独表达任何一种融合蛋白，都不能激活报告基因当2种融合蛋白在酵母中同时表达时，蛋白A和B之间相互作用形成完整的活化子，使报告基因表达。Proteininteraction当前79页，总共155页。这个实验表明，DNA结合域与激活域可位于不同的蛋白质上，只有这些蛋白质之间相互作用，使激活域与DNA相联系，可激活附近的基因。当前80页，总共155页。这个实验被广泛用于从蛋白库中筛选候选蛋白，以找到与某种已知的起始蛋白相互作用的蛋白。结构蛋白A融合了DNA结合域，库中众多的已知蛋白质融合了激活域，以这两种融合蛋白基因传染酵母细胞，每个被传染的酵母细胞都包含这2种蛋白质，它们之间的相互作用将激活报告基因。将这种细胞克隆置于有适合指示剂的培养基中来鉴定。典型的报告基因是lacZ。阳性克隆（即表达了报告基因的细胞群）将在有适当指示剂的培养皿上呈现蓝色。当前81页，总共155页。当前82页，总共155页。扩展阅读：酵母双杂交技术的原理、过程及其应用当前83页，总共155页。（1）DNA结合域DNA结合域（DNAbindingdomain）一般由60~100个氨基酸残基组成的几个亚区组成。与转录因子结合的DNA区常是一段反向重复序列，因此许多转录因子常以二聚体形式与DNA结合。当前84页，总共155页。不同条件下形成不同的二聚体（同或异二聚体），能不能与DNA结合是调控基因表达的重要方式之一。当前85页，总共155页。DNA结合结构域(DNA-bandingdomain)的模式锌指结构(zincfingermotif)同源结构域(homodomain,HD)：螺旋-转角-螺旋(helix-turn-helixdomain)亮氨酸拉链结构(leucinezipper)螺旋-环-螺旋(helix-loop-helix,HLH)碱性α螺旋(alkalineα-helix)当前86页，总共155页。概念：是指DNA结合域中含有较多的Cys和His的区域借肽链弯曲使2个His与2个cys或4个cys与1个Zn络合成的指状结构。

(1)锌指结构域(zincfinger)Zn2+CysCysHisHis当前87页，总共155页。锌指基序的空间结构锌原子同2Cys和2His相互作用（以配位键结合），起到保持DNA结构与完整的作用。有利于结构的稳定和DNA结合的便利。当前88页，总共155页。Thezincfingerdomain

锌指结构域半胱氨酸组氨酸β-折叠α-螺旋当前89页，总共155页。蛋白质分子可有2~9个锌指重复单位。每个单位以其指部伸入DNA双螺旋的大沟，接触5个核苷酸。如TFⅢA有连续9个锌指重复结构与DNA结合。当前90页，总共155页。每个重复的“指”状结构约含23个氨基酸残基，锌与2个Cys和2个His、或4个Cys以配价键相结合。当前91页，总共155页。（2）螺旋-转角-螺旋（helix-turn-helix，HTH）首先在原核DNA调控蛋白中发现，如λphage中的Cro蛋白。当前92页，总共155页。当前93页，总共155页。HTH结构域组成：由两个α-螺旋区被一个β-转角隔开。其中一个a-螺旋常带有几个与DNA序列相识别的氨基酸,可与DNA大沟结合。当前94页，总共155页。(3)亮氨酸拉链（leucinezipper）该结构域氨基酸序列中呈现有Leu残基的周期性排列，肽链上每隔6个残基就有1个疏水的Leu残基，这些氨基酸以α-螺旋形式存在，Leu残基都集中在α-螺旋的同一侧。两条肽链靠Leu间的疏水作用形成二聚体，形同拉链状。当前95页，总共155页。亮氨酸拉链二聚体另一端肽段富含碱性氨基酸残基（Lys、Arg），借其正电荷与DNA链上的磷酸基团结合。当前96页，总共155页。(4)螺旋-环-螺旋（helix-loop-helix,HLH）总长约50个aa残基，2个α-螺旋（长15~16aa）由环状结构相连，同时具有DNA结合和形成蛋白质二聚体的功能。这类蛋白依靠两α-螺旋间的疏水作用可形成同（或异）二聚体。当前97页，总共155页。HLH的DNA结合功能是由较短的富含碱性氨基酸区段决定的。HLH与HTH的差别在于两个a-螺旋间有一个环。HLH亦以同型二聚体或异型二聚体与DNA结合。当前98页，总共155页。螺旋-环-螺旋结构域Thehelix-loop-helixdomain，HLH结构域。如：MyoD蛋白。可变连接区DNA特异位点DNA特异位点当前99页，总共155页。当前100页，总共155页。（2）转录活化结构域（transcriptionalactivationdomain）转录因子除了有DNA结合结构域外还有与蛋白（基础转录因子）结合的结构域，用于和RNApol或其它转录因子相互作用。与DNA结合的结构域不同的是，转录激活结构域一直没有明确的结构。当前101页，总共155页。激活结构域是按基本的氨基酸成分来归类的。转录激活域一般由30~100氨基酸残基组成，这些结构域有富含酸性氨基酸、富含Gln和富含Pro等不同种类。当前102页，总共155页。当前103页，总共155页。A.酸性α-螺旋(acidicα-helix)结构域含有酸性氨基酸残基组成的保守序列，多呈带负电荷的疏水性α-螺旋。含有这种结构域的转录因子有GAL4、GCN4、糖皮质激素受体和AP-1/Jun等。当前104页，总共155页。B.Gln丰富区(glutamine-richdomain)哺乳动物活化子SP1的N末端含有2个主要的转录激活区，氨基酸组成中有25%的Gln，很少有带电荷的氨基酸残基。酵母的HAP1、HAP2及哺乳动物的OCT-1、OCT-2、等也含有这种结构域。当前105页，总共155页。C.脯氨酸丰富区(proline-richdomain)哺乳动物活化子CTF家族（包括CTF-1、CTF-2、CTF-3）的C末端与其转录激活功能有关，含有20%-30%的脯氨酸残基。当前106页，总共155页。4.转录因子的作用(调控)方式

成环学说：相隔较远的两段顺式元件分别结合其反式因子，通过反式因子间的相互作用而成环，产生调节作用。（反式因子结合增强子后，利用DNA的柔曲性，弯曲成环，使增强子与RNA聚合酶结合位点靠近，直接接触而发挥作用）。反式因子间的相互作用是转录调节的基础。当前107页，总共155页。当前108页，总共155页。

转录因子的作用(调控)方式

一、活化子1.真核细胞活化子募集基因结合的蛋白复合物在细菌中，我们看到通常是活化子的一个表面与DNA结合，另一个表面与RNA聚合每相互作用，将聚合每酶募集到基因上。当前109页，总共155页。（1）真核细胞的活化子以2种方式募集RNA聚合酶：活化子与转录机器机器上聚合酶以外的其他部分相互作用，通过募集这些部分来募集聚合酶；活化子募集核小体修饰成分来改变基因附近染色质的性质，以方便聚合酶的结合。在很多例子中,一个活化子能以两种方式作用。

当前110页，总共155页。真核转录机器包括RNA聚合酶和其它很多蛋白。这些蛋白质中的很多都形成复合体，如中介蛋白（mediator）和TFIID复合物。活化子与这些复合物相互作用，将它们募集到基因上。其它没有被活化子直接募集的成分，则同那些已被募集的成分结合，协同作用。当前111页，总共155页。活化子通过募集启动子的部分组分来促进完整的前起始复合物的形成。某些活化子不仅募集转录机器的部分组分，也诱导它们的构象的改变，这些别构变化也许能提高转录起始的效率。不过，募集转录机器至基因是活化子的基本特性，即哪个基因被活化取决于是否募集转录机器于其上。当前112页，总共155页。（2）活化子募集核小体修饰物，帮助包装在染色质中的不易接近的基因的激活2.活化子联合促进信号整合在很多基因中，多个活化子必须联合作用以打开基因。当前113页，总共155页。二、转录抑制子同活化子一样，抑制子可以募集核小体修饰酶，而这个酶的作用是紧凑染色质或者去除能够被转录机器识别的基团。如组蛋白脱乙酰酶，通过从组蛋白尾部去除乙酰来抑制转录。其它的酶使组蛋白尾部甲基化来抑制转录。这类修饰成为叫做“沉默”的转录抑制的基础当前114页，总共155页。多种蛋白因子对基因特异性表达的意义

真核生物基因组庞大，基因种类繁多，要准确地选择使其中的某些基因表达，必然需要一个十分精细的过程。转录因子中通用转录因子（基础转录因子）有较强的保守性，单靠这些因子难以选择特异性表达的基因的启动子。当前115页，总共155页。一个有功能的转录过程必需由多个转录因子的顺序性特异性结合，同时受具有一定顺序的DNA元件匹配结合，才能正确选择靶基因。在高度分化的真核细胞中，只有少数基因表达，多个因子形成正调控。若为负调控，则为了阻遏大多数基因表达，细胞要合成很多个阻遏蛋白，必然给细胞造成大量的物质和能量消耗。当前116页，总共155页。扩展阅读：转录因子对基因表达调控的机理？当前117页，总共155页。8.3真核生物转录起始后的调控

一、对转录延伸过程的调节二、mRNA剪接的调节三、RNA编辑四、mRNA稳定性的调控当前118页，总共155页。一、对转录延伸过程的调节

真核细胞精细胞的转录机器的启动需要多个蛋白，包含协助转录延伸的蛋白。在某些基因中，其启动子下游存在着这样的序列，它会引起刚刚开始转录的RNA聚合酶暂停或延迟。在这些基因中，某些延长因子的存在与否，将会大大影响基因的表达水平。当前119页，总共155页。果蝇中的HSP70基因

这个基因受热休克（heatshock）激活，由2个活化子（GAGA结合因子和HSF）共同控制。GAGA结合因子能够募集足够的转录机器来起始转录。但是，如果没有第二个活化子HSF，RNA聚合酶会在启动子下游100bp处停滞。在应答热休克时,HSF结合与启动子的特异位点结合，并募集一种激酶P-TEF,这个激酶使RNA聚合酶的大亚基的C-端磷酸化，解除转录机器的停滞，使其继续前进。当前120页，总共155页。二、mRNA剪接的调节

加帽、加尾和前体剪切;mRNA前体剪切机制。当前121页，总共155页。内含子和外显子的边界是由pre-mRNA内的特殊核苷酸序列标明，这些序列标明了剪接的位置。5‘splicesite;3’splicesiteGU-AG指的是内含子的两端序列当前122页，总共155页。剪接的普遍性

任何单个RNA前提的剪接点是通用的，无特异性；剪接装置无组织特异性，一个RNA分子在任何细胞均可被正确地剪接。当前123页，总共155页。原则上5’剪接点可与任何3’剪接点发生剪接；但通常情况下剪接只发生在同一内含子的5’和3’剪接点之间。在特定的细胞类型和特定的时间下,mRNA剪接方式是受调控的.当前124页，总共155页。可变剪接（或称为选择性剪接）

许多高等生物编码的RNA可以通过可变剪接产生两条或多条不同的mRNA,从而翻译出不同的蛋白质。这些可变剪接是如何发生的？某些剪接点有时用有时不用，从而导致一个基因的不同转录产物产生不同的成熟mRNA。可变剪接可以是组成型的，也可以是受调控的。前者，同一个基因总是产生不同的产物；后者是在不同时期、不同组织或细胞中。mRNA剪接方式是受调控的，可产生不同的产物。当前125页，总共155页。当前126页，总共155页。可变剪接受活化因子和抑制因子调控

多数活化子可以被SR蛋白识别。SR蛋白是大家族，它们通过在不同的细胞内环境下，引导剪接机器至不同的剪接位点，在可变剪接中起作用，因此，SR蛋白有DNA结合结构域；每个SR蛋白还有另外一个结构域，富含arginine和serine,称RS结构域.RS结构域存在于C-terminalterminal,介导SRproteinand剪接机器中的蛋白相互作用。当前127页，总共155页。三、RNA编辑（RNAediting）

RNA编辑指在mRNA水平上改变遗传信息的过程。指基因转录产生的mRNA分子中，由于核苷酸的缺失，插入或置换，基因转录物的序列不与基因编码序列互补，使翻译生成的蛋白质的氨基酸组成，不同于基因序列中的编码信息现象。

与RNA剪接区别(内含子)当前128页，总共155页。RNA剪接当前129页，总共155页。第一类

单碱基突变实例：哺乳动物载脂蛋白B当前130页，总共155页。第二类

碱基的缺失和添加实例：锥虫coxII基因，形成移码突变当前131页，总共155页。指导RNA和RNA的编辑机制核基因原始RNA原始RNA指导RNA指导RNAmRNAmRNA当前132页，总共155页。RNA编辑的生物学意义校正作用：有的基因在突变过程中丢失的遗传信息可能RNA的编辑得以恢复；调控翻译：通过编辑可以构建起始密码子和终止密码子，是基因表达调控的一种方式；扩充遗传信息：能使基因产物获得新的结构和功能，有利于生物进化。当前133页，总共155页。四、mRNA稳定性的调控

真核生物能否长时间、及时地利用成熟的mRNA分子翻译出蛋白质以供生长发育的需要，与mRNA的稳定性以及屏蔽状态的解除相关的。当前134页，总共155页。原核生物mRNA的半衰期平均3min。高等真核生物迅速生长的细胞中mRNA的半衰期平均3h。在高度分化的终端细胞中许多mRNA极其稳定，有的寿命长达数天。mRNA的3’端尾巴通过影响mRNA寿命来影响翻译效率。当前135页，总共155页。mRNA转录后降解的调节：mRNAs的3‘非翻译区（3’-untranslatedregion，UTR）的富含AU的元件（AU-richelement，ARE）会介导mRNA的快速衰减（ARE-mediatedmRNAdecay，AMD）。这是由基因序列决定的。当前136页，总共155页。mRNAs过早出现终止密码子（prematureterminationcodon，PTC）可被无义密码子介导的降解（nonsense-mediatedmRNAdecay，NMD）途径降解。当前137页，总共155页。细胞质中mRNA基本降解机制可通过激活去腺苷酸酶来消除poly(A)尾巴，随后mRNA可被3’→5’核酸外切酶降解；或在脱帽酶去除帽子后被5’→3’核酸外切酶降解。当前138页，总共155页。8.4翻译和翻译后的基因表达调控一、磷酸化/脱磷酸化的调控二、上游开放读码框(uORF)对翻译的调控三、依赖翻译对mRNA和蛋白质稳定性的调节四、基因表达调节中的RNAs当前139