分子生物学第十章真核基因表达的调控

分子生物学第十章真核基因表达的调控第1页，共104页，2023年，2月20日，星期四原核与真核生物基因表达的差异RepeptitivegeneOverlappinggeneSplittinggenenointronPost-transcriptiontranscription&translation

RNAprocessingsynchronizelyEukaryoteProkaryote

DNA+histon→chromatin

NakedDNA回顾第2页，共104页，2023年，2月20日，星期四enhancer&silencerAttenuatermonocistronpolycistron(operon)m5CgeneofftransfactoracetylationphosphorylationmethylationglucosylationactiveformEukaryoteProkaryote第3页，共104页，2023年，2月20日，星期四10.1.1基因丢失10.1.2基因扩增10.1.2.1为满足发育需要10.1.2.2外界环境因素引起基因扩增

10.1DNA水平的调控第4页，共104页，2023年，2月20日，星期四10.1.3基因重排特异性调节例如：酿酒酵母接合型哺乳动物免疫球蛋白无序的第5页，共104页，2023年，2月20日，星期四10.1.3.1酿酒酵母接合型Saccharomycescerevisiae接合型，MATa,MAT单倍体细胞，aor接合型可互变a←→

需要HO基因，编码内切酶S341第6页，共104页，2023年，2月20日，星期四10.1.3.2Cassettemodel匣子模型1接合型互变的匣子模型MATa和MAT在同一染色体上，活跃匣子MAT

沉寂匣子HML,HMRS341第7页，共104页，2023年，2月20日，星期四与活跃匣子不同类型的沉寂匣子可以取代活跃匣子，改变接合型接和型互变第8页，共104页，2023年，2月20日，星期四2活跃匣子表达，HML和HMR保持沉默？Sir(silentinformationregulator)，编码阻遏蛋白结合位点在HML和HMR启动子上游1500bp以外在MAT上无结合位点如何控制转录？影响RNA聚合酶的结合染色质浓缩

DNaseI超敏感位点第9页，共104页，2023年，2月20日，星期四第10页，共104页，2023年，2月20日，星期四3接合型的改变，实际上是DNA序列的代换，依赖于序列同源性与活跃匣子不同类型的沉寂匣子可以取代活跃匣子，改变接合型

匣子WXYZ1Z2totalHML723704747

239882501MAT723704747

239882501MATa723704642239882369HMRa704642239881585第11页，共104页，2023年，2月20日，星期四第12页，共104页，2023年，2月20日，星期四4转换机制S426第13页，共104页，2023年，2月20日，星期四第14页，共104页，2023年，2月20日，星期四第15页，共104页，2023年，2月20日，星期四10.2染色质水平上的基因活化调节10.2.1真核染色体的结构10.2.2染色体对基因的表达有调控作用10.2.3组蛋白和有关蛋白质的改变10.2.4转录活跃区对核酸酶的敏感性提高10.2.5甲基化程度降低第16页，共104页，2023年，2月20日，星期四10.3转录水平的调控10.3.1Britten-DavidsonmodelS接受调控信号I产生某种激活因子R被激活因子识别G结构基因RNA/proSIRGmRNA第17页，共104页，2023年，2月20日，星期四10.3.1.1一个结构基因受不同感受位点S的控制同处于一个感受位点S控制之下的所有结构基因叫作一套(battery)基因s350第18页，共104页，2023年，2月20日，星期四10.3.1.2一个结构基因受不同整合基因I-接受位点R的控制

含有同样接受位点的基因组成一组（set）基因第19页，共104页，2023年，2月20日，星期四10.3.2基因转录的顺式调控元件

cis-factor基础转录水平特异诱导高效表达第20页，共104页，2023年，2月20日，星期四10.3.2.1启动子第21页，共104页，2023年，2月20日，星期四10.3.2.2.Enhancer

sv40S352第22页，共104页，2023年，2月20日，星期四促进转录，不具有启动子专一性功能与方向，位置无关远距离发挥作用(100~500bp，10Kb)组织或细胞特异性必须有两个(以上)增强子成份紧密相连，enhanson

特点第23页，共104页，2023年，2月20日，星期四第24页，共104页，2023年，2月20日，星期四10.3.2.3silencer负调控元件不受距离和方向限制可对异源基因的表达起作用对真核生物成簇基因的选择性表达起重要作用例如酵母，matingtype

ß-珠蛋白基因簇，T淋巴细胞激活所需要的CD4/CD8基因对细胞亚型成熟过程中特异性的选择表达第25页，共104页，2023年，2月20日，星期四10.3.2.4.Responseelement应答元件、效应元件：一组受到共同调控的基因，都有一个相同的元件（序列），此元件能与某一个(类)专一蛋白结合，使基因对其作出反应含有短的共有序列在不同基因中，拷贝相似与转录起点距离不固定位于上游元件或增强子内有时有多个拷贝第26页，共104页，2023年，2月20日，星期四Eukaryoticresponseelements.ResponseElementTranscriptionFactorConsensusSequenceMREmetalCGNCCCGGNCNCCRECREBTGACGTCAEREEstrogenreceptorAGGTCANNNTGACCTGREGlucocorticoidreceptor糖皮质激素AGAACANNNTGTTCTHSEHeatshockfactorGAANNTTCNNGAATRE佛波酯TGACTCASRESerumresponsefactorCC(A/T)6GG*(A/T)6

meanssixAorT;N=any.第27页，共104页，2023年，2月20日，星期四10.3.3基因转录的反式调控元件TF10.3.3.1结构特征1.结构DNAbindingdomain，<100bp，氢键，大沟transcriptionactivedomain，30-100aaregulardomain，与其它因子或调控蛋白结合第28页，共104页，2023年，2月20日，星期四2.motif基序，基元，花式

构成任何一种特征序列或结构的基本单位在DNA结合中起主要作用第29页，共104页，2023年，2月20日，星期四补充内容

多肽链的构象，C-N，C-C第30页，共104页，2023年，2月20日，星期四—螺旋第31页，共104页，2023年，2月20日，星期四ß-折叠第32页，共104页，2023年，2月20日，星期四ß-turn,转角R1的C=O与R4的

NH形成氢键第33页，共104页，2023年，2月20日，星期四（1）HTH,Helix-turn-helix2个螺旋被一个转角隔开h1,识别，与DNA在大沟中特异结合h2,穿过大沟，与DNA非特异结合S386第34页，共104页，2023年，2月20日，星期四许多调控蛋白都有HTHλ阻遏蛋白与cro蛋白酵母接合型调控蛋白α1，α2果蝇的触角足基因Antp玉米的Kn1水稻的OSH1第35页，共104页，2023年，2月20日，星期四果蝇的engrailed果蝇的触角足蛋白哺乳动物转录因子第36页，共104页，2023年，2月20日，星期四

Homeodomainhomeoticloci180bp,60aa从酵母到人类都存在homeobox,DNA序列高度保守参与调控第37页，共104页，2023年，2月20日，星期四有3个—helix,H1与H2平行H2与H3形成HTHmotifH3位于大沟中，与DNA特异结合N末端位于小沟中，与DNA接触

Homeodomain第38页，共104页，2023年，2月20日，星期四第39页，共104页，2023年，2月20日，星期四（2）ZincfingerA.Cys2/His2,经典~23aaCys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X3-HisCys，His与Zn++结合中部芳香族氨基酸保守，疏水串联重复排列，两指间7-8aa锌指数目多少不等S395第40页，共104页，2023年，2月20日，星期四SP1zyj271第41页，共104页，2023年，2月20日，星期四TFIIIA344aaN端与DNA结合9个锌指，～30aa与5srRNA基因内启动子（50bp)结合第42页，共104页，2023年，2月20日，星期四第43页，共104页，2023年，2月20日，星期四B.Cys2/Cys2zincfingerCys-X2-Cys-X13—Cys-X2-CysZn++与4个Cys结合DNA结合序列较短，对称无大量重复性锌指

Cys2/Cys2与Cys2/His2不同例如GAL4

哺乳类的固醇类激素受体第44页，共104页，2023年，2月20日，星期四糖皮质激素受体ZYJ272

第45页，共104页，2023年，2月20日，星期四-COOH，疏水面-NH2,碱性DNA结合域，富含碱性氨基酸，＋(3)Leuzipper依靠Leu的疏水作用,2个helix相互缠绕，形成拉链结构第46页，共104页，2023年，2月20日，星期四baseZIPmotifY形结构第47页，共104页，2023年，2月20日，星期四第48页，共104页，2023年，2月20日，星期四GCN4第49页，共104页，2023年，2月20日，星期四在真核生物中广泛存在C/EBP增强子结合蛋白GCN4酵母激活因子CREB（cAMP应答元件结合蛋白）原癌基因jun,fos编码产物homodimer,heterodimer

功能灵活性第50页，共104页，2023年，2月20日，星期四（4）bHLH（Helix-loop-helix）40～50aa含2个-helix，15~16aa,

连接区（环），12~28aa

两亲性,amphipathic二聚体碱性结合区，16aa第51页，共104页，2023年，2月20日，星期四MyoD-DNA第52页，共104页，2023年，2月20日，星期四第53页，共104页，2023年，2月20日，星期四缺乏碱性区的蛋白质，即使形成（同、异）二聚体，也无法同DNA结合zyj278第54页，共104页，2023年，2月20日，星期四第55页，共104页，2023年，2月20日，星期四3.转录激活域A酸性激活域如GCN4，GAL4Prich-Gln如SP1,AP2,oct1,oct2Qrich-pro如CTF/NF1不规则的，含双性-helix第56页，共104页，2023年，2月20日，星期四10.3.3.2反式作用因子的种类TF(I,II,III）通用因子，基础因子上游因子诱导型因子constitutiveexpression,inducibleexpression第57页，共104页，2023年，2月20日，星期四2RNApolII的上游元件及其转录因子s356（1）SP1第58页，共104页，2023年，2月20日，星期四S356在大沟中结合，～20bpC末端DNA结合域,3个Zn指

2个活化结构域,rich-Gln无组织特异性可提高转录10-25倍第59页，共104页，2023年，2月20日，星期四ThespecifictranscriptionfactorSP1bindstoGCrichsequenceinTATAlesspromoterglutamine-richdomainsGC250150SP1110TBPzincfingermotifs第60页，共104页，2023年，2月20日，星期四（2）CTF结合CCAAT作用于大沟无组织专一性有许多蛋白质可与CAAT结合

NF1,腺病毒复制原点的核因子1C/EBP,大鼠肝中

CTF家族

CP家族一种元件可被一种以上的TF识别！一个特定蛋白质能识别不止一种序列！第61页，共104页，2023年，2月20日，星期四10.3.4真核基因转录调控机制基因转录的调控需要顺～反蛋白质之间的相互作用10.3.4.1顺式元件与反式作用因子的相互作用1调控模型调控蛋白以多聚体（2,4）结合识别序列为palindromicseq.

第62页，共104页，2023年，2月20日，星期四

Y277第63页，共104页，2023年，2月20日，星期四S380节省编码DNA，减少装配的随机错误迅速开关基因，提高调控特异性第64页，共104页，2023年，2月20日，星期四2蛋白质如何识别DNA特定序列？识别螺旋嵌入DNA大沟中非特异性结合，PO4离子特异性结合，氢键第65页，共104页，2023年，2月20日，星期四CroS3893,例,cI和cro组成的转录开关系统第66页，共104页，2023年，2月20日，星期四第67页，共104页，2023年，2月20日，星期四S387cI第68页，共104页，2023年，2月20日，星期四S388螺旋3嵌入大沟中,特异结合氨基端手臂伸到DNA背后,在大沟中与DNA接触第69页，共104页，2023年，2月20日，星期四第70页，共104页，2023年，2月20日，星期四调控蛋白识别DNA采用的HTH模式具有普遍意义S390第71页，共104页，2023年，2月20日，星期四10.3.4.2cis-factor互作的模式Loopinghypothesisλ，cI，OR1~OR2GaloperonAraoperonSV40早期启动子Enhancer，见下页S397第72页，共104页，2023年，2月20日，星期四第73页，共104页，2023年，2月20日，星期四10.3.4.3诱导型转录因子活性调控

--热休克应答1HSP（heatshockprotein)aa序列高度保守蛋白质功能高度保守是一种分子伴侣chaperone第74页，共104页，2023年，2月20日，星期四2hsp

核苷酸序列高度保守多基因家族多拷贝，成簇存在大部分无内元，hsp70

第75页，共104页，2023年，2月20日，星期四3HSE,heatshockelement位于hsp上游核心序列nGAAn保守第76页，共104页，2023年，2月20日，星期四4HSF,heatshockfactor，hsp结合蛋白在体内，以单体存在，不与DNA结合,无活性结构DNA结合区多聚化区，4个Leu拉链，三聚体有活性

C末端（452～488）保守区第77页，共104页，2023年，2月20日，星期四5热休克应答的调控机制HSF无活性拉链1,4相互作用Hsp70,hsp90的共同作用大量变性和错误折叠的蛋白质出现,与Hsp70,hsp90竞争结合,使拉链区暴露第78页，共104页，2023年，2月20日，星期四HSF解离多聚化（trimer)与HSE结合产生HSPHSP积累，可与HSF结合脱离HSE，形成HSF单体第79页，共104页，2023年，2月20日，星期四shen256热休克应答现象普遍存在

热休克基因家族是迄今被发现的最保守的遗传系统

热休克反应可被多种因素诱导，应激反应第80页，共104页，2023年，2月20日，星期四10.4转录后水平调控10.4.1hnRNA选择加工及运输第81页，共104页，2023年，2月20日，星期四10.4.2alternativesplicing10.4.2.1概念PremRNA→mRNA组成型拼接选择性拼接(产生两种以上的mRNA)第82页，共104页，2023年，2月20日，星期四10.4.2.2产生原因及类型有两个以上的启动子,未发现实例有多个加尾信号,如免疫去蛋白选用不同的拼接位点几者兼有第83页，共104页，2023年，2月20日，星期四果蝇，性别决定第84页，共104页，2023年，2月20日，星期四免疫球蛋白,不同3’末端型第85页，共104页，2023年，2月20日，星期四S366大鼠肌钙蛋白T基因第86页，共104页，2023年，2月20日，星期四大鼠降钙素,calcitoninylf420Calcitoningenerelatedpeptide第87页，共104页，2023年，2月20日，星期四10.4.2.3调控机制实质是5’供体与3’受体拼接点的选择搭配如何选择不同的位点？

SR蛋白家族SF2RNP的调节（hnRNP-A1,U5-snRNP)第88页，共104页，2023年，2月20日，星期四

可变剪接机制的多样化基因的定义随之扩展以独立转录的一段DNA作为确定一个基因的标准？10.4.2.4意义Intron的功能之一是使同一个基因表达出多种蛋白质第89页，共104页，2023年，2月20日，星期四10.4.2.5trans-splicing第90页，共104页，2023年，2月20日，星期四10.4.3RNAediting10.4.3.1细胞色素氧化酶亚基Ⅱ（coxⅡ）第91页，共104页，2023年，2月20日，星期四10.4.3.2如何插入多个U？

guideRNA55-70nt5’端与RNA转录产物互补3‘端有5-25个U第92页，共104页，2023年，2月20日，星期四插入U的两步转酯反应gRNA的3’OH攻击mRNA产生5‘段

3’段(5‘端与gRNA3’相连)5‘段的3’-OH攻击gRNA的U-U生成RNA编辑产物(插入一个U)gRNA（少一个U）第93页，共104页，2023年，2月20日，星期四editingsignal?editosomestructure?相继在真核生物和病毒中发现生物学意义生物适应中的保护措施之一中心法则的发展

第94页，共104页，2023年，2月20日，星期四10.5翻译水平的调控10.5.1翻译起始因子的磷酸化10.5.2mRNA结构10.5.3mRNA稳定性10.5.4pro.合成的自体调控例，转铁蛋白mRNA的翻译调控第95页，共104页，2023年，2月20日，星期四（1）TfR(transferrinreceptor),用于铁的运输铁含量高时，TfR合成减少低时，TfR合成增加IRE,在3’-UTR区,与IRE-BP结合稳定mRNA第96页，共104页，2023年，2月20日，星期四（2）Ferritin，铁蛋白，用于铁的解毒铁含量高时，ferritin合成增加低时，ferritin合成减少IRE,在5’-UTR区，与IRE-BP结合阻止翻译第9