《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件

基本概念与原理一、基因表达的时间性及空间性（一）时间特异性按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间特异性(temporalspecificity)。多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性(stagespecificity)。目录第八章真核生物基因表达调控基本概念与原理（一）时间特异性按功能需要，某一特定基因的表达1（二）空间特异性基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的，所以空间特异性又称细胞或组织特异性(cellortissuespecificity)。在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，称之为基因表达的空间特异性(spatialspecificity)。目录（二）空间特异性基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分布差异，2二、基因表达的方式按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：（一）组成性表达某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，通常被称为管家基因(housekeepinggene)。二、基因表达的方式按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：（一3无论表达水平高低，管家基因较少受环境因素影响，而是在个体各个生长阶段的大多数或几乎全部组织中持续表达，或变化很小。区别于其他基因，这类基因表达被视为组成性基因表达(constitutivegeneexpression)。无论表达水平高低，管家基因较少受环境因素影响，而是在个体各个4（二）诱导和阻遏表达在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物增加，这种基因称为可诱导基因。可诱导基因在特定环境中表达增强的过程，称为诱导(induction)。

如果基因对环境信号应答是被抑制，这种基因是可阻遏基因。可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为阻遏(repression)。（二）诱导和阻遏表达在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，5在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，无论其为何种表达方式，均需协调一致、共同表达，即为协调表达(coordinateexpression)，这种调节称为协调调节(coordinateregulation)。在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，无论其为何种表达方式6三、基因表达调控的基本原理（一）基因表达的多级调控基因激活转录起始转录后加工mRNA降解蛋白质降解等蛋白质翻译翻译后加工修饰转录起始三、基因表达调控的基本原理（一）基因表达的多级调控基因激活转7（二）基因转录激活调节基本要素基因表达的调节与基因的结构、性质，生物个体或细胞所处的内、外环境，以及细胞内所存在的转录调节蛋白有关。1.特异DNA序列和调节蛋白质（二）基因转录激活调节基本要素基因表达的调节与基因的结构、性8指的是反式作用因子与顺式作用元件之间的特异识别及结合。通常是非共价结合，被识别的DNA结合位点通常呈对称、或不完全对称结构。绝大多数调节蛋白质结合DNA前，需通过蛋白质-蛋白质相互作用，形成二聚体(dimer)或多聚体(polymer)。2.DNA-蛋白质蛋白质-蛋白质的相互作用指的是反式作用因子与顺式作用元件之间的特异识别及结合。通常是93.RNA聚合酶⑴原核启动序列/真核启动子与RNA聚合酶活性RNA聚合酶与其的亲和力，影响转录。⑵调节蛋白与RNA聚合酶活性一些特异调节蛋白在适当环境信号刺激下表达，然后通过DNA-蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用影响RNA聚合酶活性。3.RNA聚合酶⑴原核启动序列/真核启动子与RNA聚合酶10第一节概述

真核生物和原核生物在基因表达调控上有以下几点不同：1.真核生物的转录激活总是伴随着转录区染色质结构的变化。2.基因表达调控一般以正调控为主。3.真核生物的转录和翻译在时间和空间上是分离的，调控的环节更多，复杂性更高。4真核生物基本上是采取逐个基因调控表达的形式。第一节概述11真核生物转录的起始是基因表达调控最主要的步骤。真核生物基因的表达能在几个连续步骤中的任一步中以基因特有（genespecific）的方式受到调控。真核生物体内各种细胞表型的差异主要是编码蛋白质的基因的表达不同引起的。这些编码蛋白质的基因都经过RNA聚合酶Ⅱ转录。真核生物转录的起始是基因表达调控最主要的步骤。12《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件13《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件14DNA水平的调控染色质丢失低等生物及动物红细胞，不可逆基因扩增基因重排基因片段改变原衔接顺序，重排为完整的转录单位DNA水平的调控染色质丢失低等生物及动物红细胞，不可逆15DNA甲基化与基因的表达成反比关系直接改变基因的构型影响转录因子与顺式作用元件结合5′端调控序列甲基化后与核内甲基化CG序列结合蛋白结合DNaseⅠ高敏感区为去甲基化的标志DNA甲基化与基因的表达成反比关系16真核细胞会发生基因扩增(geneamplification)，即基因组中的特定段落在某些情况下会复制产生许多拷贝。基因的扩增无疑能够大幅度提高基因表达产物的量，但这种调控机理至今还不清楚。《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件17真核生物基因表达调控的主要控制点包括：1.基因结构的激活（基因的活化）2.处于活化状态基因的转录由转录起始阶段控制。3.转录过程中的调控4.转录产物的后加工除了加帽、加尾、去除内含子和连接外显子以外，在核RNA水平上，真核生物还可以通过改变剪接类型实现调控蛋白质产物的类型。5.胞浆中一个特定的mRNA是否被翻译仍被调控。真核生物基因表达调控的主要控制点包括：18基因结构的激活（基因的活化）染色质的结构、染色质中DNA和组蛋白的结构状态都影响基因的活化，有以下现象：（1）染色质结构影响基因转录。异染色质(heterochromatin)中从未见有基因转录表达；（2）组蛋白的作用，可能扮演了非特异性阻遏蛋白的作用；核小体结构中的组蛋白乙酰化(acetylation)和泛素化(ubiquitination)，以及H3组蛋白巯基化等现象，都是核小体不稳定或解体的因素或特征。转录活跃的区域也常缺乏核小体的结构。这些都表明核小体结构影响基因转录。

《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件19（3）转录活跃区域对核酸酶作用敏感度增加。对DNaseⅠ高敏感点多在调控蛋白结合位点的附近，该区域核小体的结构发生变化，可能有利于调控蛋白结合而促进转录。

（4）DNA拓扑结构变化。

RNA聚合酶转录方向前方DNA的构象是正性超螺旋，正性超螺旋会拆散核小体，有利于RNA聚合酶向前移动转录；（3）转录活跃区域对核酸酶作用敏感度增加。对DNaseⅠ高20（5）DNA碱基修饰变化甲基化最常发生在某些基因5′侧区的CpG序列中，实验表明这段序列甲基化可使其后的基因不能转录，甲基化可能阻碍转录因子与DNA特定部位的结合从而影响转录。由此可见，染色质中的基因转录前先要有一个被激活的过程，但目前对激活机制还缺乏认识。

（5）DNA碱基修饰变化甲基化最常发生在某些基因5′侧区的21细胞中处于“活化”状态的基因才得到表达，变成“活化”结构是基因表达的第一步。核心组蛋白N末端乙酰化修饰与基因调控有关。“活化基因”与核心组蛋白乙酰化的增强有密切关系。细胞中处于“活化”状态的基因才得到表达，变成“活化”结构是基22《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件23最近关于组蛋白乙酰化与转录过程的直接联系已有报道。普遍认为，其N端尾链的正电荷性很可能与转录因子发生竞争，夺取DNA磷酸骨架的负电荷性，因此特定赖氨酸残基的乙酰化大大降低了组蛋白-DNA的相互作用，把染色体从抑制状态下释放出来，激活转录。因此，对核心组蛋白乙酰化的调节，是基因调控的一个控制点。《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件24《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件25《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件26《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件27《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件28《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件29基因的活化基因的活化30染色质重组装是指染色质或核小体的结构、成分变化，这些变化具有转录调控作用。在染色质重组装过程中，连接组蛋白H1成分的时序变化以及核心组蛋白的乙酰化，都对早期发育过程的转录调控起了关键性的作用。染色质重组装控制着早期转录抑制状态向激活状态的转变，是母型基因控制向合子型基因控制过渡（即所谓“中期囊胚转换(midblastulatransition,MBT）的重要途径。染色质重组装是指染色质或核小体的结构、成分变化，这些变化具有31第二节真核生物基因转录调控真核生物绝大多数基因调控发生在转录起始阶段，但由于基因表达的控制可发生在多个阶段，因此RNA产物的产生并不一定会形成蛋白质产物。组织特异性基因表达调控是真核细胞分化的核心。控制胚胎发育的转录因子大多具有这方面的特点。第二节真核生物基因转录调控真核生物绝大多数基因调控发生在32一、基因转录的顺式调控元件真核基因的顺式作用元件按照功能可以分为启动子、增强子以及沉寂子。（一）启动子的选择RNA聚合酶Ⅱ的启动子有含有TATA框的典型启动子和不含TATA框的非典型启动子两种。一、基因转录的顺式调控元件真核基因的顺式作用元件按照功能可以33哺乳类RNA聚合酶Ⅱ启动子中常见的元件元件名称共同序列结合的蛋白因子名称分子量结合DNA长度TATAboxTATAAAATBP30,000～10bpGCboxGGGCGGSP-1105,000～20bpCAATboxGGCCAATCTCTF/NF160,000～22bpOctamerATTTGCATOct-176,000～10bp

Oct-253,000～20bpkBGGGACTTTCCNFkB44,000～10bpATFGTGACGTAFT?20bp哺乳类RNA聚合酶Ⅱ启动子中常见的元件元件名称共34TATA框是核心启动子中有效的定位成分，也是上游启动子和增强子产生诱导效应所必需的。1．含有TATA框的启动子TATA框是核心启动子中有效的定位成分，也是上游启动子35有时一个基因上有串联着的两个TATA框，它们可分别地或有侧重地对不同的诱导物作出应答。淀粉酶基因在唾液腺和肝脏中分别选择了转录效率不同的两个转录起始点。有时一个基因上有串联着的两个TATA框，它们可分别地或有侧重362．非典型的启动子

少数基因没有典型的TATA框启动子序列。非典型启动子有的富含GC框，有的则没有GC框。富含GC的非典型启动子的转录

含有这类启动子结构的基因的转录起始是不规则的，并且只有基础水平表达。持家基因（housekeepinggene）多以这种转录方式。2．非典型的启动子37无TATA框、GC框的基因转录

这类基因启动子上没有TATA框，却在转录起始点附近处形成起始子（initiator，Inr）。这种元件的保守序列为PyPyANT/APyPy。RNA聚合酶Ⅱ在这些基因上的转录起始于一个或数个紧密成簇的起始元件－转录起始子的A位上。无TATA框、GC框的基因转录38（二）、增强子增强子（enhancer）最早是在SV40病毒中发现的一段长约200bp的DNA片段，可使旁侧基因的转录效率提高100倍。以后在多种真核生物甚至是原核生物都发现了增强子。增强子是真核细胞中通过启动子来提高转录效率的一种远端的顺式调控元件。（二）、增强子39增强子相对于启动子的位置不固定。有效的增强子可以位于基因的5’端，也可位于3’端，还可位于内含子区，一般跨度为100～200bp。增强子和启动子一样由多种组件构成，其基本的核心元件常由8～12bp组成，可以有完整的或部分的回文结构，以单拷贝或多拷贝串联的形式存在。增强子相对于启动子的位置不固定。有效的增强子可以位于基因的540《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件41

1.增强子的特性：增强子能提高同一条DNA链上相邻启动子转录的效率和速率。增强子对同源或异源基因同样有效。增强子的位置可在基因5’上游、基因内或基因的3’下游序列中。增强子在DNA双链中没有5’与3’固定的方向性，将增强子倒置依然有效。1.增强子的特性：42增强子可以远离转录起始点，通常在1～4kb。增强子一般有组织或细胞特异性。增强子的活性与其在DNA双螺旋结构中的空间方向性有关。增强子必需有启动子才可以发挥作用。增强子可以远离转录起始点，通常在1～4kb。43《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件44（三）沉寂子

最早在酵母中发现，以后在T淋巴细胞的T抗原受体基因的转录和重排中证实这种负调控顺式元件的存在。目前对这种在基因转录降低或关闭中起作用的序列研究还不多，但从已有的例子看到：沉寂子的作用可不受序列方向的影响，也能远距离发挥作用，并可对异源基因的表达起作用。

（三）沉寂子45《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件46《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件47《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件48《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件49二、通用调控中的调控效应元件受共同控制的一组基因经常共用一个被转录调控因子识别的启动子元件。能够使基因应答此类因子的元件被称为效应元件（responseelement）。如热激效应元件和糖皮质激素效应元件等。为顺式作用元件。二、通用调控中的调控效应元件受共同控制的一组基因经常共用一个50效应元件具有与启动子上游元件或增强子相同的特点。它们含有短的保守序列，调控因子的结合区在保守序列上，只要单个效应元件就可以受调控因子的调控。效应元件可能位于启动子内，也可能位于增强子内。效应元件具有与启动子上游元件或增强子相同的特点。它们含有短的51《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件52金属硫蛋白的调控说明了调控的通用原理，几个不同的元件中的任一个，无论位于启动子中还是增强子中都能独立激活基因表达。热激应答在原核和真核生物中许多基因的表达控制中很普遍，温度增加关闭一些基因的转录，同时开放热激基因(heatshockgene)的转录，从而引起mRNA翻译的变化。金属硫蛋白的调控说明了调控的通用原理，几个不同的元件中的任一53三、反式作用因子以反式作用影响转录的因子可统称为转录因子(transcriptionfactors,TF)。RNA聚合酶是一种反式作用于转录的蛋白因子。在真核细胞中RNA聚合酶通常不能单独发挥转录作用，而需要与其他转录因子共同协作。对TFⅡ研究最多。RNA聚合酶的转录活性依赖于基本转录因子，在转录前先形成转录复合体，其转录效率受许多蛋白因子的影响，协调表达更为复杂。

三、反式作用因子以反式作用影响转录的因子可统称为转录因子(t54人类Ⅱ型启动子的转录因子 因子 分子量 功能 RNAPolⅡ≥10K 依赖模板合成RNA TFⅡA 12,19,35K稳定TFⅡD和DNA的结合，激活TBP亚基 TFⅡB 33K 结合模板链（-10～+10），起始PolⅡ结合，和TFⅡE/F相互作用 TFⅡD (TBP,30K)TBP亚基识别TATA，将聚合酶组入复合体中，TAFs识别特殊启动子 TFⅡE 34K(β)结合在PolⅡ的前部，使复合体的保护区延伸到下游 57K(α)TFⅡF 38,74K 大亚基具解旋酶活性（RAP74）,小亚基和PolⅡ结合，介导其加入复合体 TFⅡH 具激酶活性，可以磷酸化PolⅡC端的CTD，使PolⅡ逸出，延伸 TFⅡI 120K 识别Inr，起始TFⅡF/D结合 TFⅡJ 在TFⅡF后加入复合体，不改变DNA的结合方式 TFⅡS RNA合成延伸 人类Ⅱ型启动子的转录因55《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件56不同基因由不同的上游启动子元件组成，能与不同的转录因子结合，这些转录因子通过与基础的转录复合体作用而影响转录的效率。现在已经发现有许多不同的转录因子，看到的现象是：同一DNA序列可被不同的蛋白因子所识别；能直接结合DNA序列的蛋白因子是少数，但不同的蛋白因子间可以相互作用，因而多数转录因子是通过蛋白质－蛋白质间作用与DNA序列联系并影响转录效率的(见图)。转录因子之间或转录因子与DNA的结合都会引起构象的变化，从而影响转录的效率。

不同基因由不同的上游启动子元件组成，能与不同的转录因子结合，57作为蛋白质的转录因子从功能上分析其结构可包含有不同区域，①DNA结合域(DNAbindingdomain)，多由60－100个氨基酸残基组织的几个亚区组成；②转录激活域(activatingdomain)，常由30－100氨基酸残基组成，这结构域有富含酸性氨基酸、富含谷氨酰胺、富含脯氨酸等不同种类，以酸性结构域最多见；③连接区，即连接上两个结构域的部分。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。

作为蛋白质的转录因子从功能上分析其结构可包含有不同区域，①D58

DNA结合基序

与DNA结合的转录因子大多以二聚体形式起作用，与DNA结合的功能域（又称基序motif）典型的有以下几种：锌指结构（zincfinger）基序螺旋-环-螺旋（helix-loop-helix,HLH)亮氨酸拉链（leucinezipper)螺旋-转角-螺旋(helixturnhelix,HTH)

DNA结合基序

与DNA结合的转录因子大多以二聚体形式起59锌指基序锌指基序是由保守氨基酸的小基团与锌离子结合形成类似手指状的DNA结合结构域。锌指基序是DNA结合蛋白的一个通用基序，锌指结构通常由相对独立的结构域串连重复排列在一起而形成。锌指基序锌指基序是由保守氨基酸的小基团与锌离子结合形成类似手60每个重复的“指”状结构约含23个氨基酸残基，锌以4个配价键与4个半胱氨酸、或2个半胱氨酸和2个组氨酸相结合。整个蛋白质分子可有多个这样的锌指重复单位。每一个单位可以其指部伸入DNA双螺旋的深沟，接触5个核苷酸。例如与GC盒结合的转录因子SP1中就有连续的3个锌指重复结构。每个重复的“指”状结构约含23个氨基酸残基，锌以4个配价键与61通用转录因子SP1有一个DNA结合域，含3个锌指基序。通用转录因子SP1有一个DNA结合域，含3个锌指基序。62《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件63《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件64《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件65已知的锌指结构主要发现于促进RNA聚合酶II和RNA聚合酶III转录的转录因子中。典型的锌指蛋白—TFⅡA与5SrRNA基因及产物5SrRNA都结合。《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件66螺旋-环-螺旋结构此基序长40－50个氨基酸残基，其中含两个既亲水又亲脂的α-螺旋，α-螺旋被不同长度的环（连接区）分开。大多数HLH蛋白有一与HLH基序相邻的强碱性的区域，它是与DNA结合必需的，含有此区的HLH称为bHLH蛋白。螺旋-环-螺旋结构此基序长40－50个氨基酸残基，其中含两个67《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件68《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件69《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件70《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件71螺旋转角螺旋(helixturnhelix,HTH)及螺旋-环-螺旋(helixloophelix,HLH)这类结构至少有两个α螺旋，其间由短肽段形成的转角或环连接，两个这样的motif结构以二聚体形式相连，距离正好相当于DNA一个螺距(3.4nm)，两个α螺旋刚好分别嵌入DNA的深沟。

螺旋转角螺旋(helixturnhelix,HTH72亮氨酸拉链结构亮氨酸拉链是一个富含亮氨酸残基的结构域，参与形成二聚体。在每个拉链蛋白中都有一个与重复的亮氨酸相邻的高碱性区，该区可能含一个DNA结合点。亮氨酸拉链形成的二聚体构成茎，分叉对称的两个碱性区形成臂，与DNA结合。这种结构称为bZIP基序。亮氨酸拉链结构亮氨酸拉链是一个富含亮氨酸残基的结构域，参与形73该结构的特点是蛋白质分子的肽链上每隔6个氨基酸就有一个亮氨酸残基，结果就导致这些亮氨酸残基都在α螺旋的同一个方向出现。两个相同结构的两排亮氨酸残基就能以疏水键结合成二聚体，该二聚体的另一端的肽段富含碱性氨基酸残基，借其正电荷与DNA双螺旋链上带负电荷的磷酸基团结合。若不形成二聚体则对DNA的亲和结合力明显降低。在肝脏、小肠上皮、脂肪细胞和某些脑细胞中有称为C/EBP家族的一大类蛋白质能够与CAAT盒和病毒增强子结合，其特征就是能形成bZIP二聚体结构。该结构的特点是蛋白质分子的肽链上每隔6个氨基酸就有一个亮氨酸74(3)亮氨酸拉链结构：

l

见于真核生物DNA结合蛋白质的C端，与癌基因表达调控有关。由两段α-螺旋平行排列构成，其α-螺旋中存在每隔7个残基规律性排列的Leu残基，Leu侧链交替排列而呈拉链状。两条肽链呈钳状与DNA结合。

(3)亮氨酸拉链结构：l见于真核生物DNA结合蛋白质的C75《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件76酵母菌的Gcn4轉錄因子以二聚體的結合結構結合在DNA上酵母菌的Gcn4轉錄因子以二聚體的結合結構結合在DNA上77亮氨酸拉链结构解释了为什么这种蛋白质的目标序列总是没有间隔的反向重复序列。亮氨酸拉链结构解释了为什么这种蛋白质的目标序列总是没有间隔的78四、结合相关靶DNA的同源域同源（异型）框（homeobox)是一种编码由60个氨基酸组成的结构域序列。由于最早在果蝇的同源框基因座（其基因决定身体结构的特点）中发现而得名。同源（异型）框存在于许多真核生物的DNA结合蛋白中，负责与DNA结合，其C端与原核生物阻抑蛋白的HTH基序同源，与发育调控有关。在一些动物的转录因子中也发现了与同源框类似的短序列。四、结合相关靶DNA的同源域同源（异型）框（homeobox79《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件80《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件81《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件82《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件83从上述可见：转录调控的实质在于蛋白质与DNA、蛋白质与蛋白质之间的相互作用，构象的变化正是蛋白质和核酸“活”的表现。但对生物大分子间的辨认、相互作用、结构上的变化及其在生命活动中的意义，人们的认识和研究还只在起步阶段，其中许多内容甚至重要的规律我们可能至今还一无所知，有待于努力探索。

从上述可见：转录调控的实质在于蛋白质与DNA、蛋白质与蛋白质84五、蛋白质与DNA的结合蛋白质与双链DNA的结合分为普遍性结合和特异性结合。特异性结合的蛋白质能识别特定DNA序列，同碱基的接触是结合的关键。接触包括：（1）蛋白质侧链同碱基直接形成氢键；（2）多肽骨架同碱基偶然形成氢键；（3）水分子介导的氢键；（4）疏水接触等。双链DNA的大沟对位点特异性识别更为重要。在特异性识别中，蛋白质和碱基序列之间存在着某种匹配的结构因素。五、蛋白质与DNA的结合蛋白质与双链DNA的结合分为普遍性结85蛋白质与双链DNA的结合的规律：（1）识别序列的DNA具有对称性；（2）接触区只在DNA分子的一侧。（3）蛋白质分子通常有一到多个螺旋区，其中一个是“识别螺旋”。（4）蛋白质与DNA分子都发生构象的变化，通过诱导、配合进行相互作用。总之，蛋白质与DNA的相互识别、结合是两类分子在立体结构上弱化学键的相互作用与吻合。蛋白质与双链DNA的结合的规律：（1）识别序列的DNA具有对86H-BondinginaProtein-DNAInteractionH-BondinginaProtein-DNAInt87反式作用因子的活性调节表达式调节合成后即有活性，不能积累共价修饰磷酸化、去磷酸化，糖基化配体结合激素受体蛋白质与蛋白质相互作用复合物的解离与形成反式作用因子的活性调节88反式作用因子与顺式元件的结合反式作用因子的作用方式成环扭曲滑动Oozing反式作用因子的组合式调控作用组合式基因调控（conbinatorialgeneregulation）几种反式作用因子组合而发挥特定作用反式作用因子与顺式元件的结合89六、基因激活的占先模型真核生物细胞的DNA与组蛋白组成核小体结构，如果启动子区处在核小体内，转录的起始通常会被抑制。基因激活占先模型模型认为，转录因子与组蛋白之间在占有DNA上存在竞争，且无论谁先占领DNA上的位点，都不能被另一方替换。六、基因激活的占先模型真核生物细胞的DNA与组蛋白组成核小体90《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件91基因激活占先模型的一个重要特点是如果不形成核小体构型，DNA上必需存在转录因子。如果DNA复制时没有某种转录因子，核小体形成，不能转录。转录因子和组蛋白两者谁首先与控制位点结合是起决定的因素。基因激活占先模型的一个重要特点是如果不形成核小体构型，DNA92《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件93复制时组蛋白八聚体的脱离为转录因子结合DNA提供了机会，这些转录因子的结合一直持续到下一个复制周期，抑制了组蛋白八聚体的重新与DNA结合。最近的实验结果认为组蛋白置换需要输入能量。复制时组蛋白八聚体的脱离为转录因子结合DNA提供了机会，这些94《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件95七、基因表达与去甲基化的关系DNA的甲基化也是真核生物转录调控的方式之一。启动子区的甲基化将抑制转录的发生。甲基化可以在两个等位基因上发生。也可只发生在单个的等位基因上，这样就可造成来自父方和母方基因表达的差异。七、基因表达与去甲基化的关系DNA的甲基化也是真核生物转录调96甲基化对复制的影响：原核细胞：甲基化影响显著，只有复制起点对称甲基化才能有效复制。真核细胞：

延迟从同一个复制起始位点开始的DNA复制再起始（reinitiatiing）；

促进复制起始相关蛋白与相应DNA序列的结合；

通过影响起始相关蛋白的表达，间接地影响复制的起始。甲基化对复制的影响：原核细胞：甲基化影响显著，只有复制起点对97甲基化显著抑制基因转录甲基化DNA序列构型发生改变，影响相应转录因子对这段序列的识别和结合。；识别、结合甲基化序列的蛋白质(包括MeCP1、2；MBD1、2等)与甲基化序列结合后，募集转录阻遏蛋白到局部，使局部组蛋白去乙酰化、染色质重构、异染色质化等；识别、结合甲基化序列的蛋白质结合甲基化的启动子、增强子序列，干扰转录因子的活性；甲基转移酶自身就可以与一些转录抑制蛋白相互作用，抑制基因转录。甲基化显著抑制基因转录甲基化DNA序列构型发生改变，影响相应98甲基化可以解释印记（imprinting)现象，印记描述了来自两个亲本的等位基因之间的行为差异。甲基化发生在在特定的配子发生期间，并且是可逆的。目前已经在小鼠中发现了60多个发生甲基化的基因，大多与胚胎的发育生长有关。其中一些基因与早期胚胎发生相关，有的与胚后发育有关。《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件99《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件100DNA的甲基化发生在特定位点上。动物细胞DNA的胞嘧啶2％－7％发生甲基化。大多数甲基化基因发生于CG联体。甲基化基因没有激活，而未甲基化基因有表达活性。因此活性基因称为甲基化不足（undermethylation)基因。DNA的甲基化发生在特定位点上。动物细胞DNA的胞嘧啶2％－101甲基化是一个可逆的过程，去除甲基或添加甲基，可以特异性地重置基因的甲基化状态。甲基化模式的改变发生在胚胎发生时期。目前只确定了一种甲基酶可以将甲基添加到CpG对上。适当的靶基因甲基化可以防止它们的不适当表达。《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件102第三节mRNA前体的可变剪接一、可变剪接mRNA前体通过不同方式的剪接，可由一个基因的转录产物产生出不同的成熟mRNA，从而翻译出不同的蛋白质的过程称为可变剪接（alternativesplicing）或选择性剪接。有些基因常不止一个转录起始位点，在不同的组织或不同的发育阶段由同一个基因转录出不同的mRNA前体，以不同的剪接方式产生有活性的蛋白质。第三节mRNA前体的可变剪接一、可变剪接103《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件104二、可变剪接的调控机制1．SR蛋白家族的调控剪接体的形成与多种蛋白质和RNA复合体密切相关。在可变剪接上保守的SR磷蛋白家族因子的参与起重要作用。SR蛋白家族以不同的质的组成与量的差异选择特定的mRNA前体剪接位点，不同的SR家族蛋白对适当的mRNA前体可以诱导出不同选择的剪接方式，在选择剪接上起决定作用。二、可变剪接的调控机制1．SR蛋白家族的调控1052．RNP的调节hnRNP-A1在不同组织中的含量变化很大，不参与组成性剪接。在选择5’和3’剪接点时具有可变剪接活性，成为参与可变剪接的调节因子，在体内与SR蛋白共同调节组织特异性的剪接。U5hnRNP在酵母中参与5’剪接点突变的可变剪接。2．RNP的调节106《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控课件1073．外显子限定模型真核细胞mRNA前体中内含子远远大于外显子，5’与3’剪接位点可以跨越数万个核苷酸准确地组合在剪接体中。有证据表明，在前速激肽原mRNA前体的可变剪接中，外显子下游的5’剪接位点可影响其上游内含子3’的剪接。3．外显子限定模型108

Recentgenome-wideanalysesofalternativesplicingindicatethat40–60%ofhumangeneshavealternativespliceforms,suggestingthatalternativesplicingisoneofthemostsignificantcomponentsofthefunctionalcomplexityofthehumangenome.Herewereviewtheserecentresultsfrombioinformaticsstudies,assesstheirreliabilityandconsidertheimpactofalternativesplicingonbiologicalfunctions.Althoughthe‘bigpicture’ofalternativesplicingthatisemergingfromgenomicsisexciting,therearemanychallenges.High-throughputexperimentalverificationofalternativespliceforms,functionalcharacterization,andregulationofalternativesplicingarekeydirectionsforresearch.Werecommendacommunity-basedefforttodiscoverandcharacterizealternativespliceformscomprehensivelythroughoutthehumangenome.-------AgenomicviewofalternativesplicingBarmakModrek&ChristopherLeenaturegenetics•volume30•january2002

109三、反式剪接三、反式剪接110RNAiRNAi技术可引起DNA甲基化或mRNA降解，导致转录后基因沉默或后成的基因沉默。是研究基因功能的重要技术。RNAiRNAi技术可引起DNA甲基化或mRNA降解，导致111RNaseIII-Dicer切割dsRNA形成siRNA.RISC(RNA诱导的沉默复合体)裂解