研究生分生基因调控

研究生分生基因调控第1页DNAreplication

2研究生分生基因调控第2页第一节基因表示过程和特点第二节环境对基因表示影响第三节原核生物基因表示调控第四节真核生物基因表示调控第五节基因表示调控异常与疾病研究生分生基因调控第3页基因表示（geneexpression）

是指基因所贮存遗传信息经过转录（transcription）和翻译（translation）产生含有生物功效多肽和蛋白质过程

研究生分生基因调控第4页第一节 基因表示过程和特点

一、基因转录—RNA合成

二、蛋白质生物合成—翻译研究生分生基因调控第5页复制和转录区分模板原料酶产物配对两股链均复制模板链转录dNTPNTPDNA聚合酶RNA聚合酶子代双链DNAmRNA,tRNA,rRNAA-T,G-CA-U,T-A,G-C复制转录研究生分生基因调控第6页复制和转录比较

多核苷酸链合成方向都是5’—3’

在3’-OH末端与加入核苷酸形成磷酸二酯键不一样点类似点

对于一个基因组来说，转录只发生在一部分基因，而且每个基因转录都受到相对独立控制

转录是不对称

转录时不需要引物

RNA链合成是连续研究生分生基因调控第7页

●

定义转录是以DNA为模板合成RNA过程mRNA、tRNA、rRNA、小分子RNA●

转录产物一、基因转录研究生分生基因调控第8页

1.

转录体系●

原核细胞全酶（holoenzyme）α2ββ'σ●真核细胞RNA聚合酶IRNA聚合酶IIRNA聚合酶III

模板DNA

原料ATP、CTP、GTP、UTP

RNA聚合酶（一）基因转录基本方式研究生分生基因调控第9页结构基因模板链，反意义链，Waston链编码链，有意义链，Crick链5’3’3’5’RNA合成中DNA模板研究生分生基因调控第10页Transcription5’GATCTGACTGACATAGACATAGAT3’

coding(=non-template)strand3’CTAGACTGACTGTATCTGTATCTA5’

templatestrand

5’GAUCUGACUGACAUAGACAUAGAU3’mRNA

研究生分生基因调控第11页E.coliRNA聚合酶全酶(holoenzyme)结构β’βαασ决定被转录基因识别转录起始点结合DNA模板与转录全过程相关β’βαα关键酶研究生分生基因调控第12页RNA-polI核仁45S-rRNA不敏感RNA-polII核质hnRNA低浓度敏感RNA-polIII核质5S-rRNA,tRNA,snRNA

高浓度敏感MtRNA-pol线粒体线粒体RNAs不敏感真核生物RNA聚合酶种类细胞内定位转录产物对抑制剂鹅膏蕈碱反应研究生分生基因调控第13页(二)转录过程

1.起始●原核细胞RNA聚合酶与开启子相互作用●真核细胞RNA聚合酶、反式作用因子与顺式元件相互作用——拼板理论研究生分生基因调控第14页DNA原核生物开启子5’3’3’5’TTGACATATAAT10bp15bpStartoftranscriptionPribnowboxRNApolymerase-35区-10区+1研究生分生基因调控第15页DNA5’3’3’5’真核生物开启子StartoftranscriptionTATA10bpTATAboxHognessboxCCAATGCGCCAATboxGCbox-70区-25区+1RNApolymerase研究生分生基因调控第16页2.延伸关键酶催化

磷酸化RNA聚合酶催化，核小体解聚●原核细胞●真核细胞研究生分生基因调控第17页3.终止●原核细胞●真核细胞结合富含CRNA区段，发挥ATP酶及解螺旋酶活性转录终止修饰点处切离并加尾依赖ρ因子不依赖ρ因子RNA3‘端形成茎环结构研究生分生基因调控第18页RNA-pol5’3´ρDNARNApolyCρ因子和RNA转录产物结合RNA聚合酶构象改变引发转录终止研究生分生基因调控第19页（三）转录后加工●原核细胞●真核细胞tRNA和rRNA需加工，mRNA不需加工tRNA、rRNA和mRNA均需加工1.原核细胞和真核细胞差异研究生分生基因调控第20页2.真核生物mRNA转录后加工●

5'端加帽转录未终止时加入m7G5'ppp，与稳定mRNA及翻译起始相关5’pppG…5’pG…ppi5’GpppG…pppGpi甲基化酶mGpppG…磷酸酶CH3研究生分生基因调控第21页核酸酶poly(A)3’-OH引入100-200bpA真核基因3’端AATAA切除3’尾10—25碱基

●3'端加尾加尾信号处切离,并加poly(A)，与稳定mRNA及翻译效率相关研究生分生基因调控第22页

●剪接（splicing）

由小分子细胞核内核蛋白颗粒（snRNP）去除核不均一RNA（hnRNA）中内含子转录序列研究生分生基因调控第23页

经过不一样剪接方式选择性使用外显子，合成功效不一样而结构只有微小差异蛋白质选择性剪接研究生分生基因调控第24页

●RNA编辑（RNAediting）

RNA编辑是对mRNA前体序列进行改编，在mRNA前体分子碱基序列中C被U取代，A被G取代，使成熟mRNA序列与基因组DNA序列不一样研究生分生基因调控第25页成熟mRNA＋蛋白质→细胞核→细胞质3.真核生物成熟mRNA运输信使核糖核蛋白颗粒(mRNP)研究生分生基因调控第26页二、蛋白质生物合成——翻译

以特定核苷酸序列mRNA为模板，合成对应氨基酸序列多肽链，即将带有遗传信息核苷酸次序转换为氨基酸次序过程组成蛋白质氨基酸由其特定tRNA携带和转运，在核蛋白体上按照模板mRNA所提供编码信息合成含有特定序列多肽链研究生分生基因调控第27页

(一)翻译体系(二)翻译基本过程(三)肽链翻译后加工修饰(四)蛋白质分拣与转运

研究生分生基因调控第28页(一)翻译体系

●模板

mRNA●氨基酸运输

tRNA●肽链合成场所

核糖体（rRNA+蛋白质）●蛋白质因子

起始、延长、终止因子●原料

20种有遗传密码氨基酸研究生分生基因调控第29页

●

模板

mRNA

mRNA是翻译直接模板

mRNA寿命普通较短

编码单个蛋白或多个蛋白

mRNA含有方向性，从5‘端到3’端。对应肽链从氨基端到羧基端

3个核苷酸组成1个密码子，指令氨基酸研究生分生基因调控第30页●

连续性●简并性●

通用性●

摆动性●

方向性密码子特点遗传密码表研究生分生基因调控第31页由氨基酰-tRNA合成酶催化与氨基酸连接●

氨基酸运输

tRNAT

C环反密码子氨基酸臂额外环(可变)DHU环含有绝对专一性和校正功效运输氨基酸研究生分生基因调控第32页●肽链合成场所

核糖体（rRNA+蛋白质）●原核细胞●真核细胞30S:16SrRNA和21种蛋白质50S:5S、23SrRNA和34种蛋白质）40S:18SrRNA和33种蛋白质60S:5S、5.8S、28SrRNA和49种蛋白质70S80S研究生分生基因调控第33页

●蛋白质因子

名称原核细胞真核细胞IF1,IF2,IF3eIFn(10余种)

延长因子EFTu,EFTs,EFG

EF1(α,

β,γ),

EF2

释放因子RF1,RF2,RF3eRF起始因子研究生分生基因调控第34页●原料

20种有遗传密码氨基酸●原核细胞●真核细胞起始氨基酸为N-甲酰蛋氨酸（密码子AUG、GUG、UUG）起始氨基酸为蛋氨酸（密码子AUG）研究生分生基因调控第35页氨基酸+ATP+tRNA氨基酰tRNA+AMP+PPi氨基酸活化与转运氨基酰tRNA表示方法ala-tRNAalamet-tRNAemetarg-tRNAargmet-tRNAimet真核细胞起始用蛋氨酰tRNA真核细胞延伸用蛋氨酰tRNAfmet-tRNAimet

原核细胞延伸用甲酰蛋氨酰tRNA研究生分生基因调控第36页一个氨基酸可由2-6种tRNA特异地运载tRNA总数（40-50）大于氨基酸数目氨基酰tRNA合成酶含有高度特异性（副密码子）氨基酰tRNA合成酶含有校读活性真核生物携带蛋氨酸tRNA有两种，分别为tRNAimet和tRNAemet原核生物AUG只能识别甲酰化蛋氨酸氨基酸活化与转运特点研究生分生基因调控第37页（二）翻译基本过程1.起始

形成翻译起始复合物2.延长

指每加一个氨基酸经过进位、成肽和转位3.终止

●原核细胞RF1,RF2识别终止密码，RF3激活转肽酶释放肽链

●真核细胞eRF同时含有上述功效研究生分生基因调控第38页大小亚基拆分mRNA与小亚基结合fmet-tRNA结合核糖体大亚基结合翻译起始复合物形成过程1.起始研究生分生基因调控第39页30S·mRNA·fMet·tRNAfmet·GTP·IF2IF3·IF1+mRNA70S核糖体+IF3+IF1

30S小亚基·IF3·IF1+50S大亚基fMettRNAfmet+GTP+IF2

fMet·tRNAfmet·IF2·GTP+50SIF2IF1IF3·GDP70S·mRNA·fMet·tRNAfmet70S起始复合物形成研究生分生基因调控第40页特异起始tRNA2.mRNA有5’端帽子结构和3’尾巴。2种帽子结合蛋白（CBP）参加mRNA与核蛋白体小亚基结合3.起始阶段,eIF2与met-tRNA及GTP结合形成复合物，eIF2是翻译所必须因子真核生物翻译起始研究生分生基因调控第41页40S·Met

·

tRNAimet·GTP80S核蛋白体+eIF3

40S小亚基·eIF3+60S大亚基Met·tRNAimet+GTP+eIF2

Met·tRNAfmet·eIF2·GTP80S·Met·tRNAfmet·mRNA80S起始复合物40S·mRNA·Met

·

tRNAimet·GTPeIF4C+mRNAeIF4A,4B,4E,4F+60SeIF2,3,4C,5eIF4D80S起始复合物形成研究生分生基因调控第42页2.延长进位、成肽和转位三个阶段核糖体循环P位：给位或肽位DonorsiteorPeptidylsiteA位：受位或氨基酰位AcceptorsiteorAminoacylsite进位成肽转位核糖体小亚基PAmRNAAUGUUAGGUCCCAACAGCAUCUAC核糖体大亚基tRNAAAUtRNA蛋亮PAmRNAAUGUUCGGUCCCAACAGCAUCUACAAG蛋亮PAmRNAAUGUUCGGUCCCAACAGCAUCAAG亮蛋研究生分生基因调控第43页3.终止释放因子（RF）识别终止密码RF3激活转肽酶，催化P位上肽与tRNA解离在释放因子（RR）作用下，tRNA，mRNA和RF从核糖体上解离，在IF作用下核糖体本身分解为大小亚基。研究生分生基因调控第44页（三）肽链翻译后加工修饰

1.一级结构修饰●

去掉N-甲酰基、N-蛋氨酸或N端序列

●

个别氨基酸修饰（羟化、磷酸化、形成-S-S-等）●

多蛋白（polyprotein）水解修饰研究生分生基因调控第45页2.空间结构修饰●

折叠整天然构象

分子伴侣（molecularchaperon）帮助新生多肽链折叠成高级结构一类蛋白质

●

亚基聚合

●

辅基结合（如糖基化等）研究生分生基因调控第46页(四)蛋白质分拣与转运

1.分拣（sorting）分拣信号蛋白质一级结构或高级结构中存在被分配到目标地信息●细胞核：

核定位信号（富含碱性氨基酸）

●各种细胞器：

细胞器定位信号

●分泌至细胞外：信号肽（signalpeptide）碱性氨基酸＋疏水氨基酸＋剪切位点研究生分生基因调控第47页●

翻译转运同时（如多数分泌性蛋白）●

翻译后转运（如核DNA编码线粒体蛋白）2.转运靶向运输分泌至胞外留在胞浆内进入核内或其它细胞器穿过合成所在细胞到其它组织细胞去蛋白质为分泌性蛋白研究生分生基因调控第48页蛋白质合成调整四环素类，抑制原核氨基酰tRNA与核糖体结合氯霉素类，阻断延长，原核链霉素类，改变构象，原核嘌呤霉素，竞争抑制酪氨酰tRNA,原核真核放线菌酮，抑制转肽酶，真核研究生分生基因调控第49页抑制蛋白质合成生物活性物质白喉毒素(DT)：对EF2进行修饰而失活干扰素(IF)：α-IF,β-IF,γ-IF诱导并激活一个蛋白激酶，使eIF2磷酸化而失活,使病毒蛋白合成受到抑制；另外，还可诱导产生一个RNA内切酶，破坏病毒RNA研究生分生基因调控第50页第二节环境对基因表示影响

一、外环境原因对基因表示影响二、基因表示时空调控三、基因表示调控基本原理

研究生分生基因调控第51页一、外环境原因对基因表示影响

●原核生物基因表示

●

环境压力形成了特殊表示方式

●该表示方式对环境有高度适应性应变能力

研究生分生基因调控第52页大肠杆菌能够利用许多糖作为碳源，葡萄糖、乳糖、果糖等等但大肠杆菌优先利用葡萄糖。当环境中葡萄糖缺乏时，开始利用乳糖或其它糖。

1960年，法国科学家Jacob-Monod提出操纵元模型——乳糖操纵元（LactoseOperon)研究生分生基因调控第53页●乳糖操纵子

●组成结构基因（z、y、a）调控元件（开启子，操纵基因）●调控方式葡萄糖充分时，阻遏物与操纵基因结合,妨碍RNA聚合酶对下游三个结构基因转录。

葡萄糖不足时，利用乳糖去阻遏物,允许RNA聚合酶对下游三个结构基因转录。研究生分生基因调控第54页大肠杆菌乳糖操纵子(lacoperon)调整研究生分生基因调控第55页●真核生物基因表示

●

外环境比原核生物优越●

主要受内环境改变影响

(有些细胞基因表示也会受到环境改变影响)研究生分生基因调控第56页二、基因表示时空调控●调控对象可调整基因（regulatedgene），是特定时空条件下特异性表示基因●调控特点阶段特异性（时间特异性）组织特异性（空间特异性）●生物学意义分化与发育适应环境研究生分生基因调控第57页①多细胞生物不一样组织细胞中基因组是相同不一样细胞表示不一样基因同一细胞不一样发育阶段，表示不一样基因同一个细胞中不一样基因表示水平不一样

丰富mRNA(高丰度)稀少mRNA(低丰度)基因差异表示特征基因差异表示是多细胞生物进化结果,是细胞活动分工基础研究生分生基因调控第58页三、基因表示调控基本原理●基因表示调控步骤基因转录调控蛋白质合成调控研究生分生基因调控第59页DNA元件原核生物：开启序列、操纵序列

真核生物：开启子、增强子、抑制子

顺式作用元件特异DNA序列●

基因表示调控原因蛋白分子真核生物：转录因子

原核生物：RNA聚合酶特异因子、阻遏蛋白、激活蛋白转录因子反式作用因子基本转录因子增强子结合因子抑制子结合因子研究生分生基因调控第60页第三节原核生物基因表示调控

●

特点

转录与翻译紧密偶联操纵子是主要调整机制多顺反子mRNA阻遏蛋白介导负性调整为主转录起始是调整关键研究生分生基因调控第61页调整层次

●转录水平调整●

起始调整是关键●

依靠操纵子(operon)与阻遏蛋白(负)、激活蛋白(正)相互作用研究生分生基因调控第62页阻遏蛋白对大肠杆菌乳糖操纵子负调整研究生分生基因调控第63页激活蛋白对阿拉伯糖开启子正调整

无阿拉伯糖时，AraC同二聚体与O2和I1结合，BAD基因不发生转录有阿拉伯糖时，AraC用另一个方式形成二聚体与I1和I2结合，从而激活BAD基因转录研究生分生基因调控第64页●转录终止调整

色氨酸操纵子trpoperon依赖ρ因子或者依赖转录产物3’端发夹结构，使转录过早终止，称为衰减（attenuation）研究生分生基因调控第65页有色氨酸时，转录过早终止，只生成先导mRNA色氨酸操纵子（trpoperon）表示衰减缺色氨酸时，转录完全，生成全长mRNA研究生分生基因调控第66页●翻译调整

●

稀有密码子对翻译影响

主要影响翻译速度

mRNA5′端或3′端形成发夹结构，可预防被外切酶水解，延长其寿命●

翻译阻遏反义RNA（antisenseRNA）妨碍核糖体与靶mRNA结合●

mRNA稳定性对翻译影响

调整蛋白竞争mRNA核糖体结合位点研究生分生基因调控第67页RegulationofGeneExpressioninEukaryotes第四节真核基因表示调控研究生分生基因调控第68页1970年，猿猴病毒40(simianvirus40,SV40）生命周期被确定为早、晚两个阶段，使它们成为基因表示调控经典模型。1975年D.Pribonow发觉T7开启子序列。1982年C.Benoist和P.Chambon揭示了SV40早期开启子序列。1983年，W.S.Dynan和R.Tjian分离、判定了真核转录因子AP1。1986年，J.Clarke和Chambon两个试验室同时汇报了SV40增强子多功效元件组成。1990年代，信号转导-基因转录偶联机制成为热点课题。研究生分生基因调控第69页研究生分生基因调控第70页研究生分生基因调控第71页I.真核基因表示调控特征FeaturesofEukaryoticGeneRegulation研究生分生基因调控第72页一、顺式作用元件是决定真核基因

转录活性关键原因之一exon1intron1exonnintronn上游下游转录起始点增强子缄默子开启子TATA盒GC盒CAAT盒增强子研究生分生基因调控第73页（一）开启子是RNA聚合酶结合并开启

基因转录特异DNA序列真核基因开启子指是RNA聚合酶（RNApolymerase，RNAPol）识别、结合基因转录调控区中开启基因转录一段特异DNA序列，包含一组转录调控功效组件，其中每一个功效组件DNA序列约7~20bp。研究生分生基因调控第74页TATA盒CAAT盒GC盒

增强子

顺式作用元件结构基因-GCGC---CAAT---TATA转录起始真核生物开启子保守序列研究生分生基因调控第75页1.近起始点TATA盒/起始子及CpG岛是真核生物开启子关键序列真核细胞开启子是包含转录起始点（transcriptioninitiationsite或transcriptionstartsite）在内、有通用转录因子及RNA聚合酶组装、结合一段DNA序列。经典开启子关键序列（coresequences）是在转录起始位点上游25~35bp处，有一保守TATA序列，被称为TATA盒（TATAbox），真核细胞TATA盒多为TATAAAA序列。TATA盒与原核细胞开启子一样，对RNA聚合酶II转录起始位点起定位作用。研究生分生基因调控第76页一些真核细胞基因含有另一个开启子元件，称为起始子(initiator,Inr)，决定开启子强度。起始子共有序列为：（5

）Y-Y-A+1-N-T/A-Y-Y-Y（3）；Y代表胞嘧啶C或胸腺嘧啶T，N代表任意碱基，T/A代表T或A。研究生分生基因调控第77页有一些编码蛋白质基因转录可有多个起始点，可产生含不一样5末端mRNA。它们不含TATA盒或起始子，多在起始位点上游约100bp内含有2050个核苷酸CG序列，被称做CpG岛（CpGisland）。这些基因大多为低转录基因，编码中间代谢酶管家基因。研究生分生基因调控第78页

2.开启子中上游元件帮助真核基因调整GC盒(GCbox)(GGGCGG)CAAT盒(CAATbox)(GCCAAT)开启子上游元件（promoter-proximalelements,或upstreampromoterelements）是一些位于TATA盒上游DNA序列，与调整蛋白结合，调整通用转录因子与TATA盒结合、RNA聚合酶与开启子结合，以及转录起始复合物形成，从而决定基因转录效率与专一性。常见序列是：研究生分生基因调控第79页(二）增强子决定基因时空特异性表示增强子（enhancer）是能够结合特异基因调整蛋白，促进邻近或远隔特定基因表示DNA序列；在酵母中，被称为上游活化序列（upstreamactivatorsequences,UASs）。增强子作用通常与其所处位置和方向无关。研究生分生基因调控第80页增强子距转录起始位点距离改变很大，从100nt到50,000nt，甚至更大。但总是作用于最近开启子。增强子所处位置在所调控基因上游或下游，但主要位于上游。下游内含子当中，乃至下游最终外显子以外序列也可含有增强子。很多哺乳动物基因受一个以上增强子调控。研究生分生基因调控第81页（三）缄默子阻遏基因转录缄默子(silencer)是指一些真核基因转录调控区中抑制或阻遏基因转录一段（数百bp）DNA序列。缄默序列促进局部DNA染色质形成致密结构，从而阻止转录激活因子结合DNA，是基因转录负性调整原因。研究生分生基因调控第82页二、反式作用因子和顺式作用蛋白

是真核基因转录调整蛋白在真核细胞核中，有许多蛋白质能够帮助RNA聚合酶转录RNA。这类蛋白质统称转录因子（transcriptionfactors，TF）或转录调整蛋白（transcriptionregulatoryprotein）。以反式作用方式调整基因转录转录因子称为反式作用因子（trans-actingfactor），以顺式作用方式调整基因转录转录因子称为顺式作用蛋白（cis-actingprotein）。研究生分生基因调控第83页cDNAaDNA反式调整C顺式调整mRNAC蛋白质CBA

mRNA蛋白质AA研究生分生基因调控第84页（一）PolⅡ转录需要基本转录因子和特异转录因子

*基本转录因子(generaltranscriptionfactors)是RNA聚合酶结合开启子所必需一组蛋白因子，决定三种RNA(mRNA、tRNA及rRNA)转录类别。研究生分生基因调控第85页*特异转录因子(specialtranscriptionfactors)为个别基因转录所必需，决定该基因时间、空间特异性表示。转录激活因子转录抑制因子研究生分生基因调控第86页

转录调整因子结构DNA结合域转录激活域TF蛋白质-蛋白质结合域（二聚化结构域）谷氨酰胺富含域酸性激活域脯氨酸富含域研究生分生基因调控第87页（二）转录因子含有不一样DNA结合域螺旋-转角-螺旋是转录因子中常见DNA结合域同源异型域结构与HTH结构域类似锌指结构是一类含锌离子转录因子DNA结合域亮氨酸拉链结构域既可介导结合DNA又可介导蛋白质二聚体化碱性螺旋-环-螺旋结构域也可同时介导结合DNA和蛋白质二聚体化研究生分生基因调控第88页螺旋-回折-螺旋（helix-turn-helix，HTH）同源异型域（homeodomain，HD）识别螺旋DNA大沟DNA小沟螺旋1N－端DNA大沟螺旋3研究生分生基因调控第89页锌指结构是一类含锌DNA结合蛋白质模体C2H2型锌指（Zincfinger）研究生分生基因调控第90页反向平行β片层DNA大沟α螺旋Zn2＋研究生分生基因调控第91页亮氨酸拉链同时调整DNA结合与蛋白质二聚体化LeuLeuLeuLeuLeuLeuLeuLeuDNA大沟DNA大沟亮氨酸拉链（leucinezipper）研究生分生基因调控第92页碱性螺旋-环-螺旋结构也可调整DNA结合及蛋白质二聚体化碱性螺旋-环-螺旋（basichelix-loop-helix，bHLH）bHLH双体DNA大沟螺旋螺旋环研究生分生基因调控第93页（三）转录因子含有不一样转录激活域富含谷氨酰胺转录激活域富含脯氨酸转录激活域酸性氨基酸转录激活域研究生分生基因调控第94页三、正性调整占主导真核基因表示

调控机制愈加复杂*不一样DNA元件组合可产生各种类型转录调整方式；*各种转录因子又可结合相同或不一样DNA元件；*转录因子与DNA元件结合后，对转录激活过程所产生效果各异，有正性调整或负性调整之分。研究生分生基因调控第95页II.真核基因表示染色质水平调控ChromosomalRegulationofEukaryoticGeneExpression研究生分生基因调控第96页基因活化蛋白质改变局部染色质结构异染色质（heterochromatin）是转录非活性。常染色质（euchromatin）中转录活性区域对核酸酶敏感，尤其是转录基因5’-侧翼区1000nt以内是高敏感位点(hypersensitivesites)。很多高敏感位点是调整蛋白质结合序列，而这些区域核小体相对缺乏也使得这些蛋白质易于与之结合。转录活化染色质与非活化染色质在结构上有很大不一样。

研究生分生基因调控第97页转录活化染色质与非活化染色质组蛋白共价修饰方式也不相同。核小体关键组蛋白（H2A，H2B，H3，H4）中赖氨酸残基非可逆性甲基化，丝氨酸与苏氨酸残基磷酸化，乙酰化以及泛素化多是转录活性染色质特点。真核细胞DNACpG序列（CpG岛）中胞嘧啶被甲基化为5-甲基胞嘧啶是常见现象，但转录活性染色质区域胞嘧啶被甲基化程度降低。研究生分生基因调控第98页染色质重塑（chromatinremodeling）基因活化蛋白质能够经过改变基因开启子和调整序列区域染色质结构来促进转录开始。这种改变局部染色质结构过程被称为染色质重塑

。最主要两种方式：组蛋白共价修饰核小体重塑（nucleosomeremodeling）研究生分生基因调控第99页染色质重塑研究生分生基因调控第100页组蛋白乙酰化位点：组蛋白乙酰化转移酶（histoneacetyltransferases,HATs），也称组蛋白乙酰化酶（histoneacetylase）主要作用于核小体关键组蛋白所富含赖氨酸残基，降低整个核小体对DNA亲和性。时间：基因活化蛋白质结合在转录调整区域后。研究生分生基因调控第101页作用：使染色质进入转录活性状态；还可能促进或预防与其它转录或调整相关蛋白相互作用。逆转：组蛋白脱乙酰化酶(histonedeacetylase，HDAC)降低核小体乙酰化，使染色质恢复转录非活性状态。研究生分生基因调控第102页III.真核基因表示转录水平调控TranscriptionalRegulationofEukaryoticGeneExpression研究生分生基因调控第103页基因表示多级调控: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研究生分生基因调控第104页基因转录激活调整基本要素:基因结构、性质细胞内所存在转录调整蛋白生物个体或细胞所处内、外环境研究生分生基因调控第105页真核细胞基因开关分子机制比原核复杂基本共同点：转录起始调整是关键点根本不一样点：原核生物：开启子在缺乏转录因子情况下就含有天然活性真核生物：强力开启子在缺乏调整蛋白情况下往往没有活性

研究生分生基因调控第106页真核细胞基因及其调控区域受到染色质结构限制，转录活化与转录调控区域、转录区域内染色质结构很多改变相关；正性调整是主要形式。所以，在转录基本状态受到制约情况下，使得每个真核细胞基因需要活化才能被转录；真核细胞有更大、更为复杂、种类更多调整蛋白。单一开启子能够被分散在DNA分子上、数量近乎无限调整序列所控制。真核细胞对基因表示起始调控最少在下面几个方面与原核细胞存在不一样：研究生分生基因调控第107页一、转录起始调控发生在转录起始复合物组装过程①基因活化蛋白质与增强子或UASs结合；②通用转录因子在开启子处组装；③辅助激活子(coactivator)和/或中介子（medicator）在通用转录因子/RNA聚合酶II复合物与基因活化蛋白质之间辅助和中介作用。RNA聚合酶II与开启子结合、开启转录需要很多蛋白质因子协同作用。这通常包含：研究生分生基因调控第108页基因活化蛋白质与增强子结合后，经过与全酶复合体中中介子相互反应，使全酶复合体在空间上更靠近开启子并有效组装。另外，多数全酶复合体中缺乏一些通用转录因子，如TFIID与TFIIA，它们需要在开启子处罚别组装，最终形成稳定转录起始复合物（transcriptioninitiationcomplex），开启转录。研究生分生基因调控第109页TATA盒TFIIDRNA聚合酶II通用转录因子转录方向中介子活化蛋白活化蛋白增强子增强子DNATFIIA研究生分生基因调控第110页基因活化蛋白与增强子结合后怎样影响到远距离RNA聚合酶结合位点，有以下几个模式：经过扭曲作用使DNA链发生构型改变，更适合于通用转录因子与RNA聚合酶结合,并经过直接接触或经过辅活化子/中介子而影响通用转录因子和RNA聚合酶组装。①扭曲（twisting）研究生分生基因调控第111页沿DNA滑动，直到接触另一个特异DNA序列结合转录因子，发挥作用。利用DNA分子柔曲性弯曲成环，使增强子区域与RNA聚合酶结合位点靠近，直接接触或经过辅活化子/中介子而发挥作用。②滑动（sliding）③成环（looping）研究生分生基因调控第112页固醇类激素、甲状腺激素、维甲酸类激素等激素与细胞核内特异性受体，即特异基因调整蛋白结合，形成激素-受体复合物结合到DNA特定基因调整序列——激素反应元件(hormoneresponseelements,HREs)，再经过与其它调整因子相互作用，活化或抑制相邻基因表示。研究生分生基因调控第113页几个不一样激素反应元件受体共同结合序列*男性激素（Androgen）GG(A/T)ACAN2TGTTCT糖皮质激素(Glucocorticoid)GGTACAN3TGTTCT维甲酸(Retinoicacid)AGGTCAN5AGGTCA维生素D(VitaminD)AGGTCAN3AGGTCA甲状腺激素(Thyroidhormone)AGGTCAN3AGGTCA类维生素A（RetinoidX＋）AGGTCANAGGTCANAGGTCANAGGTCA研究生分生基因调控第114页（一）mRNA5′端加帽和3′端加尾修饰利于mRNA稳定性和转运除组蛋白外，全部真核细胞mRNA都有5

端“帽”和3

端Poly(A)尾结构。5

端“帽”和3

端Poly(A)尾都有其特有作用。二、转录后调控包括修饰、剪接、

编辑、定向转运多个步骤研究生分生基因调控第115页5

加帽作用在于：①有利于保护mRNA免于被核糖核酸酶降解；④5

帽结合蛋白复合体参加mRNA和核糖体结合来起始翻译。③促进mRNA从细胞核运输到细胞浆；②帮助mRNA剪接。在剪接第一个外显子时，剪接体形成需要帽结合蛋白参加；研究生分生基因调控第116页poly(A)尾可结合一个或各种特殊蛋白，防止mRNA被酶降解，并在翻译过程中含有主要作用。许多原核mRNA也含有Poly(A)尾，不过此尾功效是促进mRNA降解，而不是保护mRNA免于被降解。poly(A)尾作用：研究生分生基因调控第117页（二）可变性剪接可使初始转录本产生不一样成熟mRNA许多初始转录本能够经过一个以上选择性剪接（alternativeRNAsplicing）方式，去除不一样内含子而被加工形成不一样mRNAs，因而形成不一样多肽。研究生分生基因调控第118页人视黄醛还原酶mRNA选择性剪接mRNAPre-mRNA同种异型mRNA研究生分生基因调控第119页初始转录本含有全部选择性加工路径所需要分子信号。一个细胞偏好何种选择性加工路径取决于加工因子——RNA结合蛋白特异性。负调整：抑制蛋白质能够经过与原始转录本结合来预防剪接复合体切除内含子序列。选择性剪接能够被正负调整分子调整：正调整：而不能正常剪接剪接复合体能够在活化蛋白帮助下发挥剪接功效。研究生分生基因调控第120页（三）编辑加工可增加mRNA分子信息内涵一些mRNAs在翻译前被编辑(editing)。结果：转录后编辑过程插入了4个U残基，从而改变了转录本翻译读码框。机制：尚不清楚。研究人员已经发觉线粒体转录一类特殊RNA分子，其3

端有一段poly(U),其5

端序列与mRNAs被编辑区域互补，被称为引导RNA（guideRNA）。引导RNA可能作为编辑过程模板，并将其3

端U转移给被编辑mRNAs。研究生分生基因调控第121页（四）调解成熟mRNA核外输出也会影响基因表示现象：预计有1/5核内成熟mRNAs能进入细胞浆。留在核内mRNAs约在1小时内降解。mRNA经过核膜过程是一个主动运输过程，经常需要借助于核输出受体(nuclearexportreceptors)才可穿过9nm核孔通道。机制：调控RNA从核运输至细胞浆机制还不很清楚。研究生分生基因调控第122页（五）一些mRNA定位于细胞质特殊区域现象：一些mRNA分子携带有信息，能够在翻译开始前自我导向定位于细胞内特定位置。作用：在细胞特定部位集中产生所需要大量蛋白质。研究生分生基因调控第123页机制：导向信号存在于mRNA3

端非翻译区（3

untranslatedregion,3

UTR）。mRNA被连接在附着于细胞骨架上动力蛋白（motorproteins）上，利用其水解ATP所提供能量沿着骨架成份朝目标方向移动，最终在目标地被锚蛋白（anchorproteins）固定。mRNA在细胞浆中随机扩散并被不停地降解，只有碰上锚蛋白才能得到保护。mRNA经过在细胞浆中随机扩散，在其定位处被锚蛋白捕捉、固定。第二种情况第三种情况第一个情况研究生分生基因调控第124页mRNA分子3种不一样定位过程研究生分生基因调控第125页（六）经过改变mRNA分子稳定性调控基因表示意义：降解路径确保mRNA不在细胞中累积并防止合成过多蛋白质。不一样真核基因mRNA降解速率大不相同。暂时需要基因产物：半衰期可能仅为几分钟、甚至几秒钟。经常需要基因产物：其mRNA可在多代细胞中稳定存在。研究生分生基因调控第126页真核细胞mRNA降解有两种路径，是由每种mRNA分子序列所决定。Poly(A)逐步短缩：最常见路径mRNA分子一旦进入细胞浆中，核酸外切酶会使Poly(A)末端逐步短缩，当剩下约30个A时，5

端发生脱帽，mRNA分子被快速降解。一些mRNA分子3

UTR特殊序列有利于特殊蛋白质结合，增加或降低Poly(A)短缩速度。研究生分生基因调控第127页可将Poly(A)直接从mRNA分子上切除。这种切除也有赖于mRNA分子3

UTR特殊序列能够被内切酶识别。另一个路径始于特殊内切酶作用转铁蛋白受体(transferrinreceptor,TfR)mRNA分子3

UTR柄环（stem-loop）结构——铁反应元件(iron-responseelement，IRE)。比如：研究生分生基因调控第128页IRE-BP对转铁蛋白受体mRNA稳定性调整低铁状态转铁蛋白受体mRNA5’编码区活化IRE-BP3’Poly(A)n翻译TfR蛋白IRE高铁状态转铁蛋白受体mRNA5’编码区铁失活IRE-BP3’Poly(A)nmRNA降解IRE研究生分生基因调控第129页（七）mRNA分子细胞质中添加Poly(A)控制蛋白翻译在一些情况下，特殊Poly(A)尾端能够在细胞浆得以延伸。例：正在成熟中卵母细胞与卵细胞一些存在于细胞浆mRNA分子3′末端只有10~30个腺苷酸（A），它们并不翻译。在卵母细胞成熟和受精后一个特定时段，当需要这些mRNA所编码蛋白质时，Poly(A)被添加到这些选定mRNA分子，大大促进它们翻译开始。研究生分生基因调控第130页（八）无义改变介导mRNA降解是真核mRNA监视系统无义改变介导mRNA降解(Nonsense-mediatedmRNAdecay,NMD）当在同一阅读框架内翻译终止密码子UAA、UAG或UGA提前出现在最终两个外显子交界处上游约50nt处时，mRNA被快速降解。这些错位终止密码子被称为成熟前终止密码子（prematureterminationcodons,PTC），能够来自突变、重组、不完全或不正确剪接。研究生分生基因调控第131页无义改变介导mRNA降解研究生分生基因调控第132页意义：能够使一些异常mRNA在被有效地翻译成蛋白质前得到去除，这个mRNA监视系统能够预防非正常截短蛋白质合成。NMD在进化过程中发挥了主要作用，使真核细胞更轻易探究因为DNA重排、突变或不一样剪接方式所形成新基因。免疫系统细胞发育过程中也很主要，重排基因产生这类mRNA被NMD系统快速降解，防止了截短蛋白质细胞毒作用。研究生分生基因调控第133页（九）RNA干涉是一个基因转录后缄默机制RNA干涉在高等真核生物中发觉有一类小RNAs(smallRNAs)介导特殊基因缄默。这是因为这类小RNAs与mRNAs（经常是3

UTR）相互作用，造成mRNA降解或者翻译抑制，使mRNA及其对应基因无法表示而缄默（silence）。控制最少一些生物体适时发育。它也是一个保护生物体免受RNA病毒侵袭和控制转座子活性机制。意义：研究生分生基因调控第134页700bp左右RNA前体配对碱基DICER20~25bpmiRNA5’RISC靶mRNA未配对区域靶