高等生物化学基因表达的调控

高等生物化学基因表达的调控汇报人：AA2024-01-28目录基因表达调控概述转录水平调控转录后水平调控翻译水平调控表观遗传学在基因表达调控中应用疾病发生发展过程中基因表达异常及干预策略CONTENTS01基因表达调控概述CHAPTER指基因所携带的遗传信息通过转录和翻译等一系列过程，最终合成具有生物活性的蛋白质分子。基因表达转录翻译以DNA为模板，合成RNA的过程。以mRNA为模板，合成蛋白质的过程。030201基因表达基本概念

调控机制与层次转录水平调控通过控制转录的起始、延伸和终止等过程，实现对基因表达的调控。翻译水平调控通过控制翻译的起始、延伸和终止等过程，影响蛋白质的合成。蛋白质加工和修饰调控通过对蛋白质进行加工和修饰，如磷酸化、糖基化等，改变其活性和功能。基因表达调控使生物能够适应不同的环境条件，如温度、营养等。适应环境变化在细胞分化和发育过程中，基因表达调控能够确保不同类型细胞具有特定的形态和功能。细胞分化和发育基因表达异常与多种疾病的发生和发展密切相关，对基因表达调控的研究有助于深入了解疾病机制并开发新的治疗方法。疾病发生与治疗利用基因表达调控原理，可以实现对生物体的遗传改良、优化生产工艺等。生物技术应用生物学意义及应用02转录水平调控CHAPTER转录因子的定义转录因子是一类能够结合到特定DNA序列上，从而调控基因转录的蛋白质。转录因子的分类根据作用方式可分为通用转录因子和特异转录因子两大类。转录因子的作用机制通过识别并结合到DNA上的特定序列，从而改变RNA聚合酶的活性或稳定性，进而调控基因转录。转录因子及其作用03顺式作用元件与反式作用因子的相互作用通过特定的结合域相互识别并结合，形成转录复合物，从而调控基因转录。01顺式作用元件指位于编码基因上游或内部的DNA序列，能够影响基因转录的效率和特异性。02反式作用因子指能够与顺式作用元件结合并调控基因转录的蛋白质因子。顺式作用元件与反式作用因子123染色质的高度凝集状态会限制转录因子和RNA聚合酶的结合，从而影响基因转录。染色质结构对基因转录的影响染色质重塑复合物能够通过改变染色质结构，使得转录因子和RNA聚合酶能够结合到DNA上，从而激活基因转录。染色质重塑与基因转录表观遗传修饰如DNA甲基化、组蛋白修饰等能够影响染色质结构和转录因子的结合，从而调控基因转录。表观遗传修饰与基因转录染色质结构与基因转录活性关系03转录后水平调控CHAPTER在mRNA的5'端加上甲基鸟嘌呤帽子结构，保护mRNA免受核酸酶降解，并促进其从细胞核向细胞质的转运。5'端加帽在mRNA的3'端加上多聚腺苷酸尾巴，增加mRNA的稳定性，并有助于其从细胞核向细胞质的转运。3'端加尾去除内含子，连接外显子，形成成熟的mRNA分子。剪接010203mRNA加工与修饰过程mRNA的稳定性受到多种因素的影响，包括序列特异性元素、RNA结合蛋白以及microRNA等。稳定的mRNA能够在细胞中持续存在并翻译出蛋白质，而不稳定的mRNA则会被迅速降解。mRNA稳定性mRNA的降解主要通过核酸酶的作用进行。在真核生物中，mRNA的降解通常发生在细胞质中，由外切核酸酶和内切核酸酶共同完成。此外，一些特定的RNA结合蛋白也能够促进mRNA的降解。降解途径mRNA稳定性及降解途径要点三microRNA（miRNA）miRNA是一类长度约为22个核苷酸的非编码RNA，通过与mRNA的3'非翻译区（3'UTR）结合，抑制mRNA的翻译或促进其降解，从而实现对基因表达的负调控。要点一要点二长非编码RNA（lncRNA）lncRNA是一类长度超过200个核苷酸的非编码RNA，通过与DNA、RNA或蛋白质相互作用，参与多种生物学过程的调控，包括转录、转录后调控以及表观遗传调控等。在转录后调控中，lncRNA可以影响mRNA的稳定性、剪接以及翻译等过程。环状RNA（circRNA）circRNA是一类具有共价闭合环状结构的非编码RNA，通过与miRNA竞争结合位点或作为miRNA海绵体发挥作用，参与基因表达的转录后调控。此外，circRNA还可能作为蛋白质翻译的模板或调节因子发挥作用。要点三非编码RNA在转录后调控中作用04翻译水平调控CHAPTER核糖体由大、小亚基和mRNA、tRNA等组成，其结构完整性对翻译至关重要。核糖体组成核糖体通过识别起始因子和起始密码子，形成翻译起始复合物，启动蛋白质合成。翻译起始复合物形成核糖体在翻译过程中经历起始、延伸、终止等阶段，并循环使用，影响翻译效率和准确性。核糖体循环核糖体结构与功能对翻译影响延伸阶段在延伸因子的作用下，tRNA携带氨基酸进入核糖体A位，与mRNA密码子配对，进行肽链延伸。终止阶段当核糖体遇到终止密码子时，释放因子识别并结合到终止密码子上，促使肽链释放和核糖体解离。起始阶段通过起始因子识别并结合到mRNA的起始部位，招募核糖体小亚基，进而形成翻译起始复合物。起始、延伸和终止阶段调控机制miRNA通过碱基互补配对的方式识别靶mRNA，影响其稳定性和翻译效率。miRNA识别miRNA可以结合到靶mRNA的3’UTR区域，抑制其翻译过程，从而降低相应蛋白质的表达水平。翻译抑制某些miRNA也可以结合到靶mRNA的5’UTR或编码区，激活其翻译过程，增加相应蛋白质的表达。翻译激活miRNA在翻译过程中作用05表观遗传学在基因表达调控中应用CHAPTERDNA甲基化定义DNA甲基化是指在DNA分子中，通过添加甲基基团（-CH3）到胞嘧啶碱基上的一种化学修饰。这种修饰可以在不改变DNA序列的情况下，影响基因的表达。DNA甲基化与基因沉默在真核生物中，DNA甲基化通常与基因沉默相关。甲基化的DNA可以招募特定的蛋白复合物，如甲基化CpG结合蛋白（MeCPs），这些蛋白可以进一步抑制转录因子的结合，从而抑制基因表达。DNA甲基化与印记基因印记基因是一类特殊的基因，它们的表达取决于亲本的来源。DNA甲基化在印记基因的表达调控中起重要作用。例如，在哺乳动物中，父本和母本的印记基因通过不同的甲基化模式进行标记，从而影响基因的表达。DNA甲基化对基因表达影响组蛋白修饰类型01组蛋白修饰包括乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化等多种类型。这些修饰可以影响组蛋白的结构和电荷性质，从而改变染色质的结构和可及性。组蛋白修饰与基因表达02组蛋白修饰可以通过改变染色质的结构来影响基因的表达。例如，组蛋白乙酰化通常与基因激活相关，而组蛋白甲基化则既可以激活也可以抑制基因的表达，取决于甲基化的位点和程度。染色质重塑复合物03染色质重塑复合物是一类能够改变染色质结构的蛋白复合物。它们可以通过水解ATP提供能量，将组蛋白从DNA上移除或重新排列，从而改变染色质的紧密程度和基因的可及性。组蛋白修饰与染色质重塑过程非编码RNA类型非编码RNA包括长非编码RNA（lncRNA）、小干扰RNA（siRNA）、微小RNA（miRNA）等多种类型。它们在表观遗传学中发挥重要作用，参与基因表达的调控。lncRNA与表观遗传调控lncRNA可以通过多种方式参与表观遗传调控，如招募染色质重塑复合物、作为支架结合多种蛋白等。它们可以影响染色质的结构和组蛋白的修饰状态，从而调控基因的表达。siRNA与DNA甲基化siRNA可以通过RNA干扰途径降解特定的mRNA，从而影响基因的表达。此外，siRNA还可以指导DNA甲基化酶对特定基因进行甲基化修饰，进一步调控基因的表达。非编码RNA在表观遗传学中作用06疾病发生发展过程中基因表达异常及干预策略CHAPTER包括原癌基因、抑癌基因、DNA修复基因等，在癌症发生发展过程中表达异常。癌症相关基因针对癌症相关基因的异常表达，设计特异性药物进行干预，如酪氨酸激酶抑制剂、表皮生长因子受体抑制剂等。靶向治疗策略利用患者自身的免疫系统来攻击癌细胞，如CAR-T细胞疗法、PD-1抑制剂等。免疫疗法癌症相关基因表达异常及靶向治疗策略基因表达变化在神经退行性疾病中，相关基因的表达水平或功能发生改变，导致神经元损伤或死亡。干预方法针对神经退行性疾病中基因表达的变化，采取药物治疗、基因治疗、干细胞治疗等多种手段进行干预。神经退行性疾病相关基因如APP、PSEN1、PSEN2等与阿尔茨海默病相关，Parkin、PINK1等与帕金森病相关。神经退行性疾病中基