启动子与增强子

1、第三章第二节启动子与增强子教学目 ：教学重、 点：教学内容：一、原核生物启 子1 启 子： 是一段位于 构基因5 端上游区的dna 序列，在 起始之前被rna 聚合 合的dna部位称 启 子；启 子的 构影响它与rna 聚合 的 和力，决定基因表达 度。转录单元：是一段从启 子开始到 止子（terminator） 束的dna 序列，rna 聚合 从 起点开始沿着模板前 ，直到 止子 止， 出一条rna ；在 菌中，一个 元可以是一个基因，也可以是几个基因。2 起点 ：指与新生rna 第一个核苷酸相 dna 上的碱基，研究 通常 一个 呤。上游：常把起点前面，即5 末端的序列称 （upstrea

2、m）上游 ;下游：起点后面即3 末端的序列称 下游（downstream）。在描述碱基的位置 ，起点 1 ，下游方向依次 2 ，3 ，上游方向依次 1 ，2 ，3 。3 启 子 构 ：pribnow 框：在起始点上游，几乎在所有启 子都存在一个6 bp 富含 a/t 区域 tataat。通常位于18位到 9 位，称 pribnow 框。 区域是rna 聚合 牢固 合位点，rna 聚合 合后， 一富含a/t 的 dna 双 解开。sextama 框：位于 35 区附近有一ttgaca序列，是 rna 聚合 中的因子 位点。以上 两个位点 于 起始都是非常重要的。 因子 35 区并与之 合。由于

3、rna 聚合 分子覆盖面 能达到 70bp ，因此 分子上的一个合适部位能接触 10 区。 分子一旦与 10 区 合以后，就从 位点上解离下来。此外， 35 序列的重要性 在于在很大程度上决定了启 子的 度。 。10 区和35 区的最佳距离：在原核生物中， 35 区和10 区的距离大 是16 19bp，小于15bp或大于20bp都会降低启 子的活性；保持启 子 两段序列以及它 之 的距离是十分重要的，否 就会改 它所控制的基因表达水平。在 菌中常 两种启 子突 ：下降突 ：如果把pribnow其从tataat变成aataat ，就会大大降低其 构基因的 水平；上升突 :：即增加pribnow

4、区共同序列的同一性。突 后的-10 区和-35 区越接近共同序列， 的rna 就越多；越 离共同序列， 的rna 就越少。例如，在乳糖操纵子的启动子中，将其 pribnow 区从 tatgtt 变成 tatatt，就会提高启动子的效率，提高乳糖操纵子基因的转录水4 启动子区的识别一般认为，rna 聚合酶并不直接识别碱基对本身，而是通过氢键互补的方式加以识别。在启动子区dna 双螺旋结构中， 腺嘌呤分子上的n6 、鸟嘌呤分子上的n2 、胞嘧啶分子上的n4都是氢键供体，而腺嘌呤分子上的n7 、 n3 ，胸腺嘧啶分子上的o4 、 o2 ，鸟嘌呤分子上的n7 、o6 、 n3 和胞嘧啶分子上的o2 都

5、是氢键受体。由于它们分别处于dna 双螺旋的大沟和小沟内，因此都具有特定方位，而酶分子中也有处于特定空间构象的氢键受体与供体，当它们与启动子中对应的分子在一定距离内互补时，就形成氢键，相互结合。这种氢键互补学说较为圆满地解释了启动子功能既受dna 序列的影响， 又受其构象影响这一事实。二、真核生物启动子真核生物启动子有三类，分别由rna 聚合酶、和进行转录。类别（ class ）启动子：只控制 rrna 前体基因的转录，转录产物经切割和加工后生成各种成熟rrna 。类别启动子由两部分保守序列组成：核心启动子 （ core promoter）：位于转录起点附近，从-45 至 +20 ；上游控制元

6、件（upstream control element ， uce ）：位于 -180 至 -107；rna聚合酶对其转录需要2 种因子参与：ubf1 ：一条m 为97000 的多肽链，结合在上述两部分的富含gc 区；1 个tbp ，即tata结合蛋白（tata-binding protein， tbp ）；sl1 ：一个四聚体蛋白，含有3 个不同的转录辅助因子taf ；在 sl1 因子介导下 rna 聚合酶结合在转录起点上并开始转录。类别（ class ）启动子：类别启动子涉及众多编码蛋白质的基因表达的控制。该类启动子包含 4 类控制元件：基本启动子（basal promoter ）：序列为中

7、心在-25 至 -30 左右的 7 bp 保守区，tataaaa/t，称为tata框或goldberg-hogness框。与rna聚合酶的定位有关，dna双链在此解开并决定转录的起点位置。失去tata 框，转录将在许多位点上开始。起始子（initiator）：转录起点位置处的一保守序列，共有序列为：pypyant(a)pypypy 为嘧啶碱（c 或t）， n为任意碱基，+1a 为转录的起点。dna在此解开并起始转录。上游元件 （ upstream factor）：普遍存在的上游元件有caat框、gc框和八聚体 （ octamer）框等。 caat框的共有序列是八聚体框含有gccaatct ，g

8、c 框的共有序列为8bp，共有序列为atgcaaa t ；gggcgg和ccgccc ，应答元件（response element ）：诱导调节产生的转录激活因子与靶基因上的应答元件结合。如热休克效应元件 hse 的共有序列是识别和作用； 血清效应元件cnngaanntccnng，可被热休克因子hsfsre 的共有序列ccatattagg ，可被血清效应因子 srf 识别和作用。参与 rna 聚合酶转录起始的各类因子数目很大，可分为3 类：通用因子（ general factor ）：作用于基本启动子上的辅助因子称为通用（转录）因子（gtf ），或基本转录因子（ basal transcrip

9、tion ），为任何细胞类别启动子起始转录所必需，以tf来表示， 其中按发现先后次序用英文字母定名，如 tf a 、tf d 、tf h。上游因子（ upstream factor）：或转录辅助因子（transcription ancillary factor ），是指识别上游元件的转录因子。可诱导因子（ inducible factor）：在真核生物中，与细胞类型和发育阶段相关的基因表达，主要通过转录因子的重新合成来进行调节的， 是长期的过程。 对外界刺激的快速反应则主要通过转录激活物（ transcription activator ）的可诱导调节。这些诱导的转录激活因子与靶基因上所谓应答

10、元件相结合。类别（ class ）启动子：类别启动子为rna 聚合酶所识别，他涉及一些小分子rna 的转录。rna 聚合酶的启动子有3 种类型结构：类型 1 基因内启动子：如 5s rrna 基因的启动子，位于转录起点下游，即在基因内部，是下游启动子，有两个框架序列， 被 3 种辅助因子所识别。 5s rrna 基因的启动子包括框架a（ boxa ）、中间元件（ intermediate element）和框架c（box c） 3 个元件组成。 tf a结合在框架a 上，然后促使tf c 结合，后者结合导致tf b 结合到转录起点附近，并引导rna 聚合酶结合在起点上。tf b 使 rna 聚

11、合酶正确定位，起“定位因子” （ positioning factor ）作用。类型 2 基因内启动子：如 trna 基因的启动子，有两个控制元件，分别为框架a 和框架 b 。tf c 结合框架 b ，其结合区域包括框架a 和框架 b ，然后导致tf b 结合到转录起点附近，并引导 rna 聚合酶结合在起点上。上游启动子 ：如 snrna 基因的启动子， 位于转录起点上游。有 3 个上游元件： oct（八聚体基序octamermotif ）、pse（邻近序列元件proximal sequence element）、 tata 元件。在 rna 聚合酶的上游启动子中，只有靠近起点存在tata元件

12、，就能起始转录。然而pse 和oct元件的存在将会增加转录效率。三、增强子及其功能增强子（enhancer）：能强化转录起始的序列称为增强子或强化子（ 1）在 sv40 的转录单元上存在增强子，它位于转录起始位点上游约200bp处，为两段72bp的重复序列，它们不是启动子的一部分，但能增强或促进转录的起始，除去这两段序列会大大降低这些基因的转录水平，若保留其中一段或将其取出插在dna 分子的任何部位，就能保持基因的正常转录；除sv40外，还在反转录病毒基因、免疫球蛋白基因、胰岛素基因、胰麋蛋白酶基因等许多基因的启动子区中陆续发现了增强子的存在。增强子很可能通过影响染色质dna- 蛋白质结构或改变超螺旋的密度而改变模板的整体结构，从而使得rna 聚合酶更容易与模板dna 相结合，起始基因转录。（ 2）增强子的作用特点：增强效应非常明显；增强子提高同一条dna 链上基因转录效率，可以远距离作用，通常可距离1 4kb、个别情况下离开所调控的基因30kb仍能发挥作用，而且在基因的上游或下游都能起作用；增强子作用与其序列的正反方向无关，将增强子方向倒置依然能起作用；增强子要有启动子才能发挥作用，没有启动子存在，增强子不能表现活性；但增强子对启动子没有严格的专一性，同一增强子