真核生物的基因表达调控
真核生物基因表达的调控
4、DNA甲基化与基因组印迹 （1）基因组印迹：来源于父母本的一对等位基因
表达不同（如X染色体失活） （2）基因组印迹的机制--DNA高度甲基化
5、DNA甲基化与X染色体的失活 X染色体DNA序列高度甲基化，基因被关闭
（1）与X染色体的失活有关的序列：
AP2
??
结合蛋白 (protein binding)
AP2 AP1
? SP1
? TF IID +
RNApol
BLE basal level element MRE metal response element AP activator protein
应答元件的特点：
1. 具有与启动子、增强子同样的一般特性. 2. 与起始点的位置不固定（多在-200以内;单个功能充分,
非洲爪蟾的卵母细胞 rDNA的拷贝数目： 500份 2×106份，可装配1012个核糖体 当胚胎期开始，增加的rDNA便失去功能并逐渐消失
二、基因丢失
有的生物在个体发育的早期在体细胞中要丢 失部分染色体，而在生殖细胞中保持全部的 基因组。
小麦瘿蚊（染色丢失了32条，只保留8条）
马蛔虫
三、基因重排(gene rearrangement)
的下游起作用。 4、与它结合的转录因子是GCN4和GAL4，识别位
点为 ATGACTCAT。
（四）绝缘子(Insulator)
阻止激活或失活效应的元件
举例：
1、当绝缘子位于增强子和启动子间时，能阻止 增强子激活启动子作用。
2、当绝缘子位于一个活化基因和异染色质之间 时，它保护基因免受由异染色质扩展造成的失 活效应影响。
Constant
真核生物细胞内基因表达的主要调控机制
真核生物细胞内基因表达的主要调控机制一、真核生物细胞内基因表达调控机制的简单理解真核生物细胞内基因表达的调控机制就像是一场超级复杂又超级有趣的大型表演背后的指挥调度系统。
想象一下，细胞就像一个大舞台，里面的基因就是一个个小演员，每个小演员都有自己独特的角色（功能），但是什么时候上场、怎么表演就得听指挥啦，这个指挥就是基因表达的调控机制。
二、基因表达调控的重要性要是没有这个调控机制呀，细胞里可就乱套啦。
基因会像脱缰的野马一样胡乱表达，可能一些本来不该现在制造的蛋白质就大量产生了，而一些急需的蛋白质却没有生产，这就好比舞台上演员乱入，整个表演就会变得一塌糊涂。
所以说，这个调控机制对于细胞的正常运作、生长发育以及应对外界环境变化都是至关重要的。
三、主要调控机制的分类1. 转录水平的调控这就像是在演员上台之前（基因转录成mRNA之前）就进行把关。
比如启动子的调控，启动子就像是小演员上场的引导员，不同的启动子强度不同，能引导基因在不同的强度下开始转录。
还有转录因子，它们可以和启动子结合，就像导演告诉引导员什么时候让小演员上场，是快点上场还是慢点上场，是多演一会儿还是少演一会儿。
有些转录因子是促进转录的，就像积极的导演，鼓励小演员上场表演；而有些则是抑制转录的，就像比较严格的导演，觉得小演员还没准备好，得再等等。
2. 转录后水平的调控小演员（基因）已经在舞台上表演了（转录成mRNA了），但这还没完呢。
mRNA要经过一系列的加工处理，就像演员要化妆、换衣服一样。
这里面包括加帽、加尾和剪接等过程。
加帽和加尾可以保护mRNA不被快速降解，就像给演员穿上保护服，让他们能在舞台上多待一会儿。
而剪接就更有趣了，一个基因可以通过不同的剪接方式产生不同的mRNA，就像一个演员可以通过不同的装扮和表演方式来扮演不同的角色，这就大大增加了基因表达产物的多样性。
3. 翻译水平的调控mRNA已经准备好了，现在要把它翻译成蛋白质啦（演员要正式开始表演啦）。
真核生物基因表达的调控
真核生物基因表达的调控09中西七年制2班内容摘要：真核生物细胞结构比原核生物复杂，转录和翻译在时空上都被分隔开，分别在细胞核和细胞质中先后进行，并且基因组和染色体结构复杂，蕴藏大量的调控信息，因此真核生物基因表达的调控要比原核生物要复杂的多。
真核生物可以从多个层次调控基因表达。
一、真核生物基因表达调控的种类（一）根据其性质可分为两大类：一是瞬时调控或称为可逆性调控，它相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反应。
瞬时调控包括某种底物或激素水平升降时，及细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调节。
二是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的精髓部分，它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。
（二）根据基因调控在同一事件中发生的先后次序又可分为：DNA水平调控－－转录水平调控－－转录后水平调控－－翻译水平调控——翻译后水平调控二、真核生物基因表达的调控的多层次性真核生物基因表达可以随细胞内外环境条件的改变以及生长发育的不同阶段而在不同表达水平加以精确地调控。
主要体现在以下几个水平上：（一）DNA 水平：主要包括：染色质丢失、基因扩增、基因重排、染色体DNA的修饰和异染色质化等，这些变化都是永久性的，会随着细胞分裂传递给子代细胞，使这类细胞具有特定的表型，成为某种特定的分化细胞。
1：基因的丢失、扩增与重排1)基因丢失：只存在于一些低等生物体细胞中。
在细胞分化时，当需要消除某些基因活性时才发生。
采用基因丢失的方式调控是不可逆的。
体现了真核细胞全能性。
例如小麦瘿蚊的染色体丢失，瘿蚊卵跟果蝇相似（始核分裂胞质不分裂），其卵的后端含有特殊的细胞质，极细胞质核→保持了全部40条染色体→生殖细胞→其他细胞质区域核→丢失32条、留8条→体细胞；2)基因扩增：是指某些基因的拷贝数专一性增大的现象，它使得细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是基因活性调控的一种方式。
如非洲爪蟾的基因扩增，是两栖类和昆虫卵母细胞rRNA基因的扩增。
真核生物基因表达调控
酸性激活域 (D/E-rich) 谷氨酰胺(Q)富含域 脯氨酸(P)富含域
蛋白质-蛋白质结合域 （dimerization, co-factors）
1） TF最常见的DNA binding domain
Zinc Finger
bZIP
Homeodomain
bHLH
(1) 锌指(zinc finger)
2. The pri5’ capping 3’ formation / polyA splicing
3. Mature transcripts are transported to the cytoplasm for translation
Chromatin
epigenetic control
Protein degradation RNA silencing
一般而言的基因表达调控范畴
二、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(temporal specificity)。
Cys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X3-His C-terminal: α-helix binding DNA
常结合GC box
(2) 碱性亮氨酸拉链 bZIP
(3) 碱性螺旋-环-螺旋bHLH
bHLH蛋白(basic Helix-Loop-Helix)
2） TF常见的trans-activation domain
– usually expressed at high level – the level of their gene expression may vary
第十三章 真核生物基因表达调控
在染色质中的DNA潜在活性区域核小体组装较为
松弛且某些位点用DNaseⅠ处理时DNA极易断裂，
为高敏感位点（HS）
染色质上对DNaseⅠ的敏感区域有一定的界限 即使在一个基因内，各个区段对DNaseⅠ敏感
程度也不同，基因编码转录大范围表现一般 的敏感性，而在基因调控区的少数区域则显 示高度敏感性
真 核 生 物 基 因 表 达 调 控 七 个 层 次
染色质 DNA 染色质水平调控
DNA
转录调控
细胞核 细胞质
转录初产物 （RNA） 转录后加工调控
转运调控
mRNA
翻译调控
蛋白质前体
翻译后加工调控
mRNA降 解物
mRNA降解调 控
活性蛋白质
三、染色体水平上的调控
主要有：
染色质结构
DNA在染色体上的位臵
人的β-珠蛋白基因簇上、下游两个远侧区域就是 超敏感位点 LCR是一种远距离顺式调控元件（基因座调控区）， 具有增强子和稳定活化染色质的功能，也是特异 性反式调控因子的结合位点
组蛋白的乙酰化能使染色质对DNaseⅠ和微球
菌核酸酶的敏感性显著增强
非组蛋白
与染色质松散结合，或者在某些条件下才能
被阻遏状态
有活性状态
被激活状态
异染色质化
— DNA结构高度致密，处于阻
遏状态，无转录活性
组成型异染色质：染色质在整个细胞周期一直
保持压缩状态，不具转录活性
兼性异染色质：只在一定的发育阶段或者生理
条件下由常染色质凝聚而成，无持久活性
组蛋白对基因活性的影响
是基因活性的重要调控因子，当与裸露DNA混
分子生物学 ch8真核生物基因表达调控
CpG岛(CpG island) 岛 )
真核生物基因组中,常见富含的 的区域, 真核生物基因组中,常见富含的CpG的区域, 的区域 称为CpG岛,常位于转录调控区及其附近,其 称为 岛 常位于转录调控区及其附近, 甲基化程度直接影响转录活性. 甲基化程度直接影响转录活性. 人类基因组中约有29,000个CpG岛 个 人类基因组中约有 岛 CpG岛的甲基化可抑制启动子的活性. 岛的甲基化可抑制启动子的活性 岛的甲基化可抑制启动子的活性.
转录调节因子结构
DNA结合结构域 DNA结合结构域 TF 转录激活结构域 二聚体结构域
与RNA聚合酶结合 聚合酶结合 与顺式元件识别, 与顺式元件识别,结合
DNA结合域 DNA结合域
螺旋-转角 螺旋 螺旋 转角-螺旋(HTH)结构基序 转角 螺旋( ) 锌指( ) 锌指(ZF)结构基序 螺旋-突环 螺旋 螺旋 突环-螺旋(HLH)结构基序 突环 螺旋( ) 亮氨酸拉链( ) 亮氨酸拉链(LZ)结构基序 同源异型( ) 同源异型(HD)基序
☆ 真核基因表达调控的层次
染色体和染色质水平:基因数量,结构 染色体和染色质水平:基因数量, 转录水平:顺式作用元件与反式作用因子 转录水平: 转录后水平:mRNA的加工 成熟, 的加工, 转录后水平:mRNA的加工,成熟,转运 翻译水平:起始复合物及mRNA稳定性 翻译水平:起始复合物及mRNA稳定性 翻译后水平:蛋白质加工,修饰,转运 翻译后水平:蛋白质加工,修饰,
螺旋-转角-螺旋(Helix-turn-helix) 螺旋-转角-螺旋( )
最常见的一种基序,基序包含有两个 螺旋 螺旋, 最常见的一种基序,基序包含有两个a螺旋,螺旋之间间 隔有一个短的b转角 使两个螺旋可通过疏水作用装配起来. 转角, 隔有一个短的 转角,使两个螺旋可通过疏水作用装配起来. 第一个螺旋稳定并使第二个螺旋暴露出来, 第一个螺旋稳定并使第二个螺旋暴露出来,与DNA的大沟作 的大沟作 而特异性地与碱基接触.因此, 用,而特异性地与碱基接触.因此,第二个螺旋被称为识别 螺旋(recognition helix).上述的相互作用锚定了蛋白质中识别 螺旋 . 螺旋的位置并稳定了DNA的构象,从而调节不同蛋白和其结 的构象, 螺旋的位置并稳定了 的构象 合位点的亲和力. 合位点的亲和力.
分子生物学：真核基因表达调控
真核基因表达的多级调控
在真核生物中基因表达的调节其特是
（1）多层次; （2）无操纵子和弱化子; （3）个体发育复杂; （4）受环境影响较小;
研究基因调控3个问题：
① 什么是诱发基因转录的信号？
基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象，它 使细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是 基因活性调控的一种方式。
实例： 非洲爪蟾的卵母细胞中原有rRNA基因（rDNA）约500个拷
贝，在减数分裂I的粗线期，这个基因开始迅速复制，到双线 期它的拷贝数约为200万个，扩增近4000倍，可用于合成1012个 核糖体，以满足卵裂期和胚胎期合成大量蛋白质的需要。
二、基因扩增、基因重排和基因丢失
三、DNA甲基化与基因活性的调控
一、 染色质结构对转录的影响
按功能状态的不同可将染色质分为： （1）活性染色质（有转录活性） （2）非活性染色质（没有转录活性）
染色质的核小体发生构象改变，松散的染色质结构，便 于转录调控因子和顺式用元件结合和RNA聚合酶在转录模板上 滑动。
真核基因调控中虽然也发现有负性调控元件，但其存在并不 普遍；
顺式作用元件： 由若干可以区分的DNA序列组成，并与特定的功能
基因相连，组成基因转录的调控区，通过与相应的反 式作用因子结合，实现对基因转录的调控。
反式作用因子： 能直接地或间接地识别或结合在各类顺式作用元
件核心序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白因子， 也被称为转录因子（TF）。
哺乳类基因组中约存在4万个CpG 岛，它们大多位于结构基 因启动子的核心序列和转录起始点，其中有60%～ 90% 的 CpG 被甲基化， CpG 岛在基因表达调控中起重要作用。
真核生物基因表达调控的特点
真核生物基因表达调控的特点一、真核生物基因表达调控的特征•基因组和染色体结构复杂：更多的调控信息，更复杂的转录起始机制；•细胞结构复杂：转录和翻译在时空上分开；•多细胞，多组织生物：细胞内外环境，细胞发育的不同阶段、细胞分化•真核基因表达的多层次调控:染色质水平、转录水平、转录后水平、翻译水平和翻译后水平。
二、真核生物染色质结构与基因活性1.真核生物染色质结构•组蛋白：富含Arg、Lys的碱性蛋白质；在中性pH条件下带正电荷、高度保守的蛋白质；重复基因、连续基因、不加polyA；可以被修饰（乙酰化，甲基化）•核小体：有组蛋白和DNA组成，直径11nm。
•真核生物染色质经过不同层次的折叠形成高度压缩的规则结构；真核生物RNApol与启动子的结合收染色质结构的限制；真核生物基因转录的活化依赖于染色质重塑（remodeling）2.组蛋白对基因转录活性的影响•组蛋白和转录因子竞争基因的转录调控区。
•非乙酰化组蛋白可以抑制转录，乙酰化组蛋白可以抑制转录。
形成新的组蛋白共价键修饰(去甲基化)可以抑制基因转录活性。
3.DNA甲基化对基因转录活性的影响4.常染色质和异染色质•异染色质比常染色质压缩得更紧，因此异染色质区域的基因转录受到抑制。
二、转录激活因子对转录的影响1.转录激活因子的结构•真核生物的基因转录不仅需要激活染色质，还需要激活基因。
•顺式作用元件：启动子和增强子。
反式作用因子：基础转录因子（basal transcription factors),通用转录因子（general transcription factors）转录激活因子（transactivators）辅激活因子（coactivators）•转录激活因子的结构：DNA结合构域；转录激活结构域；二聚化结构域；效应分子结合位点。
每一个DNA结合结构域都含有一个DNA结合模体（motif）•增强器没有位置限制(从近到远都能看到)；无方向性(反转后依然有效)。