第二十一章 转录的调控(Regulation

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转录调控TranscriptionalRegulationRegulon

转录调控TranscriptionalRegulationRegulon

转录调控TranscriptionalRegulationRegulonscRNA-seq做完该做的QC、normalization、imputation、clustering、trajectory和integration,就会开始做转录调控的分析了。

核⼼就是围绕着TF转录因⼦做⽂章预测TF的靶基因鉴定regulon⼤部分都是⾼通量的预测,准确性有待论证,需要很好的实验验证设计。

预测的⼯具不要太多:— Andrea Califano -这是⼀个⾼通量测序后发明的词,其实就是被同⼀个调控元件(常见的就是TF)调控的⼀群基因的集合。

In molecular genetics, a regulon is a group of genes that are regulated as a unit, generally controlled by the same regulatory gene that expresses a protein acting as a repressor or activator.我们可以从转录调控中看到造物主的影⼦。

看似简单,就⼀个中⼼法则,其实⾮常复杂,有很多细节。

这篇综述必读,但凡是做转录调控的。

基本问题:分⼦⽣物学是如何定义转录调控的?RNA-seq是如何测出我们基因的表达量的?基因的表达量与蛋⽩和代谢的产⽣量同步吗?真实的基因表达,半衰期?我们常规的DEG、GO⾥到底包含了多少有⽤的信息?基于不准信息的结果能准确吗?我们都陷⼊困境,我们观测了太多的细节,却拼不出⼀副草图。

⼈类基因组确实⼀⼤突破,但却是最简单的突破,天书是有了,怎么解读才是真正费脑的事。

⽣命科学是观测型科学,⼀切都是基于观察的,不管是实验还是⽣信,都是在观察,没有观察就没有知识,很难仅仅通过推理产⽣新的知识。

基因表达调控包括转录⽔平、转录后⽔平和翻译⽔平。

转录调控是指通过改变转录速率从⽽改变基因表达的⽔平,其对遗传信息的传递的准确性和多样性具有重要的作⽤。

转录的调控(中)

转录的调控(中)

1 引言
在细菌中,所有的转录因子都必须与RNA聚 合酶直接作用。 在真核细胞中,激活剂可能与基本转录因子 相互作用,或与辅激活剂结合后再与基本转 录因子作用。
2 激活剂能识别应答元件
被协同调控的基因共享由同一调控激活剂识 别的启动子(或增强子)元件。
能够引起基因对激活剂产生反应的元件称为 “应答元件”。 应答元件可能位于启动子或增强子中。 每个应答元件能被特异的激活剂所识别。
8 同源域结合DNA中的相关靶序列
三种有代表性的同源域,果蝇触角足蛋白( Antp)的同源域代表 了果蝇中大部分含有同源域的情况;锯齿蛋白(en) 的同源域代表
了另一类同源域的情形;而哺乳动物类因子Oct-2 则代表了一组关 系较远的转录因子。同源域氨基酸残基从1至60被标出,开始于N端 的臂,三个螺旋区分别位于10-22,28-38, 42-58。红色标记的氨基 酸在三种例子中都是保守的。
锌指蛋白常有多个锌指。
锌指的C端形成α螺旋,它结
合一圈DNA大沟。
转录因子 SP1 有一系列的三锌指结
锌指蛋白结合RNA和(或)DNA。构,每个锌指的锌结合位点都有半 胱氨酸和组氨酸的特征性模式。
4 锌指基序是一种DNA结合域
锌指是DNA结合基 序。
锌指可以形成α-
螺旋而插入DNA的 大沟中,在另一面 连着β片层。
转录激活
1 引言
真核生物中基因表达的潜在调控点:
基因结构的激活-转录起始(包括启动子 中染色质结构的改变、基本转录因子结 合到启动子)-转录物加工-向细胞质转 运-mRNA的翻译
基因表达常常是在转录起始时受调控的。
1 引言
转录因子:在特异的启动子位点,RNA聚合 酶启动转录所需要,但本身不是酶的一部分。

转录的调节控制

转录的调节控制

(四)转录的调节控制转录的调节是基因表达调节的重要环节,包括时序调节和适应调解。

遗传信息的表达可按一定时间程序发生变化,而且随着细胞内外环境条件的改变而加以调整。

原核生物的操纵子:它既是表达单位,也是协同调节的单位。

操纵子是细菌基因表达和调控的单位,它包括结构基因、调节基因和由调节基因产物所识别的控制序列。

操纵子模型,见P561。

由于经济原则,细菌通常并不合成那些在代谢上无用的酶,因此一些分解代谢的酶类只在有关的底物或底物类似物存在时才被诱导合成。

如E. coli利用外界乳糖时会需要三种有关的酶,一般情况下极少产生,只有当乳糖存在时,按乳糖操纵子模型这三种利用乳糖所必需的酶才大量产生。

一些合成代谢的酶类在产物或产物类似物足够量存在时,其合成则被阻遏。

P562 图39-21 说明酶诱导和阻遏的操纵子模型。

酶的诱导和阻遏是在调节基因产物—阻遏蛋白的作用下,通过操纵基因控制结构基因或基因组的转录而发生的。

A.酶的诱导:阻遏蛋白结合在操纵基因上,结构基因不表达;但当诱导物与阻遏蛋白结合使阻遏蛋白不能结合在操纵基因上,结构基因可以表达。

B.酶的阻遏:阻遏蛋白不能与操纵基因结合,结构基因可表达;当代谢产物与阻遏蛋白结合使阻遏蛋白能够结合在操纵基因上,结构基因不表达。

P563 图39-22 为E. coli中乳糖操纵子模型。

调节有正调节和负调节,原核生物以负调节为主。

阻遏蛋白的作用属于负调节,阻遏蛋白称为负调节因子。

正调节:调节蛋白(激活子)与DNA结合时,使转录发生。

真核生物的调节更为复杂,基因不组成操纵子,以正调节为主,并可在染色质结构水平上进行调节。

(五) RNA生物合成抑制剂(1)碱基类似物:可作为核苷酸代谢拮抗物而抑制核酸前体的合成,直接抑制核苷酸生物合成有关的酶,或通过掺入到核酸分子中形成异常的DNA或RNA影响核酸的功能并导致突变:如6-巯基嘌呤,6-巯基鸟嘌呤,5-氟尿嘧啶等,结构式见P469。

转录调控的机制

转录调控的机制

转录调控的机制
转录调控是指控制基因转录的机制,通过调节基因的表达水平来影响细胞的生理和病理过程。

转录调控可以分为转录前调控和转录后调控两个阶段。

在转录前调控中,转录因子是关键的调控因素。

转录因子是一类结构特殊的蛋白质,它们能够结合到基因启动子区域的特定序列上,并调节基因的转录。

转录因子可以分为激活子和抑制子,分别促进或抑制基因的转录。

不同转录因子之间会发生相互作用,形成复杂的调控网络。

转录后调控则主要由RNA后转录修饰参与。

这些修饰有助于调控RNA的稳定性、翻译效率和局部结构。

其中最重要的后转录修饰包括剪接、RNA编辑、RNA甲基化等。

这些修饰在细胞发育、免疫应答、疾病发生等过程中发挥着重要的作用。

最近发现,非编码RNA也能够参与到转录调控中。

非编码RNA是指在基因组中存在,但不编码蛋白质的RNA分子。

它们能够与DNA、RNA和蛋白质发生相互作用,从而影响基因的表达。

非编码RNA在癌症、神经退行性疾病等多种疾病中发挥着重要的作用。

总的来说,转录调控是一个复杂的过程,涉及到多种分子的相互作用。

研究转录调控的机制不仅有助于我们理解生命现象的本质,也为疾病的治疗和预防提供了新的思路。

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转录与转录调控机制

转录与转录调控机制

转录与转录调控机制基因是决定生物个体遗传信息的基本单位,它负责了生物体内所有蛋白质和非编码RNA的合成。

而转录是生物体中在DNA模板上合成相应RNA分子的过程。

转录调控机制则是指在基因表达中,通过一系列的遗传调控过程来控制转录的发生与程度,以实现生命现象的细腻调控。

一、转录的基本过程转录是指通过对DNA双链进行解旋、模板链选择性派生RNA链、RNA链的生长和修饰,以及RNA链在DNA链上的移动和终止而合成RNA链的过程。

转录的基本过程包括启动、延伸和终止三个阶段。

1. 启动阶段在启动阶段,转录起始位点被定义,并且转录酶(RNA聚合酶)与DNA结合,形成转录起始复合物。

该复合物包括转录酶和调控蛋白质,如转录因子和启动子结合蛋白等。

2. 延伸阶段在延伸阶段,RNA聚合酶沿着DNA模板链滑动,并将RNA链与DNA模板链上的碱基相互配对,合成RNA链。

这个过程由RNA聚合酶的核酸合成活性催化。

3. 终止阶段在终止阶段,RNA链和DNA模板链分离,并且RNA链与RNA聚合酶解离,形成成熟的RNA分子。

二、转录调控机制1. 转录启动调控转录的启动是整个转录调控机制中最为重要的一步,因为它决定了转录的频率和强度。

转录启动的调控主要通过启动子区域的结构和序列上调控元件的作用来实现。

启动子区域的结构包括开放的染色质结构以及启动复合物和调控因子与DNA的相互作用。

而上调控元件则是一些调控DNA序列,它们可以结合到启动子区域和转录因子上,来调节转录因子与DNA的亲和力。

2. 转录步骤调控在延伸阶段,转录因子和调控蛋白能够对RNA聚合酶的运动速度和过程进行调控,从而影响整个转录的速率和效率。

转录调控因子可以通过结合到转录酶的不同部位来实现,如结合到转录复合物的顶端或尾部,或者与RNA链结合。

这些转录调控因子可以影响转录酶的运动速度、转录过程的正确性以及终止阶段的效率。

3. 转录终止调控转录的终止过程是通过转录终止信号的识别和相应的终止因子的作用来实现的。

《转录水平的调控》课件

《转录水平的调控》课件

转录因子在转录过程中的作用机制
激活机制
转录因子通过与DNA上的特异序 列结合,促进RNA聚合酶的招募 ,从而激活基因转录。
抑制机制
转录因子通过与DNA上的特异序 列结合,阻止RNA聚合酶的招募 ,从而抑制基因转录。
共激活剂和共抑制
因子
一些转录因子可以招募共激活剂 或共抑制因子,进一步增强或减 弱其调控作用。
转录因子在疾病中的调控作用
肿瘤发生和发展
一些转录因子在肿瘤发生和发展过程中发挥重要作用,如MYC、FOXM1等。这些转录因子的异常表达可以导致肿瘤 细胞的增殖、侵袭和转移。
免疫系统调控
一些转录因子在免疫系统的发育和功能中发挥重要作用,如NF-κB、IRF等。这些转录因子的异常表达可以导致免疫 系统紊乱,增加疾病易感性。
在转录过程中,RNA聚合酶识别DNA上的启动子 02 序列,并开始合成RNA链。
转录过程中,DNA双链结构中的一条链作为模板 03 ,合成RNA链。
转录的步骤
起始
RNA聚合酶结合到DNA上的启动子序列, 并开始合成RNA链。
延长
RNA聚合酶沿着DNA模板链不断向前移动,同时合 成RNA链。
终止
RNA聚合酶到达DNA上的终止子序列,停 止合成RNA链,并从DNA上释放出来。
表观遗传学主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑和非编码 RNA等机制。
表观遗传学调控在细胞分化、胚胎发育、肿瘤发生等多种生物学过程中发 挥重要作用。
DNA甲基化在转录水平调控中的作用
DNA甲基化是指在 DNA序列中,CpG位 点的胞嘧啶被甲基所
修饰的一种形式。
DNA甲基化可以影响 转录因子与DNA的结 合,从而调控基因的
02

基因表达的调控机制

基因表达的调控机制

基因表达的调控机制基因是生物体内控制遗传信息传递和蛋白质合成的重要单位。

基因表达的调控机制是指在不同的细胞类型、生物阶段和环境条件下,如何控制基因的转录和翻译活动,使得特定的基因在特定的时间和地点进行表达。

这种调控机制对于维持生物体内稳态、适应环境变化以及发展、生长和繁殖等生命过程至关重要。

本文将从转录、RNA加工、转运和翻译四个方面介绍基因表达的调控机制。

一、转录的调控转录是基因表达的第一步,是指将DNA转录成RNA,从而实现基因信息的转换。

转录的调控涉及到启动子、转录因子和表观遗传修饰等多种因素。

启动子是位于基因上游的DNA区域,包含特定的顺式作用元件,如TATA盒和启动子序列。

通过与转录因子相互作用,启动子能够吸引RNA聚合酶,使其在该区域上的结合和启动转录过程。

转录因子是一类能够与DNA特异性结合的蛋白质,可以促进或抑制基因的转录。

转录因子与启动子之间的结合关系是基因表达调控的关键。

其中包括激活转录因子和抑制转录因子。

激活转录因子能够与RNA聚合酶形成复合物,从而促进转录的进行,而抑制转录因子则能够阻断RNA聚合酶与DNA之间的相互作用,从而抑制转录。

此外,表观遗传修饰也是基因表达调控的重要机制。

表观遗传修饰包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA等。

DNA甲基化是通过在DNA的甲基化位点上结合甲基基团来调控基因的表达。

组蛋白修饰则是通过改变组蛋白的翻译后修饰状态,如酶解修饰和乙酰化修饰等,以改变染色质的结构和亲缘性。

非编码RNA则具有多种功能,能够干扰DNA的转录和翻译,从而调控基因的表达。

二、RNA加工的调控在转录完成后,RNA还需要经历一系列的加工步骤才能形成成熟的mRNA。

RNA加工包括剪接、剪切、聚合化和修饰等环节。

剪接是指将mRNA的内含子剪除,同时将外显子连接起来的过程。

剪接的方式多样,可以通过选择性剪接产生多个不同的mRNA转录本,从而增加基因的多样性和功能。

剪切是指在剪接之前,将RNA的两端以及内部进行剪切处理,从而形成可供剪接的RNA单链结构。

转录调控名词解释

转录调控名词解释

转录调控名词解释转录调控是一种技术,它可以调节基因表达。

它指的是影响基因表达的基因的组成、结构和互作的过程,从而影响细胞表型的方式。

简单来说,转录调控是对基因表达过程的控制和调整,使某些基因表达而其他基因不表达。

转录调控可以分为三个不同的步骤:增强子、增强子活动和转录因子结合。

增强子是DNA序列,在特定的位置形成编码蛋白质的基因上。

增强子可以激活和抑制其后面的基因,因此他们具有调节基因表达的能力。

增强子活动是指包括增强子在内的促使基因表达的过程中,DNA酸和蛋白质的相互作用。

转录因子结合是指转录因子和DNA的结合,它们可以识别和结合特定基因上的增强子,从而激活或抑制基因的表达。

一些转录因子在受到信号刺激时可以激活抑制的增强子,而其他的转录因子可以在增强子活动过程中发挥作用。

转录因子结合是调节基因表达的关键部位。

转录调控通常是一个复杂的过程,它可以以不同途径调节基因表达,比如RNA干扰、转录因子、结合位点等。

脂质和蛋白质也可以参与转录调控,它们可以变更增强子的活性,也可以抑制转录因子的结合。

在不同的细胞类型中,转录调控的作用会有所不同,比如类似细胞环境和内分泌系统。

在内分泌系统中,转录调控可以调节激素水平,或者在系统发生变化时,调节细胞的特殊功能。

转录调控是调节基因表达的一类重要技术,它可以调控细胞的功能和表型。

通过调节基因的表达,转录调控可以改变细胞的生理特征,从而影响细胞的行为。

通过调节基因的表达,转录调控可以控制和调整细胞的功能,从而改变细胞的表型和生命周期。

转录调控在多种研究领域扮演着重要的角色,比如发育生物学、病原学和药物发现等。

它可以用来解读基因表达的影响,从而对特定基因的功能和表达机理进行分析。

转录调控也可以用来鉴定特定基因的功能,并设计能够调节基因表达的药物。

转录调控是一种重要的技术,它可以调节基因表达,从而调节细胞的表型和生活周期。

它可以用于科学研究,用来揭示基因的功能,探讨基因的表达机理,确定新的药物靶标,及为药物研发提供有效治疗路径。

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Figure 21.1 The regulatory region of a human metallothionein gene contains regulator elements in both its promoter and enhancer. The promoter has elements for metal induction; an enhancer has an element for response to glucocorticoid. Promoter elements are shown above the map, and proteins that bind them are indicated below.
21.5 Steroid receptors have several independent domains
Figure 21.7 Glucocorticoids regulate gene transcription by causing their receptor to bind to an enhancer whose action is needed for promoter funny types of DNA-binding domains
Figure 21.2 The activity of a regulatory transcription factor may be controlled by synthesis of protein, covalent modification of protein, ligand binding, or binding of inhibitors that sequester the protein or affect its ability to bind to DNA.
21.5 Steroid receptors have several independent domains
Figure 21.6 Several types of hydrophobic small molecules activate transcription factors. Corticoids and steroid sex hormones are synthesized from cholesterol, vitamin D is a steroid, thyroid hormones are synthesized from tyrosine, and retinoic acid is synthesized from isoprene (in fish liver).
21.1 Introduction
Activation of gene structure Initiation of transcription Processing the transcript Transport to cytoplasm Translation of mRNA
21.2 Response elements identify genes under common regulation
Regulatory Agent Module Heat shock Glucocorticoid Phorbol ester Serum HSE GRE TRE SRE Consensus CNNGAANNTCCNNG TGGTACAAATGTTCT TGACTCA CCATATTAGG Factor HSTF Receptor AP1 SRF
Chapter 21
Regulation of Transcription
21.1 Introduction 21.2 Response elements identify genes under common regulation 21.3 There are many types of DNA-binding domains 21.4 A zinc finger motif is a DNA-binding domain 21.5 Steroid receptors are transcription factors 21.6 Steroid receptors have zinc fingers 21.7 Binding to the response element is activated by ligand-binding 21.8 Steroid receptors recognize response elements by a combinatorial code 21.9 Homeodomains bind related targets in DNA 21.10 Helix-loop-helix proteins interact by combinatorial association 21.11 Leucine zippers are involved in dimer formation 21.12 Transcription initiation requires changes in chromatin structure 21.13 Chromatin remodeling is an active process 21.14 Activation of transcription requires changes in nucleosome organization at the promoter 21.15 Histone acetylation and deacetylation control chromatin activity 21.16 Polycomb and trithorax are antagonistic repressors and activators 21.17 An LCR may control a domain 21.18 Insulators block enhancer actions 21.19 Insulators can vary in strength 21.20 A domain has several types of elements 21.21 Gene expression is associated with demethylation 21.22 CpG islands are regulatory targets
21.5 Steroid receptors have several independent domains
Figure 21.5 The first finger of a steroid receptor controls specificity of DNA-binding (positions shown in red); the second finger controls specificity of dimerization (positions shown in blue). The expanded view of the first finger shows that discrimination between GRE and ERE target sequences rests on two amino acids at the base.
Table 21.1 Incucible transcription factors bind to response elements that identify groups of promoters or enhancers subject to coordinate control.
21.2 Response elements identify genes under common regulation
21.4 A zinc finger motif is a DNA-binding domain
Figure 21.5 The first finger of a steroid receptor controls specificity of DNA-binding (positions shown in red); the second finger controls specificity of dimerization (positions shown in blue). The expanded view of the first finger shows that discrimination between GRE and ERE target sequences rests on two amino acids at the base.
21.5 Steroid receptors have several independent domains
Receptor is a transmembrane protein, located in the plasma membrane, that binds a ligand in a domain on the extracellular side, and as a result has a change in activity of the cytoplasmic domain. (The same term is sometimes used also for the steroid receptors, which are transcription factors that are activated by binding ligands that are steroids or other small molecules.)
21.5 Steroid receptors have several independent domains
Figure 21.8 Receptors for many steroid and thyroid hormones have a similar organization, with an individual Nterminal region, conserved DNAbinding region, and a C-terminal hormonebinding region.
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