真核生物基因表达调控
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
真核生物的基因表达调控
转录因子得结构
绝大多数转录因子至少具有以下三种不同得结构域得 一种: (1)DNA结合结构域,直接与顺式作用元件结合得转录因子 都具有此结构域。转录因子通常使用此结构域之中得 特殊α-螺旋与顺式作用元件内得大沟接触,通过螺旋上 得特殊氨基酸残基得侧链基团与大沟中得特殊碱基对 之间得次级健(主要就是氢键)相互识别而产生特异性。 许多转录因子在此结构域上富含碱性氨基酸,这可能有 利于她和DNA骨架上带负电荷得磷酸根发生作用; (2)效应器结构域,这就是转录因子调节转录效率(激活或阻 遏)、产生效应得结构域; (3)多聚化结构域,此结构域得存在使得转录因子之间能够 组装成二聚体或多聚体(同源或异源)。下面将集中介绍 前两种结构域,特别就是DNA结合结构域。
在转录水平上得基因表达调控
真核生物得蛋白质基因得转录除了启动子、RNA聚合酶II和基础 转录因子以外,还需要其她顺式作用元件和反式作用因子得参与。 参与基因表达调控得主要顺式作用元件有:增强子、沉默子、绝缘 子和各种反应元件;参与基因表达调控得反式作用因子也称为转录 因子,她们包括激活蛋白、辅激活蛋白、阻遏蛋白和辅阻遏蛋白。 激活蛋白与增强子结合激活基因得表达,而阻遏蛋白与沉默子结合, 抑制基因得表达,某些转录因子既可以作为激活蛋白也可以作为阻 遏蛋白其作用,究竟就是起何种作用取决于被调节得基因。辅激活 蛋白缺乏DNA结合位点,但她们能够通过蛋白质与蛋白质得相互作 用而行使功能,作用方式包括:招募其她转录因子和携带修饰酶(如 激酶或乙酰基转移酶)到转录复合物而刺激激活蛋白得活性;辅阻 遏蛋白也缺乏DNA结合位点,但同样通过蛋白质与蛋白质得相互作 用而起作用,作用机理包括:掩盖激活蛋白得激活位点、作为负别构 效应物和携带去修饰酶去中和修饰酶(如磷酸酶或组蛋白去乙酰基 酶)得活性。
真核生物基因表达的调控
mRNA前体的加工、剪接、RNA编辑等。
1. 5’端加帽(cap)和3′端多聚腺苷酸化(polyA)的调控意义： 使mRNA稳定，在转录过程中不被降解；
2. mRNA的选择剪接(alternative splicing)对基因表达的调控：
外显子选择(optional exon)、内含子选择(optional intron)、互斥外显子、内部剪接位点； 3. mRNA 运输的控制。
2. 转录水平的调控
1. 顺式作用元件(cis-acting element) （1）启动子(promoter): TATA盒、CAAT盒和GC盒，3种类型；TATA盒决定转录起始的 位点，CAAT盒和GC盒决定RNA聚合酶转录基因的效率。 （2）增强子(enhancer)：在真核细胞中通过启动子来增强转录的一种远端遗传性控制元件。 （3）沉默子(silencer )：负性调节元件，起阻遏作用。
（4）真核生物是多细胞的，在生物的个体发育过程中其基因表达在时间和空间上具有特异性，
即细胞特异性或组织特异性表达。
• 转录前水平调控（基因结构激活）（DNA structure level regulation）
• 转录水平调控（transcriptional regulation） • 转录后水平的调控（post transcriptional regulation） • 翻译水平调控（translational regulation） • 蛋白质加工水平的调控（regulation of protein maturation）
真核生物基因表达的调控
同原核生物一样，转录依然是真核生物基因表达调控的主要环节。但真核基因转录发生在
细胞核(线粒体基因的转录在线粒体内)，翻译则多在胞浆，两个过程是分开的，因此其调控增
真核生物基因表达调控的多种方式
真核生物基因表达调控的多种方式真核生物基因表达包括转录、翻译和蛋白修饰等复杂过程，其中涉及多种调控方式。
以下是真核生物基因表达的各种表达调控方式的简述:1. 转录前调控转录前调控是指在 DNA 复制后被转录成 RNA 的过程中，通过调控 RNA 聚合酶 (RNA polymerase) 的亲和力、移动速度和活性等方式来控制基因的表达。
其中一些调控因子可以与启动子区域中的特定序列结合，从而抑制或增强 RNA 聚合酶的活性。
此外，一些转录因子还可以与 RNA 聚合酶结合，促进 RNA 聚合酶的移动，从而加快转录速率。
2. 转录调控转录调控是指通过调控 RNA 聚合酶结合到特定基因的启动子上，来控制基因的表达。
转录调控可以通过调节转录因子的数量、亲和力和活性等方式来实现。
一些转录因子可以与启动子区域中的特定序列结合，从而抑制或增强 RNA 聚合酶的活性。
此外，一些转录因子还可以与 RNA 聚合酶结合，促进 RNA 聚合酶的活性，从而加快转录速率。
3. 转录后调控转录后调控是指在基因被转录后，通过调控 RNA 剪接、RNA 编辑、RNA 降解等方式来控制基因的表达。
这些调控方式可以影响 RNA 的稳定性、可用性和转录本的多样性。
例如，一些调控因子可以与 RNA 剪接因子结合，从而改变 RNA 剪接的速率和方向。
一些 RNA 编辑酶可以编辑 RNA，改变基因表达。
此外，RNA 降解酶可以降解 RNA，从而抑制基因的表达。
4. 翻译调控翻译调控是指通过调控 mRNA 的稳定性、可用性和翻译速率等方式来控制基因的表达。
例如，一些调控因子可以与 RNA 聚合酶结合，从而抑制或增强 RNA 聚合酶的活性。
此外，一些翻译调控因子可以与 mRNA 结合，从而改变 mRNA 的稳定性和翻译速率。
5. 蛋白修饰调控蛋白修饰调控是指通过调控蛋白质的修饰方式来控制蛋白质的活性、稳定性和可用性等方式来控制基因的表达。
例如，一些修饰因子可以与蛋白质结合，从而改变蛋白质的修饰方式。
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
真核生物基因表达的调控
真核生物基因表达的调控09中西七2班 032009225 丁雪菲真核生物的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上加以精确的调节，这是真核生物基因表达调控的多层次性。
真核生物基因表达的调控可以发生在以下各个水平：1、染色质水平真核生物基因组DNA以致密的染色质形式存在，在DNA和染色质水平上发生的改变包括：染色质丢失（某些序列的删除）、基因扩增、基因重排、染色体DNA的修饰和异染色质化等。
发生在染色质水平的基因表达调控，也称转录前水平的调控。
真核生物中的基因组DNA与组蛋白形成复合物，组蛋白在细胞内含量丰富，几乎与ＤＮＡ的含量相当。
真核生物中大多数编码蛋白质的基因为简单重复序列，但是组蛋白基因是中度重复序列，其中多数拷贝是完全相同的，有一些则差异较大。
导致组蛋白不均一性的另一个原因是组蛋白的修饰，最常见的组蛋白修饰是乙酰化，一般发生在Ｎ端氨基或者赖氨酸的ε-氨基上。
这种修饰可以影响染色质的结构和功能，调控基因活性。
2、转录起始水平组蛋白对基因转录活性的影响例子：爪蟾卵母细胞５ＳｒＲＮＡ基因只在卵母细胞中转录实验证明：转录因子和组蛋白可以竞争基因的转录调控区，去过转录因子与调控区亲和力低，则基因的调控区与组蛋白形成核小体，并由Ｈ１将核小体交联成有序的紧密结构，抑制基因的转录活性；反之如果转录因子先与基因控制区结合，则不能与组蛋白形成核小体，基因具有转录活性。
3、转录后水平真核生物可以通过选择不同的5’-起始点或者3’-加尾位点产生不同的成熟mRNA，最终合成不同的蛋白；也可以进行组织特异性的选择性拼接，表达具有不同生物活性的蛋白。
3.1可变拼接mRNA前体可以选择不同的拼接途径产生不同的成熟mRNA，称为可变拼接。
例子：大鼠的免疫球蛋白μ重链基因大鼠的免疫球蛋白μ重链有两种存在形式：分泌型和膜结合型。
两种蛋白的区别在于羧基末端，膜结合型的羧基末端为疏水区，可以锚定在膜上；分泌型羧基端为亲水区，不能锚定在膜上而称为分泌型蛋白。
真核基因表达调控特点
05
真核基因表达调控的案例研究
肿瘤细胞中的基因表达调控
要点一
肿瘤细胞中基因表达调控的特点
要点二
肿瘤细胞中基因表达调控的案例
肿瘤细胞通过基因表达调控机制，使某些基因高表达或低 表达，以适应其生长和增殖的需要。这些调控机制包括染 色质重塑、转录因子和miRNA的调控等。
真核基因表达调控特点
• 真核基因表达调控概述 • 真核基因表达的转录水平调控 • 真核基因表达的转录后水平调控 • 真核基因表达的表观遗传调控 • 真核基因表达调控的案例研究
01
真核基因表达调控概述
真核基因表达调控的定义
真核基因表达调控是指在真核生物中，对基因表达的起始、维持和终止过程进行 的精细调节，以确保细胞在生长发育和应对环境变化时能够做出适应性反应。
例如，某些肿瘤细胞中，抑癌基因的表达受到抑制，而致 癌基因的表达则被激活，从而促进肿瘤的发生和发展。
干细胞分化过程中的基因表达调控
干细胞分化过程中基因表 达调控的特点
干细胞分化过程中，基因表达调控机制使干 细胞按照一定的程序分化为不同类型的细胞 。这些调控机制包括表观遗传学修饰、转录 因子和miRNA的调控等。
真核基因表达的转录后调控还包括mRNA的翻译。翻译是指将mRNA上的信息转变成蛋白质的过程。
后翻译修饰
蛋白质的翻译后修饰是指对已合成的蛋白质进行化学修饰，以改变其功能的过程。常见的蛋白质修饰 包括磷酸化、乙酰化、糖基化和泛素化等。这些修饰可以影响蛋白质的活性、定位和稳定性。
04
真核基因表达的表观遗传调控
真核生物基因表达调控
含有大量重复序列
二、真核生物基因表达调控的特点 1、多层次 2、个体发育复杂 3、正性调节占主导 4、转录与翻译间隔进行
真核生物基因表达调控的种类：
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。 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－－蛋白质加工水平的调控
三． 活泼转录区染色质的结构变化：
1. 染色质的两种状态：
① 非活性状态【inactive (silent) state 】:如异染色质 ② 活化状态【active state 】：
活泼转录区对核酸酶的敏感性提高 正在转录的DNA甲基化程度降低； 活泼转录的染色质常常缺乏组蛋白H1，其他核心组蛋白 则被乙酰化或与泛素相结合而修饰 非常活泼的转录区，如许多真核生物的rRNA基因处，没 有核小体结构
cAMP的作用机理
PKA的激活 R 调节亚基 C 催化亚基
目录
蛋白激酶A
（cAMP-dependent protein kinase，PKA）
cAMP
R R
Ｃ Ｃ
R： 调节亚基 C： 催化亚基
PKA的作用
1） 对物质代谢的调节作用 通过对效应蛋白的磷酸化作用，实现其调 节功能。
肾上腺素 ＋受体
二 、转录因子：
（一）、转录因子的类型： 1. 转录基础因子：basal factor
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真核生物基因表达的调控远比原核生物复杂，可以发生在DNA水平、转录水平、转录后的修饰、翻译水平和翻译后的修饰等多种不同层次。
但是，最经济、最主要的调控环节仍然是在转录水平上。
DNA水平的调控
DNA水平上的调控主要指通过染色体DNA的断裂，删除，扩增，重排，修饰（如甲基化与去甲基化，乙酰化与去乙酰化等）和染色质结构变化等改变基因的数量、结构顺序和活性而控制基因的表达。
转录水平的调控
转录水平的调控包括染色质的活化和基因的活化。
通过染色质改型，组蛋白乙酰化，染色质变得疏松化及DNA去甲基化以便被酶和调节蛋白作用，基因的表达受顺式作用元件包括启动子及应答元件，转座元件，增强子，抑制子的调控，同时受反式作用因子包括基本转录因子，上游转录因子和转录调节因子等的调控。
转录后调控
转录后调控包括hnRNA的选择性加工运输和RNA编辑
在真核生物中，蛋白质基因的转录产物统称为hn RNA，必须经过加工才能成为成熟的mRNA分子。
加工过程包括三个方面：加帽、加尾和去掉内含子。
同一初级转录产物在不同细胞中可以用不同方式剪接加工，形成不同的成熟mRNA分子，使翻译成的蛋白质都可能不同。
转录后的RNA在编码区发生碱基插入，缺失或转换的现象。
翻译水平的调控
阻遏蛋白与mRNA结合，可以阻止蛋白质的翻译并使成熟的mRNA变为失活状态贮存起来。
一些调控作用的micRNAh和siRNA 还可以与mRNA作用降解mRNA，阻止其翻译
此外，还可以控制mRNA的稳定性和有选择的进行翻译。
翻译后调控
直接来自核糖体的线状多肽链是没有功能的，必须经过加工才具有活性。
在蛋白质翻译后的加工过程中，还有一系列的调控机制。
1．蛋白质折叠
线性多肽链必须折叠成一定的空间结构，才具有生物学功能。
在细胞中，蛋白质的折叠必须有分子伴侣的作用下才能完成折叠。
2．蛋白酶切割
末端切割
有些膜蛋白、分泌蛋白，在氨基端具有一段疏水性强的氨基酸序列，称为信号肽，用于前体蛋白质在细胞中的定位。
信号肽必须切除多肽链才具有功能。
多聚蛋白质的切割
有些新合成的多肽链含有几个蛋白质分子的序列，切割以后产生具有不同功能的蛋白质分子。
3、蛋白质的化学修饰
简单的化学修饰是将一些小的化学基团，如乙酰基、甲基、磷酸基加到氨基酸侧链上，或者加到氨基端或羧基端。
复杂的修饰是蛋白质的糖基化（glycosylation），就是将一些分子量很大的碳水化合物加到多肽链上。
4、切除蛋白质内含子
有些mRNA翻译的最初产物也具有内含子（intein）序列，位于多肽链序列的中间，经剪接后，蛋白质的外显子（extein）才能连接成为成熟的蛋白质。