真核生物基因表达的调控
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
真核生物基因表达调控的机制
真核生物基因表达调控的机制
真核生物基因表达调控的机制
真核生物中的基因表达调控是一个复杂而且受多种影响的过程，其机制也极为复杂，主要包括以下七个方面。
一、基因结构调控
基因的结构调控可以通过改变基因的翻译或者转录起始点，改变基因的拷贝数量，改变基因的外显子结构等，从而调节基因表达。
这种机制也称为“结构调控”。
二、编码序列调控
基因编码序列可以用来调节基因表达。
包括基因内部的种类多样性，基因突变等，都会影响基因编码序列，从而影响基因表达。
三、转录因子调控
转录因子可以调节基因转录的开始时间，结束时间，影响基因转录的效率，从而影响基因表达。
四、mRNA加工调控
当mRNA处于加工过程中，其加工过程也会受到调控，这种调控会影响mRNA的翻译效率，从而影响基因的表达。
五、mRNA翻译调控
翻译调控是一种比较常见的调控机制，它可通过影响mRNA的结构、翻译初始效率以及翻译开始时间来调节基因的表达。
六、蛋白质稳定性调控
蛋白质稳定性的调控是指通过改变蛋白质的稳定性，来影响基因
的表达。
七、基因激活与抑制
基因激活与抑制是指通过外界影响，改变激活因子或者抑制因子的表达，来影响基因表达。
以上就是真核生物基因表达调控的七个机制，同时，也是基因组学研究中需要重点关注的重要机制。
真核基因表达调控的特点
真核基因表达调控的特点
真核基因表达调控有以下几个特点：
1. 基因组的复杂性：真核生物的基因组通常比原核生物更大且更复杂。
真核基因组包含多个非编码区域和大量的调控元件，这些元件可以影响基因的表达水平和模式。
2. 转录的调控：真核生物中的基因表达主要通过转录调控来实现。
转录调控包括转录因子的结合和调节，以及染色质状态的改变。
转录因子是一类能够结合到特定DNA序列上并调控相关基因转录的蛋白质。
它们可以增强或抑制基因的转录，从而影响基因表达。
3. 多级调控网络：真核生物中的基因表达调控是一个多级的网络系统。
这个网络包括许多调控元件、转录因子和其他调控蛋白质之间的相互作用。
这些元件和因子可以形成复杂的调控回路和信号传递路径，从而调控基因的表达。
4. 组蛋白修饰：染色质状态的改变在真核基因表达调控中起着重要作用。
染色质是DNA与蛋白质的复合物，通过不同的化学修饰可以改变染色质的结构和可及性，从而影响基因的转录。
常见的染色质修饰包括DNA甲基化、组蛋白乙酰化和甲基化等。
5. RNA后转录调控：除了转录调控外，真核生物中还存在着RNA 后转录调控机制。
这些调控机制包括RNA剪接、RNA编辑和非编码RNA 的功能等。
它们可以影响基因的转录后处理和调控基因表达的多样性。
综上所述，真核基因表达调控具有基因组的复杂性、转录的调控、多级调控网络、组蛋白修饰和RNA后转录调控等特点，这些特点共同
作用来调控基因的表达水平和模式。
真核生物基因表达调控
真核生物基因表达调控
真核生物基因表达调控
顺式作用元件
真核生物基因表达调控
反式作用因子
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感谢您的莅临
著特征是能在 特定时间和特定细胞 中激活特定的基因， 从而实现"预定"的、 有序的、不可逆转的 分化、发育过程，并 使生物的组织和器官 在一定环境条件范围 内保持正常功能
真核生物基因表达调控
真核生物基因表达调控的特点如下
①基因表达有转录水平和转录后的调控，且以转录水平调控为主 ②在结构基因上游和下游甚至内部存在多种调控成分，并依靠特异蛋白因子与这些调控 成分结合而调控基因的转录 ③真核生物基因表达调控的环节多：转录与翻译间隔进行，个体发育复杂，具有调控基 因特异性表达的机制 ④真核生物活性染色体结构的变化对基因表达具有调控作用：DNA拓扑结构变化、DNA碱 基修饰变化、组蛋白变化等都具有调控作用 ⑤具有细胞特异性或组织特异性：在生长发育过程中，随着细胞需求的不断改变，各种 基因变得有活性或沉寂 ⑥正性调节占主导，且一个真核生物基因通常有多个调控序列，需要有多个激活物
真核生物基因表 达调控
-
1
基因表达调控
2
真核生物基因表达调控的特点
3
转录水平的调控
真核生物基因表达调控
基因表达调控
基因表达(gene expression)是基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋 白质分子或RNA分子的过程。表达调控(gene regulation)是基因表达时受到内源及外 源信号调控的过程。基因表达调控大多数是对基因的转录和翻译速率的调节，从而导 致其编码产物的水平发生变化，进而影响其功能
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真核生物基因表达的调控
一、生物基因表达的调控的共性
首先，我们来看看在生物基因表达调控这一过程中体现的共性和一些基本模式。
1、作用范围。
生物体内的基因分为管家基因和奢侈基因。
管家基因始终
表达，奢侈基因只在需要的时候表达，但二者的表达都受到调控。
可见，调控是普遍存在的现象。
2、调控方式。
基因表达有两种调控方式，即正调控与负调控，原核生物
和真核生物都离不开这两种模式。
3、调控水平。
一种基因表达的调控可以在多种层面上展开，包括DNA
水平、转录水平、转录后加工水平、翻译后加工水平等。
然为节省能量起见，转录的起始阶段往往作为最佳调控位点。
二、真核生物基因表达调控的特点
真核生物与原核细胞在结构上就有着诸多不同，这决定了二者在运行方面的迥异途径。
真核生物比原核生物复杂，转录与翻译不同时也不同地，基因组与染色体结构复杂，因而有着更为复杂的调控机制。
1、多层次。
真核生物的基因表达可发生在染色质水平、转录起始水平、
转录后水平、翻译水平以及翻译后水平。
2、无操纵子和衰减子。
3、大多数原核生物以负调控为主，而真核生物启动子以正调控为主。
4、个体发育复杂，而受环境影响较小。
真核生物多为多细胞生物，在
生长发育过程中，不仅要随细胞内外环境的变化调节基因表达，还要随发育的不同阶段表达不同基因。
前者为短期调控，后者属长期调控。
从整体上看，不可逆的长期调控影响更深远。
三、真核生物基因表达调控的机制
介于真核生物表达以多层次性为最主要特点，我们可以分别从它的几个水平着眼，剖析它的调控机制。
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，发
生在染色质水平的调控也称作转录前水平的调控，产生永久性DNA序列和染色质结构的变化，往往伴随细胞分化。
染色质水平的调控包括染色质丢失、基因扩增、基因重排、染色体DNA的修饰，等等。
a.基因丢失：丢失一段DNA或整条染色体的现象。
在细胞分化过程
中，可以通过丢失掉某些基因而去除这些基因的活性。
某些原生动
物、线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育中，许多体细胞常常丢失
掉整条或部分的染色体，只有将来分化产生生殖细胞的那些细胞一
直保留着整套的染色体。
如马蛔虫2n＝2，但染色体上有多个着丝
粒。
第一次卵裂是横裂，产生上下2个子细胞。
第二次卵裂时，一
个子细胞仍进行横裂，保持完整的基因组，而另一个子细胞却进行
纵向分裂，丢失部分染色体。
目前，在高等真核生物（包括动物、植物）中尚未发现类似的基因丢失现象。
b.基因扩增：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。
如非洲爪蟾卵母细胞中rDNA的基因扩
增是因发育需要而出现的基因扩增现象；基因组拷贝数增加，即多
倍性，在植物中是非常普遍的现象。
基因组拷贝数增加使可供遗传
重组的物质增多，这可能构成了加速基因进化、基因组重组和最终
物种形成的一种方式。
c.基因重排：将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位点从
而启动转录，这种方式被称为基因重排。
通过基因重排调节基因活
性的典型例子是免疫球蛋白结构基因的表达。
在人类基因组中，所有抗体的重链和轻链都不是由固定的完整基因编码的，而是由不
同基因片段经重排后形成的完整基因编码的。
d.DNA甲基化抑制基因转录的机理：DNA甲基化导致某些区域DNA
构象变化，从而影响了蛋白质与DNA的相互作用，抑制了转录因
子与启动区DNA的结合效率。
在一些不表达的基因中，启动区的
甲基化程度很高，而处于活化状态的基因则甲基化程度较低。
真
核DNA约有5%的胞嘧啶被甲基化，甲基化范围与基因表达程度呈
反比。
2、转录起始水平。
这一环节是调控的最主要环节，由对基因转录活性
的调控来完成，包括基因的空间结构、折叠状态、DNA上的调控序列、与调控因子的相互作用等。
a.活化染色质：在真核生物体内，RNApol与启动子的结合受染色质
结构的限制，需通过染色质重塑来活化转录。
常态下，组蛋白可使DNA链形成核小体结构而抑制其转录，转录因子若与转录区结合则基因具有转录活性。
因而基础水平的转录是限制性的，核小体的解散时必要前提，组蛋白与转录因子之间的竞争结果可以决定是否转录。
组蛋白的抑制能力可因其乙酰化而降低。
另外，由于端粒位置效应或中心粒的缘故，抑或是收到一些蛋白的调控，真核生物细胞可能出现10%的异染色质，异染色质空间上压缩紧密，不利于转录。
b.活化基因：真核生物编码蛋白的基因含启动子元件和增强子元件
（启动子：在DNA分子中，RNA聚合酶能够识别、结合并导致转录起始的序列。
增强子：指能使与它连锁的基因转录频率明显增加的DNA序列。
），转录因子与启动子元件相互作用调节基因表达；
转录激活因子与增强子元件相互作用，再通过与结合在启动子元件上的转录因子相互作用来激活转录。
两种元件以相同的机制作用于转录。
真核生物RNApol对启动子亲和力很小或没有，转录起始依赖于多个转变路激活因子的作用，而若干个调节蛋白与特定DNA 序列的结合大大提高了活化的精确度，无疑是这一作用机制的一大优势。
在这一作用中，增强子与适当的调节蛋白作用以增加临近启动子的转录是没有方向性的，典型的增强子可以出现在转录起始位点上游或下游。
RNApol与启动子的结合一般需要三种蛋白质的作用，即基础转录因子（又名通用转录因子）、转录激活因子和辅激活因子。
能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件上，参与调控靶基因转录的蛋白质又名转录因子。
基础转录因子与RNApol 结合成全酶复合物并结合到启动子上，转录激活因子可以以二聚体或多聚体的形式结合到DNA靶位点上，远距离或近距离作用域启动子。
在远距离作用时，往往还会有绝缘子参与，以阻断邻近的增强子对非想关基因的激活；在近距离作用时，结构转录因子可以改变DNA调控区的形状，使其他蛋白质相互作用、激活转录。
3、转录后水平。
真核生物mRNA前体须经过5’-加帽、3’-加尾以
及拼接过程、内部碱基修饰才能成为成熟度的mRNA，加帽位点与加尾位点、拼接点的选择就成了调控的手段。
a.5’-加帽：几乎所有的真核生物和病毒mRNA的5’端都具有帽子
结构，其作用为保护mRNA免遭5’外切酶降解、为mRNA的核输出提供转运信号和提高翻译模板的稳定性和翻译效率。
实验证实，对于通过滑动搜索起始的转录过程来说，mRNA的翻译活性依赖于5’端的帽子结构。
b.3’-加尾：3’UTR序列及结构调节mRNA稳定性和寿命
4、翻译水平。
在翻译水平，真核生物有两种方式调节，一是控制mRNA
的稳定性，二是进行选择性翻译。
5、翻译后水平。
在多肽链加工折叠为蛋白质的过程中，经过不同修饰
加工的蛋白质其稳定性会有差异。
蛋白质的稳定性由蛋白质中的特殊信号序列决定，对蛋白质稳定性的控制也是真核生物基因表达调控的方式之一。