真核生物基因转录水平的反式调控
真核基因不同水平上的表达调控
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（图真核生物基因表达中可能的调控环节）。
但是，最经济、最主要的调控环节仍然是在转录水平上。
（一）DNA水平的调控DNA水平上的调控是通过改变基因组中有关基因的数量、结构顺序和活性而控制基因的表达。
这一类的调控机制包括基因的扩增、重排或化学修饰。
其中有些改变是可逆的。
1、基因剂量与基因扩增细胞中有些基因产物的需要量比另一些大得多，细胞保持这种特定比例的方式之一是基因组中不同基因的剂量不同。
例如，有A、B两个基因，假如他们的转录、翻译效率相同，若A基因拷贝数比B基因多20 倍，则A基因产物也多20倍。
组蛋白基因是基因剂量效应的一个典型实例。
为了合成大量组蛋白用于形成染色质，多数物种的基因组含有数百个组蛋白基因拷贝。
基因剂量也可经基因扩增临时增加。
两栖动物如蟾蜍的卵母细胞很大，是正常体细胞的一百倍，需要合成大量核糖体。
核糖体含有rRNA分子，基因组中的rRNA基因数目远远不能满足卵母细胞合成核糖体的需要。
所以在卵母细胞发育过程中，rRNA基因数目临时增加了4000倍。
卵母细胞的前体同其他体细胞一样，含有约500个rRNA基因（rDNA）。
在基因扩增后，rRNA基因拷贝数高达2×106。
这个数目可使得卵母细胞形成1012个核糖体，以满足胚胎发育早期蛋白质大量合成的需要。
在基因扩增之前，这500个rRNA基因以串联方式排列。
在发生扩增的3周时间里，rDNA不再是一个单一连续DNA片段，而是形成大量小环即复制环，以增加基因拷贝数目。
这种rRNA基因扩增发生在许多生物的卵母细胞发育过程中，包括鱼、昆虫和两栖类动物。
目前对这种基因扩增的机制并不清楚。
在某些情况下，基因扩增发生在异常的细胞中。
例如，人类癌细胞中的许多致癌基因，经大量扩增后高效表达，导致细胞繁殖和生长失控。
有些致癌基因扩增的速度与病症的发展及癌细胞扩散程度高度相关。
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
《分子生物学》试卷(基因表达的调控)
《分子生物学》试卷(基因表达的调控) ( 课程代码)班级姓名学号名词解释 (每小题﹡分，共﹡分)1．基因表达( gene expression )2．启动子( promoter )3．多顺反子( polycistron )4．操纵子( operon )5．单顺反子( monocistron )6．顺式作用元件( cis-acting element )7. 核心启动子( core promoter )8.上游启动子元件( upstream promoter element, UPE )9. 增强子( enhancer )10. 沉默子( silencer )11.反式作用因子( trans-acting factor )12.转录因子( transcription factor, TF )13.锌指结构( zinc finger structure )14.同源结构域( homeodomain, HD )15.碱性亮氨酸拉链( basic leucine zipper, bLZ )16.转录活化结构域( transcription activation domain )17.选择性剪接( alternative splicing )18.核不均一性RNA( heterogeneous nuclear RNA, hnRNA )二、单项选择题 (从下列各题所给备选答案中选出一个正确的答案，并将其序号填在题干后的括号内。
1.下列哪项是属于乳糖操纵子的转录调控序列( C )A.ZB. YC. OD. AE. CAP2.有关真核基因转录调控的反式作用因子描述不正确的是 ( C )A.包括基本和特异性转录因子B. 通常含有DNA结合结构域C. 基因组上一段DNA序列D. 通常还有与其它蛋白结合的结构域E. 含有转录活化域3.下列哪项不属于真核基因转录调控的顺式作用元件 ( D )A. 启动子B. 增强子C. TATA 盒D. 一种RNAE. 沉默子4.有关基因表达描述错误的是( A )A.其过程总是经历基因转录及翻译的过程B.某些基因表达经历基因转录及翻译等过程C.某些基因表达产物是蛋白质分子D.某些基因表达产物不是蛋白质分子E.某些基因表达产物是RNA分子5.关于管家基因叙述错误的是( C )A．在生物个体的几乎所有细胞中持续表达B．在生物个体的几乎各生长阶段持续表达C．在一个物种的几乎所有个体中持续表达D．在生物个体的某一生长阶段持续表达E．在生物个体全生命过程的几乎所有细胞中表达6.大多数基因表达调控的最基本环节是( C)A. 复制水平B. 转录水平C.转录起始水平D.转录后加工水平E.翻译水平7.当培养基内色氨酸浓度较大时，色氨酸操纵子处于（ B ）A.诱导表达B.阻遏表达C.基本表达D.组成表达E.协调表达8•顺式作用元件是指（E）A.基因的5侧翼序列B.基因的3侧翼序列C.基因的5、3侧翼序列D.基因5、3侧翼序列以外的序列E.具有转录调节功能的特异DNA^列10.一个操纵子通常含有（B ）A.—个启动序列和一个编码基因B.—个启动序列和数个编码基因C.数个启动序列和一个编码基因D.数个启动序列和数个编码基因E.两个启动序列和数个编码基因11.反式作用因子是指（D ）A.具有激活功能的调节蛋白B.具有抑制功能的调节蛋白C.对自身基因具有表达调控的蛋白D.对另一基因具有表达调控的蛋白E.对另一基因具有功能的调节蛋白12.乳糖操纵子的直接诱导剂是（E ）A. β -半乳糖昔酶B.透酶C.葡萄糖D.乳糖E.别乳糖13.阻遏蛋白结合乳糖操纵子的（B ）A、P序列B、O序列C、CAP结合位点D、I基因E、Z基因14.乳糖操纵子的阻遏蛋白是由（D ）A > 2基因编码B > 丫基因编码C、A基因编码D> I基因编码E >以上都不是15.对大多数基因来说，CPG序列甲基化（A）A、抑制基因转录B、促进基因转录C、与基因转录无关D、对基因转录影响不大E、以上都不是16.大肠杆菌转录启动子-10区的核昔酸序列称为（E ）A.TATA 盒B.CAAT 盒C.增强子D.调节子E.PribnOW 盒17.别乳糖对乳糖操纵子的作用是（C ）A.作为阻遏物结合于操纵基因B.作为辅阻遏物结合于阻遏蛋白C.使阻遏蛋白变构而不能结合DNAD.抑制阻遏基因的转录E.使RNA聚合酶变构而活化18.有关操纵子学说的正确论述是（B）A.操纵子调控系统是真核生物基因调控的主要方式B.操纵子调控系统是原核生物基因调控的主要方式C.操纵子调控系统由结构基因、启动子和操纵基因组成D.诱导物与操纵基因结合启动转录E.诱导物与启动子结合而启动转录19.属于反式作用因子的是（E ）A.启动子B.增强子C.终止子D. RNA聚合酶E.转录因子20.乳糖操纵子上Z、Y、A基因产物是（B）A.脱氢酶、黄素酶、COQB.半乳糖昔酶、渗透酶、硫代半乳糖昔乙酰转移酶C.乳糖还原酶、乳糖合成酶、别构酶D.葡萄糖-6-磷酸酶、变位酶、醛缩酶E.乳糖酶、乳糖磷酸化酶、激酶21.RNA聚合酶结合于操纵子的（E）A.结构基因起始区B.阻遏物基因C.诱导物D.阻遏物E.启动子22.诱导乳糖操纵子转录的物质是（D）A.果糖B.葡萄糖C.阿拉伯糖D.别乳糖E.AMP21.CAMP对转录的调控作用是通过（C）A.CAMP转变为CAPB.CAP转变为CAMPC.形成CAMP-CAF＜合物D.葡萄糖分解活跃，使CAMRt曽加，促进乳糖利用来扩充能源E.CAMP是激素作用的第二信使，与转录无关22.增强子是（D ）A.特异性高的转录调控因子B.真核生物细胞内的组蛋白C.原核生物的启动子在真核生物中的别称D.增强启动子转录活性的DNA序列E.在结构基因的5'-端的DNA序列23.下列哪些不是操纵子的组成部分（A）A.阻遏蛋白B.启动子C.操纵基因D.结构基因E.PribnOW 盒24.转录前起始复合物是指（C）A.RNA聚合酶与TATAA時列结合B.RNA聚合酶与TATA序列结合C.各种转录因子与DNA模板、RNM合酶结合D.σ因子与RN碟合酶结合E.阻遏物变构后脱离操纵基因复合物25.下述关于管家基因表达的描述最确切的是（B）A.在生物个体的所有细胞中表达B.在生物个体生命全过程几乎所有细胞中持续表达C.在生物个体生命全过程部分细胞中持续表达D.特定环境下，在生物个体生命全过程几乎所有细胞中持续表达E.特定环境下，在生物个体生命全过程部分细胞中持续表达。
真核生物DNA水平上的基因表达调控
复杂多基因家族 复杂多基因家族一般由几个相关基因家族构成，基因家族之
间由间隔序列隔开，并作为独立的转录单位。现已发现存在不 同形式的复杂多基因家族。
海胆的组蛋白基因家族 串联单位中的每一个基因分别被转录成单顺反子 RNA，这些RNA都没有内含子，而且各基因在同一条DNA链上按同一方 向转录，每个基因的转录与翻译速度都受到调节。 研究还表明，在一个特定的细胞中，并不是所有串联的单位都得到转录。 胚胎发育的不同阶段或不同组织中，有不同的串联单位被转录，暗示可 能存在具有不同专一性的组蛋白亚类和发育调控机制。
一、基因家族 二、真核基因的断裂结构 三、真核生物DNA水平上的基因表达调控 四、DNA 甲基化与基因活性的调控
前述：真核基因组的一般构造特点
① 在真核细胞中，一条成熟的mRNA链只能翻译出一条多肽 链，不存在原核生物中常见的多基因操纵子形式。
② 真核细胞DNA都与组蛋白和大量非组蛋白相结合，只有一 小部分DNA是裸露的。
真核生物基因调控，根据其性质可分为两 大类：
第一类:瞬时调控或称可逆性调控
它相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反应，包 括某种底物或激素水平升降及细胞周期不同阶段中酶 活性和浓度的调节。
第二类: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。
在真核生物中基因表达的调节其特点是:
（1）多层次; （2）无操纵子和衰减子; （3）个体发育复杂; （4）受环境影响较小;
研究基因调控主要应回答3个问题：
① 什么是诱发基因转录的信号？ ② 基因调控主要是在哪一步（模板DNA的转录、mRNA
的成熟或蛋白质合成）实现的？ ③ 不同水平基因调控的分子机制是什么？
真核生物基因表达的调控
二 染色质水平调控
（一）异染色质化 （二）组蛋白质修饰和非组蛋白的作用 （三）DNA酶的敏感区域 （四）核基质蛋白
三 转录水平的调控
◆许多真核生物基因编码关键代谢酶或细胞组 成成分，这些基因常在所有细胞中都处于活跃 状态。这种组成型表达的基因称为持家基因 (house keeping gene)。 ◆另一些基因的表达则因细胞或组织不同而异， 只在某些才高效表达。这类基因表达的调控通 常发特定的发育时期或细胞中生在转录水平。。
➢5′ UTR可能形成发夹或茎环二级结构，阻止核糖体 40S亚基的迁移，对翻译起始有顺式抑制作用。但若二 极结构位于AUG的近下游（最佳距离为14 bp），会使 40亚基停靠在AUG位点，增强起始反应(翻译起始因子 使二极结构解链，翻译复合体顺利通过)。
（三）mRNA的结构
➢3′端的poly A 影响mRNA的稳定性和翻译效率。
(3) 内含子切除
不同剪接方式： ◆在剪接内切核酸酶(splicing endonuclease) 的 催化下，非常精确地在内含子与外显子的交界 处进行切割，并在一种特殊的剪接连接酶 (splicing ligase)的催化下重新连接起来。 ◆某些mRNA前体的内含子是在RNA分子本 身的催化下完成所以称为RNA自剪接(selfsplicing)，这种具有自动催化活性的RNA有时 也称为核酶(ribozyme)。 ◆ 在核酸蛋白质复合结构－核酸剪接体 (spliceosome)作用下完成。
（四）选择性翻译
珠蛋白是由两条α链和两条β链组成的。在二 倍体细胞中有4个α-珠蛋白基因，如果它们相同 转录和翻译的话，应是α:β=2:1，而实际上是1:1。 是转录调控还是翻译调控？ 体外实验：在无细胞系统中加入等量α-mRNA、 β-mRNA、少量起始因子，合成的α-珠蛋白仅占 3%，说明β-mRNA和起始因子的亲和性远大于 α-mRNA。 当加入过量的起始因子时，α:β=1.4:1 ，接近1:1。 表明是在翻译水平上存在的差异，即和翻译起 始因子的亲和性不同。
真核生物3'UTR的转录后水平调控及其与肿瘤的关系
真核生物3'UTR的转录后水平调控及其与肿瘤的关系康南;王宇;王颖;毛伊雯;燕太强;沈丹华【摘要】真核生物3'非翻译区(3'untranslated regions,3'UTR)在转录后水平调控中起到重要作用,它参与调控mRNA的体内稳定性及降解速率,控制mRNA的利用效率,还决定mRNA的翻译位点及翻译效率,调控mRNA细胞内运输及胞质定位等多种代谢过程.3'UTR既可以与microRNAs或者RNA结合蛋白相互作用来反式调控基因的表达,从而阻止mRNA的翻译或直接降解靶mRNA,同时3'UTR也可以作为独立存在的RNA分子发挥功能,近年来通过对肿瘤全基因组相关研究发现突变发生在3'UTR或与microRNA结合区会破坏细胞内的调控机制,从而影响肿瘤的发生发展,使3'UTR成为目前研究热点,并使其有望成为肿瘤诊断和治疗的新标志物甚至药物靶点.【期刊名称】《医学研究杂志》【年(卷),期】2019(048)002【总页数】4页(P8-11)【关键词】真核生物;3'非翻译区;mRNA代谢;独立分子;突变;肿瘤【作者】康南;王宇;王颖;毛伊雯;燕太强;沈丹华【作者单位】100044 北京大学人民医院病理科;100021 中国医学科学院肿瘤医院分子肿瘤学国家重点实验室;100044 北京大学人民医院病理科;100044 北京大学人民医院病理科;100044 北京大学人民医院病理科;100044 北京大学人民医院病理科【正文语种】中文【中图分类】R34真核生物3′非翻译区(3′untranslated regions，3′UTR)即非翻译区，是指mRNA 分子两端的非编码片段，研究发现，许多mRNA的调控元件存在于5′UTR及3′UTR中，5′UTR主要起始调控mRNA翻译，3′UTR调控mRNA的多种代谢，包括出核、胞质定位、翻译效率及mRNA稳定性等[1]。
原核、真核生物基因及表达调控
原核、真核生物基因及表达调控引言现代生物学中“基因”一词甚为流行，细胞学、遗传学、生物化学等，以及各种生物学课本中，都涉及到“基因”一词。
甚至象典型的宏观生物学科——生态学，也把一片森林称为一个“基因库”[1]。
现代生物学已经完全证明，DNA 分子是由称为核普酸的有机分子线性聚合而成。
基因就是核普酸按一定顺序排列而成的DNA分子片段，它携带着遗传信息。
基因表达(gene expression)是指细胞在生命过程中，把储存在DNA顺序中遗传信息经过转录和翻译，转变成具有生物活性的蛋白质分子。
其实质就是遗传信息的转录和翻译。
在个体生长发育过程中，生物遗传信息的表达按一定的时序发生变化（时序调节），并随着内外环境的变化而不断加以修正（环境调控）[2]。
原核生物和真核生物的基因及表达过程有着差异。
随着世界分子生物学研究不断深入，基因表达技术有了很大的提高。
迄今为止，人们已经研究开发出多种原核和真核表达系统用以生产重组蛋白[3]。
一．原核、真核生物基因结构原核生物基因分为编码区与非编码区，所谓的编码区就是能转录为相应的信使RNA，进而指导蛋白质的合成，非编码区位于编码区的上游及下游。
[4]在调控遗传信息表达的核苷酸序列中最重要的是位于编码区上游的RNA聚合酶结合位点。
RNA聚合酶是催化DNA转录为RNA，能识别调控序列中的结合位点，并与其结合。
真核生物基因结构见图1：图1 真核生物基因结构二．原核、真核生物基因结构的区别最主要的在于真核基因是不连续的,而原核基因是连续的。
所谓真核基因的不连续，即一个基因的编码序列也叫外显子，被一个或多个非编码序列，又叫内含子所间隔。
[5]这些内含子和外显子同属一个转录单位，转录形成前体。
经过转录的加工，即切去内含子，重新连按外显子，从而得到成熟。
而绝大多数的原核基因是连续的，没有内含子的间隔，转录产生成熟。
不仅如此，而且凡在代谢途径上功能有关的多个基因可能紧密相联，与它们的调控基因一起组成一个操纵子，转录到一条链。
分子生物学名词解释 (2)
基因genes：基因是负责编码RNA或一条多肽链的DNA片段，包括编码序列、编码序列外的侧翼序列及插入序列。
是决定遗传性状的功能单位。
结构基因structure genes：基因中编码RNA或蛋白质的DNA序列称为结构基因。
基因组genome：一个细胞或病毒的全部遗传信息。
（细胞或生物体的一套完整单倍体的遗传物质的总和。
）真核生物基因组是指一套完整单倍体DNA（染色体DNA）和线粒体DNA的全部序列，包括编码序列和非编码序列。
GT-AG法则：真核生物基因的外显子与内含子接头处都有一段高度保守的一致性序列，即：内含子5’端大多数是以GT开始，3’端大多是以AG结束。
端粒：以线性染色体形式存在的真核基因组DNA末端都有一种特殊的结构叫端粒。
该结构是一段DNA序列和蛋白质形成的一种复合体，仅在真核细胞染色体末端存在。
端粒DNA由重复序列组成，人类端粒一端是TTAGGG 另一端是AATCCC.操纵子：是指数个功能上相关的结构基因串联在一起，构成信息区，连同其上游的调控区（包括启动子和操纵基因）以及下游的转录终止信号所构成的基因表达单位。
所转录的RNA为多顺反子。
操纵元件：是一段能够被不同基因表达调控蛋白质识别和结合的DNA序列，是决定基因表达效率的关键元件。
顺式作用元件：是指那些与结构基因表达调控相关、能够被基因调控蛋白特异性识别和结合的特异DNA序列。
包括启动子、上游启动子元件、增强子、反应元件和poly(A)加尾信号。
反式作用因子：是指真核细胞内含有的大量可以通过直接或间接结合顺式作用元件而调节基因转录活性的蛋白质因子。
启动子：是能够被RNA聚合酶特异性识别并与其结合并开始转录的核苷酸序列。
（TATAbox、CAATbox、GCbox）增强子enhancer：是一段短的DNA序列，其中含有多个作用元件，可以特异性地与转录因子结合，增强基因的转录活性。
它可位于被增强的转录基因的上游或下游，也可相距靶基因较远。