第六章 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。
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。
真核基因表达调控6课件
真核基因表达调控(6)课件
❖ DNA的甲基 化的位点
❖：
5-甲基胞嘧 啶（5-mC） 和
少量N6-甲基 腺嘌呤（N6mA）及
7-甲基鸟嘌 呤（7-mG）
真核基因表达调控(6)课件
❖ 在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出现在CpG序列、 CpXpG、CCA/TGG和GATC中。
❖ 核心启动子单独起作用时，只能确定转录起始位点并 产生基础水平的转录。
真核基因表达调控(6)课件
❖ ②上游启动子元件(upstream promoter element， UPE)包括通常位于一70bp附近的CAAT盒(CCAAT) 和GC盒(GGGCGG)等，能通过TFII-D复合物调节转 录起始的频率，提高转录效率。
真核基因表达调控(6)课件
3.断裂基因
❖ 大多数真核基因在DNA分子上是不连续的，都 是由蛋白质编码序列和非蛋白质编码序列两 部分组成，其中编码的序列称为外显子 (Exon) ，非编码序列称内含子(Intron) 。
真核基因表达调控(6)课件
❖ 断裂基因（interrupted gene）：在一个基 因结构中，编码某一蛋白质不同区域的各个 外显子并不连续排列在一起，常常被长度不 等的内含子所隔离，形成镶嵌排列的断裂方 式，称为断裂基因。真核基因有时被称为断 裂基因。
真核基因表达调控(6)课件
转录活跃区域对核酸酶敏感度增加
在具有转录活性 的染色质区域， 可以观察到一些 变化，最明显的 是该区域对核酸 酶介导的DNA 降解的敏感性增 强。
真核基因表达调控(6)课件
2 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。
真核生物的基因表达调控ppt(共59张PPT)
在转录水平上的基因表达调控
真核生物的蛋白质基因的转录除了启动子、RNA聚合酶II和基础转录因 子以外，还需要其它顺式作用元件和反式作用因子的参与。 参与基因表达调控的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；参与基因表达调控的反式作用因子也称为转录 因子，它们包括激活蛋白、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的表达，而阻遏蛋白与沉默子结合 ，抑制基因的表达，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，究竟是起何种作用取决于被调节的基因。辅激活 蛋白缺乏DNA结合位点，但它们能够通过蛋白质与蛋白质的相互作 用而行使功能，作用方式包括：招募其它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的活性；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的相互 作用而起作用，作用机理包括：掩盖激活蛋白的激活位点、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）的活性。
真核生物与原核生物在 调控机制上的主要差异
调控的原因：原核生物基因表达调节的目的是为了更有效 和更经济地对环境的变化做出反应，而多细胞真核生物基 因表达调节的主要目的是细胞分化，它需要在不同的生长 时期和不同的发育阶段具有不同的基因表达样式； 调控的层次：原核生物基因表达调控主要集中在转录水平 ，但真核生物基因表达的转录后水平调节与其在转录水平 上的调节各占“半壁江山”，而某些调控层次是真核生物特有 的，比如染色质水平、RNA后加工水平和mRNA运输等；
调控的手段：原核生物绝大多数的基因组织成操纵子，但真核 生物一般无操纵子结构。
在染色质水平上的基因调控
原核生物的DNA绝大多数处于完全暴露和可接近的状态，而真核生物 DNA大部分被遮挡并组织成染色质。因此，原核生物DNA转录的“默认 状态”是开放，其调控机制主要是通过阻遏蛋白进行的负调控，而真核生 物DNA转录的“默认状态”是关闭，其调控机制主要是通过激活蛋白进行 的正调控。 染色质的结构是一种动态可变的结构，其结构的变化能直接影响到基因 的表达。已有众多证据表明，一个基因在表达前后，其所在位置的染色 质结构会发生重塑或重建。由于染色质的组成单位是核小体，因此，染 色质结构的改变是从核小体的变化开始的，而核小体的变化是从组蛋白 的共价修饰和去修饰开始的。
分子生物学：真核基因表达调控习题与答案
第六章真核基因表达调控一、名词解释1.管家基因(housekeeping gene)2.可调节基因(regulated gene)3.顺式作用元件(cis-acting element)4.反式作用因子(trans-acting factors ) /转录因子(transcription factor, TF )5.基础转录因子(basal/general transcription factor)6.特异转录因子(special transcription factor)7.增强子9.锌指(zinc finger)结构10.亮氨酸拉链(leucine zipper)结构11.增强子12.基因表达13.RNAi14.miRNA15.SiRNA二、选择题1.关于基因表达调控的说法错误的是( )．．A.转录起始是调控基因表达的关键B.环境因素影响管家基因的表达C.在发育分化和适应环境上有重要意义D.表现为基因表达的时间特异性和空间特异性E.真核生物的基因表达调控较原核生物复杂的多2.下列哪项属于可调节基因( )A.组蛋白编码基因B. 5s rRNA编码基因C.异柠檬酸脱氢酶编码基因D. 肌动蛋白编码基因E. 血红蛋白编码基因3.下列哪种染色质结构的变化不利于基因表达( )．A.组蛋白乙酰化B.核小体解聚C. CpG岛甲基化D.基因扩增E.染色质结构松散，对DNA酶I敏感4.下列哪项不属于真核生物基因的顺式作用元件( )．A.激素反应元件B.衰减子C.启动子D.沉默子E.增强子5.与RNA聚合酶相识别和结合的DNA片段是()A.增强子B.衰减子C.沉默子D.操纵子E.启动子6.下列哪项不参与调控真核细胞基因的特异性表达( )．A.反应元件B.特异转录因子C.增强子D.基础转录因子E.沉默子7.与原核生物相比较，真核生物的基因表达调控包括多个层次，下列哪项不是其调控复．杂性特有的分子基础( )A. 含有重复序列B. 断裂基因C. 转录与翻译分离D. 细胞内被膜性结构分隔形成多个区域E. 染色质结构8.能够与基础转录因子结合的是( )A.上游启动子元件B. TATA boxC.增强子D.反应元件E. Pribnow box9.有关基础转录因子的叙述，正确的是( )A.与非转录核心序列相结合B.决定基因表达的特异性C.其种类和数量在不同组织中差别很大D.辅助RNA聚合酶结合启动子E.在原核生物中的种类比真核生物少10.不属于特异转录因子的是( )．A. TF II DB. HSFC. APID.类固醇激素受体E. NF-K B11.关于特异转录因子的说法，正确的是( )A.调控管家基因的表达B.仅通过蛋白质一蛋白质相互作用进行调控C.仅通过DNA一蛋白质相互作用进行调控D.仅通过RNA一蛋白质相互作用进行调控E.起转录激活或者转录抑制作用12.锌指结构可能存在于下列哪种物质中( )A.阻遏蛋白B. RNA聚合酶C.转录因子D.端粒酶E.核酶13.下列哪种氨基酸在转录因子的转录激活结构域中含量丰富( )A. LysB. ArgC. AspD. HisE. Trp14.下列哪种因素不会影响真核细胞中mRNA的稳定性()．A. 5'端帽子B. siRNAC. poly A尾D.去稳定元件E. miRNA15.小干扰RNA调节基因表达的机制是()A.封闭mRNA上的核蛋白体结合位点B.特异性降解靶mRNAC.形成局部双链，抑制靶mRNA的模板活性D. 使翻译出的蛋白质进入泛素化降解途径E.使翻译提早终止16.eIF-2对翻译起始具有重要的调控作用，下列哪项是它的活性形式()A.磷酸化B.脱乙酰化C.乙酰化D.脱磷酸化E. ADP-核糖基化17.不影响真核生物翻译起始的因素是( )．A. eIFB.帽子结合蛋白C. RNA编辑D. mRNA非翻译区的二级结构E. miRNA18.生物体在不同发育阶段，蛋白质的表达谱也相应变化，这主要取决于A.转录调控元件的差异B.翻译调控元件的差异C.基础转录因子的差异D. 特异转录因子的差异E. 翻译起始因子的差异19.下列哪项不是可调节基因的特点( )．A.组织特异性B.阶段特异性C.时间特异性D.空间特异性E.组成性表达20.下列哪一项是真核生物可调节基因的表达调控特有的机制( )A.基础转录因子B.衰减子C. RNA聚合酶D.增强子E.阻遏蛋白21.基础转录因子属于DNA结合蛋白，它们能够()A.结合转录核心元件B.结合增强子C.结合5’端非翻译区D. 结合3'端非翻译区E. 结合内含子22.特异转录因子不能够( )．A.结合RNA聚合酶B.结合基础转录因子C.结合其他特异转录因子D. 结合转录非核心元件E. 结合沉默子23.基因特异性表达的根本机制是( )A.顺式作用元件的种类不同B. RNA聚合酶活性的差异C.基础转录因子的质和量的差异D.特异转录因子的质和量的差异E.表达产物后加工过程的差异24.下列哪一类分子常具有亮氨酸拉链的结构特征( )A.生长因子B.酪氨酸蛋白激酶受体C. G蛋白D. 转录因子E. 丝/苏氨酸蛋白激酶25.管家基因的转录受哪些因素控制A. 基础转录因子B. 增强子C. 特异转录因子D. 启动子E. 反应元件26.真核生物的基因表达调控表现在A.转录水平B.翻译水平C.染色质水平D.转录后加工E.翻译后加工27.真核生物中，影响RNA聚合酶转录活性的因素包括A.启动子B.增强子C.基础转录因子D.衰减子E.特异转录因子28.真核生物基因表达的空间特异性的机制包括A.特异转录因子的种类不同B.同种特异转录因子的浓度不同C.特定组织的基因中存在组织特异性启动子D.特异转录因子的排列组合不同E.增强子等调控元件在不同组织的基因中分布不同29.转录因子的DNA结合结构域包含哪些结构类型A.螺旋一片层一螺旋B.锌指C.螺旋一转角一螺旋D.亮氨酸拉链E.螺旋一环一螺旋30.与siRNA相比较，miRNA的显著特点是A.单链B.在转录后水平发挥作用C.与靶mRNA碱基互补D.不降解靶mRNAE.个别碱基与靶mRNA序列不完全匹配31.转录因子的作用机制包括A. DNA—DNA相互作用B. DNA—RNA相互作用C. DNA一蛋白质相互作用D. RNA一蛋白质相互作用E.蛋白质一蛋白质相互作用32.真核生物的基因转录涉及哪些物质的相互作用A. operatorB. cis-acting elementC. polysomeD. trans-acting factorE. RNA polymerase33.在同一个体的不同组织中A.基因的表达谱不同B.基因组结构不同C.特异转录因子的种类不同D.存在的蛋白质的种类不同E.特异性启动子的种类不同34.真核生物独有的转录调控机制涉及A.启动子B.增强子C.转录因子D.组蛋白E. SD序列35.生物对环境的适应性表现在A.基因变异B.合成不同种类的mRNAC.合成不同种类的蛋白质D. 产物的反馈抑制E. 蛋白质活性的快速调节36.下列哪些情况对于真核生物的基因转录具有调控作用A.反式作用因子的磷酸化B.类固醇激素与胞内受体结合C.特定DNA序列的甲基化D.组蛋白的乙酰化E.蛋白质因子的羟基化37.管家基因的含义是A.在各组织细胞中都表达B.在特定的组织细胞中表达C. 在不同发育阶段都表达D. 在特定的发育阶段表达E.表达程度在不同时空条件下差异显著38.关于特异转录因子的描述，正确的是A.在所有组织细胞中组成性表达B.在不同组织细胞中存在的种类不同C. 在不同组织细胞中的浓度不同D. 调控管家基因的转录E.是真核生物基因表达特异性的根源所在三、简答题1.简述顺式作用元件与反式作用因子对基因表达调控的影响。
真核生物基因表达调控ppt课件
在个体生长全过程，某种基因产物在个体 按不同组织空间顺序出现，称之为基因表达的 空间特异性(spatial specificity)。
基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分 布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的， 所以空间特异性又称细胞或组织特异性(cell or tissue specificity)。
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）
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1） TF最常见的DNA binding domain
Zinc Finger
bZIP
Homeodomain
bHLH
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(1) 锌指(zinc finger)
如果与转录激活因子有协同作用——共激活因子； 与转录阻遏因子有协同作用——共阻遏因子。
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常见转录因子的结构域 (domain)
DNA结合域 （DNA binding domain) TF
Basic AA (K/R) rich, positively charged
转录激活域
(trans-activation domain)
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)。
多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶 段特异性(stage specificity)。
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人体发育过程中不同类型β-珠蛋白的含量变化
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（二）空间特异性
TFⅡA TBP
TFⅡBΒιβλιοθήκη TATATBP: TATA-box binding protein
真核生物基因表达调控的特点及主要调控环节
真核生物基因表达调控的特点及主要调控环节真核生物基因表达调控是一个复杂而精密的系统，涉及到多种调控机制和调控环节。
通过这些调控机制和环节，真核生物能够在不同的细胞类型和不同的发育阶段中表达特定的基因，从而实现细胞功能的多样化和分化。
下面我们将详细介绍真核生物基因表达调控的特点以及主要调控环节。
首先，真核生物基因表达调控具有高度的精细性和特异性。
在真核生物细胞中，每个细胞都包含着相同的基因组，但不同细胞类型和组织会表达不同的基因。
这种差异性主要是通过转录调控来实现的，即通过对特定基因的转录进行调控，使得只有需要的基因在特定的时间和空间表达。
这种精细性和特异性的调控是真核生物细胞功能多样化和分化的重要基础。
其次，真核生物基因表达调控涉及多种调控机制和调控因子。
在真核生物细胞中，基因表达的调控是一个复杂的过程，需要多种调控机制和调控因子的参与。
其中，转录因子是最为重要的调控因子之一，它们可以结合到基因的启动子区域，促进或抑制该基因的转录。
此外，还有一些非编码RNA、表观遗传学修饰等调控机制也在基因表达调控中扮演着重要角色。
这些调控机制和调控因子相互作用，共同调控着基因的表达。
另外，真核生物基因表达调控还存在着复杂的信号传导网络。
在细胞内部，存在着多种信号通路和信号分子，它们可以感知外界环境的变化，并将这些信息传递给细胞核，从而影响基因的表达。
这些信号传导网络可以通过激活或抑制转录因子的活性，改变基因的表达水平。
通过这种方式，细胞可以根据外界环境的变化做出相应的调整，保持内部稳态。
综上所述，真核生物基因表达调控具有高度的精细性和特异性，涉及多种调控机制和调控因子，以及复杂的信号传导网络。
这些特点和调控环节共同构成了真核生物基因表达调控系统的核心。
通过深入研究这些调控机制和调控环节，可以更好地理解细胞功能的多样化和分化过程，为疾病的治疗和生命科学研究提供重要的理论基础。
真核生物基因表达调控ppt
顺式作用元件
Cis-acting element
7.3.3 反式作用因子trans-acting factor
▪ 概念 通过识别和结合顺式作用元件的核心序列, 而调控靶基因的转录效率的一组蛋白因子. 这 些转录因子由其他基因编码,跨域作用. 对基因 表达调控可正(激活)可负(阻遏)
▪ 类别 这些转录因子可作为转录复合物的一部分， 但大部分是与启动区或基因特定部位结合的调 控蛋白。据其作用分为3类 转录阶段RNA聚合酶的亚基 转录起始终止的辅助因子 特异性调控序列结合蛋白
Alternative splicing
7.2 真核基因表达调控的环节
▪ DNA水平:基因数量,结构 ▪ 转录水平:顺式作用元件与反式作用因
子 ▪ 转录后水平:mRNA的加工成熟 ▪ 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
DNA水平的调控
1.开放型活性染色质与基因活性 (结构) 真核基因以核小体组建成染色质和染色体成高度 压缩. 转录发生前,染色质在特定区域被解旋松弛 (核小体结构改变、DNA自身结构改变、右旋型变 构为左旋型B→Z),一方面暴露了结构基因,使启动 区DNA易与RNA聚合酶及其他转录调控因子结合, 从而启动转录;另一方面暴露了DNA酶Ι的超敏感 位点,使活性状态的DNA更易于被核酸酶降解 .
真原核基因结构比较
▪ 原核基因按功能成串排列,组成操纵子单位,转录产物为 polycistron; 真核生物一个结构基因转录为monocistron.
▪ 原核有转录与翻译的偶连,真核表达则有严格的时区间隔 . ▪ 原核大部分基因是编码序列,而真核大部分是调控序列 ▪ 原核为蛋白质编码的大部分是连续基因; 真核为蛋白质编
因子 ▪ 其他水平的调控:mRNA的加工、mRNA的
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(教材P.298-299) 教材P.298-299) P.298
增强子: 增强子: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. 端遗传性控制元件. 1981年Benerji, Rusconi和Chambom等发现,又称远 等发现, 年 和 等发现 又称远 上游序列( 上游序列(far upstream seguence). ). 最早 最早SV40病毒中发现长约 病毒中发现长约200bp的一段 的一段DNA,可使 病毒中发现长约 的一段 , 旁侧的基因转录提高100倍. 旁侧的基因转录提高 倍 100-200bp长度,由若干组件构成,其基本核心组件 长度, 长度 由若干组件构成, 常为8-12bp,可以单拷贝或多拷贝串连形式存在. 常为 ,可以单拷贝或多拷贝串连形式存在.
C*CGG GG*CC
电泳 -
+
图 18-43
用同列酶检测甲基化位点
五,基因丢失
在细胞分化过程中,通过丢掉某些基因而去除其活 在细胞分化过程中, 例如某些原生动物,线虫,昆虫,甲壳类动物, 性.例如某些原生动物,线虫,昆虫,甲壳类动物, 体细胞常丢掉部分或整条染色体, 体细胞常丢掉部分或整条染色体,只保留将来分化产 生生殖细胞的那套染色体. 生生殖细胞的那套染色体. 例如在蛔虫胚胎发育过程中,有27%DNA丢失.在 例如在蛔虫胚胎发育过程中, 丢失. % 丢失 高等动植物中,尚未发现类似现象. 高等动植物中,尚未发现类似现象. 许多生物各类不同的细胞或细胞核都具有全能性 totipotency. .
GGCCAATCT ～22bp GGGCGG ATTTGCAT ATTTGCAT GGGACTTT CC GGGACTTT CC GTGACGT ～20bp ～20bp 23bp ～10bp ～10bp ～20bp
B.Lewin:《GENES》Ⅴ.1994,table 29.3 《 》
(二)增强子(Enhancer) 增强子(Enhancer)
一,染色质结构对真核基因转录的调控
1. 染色质结构影响基因转录 常染色质中的基因可以转录 异染色质 (heterochromatin) 无基因转录表达. 无基因转录表达.
2. 组蛋白的作用 组蛋白扮演了非特异性阻遏蛋白的作用 非组蛋白成分起到特异性的去阻遏促转录作用 核小体结构影响基因转录. 核小体结构影响基因转录.
第一节
概述
(教材P.280-282) 教材P.280-282) P.280
基因表达调控最明显的特征是能在特定时间和特定的细胞中激 基因表达调控最明显的特征是能在特定时间和特定的细胞中激 最明显的特征是能在特定时间 特定的基因,从而实现"预定" 有序的, 活特定的基因,从而实现"预定"的,有序的,不可逆的分化 和发育过程, 和发育过程,并使生物的组织和器官在一定的环境条件范围内 保持正常的生理功能. 保持正常的生理功能. 真 核 生 物 基 因 表 达 调 控 瞬时调控 或 可逆调控 相当于原核生物对环境条件变 化所做出的反应. 化所做出的反应.瞬时调控包 括某种代谢底物浓度或激素水 平升降时, 平升降时,或细胞周期在不同 阶段中酶活性和浓度的调节. 阶段中酶活性和浓度的调节.
真核DNA中的胞嘧啶约有 被甲基化为5-甲基胞嘧啶 真核 中的胞嘧啶约有5%被甲基化为 甲基胞嘧啶(5中的胞嘧啶约有 被甲基化为 甲基胞嘧啶 methylcytidine, m5C),而活跃转录的 ,而活跃转录的DNA段落中胞嘧啶甲 段落中胞嘧啶甲 基化程度常较低. 基化程度常较低. 甲基化可使基因失活,去甲基化又可使基因恢复活性. 甲基化可使基因失活,去甲基化又可使基因恢复活性.
三,基因重排对基因表达的影响 (教材P.290-292) 教材P.290 292) P.290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 基因重排. 从而启动转录,这种方式被称为基因重排.
四,DNA甲基化与基因活性的调控 甲基化与基因活性的调控
Байду номын сангаас
(教材P.292-296) 教材P.292-296) P.292
二,真核基因表达调控的特点
(一)真核基因表达调 控的环节更多; 控的环节更多; (二)真核基因的转录 与染色质的结构变化相 关; (三)真核基因表达以 正性调控为主. 正性调控为主.
三,基因家族
(教材P.282-286) 教材P.282-286) P.282
真核细胞中许多相关的基因常按功能成套组合, 真核细胞中许多相关的基因常按功能成套组合,被称 为基因家族(gene family). 基因家族( ). 1,简单多基因家族----基因一般以串联方式前后相连 ,简单多基因家族 基因一般以串联方式前后相连
增强子的特性: 增强子的特性: 增强效应十分明显; ① 增强效应十分明显; 功能与位置和方向无关, ② 功能与位置和方向无关,能远距离发挥作用 ③大多为重复序列; 大多为重复序列; ④ 组织或细胞特异性 ⑤ 不具有启动子专一性 ⑥ 受外部信号的调控
(三)沉默子(silencer) 沉默子( )
负性调控元件,它与转录抑制因子结合抑制转录. 负性调控元件,它与转录抑制因子结合抑制转录. 最早在酵母中发现,以后在 淋巴细胞的 抗原受 最早在酵母中发现,以后在T淋巴细胞的 淋巴细胞的T抗原受 体基因的转录和重排中证实其存在. 体基因的转录和重排中证实其存在.
第三节
真核基因转录水平的调控
(教材P.296-328) 教材P.296-328) P.296
一,顺式作用元件(cis acting elements) 顺式作用元件( )
(一)启动子 (1) 核心启动子成分,如TATA框; 核心启动子成分, 框 (2) 上游启动子成分(UPE),如CAAT框,GC框,八 上游启动子成分( ),如 ), 框 框 聚体( 结合位点; 聚体(octamet)ATF结合位点; ) 结合位点 (3) 远上游顺序(UAS) :如增强子,酵母中的 远上游顺序( ) 如增强子,酵母中的UAS (upstream activator seguences)减弱子,静息子等. )减弱子,静息子等. (4) 特殊细胞中的启动子成分:如淋巴细胞中的 特殊细胞中的启动子成分:如淋巴细胞中的Oct (octamer)和κB. ) .
一,真核基因组的复杂性
基因组大; 1. 基因组大; 染色质在核膜内; 2. 染色质在核膜内; 基因组是二倍体或多倍体; 3. 基因组是二倍体或多倍体; 4. 没有操纵子结构; 没有操纵子结构; 5. 基因组中仅约10%的序列为蛋白质,rRNA,tRNA 基因组中仅约10%的序列为蛋白质,rRNA, 10%的序列为蛋白质 等编码,其余约90%的序列功能至今还不清楚. 等编码,其余约90%的序列功能至今还不清楚. 90%的序列功能至今还不清楚 有外显子(exon)和内含子(intron); 6. 有外显子(exon)和内含子(intron); 存在大量重复序列; 7. 存在大量重复序列; 基因转录的调节区相对较大; 8. 基因转录的调节区相对较大; 真核生物的RNA在细胞核中合成, RNA在细胞核中合成 9. 真核生物的RNA在细胞核中合成,只有经转运穿 过核膜,到达细胞质后,才能被翻译成蛋白质. 过核膜,到达细胞质后,才能被翻译成蛋白质.
2,复杂多基因家族 , 一般由几个相关基因家族构成, 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. 序列隔开,并作为独立的转录单位.
3,发育调控的复杂多基因家族 ,
第二节
真核生物DNA水平上的基因表达调控 水平上的基因表达调控 真核生物
(教材P.288-296) 教材P.288-296) P.288
哺乳动物RNA 聚合酶Ⅱ启动子上游转录因子结合的序列元件 聚合酶Ⅱ 表6-1 哺乳动物 组件 TATA box CAAT box GC box Octamer Octamer κB κB ATF 保守顺序 TATAAAA DNA长度 长度 ～10bp 结合因子 TBP CTF/NF1 SP1 Oct-1 Oct-2 NFκB H2TH1 ATF 大小(Da) 大小( ) 27,000 60,000 165,000 76,000 52,000 44,000 ? ? 丰度(/细胞) 丰度( 细胞) 细胞 ? 300,000 60,000 ? ? ? ? ? 分布 普遍 普遍 普遍 普遍 淋巴细胞 淋巴细胞 普遍 普遍
二,基因扩增对基因表达的影响
基因扩增( 基因扩增(gene amplification)是指在没有发生细胞分裂,整 )是指在没有发生细胞分裂, 条染色体几乎没有复制的情况下, 条染色体几乎没有复制的情况下,细胞内某些特定基因的拷贝 数专一性增加的现象. 数专一性增加的现象.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. 以满足生长发育的需要,是基因活性调控的一种方式. 1,为满足正常的生长发育需要 , 如两栖类和昆虫卵母细胞rRNA基因的扩增 卵母细胞中 基因的扩增 如两栖类和昆虫卵母细胞 基因的扩增: 拷贝数比体细胞中增加了4000倍. 的rDNA拷贝数比体细胞中增加了 拷贝数比体细胞中增加了 倍 在果蝇滤泡细胞中,编码卵壳蛋白的卵壳基因的扩增. 蛋白的卵壳基因的扩增 在果蝇滤泡细胞中,编码卵壳蛋白的卵壳基因的扩增. 2,外界环境因素引起基因扩增 , 基因扩增与肿瘤形成及细胞衰老有关. 肿瘤形成及细胞衰老有关 基因扩增与肿瘤形成及细胞衰老有关.在原发性的视网 膜细胞瘤中, 原癌基因的DNA区段扩增 区段扩增10-200倍.许 膜细胞瘤中,含myc 原癌基因的 区段扩增 倍 多致癌剂可诱导DNA扩增. 扩增. 多致癌剂可诱导 扩增
研究基因调控应回答下面三个主要问题: 研究基因调控应回答下面三个主要问题: 什么是诱发基因转录的信号? ① 什么是诱发基因转录的信号? 基因调控主要是在那个环节(模板DNA转录,mRNA的成 转录, ② 基因调控主要是在那个环节(模板 转录 的成 熟或蛋白质合成)实现的? 熟或蛋白质合成)实现的? 不同水平基因调控的分子机制是什么? ③ 不同水平基因调控的分子机制是什么?