（生物医学工程专业论文）真核启动子预测.pdf

藏庆大学博士学位论文 燕构效关系( q s a m ) 研究是后基因组即功能基因组或灏白质缀研究中的一个前沿 课题，慰d n a 秘蛋白震的相重终用硬究、蛋鑫度功能预测、蒸予蛋鑫质襄以爨自 质为靶标的药物设计均具有重要意义。分子结构参数化是进行定量构效关系研究 的重要缀成部分移关键髓提所穰。本实验室曾挺蹬了仪以各静j 鬣贩子电受性及 各原予之间的桶对距离为主要分子结构特征的分子电饿距离矢量( m 瓢) v ) 用于 药物分子和其它生物活性物质的结构袭征。本文第二部分在本实验室翦期工作的 基础上，对m e d v 豹擞用范翻进行扩展，将箕分剐应用于d n a 和多敝的结构表 征中。同时在服子类型划分方灏对原宥m e d v 进行了改进，撼出按键分类的分子 电性距离矢量( b 砸d v ) ，憧乏更能体现原予所处徽环境对潦子电负性和分予活 性的影响。本义第二部分羿展的工作着n 所得结论如下： 1 将m e d v 的应糯范围扩展至d n a 体系，痘焉捌癌动予强度的q s a r 研究 中。由于d n a 序列的螭构差异主要表现在碱慕上，在对启动予进行结构表征时， 采用瑟燕个癌动子进行寝征( v 工工) 帮仅蘑碱纂送行袭征( v s s ) 两种方案。借韵 多元线性回归( m l r ) 和逐步嘲归( s m r ) 技术，分别建立两种袭征方案下m e d v 参数号角动子强度之筏酌最优q s a r 模垄。绣采表爨：v a i l 鞫v s s 方案下选撵纛 佳参数的个数都为2 ，分别为m 孙m “和m l l 、m 2 3 ；两种方察下的相关系数分别 沟0 。9 0 2 、0 。粥5 ；交互梭验稳关系数分澍为0 ，8 7 8 、0 8 8 2 ； ；毛裙横鍪吴宥莛好豹倍 计能力和较强的预测能力。同时，通过对两种方案进彳亍对比分析发现；无论媳估 计戆力还是聚涮戆力，v s s 衰镁方案都往予v a l l 表短方案。这诞餐了d n a 豹缝梭 特征主瓣表现在碱基上，可以用碱基代替d n a 进行结构表征姆q s a r 研究，从而 减夺诗冀复杂震，提蹇琚究效攀。 2 提出一个新的分子结构描述子一按键分类的分予电性躐离矢量( b m e d v ) 寒表蟹整形蛊爨蓬获及其类戳锈豹分予缝擒，淤黠人类痰原髂巍色念璩莲( c s n d i d a a l b i c a n s ) 的最低生长抑制浓度( m i c ) 的对数值为抗筒活性指标，借助多元绒性 霞l 毽帮逐步墨懿分裂建立q s a r 模型。缍暴袭骧：睽褥摸型翊当稳定墓毒较强驰 预测能力；v a l l 、v s 、v s s 、v m o s 、v m o s s 五种表征方案下最优模型的相关系数分 别为：o 9 4 3 、9 9 1 2 、0 9 0 4 、0 8 6 6 、0 , 9 4 5 ；交鼍检验鹣鞠关黎数分别为：0 。7 3 7 、 o 8 4 3 、o 8 1 5 、o 7 4 5 、0 8 3 0 。通过对溉种表征方案进行对比分析发现，多肽的结 构特撼燕要表瑷在氨豢酸的残基上，；! 乏用残基的矢器描述予来表镊整个多敝鸵 结构，从而使夜征过程璺为简洁有效。 关键词；启动予预测，位置特异性税使矩阵，神经网络，遗传算法，马尔科夹模 型，悫量构效关系，玲子结构表征，分子怠性距离失量，按键分类的分 子电饿距离失蠢，交形虫穿孔肽，抗篱活性 扛 熬塞塑墨 a b s t r a c t t h ec o n t e n to ft h i sd i s s e r t a t i o ni sd i v i d e di n t ot w op a r t s ：e u k a r , o d cp r o m o t e r p r e d i c t i o na n dq u a n t i t a t i v e s t r a c m m - a c t i v i t yr e l a t i o n s h i p ( q s a r ) f o rb i o l o g i c a l m a c r o m o l e c u l e s 。 t r a n s c r i p t i o ni s t h ef i r s tm a j o rs t e pi ng e n e e x p r e s s i o n , a n dc o n s t i t u t e sa n i m p o r t a n tp o i n to fg e n e t i ci n f o r m a t i o nf l o w p r o m o t e rd e t e r m i n e st h ep o s i t o no f t r a n s c r i p t i o n a ls t a r tp o 辆ta n dt h e 蠹e q u e n c yw i t hw h i c ht h eg e n ei st r a n s c r i b e d ，s o p r o m o t e rr e c o g n i t i o ni si m p o r t a n tf o rg e n o m ea n n o t a t i o n ，i nt h ef i r s tp a r to ft h i s d i s s e r t a t i o n , p o s i t i o n a ld i s t r i b u t i o n so f o v e r l a p p i n g1 b d m e r sa r ef o c u s e d a r t i f i c i a ln e u r a l n e t w o r k ( a n n ) ，g e n e t i ca l g o r i t h m s ( g a n dm a r k o vm o d e l h a v eb e e na p p l i e d t od n a s e q u e n c em o t i f n d i n gp r o b l e m sb yd e v e l o p i n gn e u r a ln e t w o r km o d e la n d m a r k o vm o d e lf o rr e c o g n i t i n gt h e s ed n a s e q u e n c em o t i f t h em a i nc o n t e n t sa n ds o m e c o n c l n s i o 珏sa r ea sf o l l o w s ： 1 。an e wc o n t a n t - b a s e dm e t h o di sd e v e l o p e df o rt h ed e t e c t i o no fp r o m o t e r so f e u k a r y o t i cp r o t e i ne n c o d i n gg e n e s 。t h r e ep o s i t i o nw e i g h tm a t r i c e s ( p w m s ) h a v eb e e n e s t a b l i s h e df o rp r o m o t e r , e x o n , a n di n t r o nr e g i o n s e q u e n c ei n f o r m a t i o nc o n t e n ti s q u a n t i f i c a t e db yt h ec o n t e n t sr e p r e s e n t a t i o n a ls c o r e , w h i c hi sc a l c u l a t e db yc o m p a r i n g t h es e q u e n c e sc o n t e n tt ot h ew e i g h tm a t r i x ab a c k p r o p a g a t i o n ( b p ) n 吼l 糌ln e t w o r ki s u s e dt oc l a s s i f yt h r e ed n as e q u e n c em o t i f sb ye s t a b l i s h i n gt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n s e q u e n c ep a r a m e t e r sa n dm o t i f s 。e x p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t et h a tt h es y s t e mp e r f o r m s s i g n i f i c a n t l yb 船o n b o t ht h et r a i n i n gs e ta n dt h et e s ts e t , t h em e a np r e d i c t i o nr a t ei s 醛 1 l i g h 黜9 9 o n t h e 甜曲哺1 9s e t a n d9 7 o n t h e t e s ts e t 2 an e wm o d e l 弧d e v e l o p e dt or e c o g n i z ee u k a r y o t i cp r o m o t e rs e q u e n c e sf r o m n o n - p r o m o t e rs e q u e n c e sb a s e do ng e n e t i ca l g o r i t h m sa n dn e u r a ln e t w o r k e x p e r i m e n t a l r e s u l t sd e m o n s t r a t et h es y s t e mp r e s e n t e di se f f e c t i v et o r e c o g n i z et h ep r o m o t e r s e q u e n c e so nb o t ht h et r a i n i n gs e ta n d0 nt h et e s ts e t t h em e a np r e d i c t i o nr a t ei s 蹦 越醇a s9 9 o nt h et r a i n i n gs e ta n d9 8 o nt h et e s ts e t 。 3 an e wm e t h o di sd e v e l o p e dt oc l a s s i f ya n o n y m o u sh u m a nd n a s e q u e n c e si n t o p r o m o t e r sa n dn o n - p r o m o t e r su s i n gm a r k o vt r a n s i t i o nm a t r i x ( m t m ) t h es y s t e m c o m b i n e st h r e em a r k o vc h a i n sm o d e l i n gt h r e ed n af u n c t i o n a lr e g i o n s ( p r o m o t e r ，e x o n a n di n t r o n ) r e s p e c t i v e l y 。t h em t mf o rm a r k o vc h ；k i ni se s t a b l i s h e db a s e do nt h e s t a t i s t i c a lc o n c e p to ft r a n s i t i o np r o b a b i l i t i e si ns p e c i f i cf u n c t i o n a ld n ar e g i o n s ，a n d 瑶 藏庆大学博士学位论文 t h e s ep r o b a b i l i t i e sa r em o d e l e da sas e to fm 协出s e q u e n c ew a sc l a s s i f i e d b yt h e p r o b a b i l i t yo f t h i ss e q u e n c eg e n e r a t e db yas t o c h a s t i cp r o c e s sa c c o r d i n gt ot h et r a n s i t i o n m a t r i x ，ag i v e na n o n y m o u ss e q u e n c ew i l lb ea s s i g n e dt or e g i o nw h i c hp r o b a b i l i t yi st h e l a r g e s t 。ad a t as e tc o n s i s t i n go f4 0 0h u m a np r o m o t e rs e q u e n c e s ，4 0 0h u m a nc x o n s e q u e n c e sa n d4 0 0h u m a ni n t r o ns e q u e n c e sw a sa p p l i e df o rc o n s t r u c t i n gt h es y s t e ma n d t e s t i n gi t sp e r f o r m a n c e 。e x p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t et h a tt h es y s t e mh a sh i g h e l a s s i f i c a t i o nf o rt h e s ed n a s e q u e n c e s t h em e , a l la c c u r a c yo f c l a s s i f i c a t i o ni s8 4 q u a n t i t a t i v es t r u c t u r e - a c t i v i t yr e l a t i o n s h i p ( q s a r ) i n v e s t i g a t e st h eq u a n t i t a t i v e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h em o l e c u l a rs t r u c t u r a lp a r a m e t e r sa n db i o l o g i c a la c t i v i t i e so r f u n c t i o n s 。q u a n t i t a t i v es e q u e n e c e - a c t i v i t ym o d e lf o rd n aa n dp r o t e i no rp e p t i d ei sa n a d v a n c e dt o p i co fp o s t - g a n o m i e s ( f u n c t i o n a lg e n o m i e so rp r o t e o m i e s ) ，a n di ti sv i t a l l y i m p o r t a n tt ot h ei n t e r a c t i o no fd n a a n dp r o t e i n , t h ep r e d i c t i o no f p r o t e i nf u n c t i o n ，t h e p r o c e s so f d r u g - d e s i g na n ds oo n m o l e c u l a rs l l - u c t u r a lc h a r a c t e r i z a t i o ni so n eo f t h ek e y s t e p st ot h es u c c e s s f u lq 8 舢乙m o l e c u l a re l e c t r o n e g a t i v i t y d i s t a n c ev e c t o r 蠼d v ) ， b a s e d0 nr e l a t i v ee l e c t r o n e g a t i v i t yo f n o n - h y d r o g e na t o m sa n dr e l a t i v ed i s t a n c e 套斟懈n n o n 1 a y d r o g e na t o m s ，i sd e v e l o p e di no u rl a bt od e s e r i b l em o l e c u l a rs t r u c t u r ef o r p h a r m a c y a n dv a r i o u sm o l e c u l a r sw i t hd i f f e r e n tb i o l o g i c a la c t i v i t i e s 。i nt h es e c o n dp a r t o ft h i sd i s s e r t a t i o n , m e d vh a sb e e ne x t e n d e dt oc h a r a c t e r i z ed n aa n dp e p t i & ，a n da n o v e ls e to f 懿辅嚣蠹琏越d e s c r i p t o r s 。c a l l e dt h eb o n d - a s s e c i a t i o nc l a s s i f i e dm o l e c u l a r e l e c t r o n e g a t i v i t y - d i s t a n c ev e c t o r ( b m e d v ) h a sb e e nd e v e l o p e da c c o r d i n gt oan e w c l a s s i f i c a t i o np a t t e mo fn o n - h y d r o g e na t o m s ，w h i c hc o n s i d e r sb o t ht h en u m b e ro f c h e m i c a lb o n d sa n dt h et y p eo fc h e m i c a lb o n d sa s e f f e c t i n g f a c t o rt oa t o m i c e l e c t r o n e g a t i v i t ya n dm o l e c u l a ra c t i v i t y t h em a i nc o n t e n t sa n ds o m ec o n c l u s i o n sa r ea s f o i l o w s ： 1 t h ea p p l i c a b l ef i e l d so fm e d v 黜e x t e n d e d 。m e d vh a sb e e nr e l a t e di i 。 s t r e n g t ho fp r o m o t e r s t h em o l e c u l a rs t r u c t u r eo fp r o m o t e rh a sb e e nc h a r a c t e r i z e db y i 蠼d vf o rb o t hv 舭a n dv s ss c h e m e s 。q u a n t i t a t i v em o d e l sb e t w e e ns l n l e t u r ea n d s u e n 鼬a r ee s t a b l i s h e db ym u l t i p l el i n e a rr e g r e s s i o n ( m l r ) a n ds m p w i s em u l t i p l e r e g r e s s i o n ( s t a r ) 。髓豫r e s u l t ss h o wt h em o d e l sa r ep r o v i d e dw i t hf a v o r a b l ee s t i m a t i o n s t a b i l i t ya n dp r e d i c t i o na b i l i t y t h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t so f t h eb e s tm o d e l sa r e0 9 0 2 a n d0 + 9 0 5r e s p e c t i v e l yf o rt w or e s e a r c hs c h e m e s ；t h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t so f c r o s s - v a l i d a t i o n ( c v ) a r 。0 8 7 8a n do 8 8 2r e s p e c t i v e l y t h ep a r a m e t e r ss e l e c t e dt h r o u g h s m ra r em 珞m 薹毒a n dm l l ，m 黔r e s p e c t i v e l yf o rt w or e s e a r c hs c h e m e s 。a n a l y s i so f p e r f o r m a n c ef o rt w or e s e a r c hs c h e m e si n d i c a t e dt h a tt h eb a s e s a r et h em a i ns t r u c t u r a l i v 英文摘要 f e a t u r e si nd n a ，a n db a s e sc h a r a c t e r i z a t i o nc a l lb eu s e dt od e s c r i b et h ee n t i r ed n a n l i sw i l lm a k ec h a r a c t e r i z a t i o ns i m p l e ra n dm o r ee f f i c i e n t 2 。an o v e ls e to fs t r u c t u r a ld e s c r i p t o r s ，c a l l e dw i t hb o n d - a s s o c i a t i o nc l a s s i f i e d m o l e c u l a r e l e c l r o n e g a t i v i t y - d i s t a n e ev e c t o r ( b m e d v ) h a sb e e nd e v e l o p e dt o c h a r a c t e r i z et h es t r u c t u r e so fa m o e b a p o r e sa n dt h e i ra n a l o g s ，a n d q u a n t i t a t i v e r e l a t i o n s h i pb e t w e e ns l r u c t u ma n da n t i b a c t e r i a la c t i v i t yw a se s t a b l i s h e db ym u l t i p l e l i n e a rr e g r e s s i o na n ds t e p w i s em u l t i p l e r e g r e s s i o n 鬈艟r e s u l t ss h o wt h em o d e l s c o n s t r u c t e da r ep r o v i d e dw i t hf a v o r a b l ee s t i m a t i o ns t a b i l i t ya n dp r e d i c t i o na b i l i t y 稍协 c o n e l a l i o i lc o e m c i e n t so ft h eb e s tm o d e l sa t eo 9 4 3 ，o 9 1 2 ，o 9 0 4 ，0 8 6 6a n do 。9 4 5 r e s p e c t i v e l yf o rv a h ，v s ，v s s ，v m o s ，v m o s ss c h e m e s ；t h ee o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t so f c r o s s - v a l i d a t i o n a r eo 7 3 7 ，0 8 4 3 ，o 8 1 5 ，0 7 4 5a n do 。8 3 0r e s p e c t i v e l y a n a l y s i so f p e r f o r r a 鲢e ef o rf i v er e s e a r c hs c h e m e si n d i c a t e st h a tt h er e s i d u ei st h em a i ns t r u c t u r a l f e a t u r ei nt h i sp c p t i d es y s t e m , a n dr e s i d u ec h a r a c t e r i z a t i o nc a nb eu s e dt od e s c r i b et h e e n t i r ep e p t i d e ，矾娃sw i l lm a k ec h a r a c t e r i z a t i o ns i m p l e ra n dm o r ee f f i c i e n t + k e y w o r d s ：p r o m o t e rp r e d i c t i o n , p o s i t i o nw e i g h tm a t r i x ， n e u r a ln e t w o r k , g e n e t i ca l g o r i t h m s , m a t r k o vm o d e l ， q u a n t i t a t i v es m a c t u r e - a c t i v i t yr e l a t i o n s h i p , m o l e c u l a rs t r u c t u r a lc h a r a c t e r i z a t i o n , m o l e c u l a re l e c t r o n e g a d v i t y - d i s t a n c ev e c t o r , b o n d - a s s o c i a t i o nc l a s s i f i e dm o l e c u l a re l e c t r o n e g a t i v i t y - d i s t a n e ev e c t o r , a m o e b a p o r e ， a n t i b a c t e r i a la c t i v i t y v 1 绪论 l 绪论 1 1 启动予预测研究的意义 2 0 0 3 年4 月1 4 妇，国际人类基因组测序组隆羹宣布：獒、英、日、法、德和 中国科学家历经1 3 牮的共同努力，人类基因缀“序列图”芬称“完成图”，提蘸 绘制成功。凝此，酸测序为难的“缔构基因组学”研究已越于尾声，基因缀学进 入了“后基因组学”也称“功能基因组学”对代。人类基西缀大约出3 0 亿碱基对 构成，在功艉基因缀游代，如何在遮浩如烟海的序剐数据中定位基因组中的各种 功能单元以及建立这些功能单元之间的相纛作用关系网络，从而在分予水平上全 景式镯示生命的类妙毯成兔压大鹩撬战。 在每种生命体的基因组d n a 中都包含髓类功能区域：一类是决定基因产物结 构帮功戆豹编码区；勇一类篷调控嫠函对空袭达颓窿帮表达方式嗣调控区。诵控 区包禽启动予、增强予、内禽子等为数众多的非编码组分，隐含着整个生命活动 静鬏零控裁定律。如果说编褥嚣是桶建生命夫篪豹结构基器的话，那么调控嚣煲 j 是这庶宏伟建筑的设计蓝图。对人类基因缎来说，迄今为此，人们真正掌攒规律 豹哭骞d n a 上缓璐蛋鑫霞豹区壤 基嚣) ，蓑薪资辩说弱这部分孝雍只占簇霞缀 的3 - 5 。而对这仪占人类蕊因组3 5 的编码医的相关研究已经缔造了数十名 诺煲零奖获褥者，嚣魏，寻找9 5 毒 缡羁嚣牵谖控单元静缡鹂将鬣、僖意诿节与 表达规律将熬未来相当长时间内的热点课题，是取得重要成果的源泉。 逶攀来说，寝动予是基瓣缝孛羧霪要熬浇控元转。薹嚣豹表达调控豁蠛在诲 多屡面上，德主要是转录水平的调控。而启动子决定着转录的起始和转录的频率， 是理熊基因转录调控提刳纛表达模式瓣关键。j l 垂赛粒子戆磷究，簧统圭莛遴：遘生 物学实验方法来测定的，如突变分析、免瘦沉淀、日】迹技术等。这然方法赞时费 力，疆显难以在金基飘组麴规模上对痿动子滋霉系统骥究。避丑年逛税鹣d n a 葛 片技术虽然能做到这一点，假发展不成熟、受随机因素影响大、实验重复憔差、 费用爨贵等缺点制约了其广泛豹应用。因戴，如累然铡熙计算规镁竣凝兴瓣数据 挖掘技术( d a t am i n i n g ) ，对垒基因组内己知启动予序列的密码模式谶行深入研究， 发现其中媳黹遍规终，并将茭用于来知彦列的分榜3 | 冬具有黧耍意义。这秘囊魂子 计算机预测方法将使在全蓦鞫组范圈内快速定位并分析启动子序列成为可舷，并 有助予对基因表达调控网络避幸亍快遮精确地分柝。阏时，其建立起来的知识发现 ( k n o w l e d g ed i s c o v e r y ) 方案也可推广为一种序列_ 元件的通掰分析模式，最终将促 进生物信息中如基因预测、鬣自功能预测、遗传语蠢分析、调控网络、代谢嘲络、 眈较纂因组叛及全基因组结构功能浚释等各个领域的繁荣与发展。对于发现新的 魔庆大学博士学位论文 未知基鞠而言，其决定意义更为明显，因为启动子标记了基因首个外鼎子的起始 位点，豫这首个崧显予通常是缀难预测的，尤其是娄其银短或处在未翻译区时。 因此，w 以这么说，发现了启动子就等于发现了基因。此外，启动予预测对熬因 治疗方法中改蛰表达载体或基因导入系统也其寅重要意义。 1 2 启动子的结构与功熊【l 棚 1 2 1 扁动子的结构 1 2 1 1 源核生物的启动子结构 1 2 1 ，1 1 操级蕊( o p e r o n ) 及箕结构 在服核生物中，很多功能上相关的基因前后相连成串，由一个共同的控制区 迸行转蒙豹控制。翘播结构基因和控铡区敬及调节墓鞠的整个核营酸序弼嘲徽操 纵元。操纵元的控制区由两个部分组成。从结构基因溯流而上而紧靠结构基因的 部分明徽搡俸予( o l m t o r ) 。窕是调节萋嚣产物疆遢鬣白静缭含位煮。阻遁灏宣 本身有两个结含位点，一个是岛操作予结合的，叫做操作子能点；另一个是国诱 导耪缮念静，潮傲诱譬耪斑点。警耋瑶藏巾没有诱导耪辩，隧遥骚鑫与撩箨子缀合， 而使操作子及膳面的结构基因处于关闭状态；当细胞巾有诱导物存在时，则限遏 蛋鑫每撩捧子解离并鸶诱导锈缀合，邃对操终予及器鬣懿结擒蒸毽憝予舞藏获悫， 使r n a 聚合酶能够通过而执杼其转录功能。搡作子好比道暾气开关，控制萁后 器静全熬缝褥蒸嚣鹣嚣麓。获搡棒子褥滚流露上，藏蔗要一个控裁嚣域，聪徽癌 动予。扁动子对于转录的起始十分重簧，转录过程中肖几个羹耍的事件发生= 磁启 动予上，r n a 聚合爨谈羯d n a 上熬特辣窘列，渡合适熬擒象稳至缝会，蠢舞溅a 链以进入需要转录的碱基部位，然后歼始合成。这一系列事件，主要是由启动予 熬碱蕊渗捌窝r n a 聚会酶瓣# 耍萋爨澍导懿。对予慕鏊裹动子寒说，还鬟要一些 辅助性骚白质。这些事件可以分为三步：( 1 ) r n a 聚合酶结合副识别绽点上；( 2 ) 移动劐一令越始垃纛上；( 3 ) 建立一个开放性痘魏子复会耱( o p e n - p r o m o t e r c o m p l e x ) 。 l 。2 。1 。i 。2 器接嫩凌懿囊动子缝橡 在操纵元中，从m r n a 开始转秉的位点以上，都是启动予的序列。整个扇动 子霹以分嚣个部分，土游部分爨c a p - c a m p 结合位点，下游部分是r n a 聚食酶 进入位点。r n a 聚合酶进入位点包括了识别傲点和结合位点。现在，人们已经弄 瀵楚了谗多启凌予雏核萤酸廖列。透过对大豢启动子遴行分予遗传学分析，发现 了原核启动子霸白一般模式。大多数启韵子在- 2 5 附近都有一个t a t a 糕，在- 7 5 附 近有一个c c a a t 框。为了方便，人们将m r n a 开贻转录蛇一个碱基( 转录起始 点) 宠为+ l ，沿转录方向顺流而下均用正值表示 溯流丽上鹪启动予部分，均用 2 1 绪论 负毯寝示。 a 。p r i b n o w 框；人们发现在- 1 0 志右的一段核蛰羧序列巾，大多包会t a t a a t 序梦醯藏是稍商不同的变化形式，如果用t a t p u a t 采表示，则更为适用。其中带底 线的翻：为保守t ，它存在予垦前已知的几警所有魔动予中，一般饺子6 到，9 。头 两个谈营酸怒t a 的也占3 4 以上。这样盼六核苷酸序列称为p r i b n o w 框，出于在 - 1 0 位点附避，所以又称为- l o 序列。不同的启动予，其位黧略有不同，一般都在 _ 4 笺一1 3 静魏国之肉。p r i b n o w 框的一致净梦玎为t 9 0 a 9 5 t 4 5 a 6 0 a s 0 6 。p r i b n o w 框是 r n a 聚合酶的牢固结合位点，简称结合位点。在这羼，可黥由于r n a 聚食酶鲍 诱导作霜，猩这富含a t 酶p r i b n o w 框内的d n a 澈螺旋首先“熔解”。这个泡状 物扩太到1 7 个核瞥艘左右，与r n a 聚合酶形成所谓开放性启动予复合物。从两 傻r n a 聚合薅定淘。使之按颓流方怒移动稻行使其转录功耱。 b s e x t a m a 框# 对于大多数启渤子来说，在r n a 聚合酶覆盖的部分还有一 个耋簧豹莲域，鹤簸s e x t m n a 程，箕位萋在0 5 辩谶，西藏x i q - 3 s 謦强，菸一致 序列为t 8 2 t s 4 f i 7 s a 6 s c 5 4 a 4 5 。- 3 5 序列是r n a 聚合酶初始结禽位点，r n a 聚合酶依 靠萁口暨萋蘩 爨该缀点，嚣魏又称梵r n a 聚合酶识爨使煮。其癸狳证据惫：当 r n a 聚合酶所保护的片断撼纯以后褥加入r n a 聚合酶，：者仍能很好地结合； 毽在攘r n a 聚合懿乏羲，麓h i n d l i 在3 5 磐戮土韬断d n a ，茭| jr n a 聚合瓣就不 能结合。同时，目前融经发现的影响扁动子活性的若千突变体的突变位点集中在- 3 5 彦残审秘1 0 窿裂瓣避。胃霪这是露个譬要豹经焘。r n a 聚会酶先绥会于| 3 5 涝巍， 然后才结合予1 0 序列。至予r n a 聚合酶如何从一介位置上转到另一个位徽上， 过去篱经滚移一耪“浮动”稳瑕说，瑗在虽不能接狳这静鬣说，毽苓太像是溪动。 有些实验证据表明，可能是a 亚基识别3 5 序列并与之结合。由于r n a 聚会酶分 子缀长，大终能覆盖7 0 b p 匏d n a 黟贰，爨l 避酶分予上瓣一令适合熬使藏簸达蘩 1 0 序列区域。酶分予一旦岛。1 0 序列结合以后，就巍即从识别位点上解离下来。 1 3 5 黪戮蛉璧妥性还凝于，这一序刭翡核黄敬维擒在摄大程嶷上决意了密动子懿强 度。r n a 聚龠酶很容易识别强肩动予，而对弱启动予的识别较差。而p r i d n o w 框 的碱基序列道过影噙开放性崩动子复会物的形成遮庹薅控制转录。这蘧个謦列是 决定启动子强度韵爨甍因素。这样，细胞可以由此来调节单位时间内所转录的 m r n a 分子数，从聪控制蛋白质的会成速度。 在p r i b n o w 框和s c x t a m a 框之间的碱基痔歹1 j 并不特剐重瑟，因为这个序列上的 碱基替代突交对转豢效率影响不大。然面这鼹个序列之间的距离却十分重纂e 实 验表髓，两个序列之间为1 7 b p 时转寐效率最高。天然启动乎中这一段距离大多为 1 5 b p 2 0 b p ，距离的大小也可能是决定启动予强度的因素老一。 c c a p 位点：翔前所述，调节藻因所产生的隘遥蛋白邋过与搡作予以及诱导 黛庆大学博士学位论文 物相互作用而实现对基因转录的调控。这是一种负调控机制。细胞中许多基因的 表达还窍盔着一糖蓬调控爨裁。铡鳃，懿暴e 瑚矗在会鸯戮糖秘楚莓糖瓣培姜纂中 生长，则细菌烈利用葡萄糖而对乳糖的存在不予理睬。原来麓细胞内缺少葡萄糖 畦，腺棼酸琴化黪壤a t p 转变成c a m p ，c a m p 与其跫俸蛋白c a p ( c y c l i ca m p r e c e p t o rp r o t e i n ) 结合成复合物，这个复合物再与启动予上的c a p 位点结合。这样， 鏖动子上豹进入位点方能与r n a 聚合懿耀结会。相反，当有麓祷糖存凌对，c a m p 不能形成，c a p 也就不能与扁幼子上的c a p 位点相结合，启动予上的鼬a 黎合 酶进入位点就不能结合r n a 聚合酶。这样，一个操纵冗中的一组基因就有两邋控 制开关，只有嚣遭开关同时打评时，慕因才能够转录。 乳糖启动予有两个c a p 结合位点，一个悬在- 7 0 鬻4 - 5 0 ( 位点i ) ，另一个是在 ，5 0 到4 0 ( 位点) 。位点i 包含一个反向黧笈序列，这儆擎是大多数强结会位 点的特征。位点i i 是一个很弱的结合做点，但是当c a m p - - c a p 复合结合于倪点 i 对，艇点i i 结合c a m p - c a p 复合物的能力霾著提高。这穗就是所谓协同羧应 ( c o o p e r a t i v i t y ) 。一旦位点被占据，r n a 聚合酶就很快与w 3 5 序列结合，然后 再与1 0 序歹l | 缀合。 实验表明，如果缺少c a p ，尽管乳糖启动乎的一3 5 序列和- l o 序列存在并保持 完整，餐是。3 5 序列不窘缀爵稳结合r n a 聚合簿；嚣p r i b n o w 框确实靛结合r n a 聚合酶，但是褥到的悬一个闭合的启动予复合物。也就是说，在这个起始区域内 餐d n a 双缀麓结梅不发生熔麟，歼放槛蠹蓊予复台秘不能形藏，遣裁无法秀贻转 录。据认为，乳糖启动子的p r i b n o w 糯中的t a t q t t 序列，其中心的一个g c 碱 萋对壤麴了双螺旋结糖浆稳定性，戮魏r n a 聚会黪还不是弑诱罨箕熔瓣。 c a p - c a m p 复食物的结合，使c a p 位点附近的富含g c 区域双螺旋结构稳邂性 洚低，瓣瑟使p r i b n o w 糕豹熔解温度辫强，跌纛健迸7 舞藏蛙襄韵子复会凌豹形或。 关于乳糖操纵煎的启动子突变体l a c - u f - 5 的研究支持上面的观点。在舰- u f - 5 的 p r i b n o w 壤孛，寒嚣令藏薹突交( g a 、孓一a ) 。其廖裂魏t a t a a t ，在缺乏c a p 的情况下，也能形成歼放性启动子复食物，进行有效的转录。这可能就是因为中 阕载g * c 碱基黠夔丧失降低了双螺旋瓣稳定搜，傻k n a 聚合酶在缺麓c a p 骢馕 况下也能诱导其熔解。 燕塞费子转交效攀上舞黪突变称必启动予上舞突变( p r o m o t e ru pm u t a t i o n ) ， 使转录效率下降的突变则称为扁动予下降突变( p r o m o t e rd o w nm u t a t i o n ) 。上升与 下降罴；c 砉于隧一令启动子在突交翦蓐薅砉。农不弱的痘动予审，很可能甲扇劝子 下降突变后的转录效率仍然高于乙启动于上升突变后的转录效率。一般说来，各 特异搜拳歹4 趋两手一致序列的突变以及p f i b n o w 框与$ e x t a m a 捱之间的距离趋向予 1 7 b p 豹突变均袭现为上升突燮；相反，刚产缴下降突变。然而，在我们预言扁动 4 1 绪论 予突变效虚时，也常会失效。很可熊因为某种序列特征在那个特定的启动子中并 不适用甚至必须排羧；也可瞧在上述尼魏特是性廖罗之癸瓣菜个碱萋或几个碱基 对那个启动予是必需的。遮糖基因的转录很_ 町能还需要有蛋白质辅助因子的参加。 1 2 1 2 寞核嶷物的感旗子缝梅 真核生物有三种r n a 聚合酶，每一种都有自融特定的启动子凝型。r n a 聚 合酶【只转泶r r n a ，只有辩启动子类型。r n a 聚食酶疑盈责蛋蠹质基鼠积部 分s n r n a 蒸因的转泶，其扁动子缩构最为笈杂。r n a 聚合酶i 负责转录t d n a 和5 s r d n a ，其启动子位于转录的d n a 序梦之内，称为下游启动予。本文将主要 锌对控制蛋巍编码慕函转录的r n a 聚合酶h 启动予，这也鼹现今许多启