生物化学和分子生物学：第十八章基因表达调控

1、第十八章第十八章 基因表达调控基因表达调控 本章主要内容：本章主要内容： 1. 1. 基因表达及调控相关的概念基因表达及调控相关的概念 2. 2. 操纵子是原核生物转录的基本单元操纵子是原核生物转录的基本单元 3. 3. 原核基因表达的调控方式原核基因表达的调控方式 4. 4. 真核基因表达的多层次复杂调控真核基因表达的多层次复杂调控 5. 5. 调控调控RNARNA在真核基因表达调控中的作用在真核基因表达调控中的作用 第一节第一节 基因表达与基因表达调控的基因表达与基因表达调控的 基本概念与特点基本概念与特点 基因表达基因表达(gene expression)是基因转录及翻译的过是基因转录及

2、翻译的过 程，即：生成具有生物学功能产物的过程。程，即：生成具有生物学功能产物的过程。 基因表达调控（基因表达调控（regulation of gene expression): 细胞细胞 或生物体接受内外环境信号刺激时或适应环境变化或生物体接受内外环境信号刺激时或适应环境变化 过程中在基因表达水平上做出应答的分子机制。过程中在基因表达水平上做出应答的分子机制。 基因表达及调控的特点：基因表达及调控的特点： 1. 1. 基因表达具有时间特异性和空间特异性；基因表达具有时间特异性和空间特异性； 2. 2. 基因表达的方式存在多样性基因表达的方式存在多样性 3. 3. 基因表达受顺式作用元件和基因

3、表达受顺式作用元件和 反式作用因子共同调节反式作用因子共同调节 4. 4. 基因表达调控呈现多层次和复杂性。基因表达调控呈现多层次和复杂性。 胰腺胰腺 vsvs 肝脏的高表达基因肝脏的高表达基因 一、基因表达具有时间特异性和空间特异性一、基因表达具有时间特异性和空间特异性 1. 1. 时间特异性时间特异性 按功能需要，某一特定基因的表达严格按特按功能需要，某一特定基因的表达严格按特 定的时间顺序发生，称之为基因表达的定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间时间 特异性特异性(temporal specificity)。 多细胞生物基因表达的时间特异性又称多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段阶段

4、 特异性特异性(stage specificity)。 2. 2. 空间特异性空间特异性 同一个体不同器官、组织和细胞出现的基因特异性同一个体不同器官、组织和细胞出现的基因特异性 表达称为表达称为差异基因表达差异基因表达(differential gene expression)(differential gene expression)。 基因表达谱基因表达谱(gene expression profile)(gene expression profile)指个体、器官、组指个体、器官、组 织或细胞中基因表达的种类和强度。织或细胞中基因表达的种类和强度。 在个体生长、发育过程中，一种基因在不

5、同的组织在个体生长、发育过程中，一种基因在不同的组织 或器官顺序表达，或器官顺序表达，称之为基因表达的称之为基因表达的空间特异性空间特异性 (spatial specificity)，又称为，又称为细胞细胞或或组织特异性组织特异性(cell or tissue specificity) 。 二、基因表达的方式存在多样性二、基因表达的方式存在多样性 组成型表达组成型表达(constitutive expression) 诱导表达诱导表达(inducible expression) 阻遏表达阻遏表达(expression repressed) 协调表达协调表达(coordinated expres

6、sion) （一）有些基因几乎在所有细胞中持续表达（一）有些基因几乎在所有细胞中持续表达 某些基因在一个个体的几乎所有细胞某些基因在一个个体的几乎所有细胞 中持续表达，通常被称为中持续表达，通常被称为管家基因管家基因 (housekeeping gene)。 无论表达水平高低，管家基因较少受环无论表达水平高低，管家基因较少受环 境因素影响，而是在个体各个生长阶段境因素影响，而是在个体各个生长阶段 的大多数或几乎全部组织中持续表达，的大多数或几乎全部组织中持续表达， 或变化很小。区别于其他基因，这类基或变化很小。区别于其他基因，这类基 因 表 达 被 视 为因 表 达 被 视 为 组 成 性 基

7、 因 表 达组 成 性 基 因 表 达 (constitutive gene expression)。 （二）有些基因的表达受到环境变化的诱导（二）有些基因的表达受到环境变化的诱导 和阻遏和阻遏 在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活， 基因表达产物增加，这种基因称为基因表达产物增加，这种基因称为可诱导基可诱导基 因因( (inducible gene) )。 可诱导基因在特定环境中表达增强的过程，可诱导基因在特定环境中表达增强的过程， 称为称为诱导诱导(induction)。 如果基因对环境信号应答是被抑制，这种基如果基因对环境信号应答是被抑制，这种基

8、 因是因是可阻遏基因可阻遏基因(repressible gene)。可阻遏。可阻遏 基因表达产物水平降低的过程称为基因表达产物水平降低的过程称为阻遏阻遏 (repression)。 在一定机制控制下，功能上相关的一组基在一定机制控制下，功能上相关的一组基 因，无论其为何种表达方式，均需协调一因，无论其为何种表达方式，均需协调一 致、共同表达，即为致、共同表达，即为协调表达协调表达(coordinate expression)，这种调节称为，这种调节称为协调调节协调调节 (coordinate regulation)。 （三）生物体内不同基因的表达受到协调调节（三）生物体内不同基因的表达受到协调

9、调节 四、基因表达受顺式作用元件和反式四、基因表达受顺式作用元件和反式 作用因子共同调节作用因子共同调节 基因表达的调节与基因表达的调节与基因基因的结构、性质，的结构、性质， 生物个体或细胞所处的内、外生物个体或细胞所处的内、外环境环境，以及细，以及细 胞内所存在的胞内所存在的转录调节蛋白转录调节蛋白有关。有关。 （一）特异（一）特异DNA序列决定基因的转录活性序列决定基因的转录活性 （二）转录调节蛋白可以增强或抑制转录活性（二）转录调节蛋白可以增强或抑制转录活性 调节基因产物不仅能对处于同一条调节基因产物不仅能对处于同一条DNA链上的结构链上的结构 基因的表达进行调控，而且还能对不在一条基因

10、的表达进行调控，而且还能对不在一条DNA链链 上的结构基因的表达起到同样的作用，这些蛋白质因上的结构基因的表达起到同样的作用，这些蛋白质因 子称为子称为反式作用因子反式作用因子（是指能直接或间接地识别或结是指能直接或间接地识别或结 合各类顺式作用元件参与调控靶基因转录效率的蛋白合各类顺式作用元件参与调控靶基因转录效率的蛋白 质质）。）。 调节序列与被调控的编码序列位于同一条调节序列与被调控的编码序列位于同一条DNA链上，链上， 被称为被称为顺式作用元件顺式作用元件（存在于基因旁侧序列中能影响存在于基因旁侧序列中能影响 基因表达的序列基因表达的序列）。 顺式作用元件（顺式作用元件（cis-act

11、ing element)与反式作与反式作 用因子用因子(trans-acting factor) 指的是反式作用因子与顺式作用元件之间指的是反式作用因子与顺式作用元件之间 的特异识别及结合。通常是非共价结合，的特异识别及结合。通常是非共价结合， 被识别的被识别的DNA结合位点通常呈对称、或不结合位点通常呈对称、或不 完全对称结构。完全对称结构。 绝大多数调节蛋白质结合绝大多数调节蛋白质结合DNA前，需通过前，需通过 蛋白质蛋白质-蛋白质相互作用，形成蛋白质相互作用，形成二聚体二聚体 (dimer)或或多聚体多聚体(polymer)。 转录调节蛋白通过与转录调节蛋白通过与DNA或与蛋白质相互作用

12、对转或与蛋白质相互作用对转 录起始进行调节录起始进行调节 五、基因表达调控呈现多层次和复杂性五、基因表达调控呈现多层次和复杂性 基因表达的多级调控基因表达的多级调控 基因激活基因激活 拷贝数拷贝数 甲基化程度甲基化程度 转录起始转录起始 转录后加工转录后加工 mRNA降解降解 蛋白质翻译蛋白质翻译 翻译后加工修饰翻译后加工修饰 蛋白质降解等蛋白质降解等 六、基因表达调控是生物体生长和六、基因表达调控是生物体生长和 发育的基础发育的基础 （一）适应环境、维持生长和增殖（一）适应环境、维持生长和增殖 （二）维持细胞分化与个体发育（二）维持细胞分化与个体发育 第第 二二 节节 原核基因表达调控原核基

13、因表达调控 转录水平调控转录水平调控 转录后调控转录后调控 翻译水平调控翻译水平调控 调控区调控区 CAPCAP结合位点结合位点 启动子启动子 操纵元件操纵元件 结构基因结构基因 z z：-半乳糖苷酶半乳糖苷酶 y y：通透酶：通透酶 a a：乙酰基转移酶：乙酰基转移酶 分解乳糖的酶分解乳糖的酶 z y aOPDNA I I基因基因 CAP: catabolite gene activator protein, 分解物基因激活蛋白分解物基因激活蛋白 一、操纵子是原核生物的转录单元一、操纵子是原核生物的转录单元 操纵子操纵子(operon)是由功能相关的结构基因及其上游调控序列是由功能相关的结构

14、基因及其上游调控序列 组成的转录单元，结构基因串联排列、转录受调控序列控制。组成的转录单元，结构基因串联排列、转录受调控序列控制。 调控序列包括启动子调控序列包括启动子(promoter, P)和操纵序列和操纵序列(operator, O)。 终止子终止子 结构基因结构基因 PO 调控区调控区 启动子启动子 操纵元件操纵元件 操纵子操纵子 多顺反子多顺反子mRNA (polycistronic mRNA, polycistron)： mRNA带有编码几个甚至十几个蛋白质的序列信息，带有编码几个甚至十几个蛋白质的序列信息， 存在于一个操纵子中，一次转录而成。存在于一个操纵子中，一次转录而成。 单

15、顺反子单顺反子mRNA (monocistronic mRNA, monocistron)： mRNA只带有一个结构基因的信息，编码一种蛋白质。只带有一个结构基因的信息，编码一种蛋白质。 转录起始是重要且主要的调节环节转录起始是重要且主要的调节环节 1. 1. 因子决定因子决定RNARNA聚合酶识别特异性聚合酶识别特异性 不同的不同的因子决定特异基因的转录激活；环境变化因子决定特异基因的转录激活；环境变化 可诱导产生特定的可诱导产生特定的 ，从而转录一套特定的基因。，从而转录一套特定的基因。 70-RNA 聚合酶聚合酶 30： 启动正常基因的表达启动正常基因的表达 32-RNA 聚合酶聚合酶

16、42 合成热激蛋白合成热激蛋白 -35-35区区-10-10区区 / N N短短 N6-7热激蛋白基因热激蛋白基因 +1 不能被不能被70 70-RNA -RNA 聚合酶识别聚合酶识别 RNA转录起始转录起始 -35区区-10区区 TTGACATTAACT TTTACATATGAT TTTACATATGTT TTGATATATAAT CTGACG TACTGT N17 N16 N17 N16 N16 N7 N7 N6 N7 N6 A A A A A trp tRNATyr lac recA Ara BAD TTGACA TATAAT共有序列共有序列 五种五种E.coli启动子的共有序列启动子的

17、共有序列 2. 2.启动子启动子共有序列共有序列决定转录频率决定转录频率 3. 3. 调节基因编码调控蛋白结合基因调控序列调节基因编码调控蛋白结合基因调控序列 调控转录活性调控转录活性 阻遏蛋白阻遏蛋白, ,激活蛋白等激活蛋白等 原核操纵子受到阻遏蛋白的负性调节原核操纵子受到阻遏蛋白的负性调节 原核基因调控普遍涉及特异阻遏蛋白参原核基因调控普遍涉及特异阻遏蛋白参 与的开、关调节机制。与的开、关调节机制。 当阻遏蛋白与操纵序列结合或解聚时，当阻遏蛋白与操纵序列结合或解聚时， 就会发生特异基因的阻遏或去阻遏。就会发生特异基因的阻遏或去阻遏。 操纵序列操纵序列 阻遏蛋白阻遏蛋白( (represso

18、r) )的结合位点的结合位点 当操纵序列结合有当操纵序列结合有阻遏蛋白阻遏蛋白时，会阻碍时，会阻碍 RNA聚合酶与启动序列的结合，或是聚合酶与启动序列的结合，或是RNA聚聚 合酶不能沿合酶不能沿DNA向前移动向前移动 ，阻碍转录。，阻碍转录。 启动序列启动序列编码序列编码序列操纵序列操纵序列 pol 阻遏蛋白阻遏蛋白 激活蛋白激活蛋白(activator)可结合启动序列邻近的可结合启动序列邻近的 DNA序列，促进序列，促进RNA聚合酶与启动序列的聚合酶与启动序列的 结合，增强结合，增强RNA聚合酶活性。聚合酶活性。 有些基因在没有激活蛋白存在时有些基因在没有激活蛋白存在时，RNA聚聚 合酶很少

19、或完全不能结合启动序列。合酶很少或完全不能结合启动序列。 二、乳糖操纵子是典型的诱导型调控二、乳糖操纵子是典型的诱导型调控 （一一）乳糖操纵子乳糖操纵子( (laclac operonoperon) )的结构的结构 调控区调控区 CAP结合位点结合位点 启动序列启动序列 操纵序列操纵序列 结构基因结构基因 Z： -半乳糖苷酶半乳糖苷酶 Y： 透酶透酶 A：乙酰基转移酶：乙酰基转移酶 ZYAOP DNA CAP: catabolite gene activator protein, 分解物基因激活蛋白分解物基因激活蛋白 mRNA 阻遏蛋白阻遏蛋白 I DNA ZYAOP pol 没有乳糖存在时没

20、有乳糖存在时 （二二）乳糖操纵子受阻遏蛋白和乳糖操纵子受阻遏蛋白和CAPCAP的双重调节的双重调节 阻遏基因阻遏基因 1 1、阻遏蛋白的负性调节、阻遏蛋白的负性调节 mRNA 阻遏蛋白阻遏蛋白 有乳糖存在时有乳糖存在时 I DNA ZYAOP pol 启动转录启动转录 mRNA 乳糖乳糖半乳糖半乳糖 -半乳糖苷酶半乳糖苷酶 laclac 操纵子与阻遏蛋白的负性调节操纵子与阻遏蛋白的负性调节 laclac 操纵子诱导剂：半乳糖，别乳糖，异丙基硫代半乳糖苷操纵子诱导剂：半乳糖，别乳糖，异丙基硫代半乳糖苷 + + + + + + + + 转录转录 无葡萄糖，无葡萄糖，cAMP浓度高时浓度高时 有葡萄

21、糖，有葡萄糖，cAMP浓度低时浓度低时 2、CAP的正性调节的正性调节 ZYAOP DNA CAP CAP CAPCAP CAP CAP 3、协调调节协调调节 当阻遏蛋白封闭转录时，当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能对该系统不能 发挥作用。发挥作用。 如无如无CAP存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序 列结合，操纵子转录活性极低。列结合，操纵子转录活性极低。 单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；若单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；若 有葡萄糖或葡萄糖有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在时，细菌首乳糖共同存在时，细菌首 先利用葡萄糖。葡萄糖对先利用葡萄糖。葡萄糖对 la

22、c 操纵子的阻遏作操纵子的阻遏作 用称用称分解代谢阻遏分解代谢阻遏(catabolic repression)。 mRNA 低半乳糖时低半乳糖时高半乳糖时高半乳糖时 葡萄糖低葡萄糖低 cAMP浓度高浓度高 葡萄糖高葡萄糖高 cAMP浓度低浓度低 RNA-pol OO OO Trp Trp 高时高时 Trp 低时低时 mRNA OP trpR 调节区调节区 结构基因结构基因 RNA聚合酶聚合酶 RNA聚合酶聚合酶 色氨酸操纵子的作用原理色氨酸操纵子的作用原理 操纵子关闭操纵子关闭 Trp Trp Trp 高时高时 Trp Trp 低时低时 mRNA OP trpR 调节区调节区 结构基因结构基因

23、 RNA聚合酶 RNA聚合酶 UUUUUUUU UUUUUUUU 调节区调节区 结构基因结构基因 trpRtrpRO OP P 前导序列前导序列 衰减子区域衰减子区域 UUUUUUUU 前导前导mRNAmRNA1 12 23 34 4 衰减子结构衰减子结构 第第1010、1111密码子为密码子为trptrp密码子密码子 终止密码子终止密码子 14aa14aa前导肽编码区前导肽编码区: : 包含序列包含序列1 1 形成发夹结构能力强弱：形成发夹结构能力强弱： 序列序列1/21/2 序列序列2/32/3序列序列3/4 3/4 trp trp 密码子密码子 UUUUUUUU 三、三、色氨酸操纵子通过

24、转录衰减的方式阻遏基因表达色氨酸操纵子通过转录衰减的方式阻遏基因表达 色氨酰色氨酰-tRNA 充足充足 UUUU 34 UUUU 3 3 4 核糖体核糖体 前导肽 前导前导mRNAmRNA 12 5 trp trp 密码子密码子 衰减子结构衰减子结构 就是终止子就是终止子 可使转录可使转录 前导前导DNA DNA UUUU 3 RNA聚合酶聚合酶 终止终止 TrpTrp合成酶系相关结构基因被转录合成酶系相关结构基因被转录 色氨酰色氨酰-tRNA 缺乏缺乏 UUUU 34 2 4 23 UUUU 核糖体核糖体 前导肽前导肽 1 5 trptrp 密码子密码子 结构基因结构基因 前导前导DNA D

25、NA RNA聚合酶聚合酶 前导前导mRNA mRNA 四、原核基因表达在转录终止阶段四、原核基因表达在转录终止阶段 有不同的调控机制有不同的调控机制 （一一）不依赖）不依赖Rho因子的转录终止因子的转录终止 （二）依赖（二）依赖Rho因子的转录终止因子的转录终止 两段富含两段富含GC的反向重复序列，中间间隔的反向重复序列，中间间隔 若干核苷酸；若干核苷酸； 下游含一系列下游含一系列T序列。序列。 终止子结构特点：终止子结构特点： 五、原核生物在翻译水平的多个五、原核生物在翻译水平的多个 环节受到精细调控环节受到精细调控 （一）转录与翻译的偶联调节提高了基因表达调控的有效性（一）转录与翻译的偶联

26、调节提高了基因表达调控的有效性 （二）蛋白质分子结合于启动子或启动子周围进行自我调节（二）蛋白质分子结合于启动子或启动子周围进行自我调节 （三）翻译阻遏利用蛋白质与自身（三）翻译阻遏利用蛋白质与自身mRNA的结合实现对翻译起的结合实现对翻译起 始的调控始的调控 （四）反义（四）反义RNA结合结合mRNA翻译起始部位互补序列以调节翻翻译起始部位互补序列以调节翻 译起始译起始 （五）（五）mRNA密码子的编码频率影响翻译速度密码子的编码频率影响翻译速度 第第 三三 节节 真核基因表达调控真核基因表达调控 转录水平调控转录水平调控 转录后调控转录后调控 翻译水平调控翻译水平调控 染色质水平调控染色质

27、水平调控 常染色质区内基因有转录活性常染色质区内基因有转录活性 组蛋白修饰改变染色质活性组蛋白修饰改变染色质活性 转录活性基因启动子区甲基化程度低转录活性基因启动子区甲基化程度低 非编码非编码RNA参与调控染色质结构参与调控染色质结构 染染 色色 质质 水水 平平 调调 控控 二、染色质结构与真核基因表达二、染色质结构与真核基因表达 密切相关密切相关 1. 转录活化的染色质存在核酸酶超敏位点转录活化的染色质存在核酸酶超敏位点 2. 转录活化染色质的组蛋白发生改变转录活化染色质的组蛋白发生改变 富含富含Lys组蛋白组蛋白H1水平降低水平降低 H2AH2B二聚体不稳定性增加二聚体不稳定性增加 组蛋

28、白组蛋白H3、H4发生乙酰化、甲基化、发生乙酰化、甲基化、 磷酸化、泛素化等修饰磷酸化、泛素化等修饰 组蛋白修饰影响基因表达影响的机制：直接影响染色质或核小组蛋白修饰影响基因表达影响的机制：直接影响染色质或核小 体的结构；征集转录调控因子。体的结构；征集转录调控因子。 “组蛋白密码组蛋白密码”假说。假说。 组蛋白乙酰化酶组蛋白乙酰化酶( (histonehistone acetyltransferaseacetyltransferase, HAT):, HAT): 乙酰化组蛋白，促使染色质结构松弛，有利于乙酰化组蛋白，促使染色质结构松弛，有利于 基因的转录，是基因的转录，是转录辅激活因子（转录

29、辅激活因子（coactivatorcoactivator） 组蛋白去乙酰化酶（组蛋白去乙酰化酶（histonehistone deacetylasedeacetylase, HDAC):, HDAC): 促进组蛋白去乙酰化，抑制转录，是促进组蛋白去乙酰化，抑制转录，是转录辅抑转录辅抑 制因子（制因子（corepressorcorepressor） CpGCpG岛：基因上游调控区存在的一段富含岛：基因上游调控区存在的一段富含CpGCpG的序列。的序列。 甲基化程度和范围通常与基因表达水平呈反比。甲基化程度和范围通常与基因表达水平呈反比。 DNA甲基转移酶甲基转移酶 DNA去甲基化酶去甲基化酶 组

30、蛋白或组蛋白或DNA特异性位点的化学修饰可引发染色质结特异性位点的化学修饰可引发染色质结 构改变，即构改变，即染色质重塑（染色质重塑（chromatin remodeling） （亦称核小体重塑）。（亦称核小体重塑）。 染色质重塑染色质重塑（chromatin remodeling） 表观遗传学是指在基因组序列不变的情况下，可以决表观遗传学是指在基因组序列不变的情况下，可以决 定基因表达与否、并可稳定遗传下去的调控密码。定基因表达与否、并可稳定遗传下去的调控密码。 表观遗传学表观遗传学（epigenetics） 转转 录录 水水 平平 调调 控控 顺式作用元件调控转录起始的顺式作用元件调控转录

31、起始的DNA 序列序列 转录激活因子可激活或促进基因转转录激活因子可激活或促进基因转 录起始录起始 转录抑制因子可抑制基因转录起始转录抑制因子可抑制基因转录起始 RNA聚合酶聚合酶 CTD的磷酸化的磷酸化促进促进 转录延长转录延长 CTD进一步磷酸化可挽救不成功的进一步磷酸化可挽救不成功的 转录起始转录起始 三、基因组中的顺式作用元件是转录三、基因组中的顺式作用元件是转录 起始的关键调控部位起始的关键调控部位 顺式作用元件顺式作用元件 （Cis-acting elements） 启动子（启动子（promoter） 增强子（增强子（enhancer） 沉默子（沉默子（silencer） 顺式作用

32、元件顺式作用元件：影响自身基因表达活性的：影响自身基因表达活性的DNA序列。序列。 （一）真核生物启动子结构和调节远较原核生物复杂一）真核生物启动子结构和调节远较原核生物复杂 转录起始点转录起始点 TATA盒盒 CAAT盒盒 GC盒盒 增强子增强子 AATAAA OCT-1 八聚体八聚体 +1 核心启动子核心启动子 上游启动子元件上游启动子元件 启动子启动子 核心启动子核心启动子: :保证保证RNARNA 聚合酶起始转录所必需聚合酶起始转录所必需 的、最小的的、最小的DNADNA序列。序列。 上游启动子元件：上游启动子元件：与特异性转与特异性转 录因子结合调节转录起始的频录因子结合调节转录起始

33、的频 率，从而影响转录效率。率，从而影响转录效率。 不同基因启动子元件的组成和数量是可变的不同基因启动子元件的组成和数量是可变的 （二）增强子是一种能够提高转录效率的顺式调控元件二）增强子是一种能够提高转录效率的顺式调控元件 （三）沉默子能够抑制基因的转录三）沉默子能够抑制基因的转录 负性调控元件；负性调控元件； 促进局部染色质形成致密结构，从而阻止转录促进局部染色质形成致密结构，从而阻止转录 激活因子与激活因子与DNADNA结合；结合； 同反式作用因子结合，阻断增强子及反式激活同反式作用因子结合，阻断增强子及反式激活 因子的作用，从而抑制基因的转录活性因子的作用，从而抑制基因的转录活性 四、

34、四、转录因子是转录调控的关键分子转录因子是转录调控的关键分子 反式作用因子（反式作用因子（Trans-acting factor） 顺式作用蛋白（顺式作用蛋白（Cis-acting protein） （二）特异转录因子（二）特异转录因子 为个别基因转录所必需，决定该基因的时为个别基因转录所必需，决定该基因的时 间、空间特异性表达。间、空间特异性表达。 转录激活因子转录激活因子 转录抑制因子转录抑制因子 （一）通用转录因子（一）通用转录因子 （三）转录因子作用的结构特点（三）转录因子作用的结构特点 DNA结合域结合域 转录激活域转录激活域 TF 蛋白质蛋白质-蛋白质结合域蛋白质结合域 （二聚化结

35、构域）（二聚化结构域） 谷氨酰胺富含域谷氨酰胺富含域 酸性激活域酸性激活域 脯氨酸富含域脯氨酸富含域 1.1.转录因子的转录因子的DNA结合结构域主要有以下几种结合结构域主要有以下几种 常结合常结合GC盒盒 4个氨基酸残基与个氨基酸残基与 二价二价Zn2+之间形之间形 成配位键，成配位键，指部指部 深入深入DNA 双螺旋双螺旋 的大沟内，接触的大沟内，接触5 个核苷酸个核苷酸 （1）锌指结构）锌指结构(zinc finger) （2）碱性螺旋）碱性螺旋-环环-螺旋螺旋(basic helix-loop-helix, bHLH) 两个两个-螺旋，以二聚体形式螺旋，以二聚体形式 存在，两个存在，两

36、个-螺旋的碱性区螺旋的碱性区 分别嵌入分别嵌入DNA双螺旋的大沟双螺旋的大沟 两条肽链借助疏水力两条肽链借助疏水力 形成二聚体，形同拉形成二聚体，形同拉 链一样；链一样；N-N-端富含碱端富含碱 性氨基酸，结合性氨基酸，结合DNADNA 的磷酸基团的磷酸基团 （3 3）碱性亮氨酸拉链）碱性亮氨酸拉链（basic basic leucineleucine zipper, zipper, bZIPbZIP） 每每6 6个氨基酸出现一个个氨基酸出现一个LeuLeu，形成，形成- -螺旋螺旋 时每两周出现一个时每两周出现一个LeuLeu，且位于同一侧；，且位于同一侧； 真核真核RNA聚合酶聚合酶在转录

37、因子帮助下，形成在转录因子帮助下，形成 转录起始复合物。转录起始复合物。 Pol TFHTAF TFF TAF TAF TFA TFB TBP DNA TATA EBP TBP 转录起始复合物的形成转录起始复合物的形成 五、转录起始复合物的动态构成转录调五、转录起始复合物的动态构成转录调 控的主要方式控的主要方式 转转 录录 后后 调调 控控 mRNA 5-端端加帽和脱帽加帽和脱帽的调控的调控 CTD参与调节参与调节RNA的转录后加工的转录后加工 剪接过程受调控元件和调控因子的调控剪接过程受调控元件和调控因子的调控 mRNA 3-端加尾的调控端加尾的调控 mRNA转运及细胞质定位转运及细胞质定

38、位的调控的调控 mRNA稳定性稳定性的调控的调控 六、转录后调控主要影响真核六、转录后调控主要影响真核 mRNAmRNA的结构与功能的结构与功能 （一）（一）mRNA的稳定性影响真核生物基因表达的稳定性影响真核生物基因表达 （二）一些非编码小分子（二）一些非编码小分子RNA可引起转录后基因沉默可引起转录后基因沉默 （三）（三）mRNA前体的选择性剪接可以调节真核生物前体的选择性剪接可以调节真核生物 基因表达基因表达 mRNA自身序列可调控自身序列可调控 mRNA稳定性稳定性 5 -端帽结构端帽结构 3 -UTR poly(A)尾尾 编码区编码区 5 -UTR 翻翻 译译 调调 控控 翻译起始因

39、子的磷酸化调节翻译翻译起始因子的磷酸化调节翻译 RBP通过与通过与 mRNA的的UTR结合而抑制翻译结合而抑制翻译 mRNA通过通过5-AUG调控翻译起始效率调控翻译起始效率 miRISC结合靶结合靶mRNA而抑制翻译而抑制翻译 lncRNA可调控可调控mRNA的翻译的翻译 七、真核基因表达的翻译调控七、真核基因表达的翻译调控 （一）对翻译起始因子活性的调节主要通过磷酸化修饰进行（一）对翻译起始因子活性的调节主要通过磷酸化修饰进行 蛋白质合成速率的快速变化在很大程度蛋白质合成速率的快速变化在很大程度 上取决于起始水平，通过磷酸化调节翻译起上取决于起始水平，通过磷酸化调节翻译起 始因子（始因子（

40、eukaryotic initiation factor, eIF） 的活性对起始阶段有重要的控制作用。的活性对起始阶段有重要的控制作用。 （二）（二）RNA结合蛋白参与了对翻译起始的调节结合蛋白参与了对翻译起始的调节 RNA结合蛋白（结合蛋白（RNA binding protein, RBP），）， 是指那些能够与是指那些能够与RNA特异序列结合的蛋白质。特异序列结合的蛋白质。 基因表达的许多调节环节都有基因表达的许多调节环节都有RBP的参与，如的参与，如 前述转录终止、前述转录终止、RNA剪接、剪接、RNA转运、转运、RNA胞胞 浆内稳定性控制以及翻译起始等。浆内稳定性控制以及翻译起始等。 （三）对翻译产物水平及活性的调节