三、DNA结合基序

1、三、DNA结合基序 对各种转录因子的序列进行比较，可发 现其基序（motif）的共同点是都与DNA 结合。 基序通常很短，仅为蛋白质结构的一小 部分。 典型的DNA结合基序包括： 锌指结构（zinc finger）基序 螺旋-环-螺旋（helix-loop-helix, HLH) 亮氨酸拉链（leucine zipper) 锌指基序 锌指基序是由保守氨基酸的小基团与锌 离子结合形成类似手指状的DNA结合结 构域。 锌指基序是DNA结合蛋白的一个通用基 序，锌指结构通常由相对独立的结构域 串连重复排列在一起而形成。 通用转录因子SP1有一个DNA结合域， 含3个锌指基序。 已知的锌指结构主要发现

2、于促进RNA聚合 酶II和RNA聚合酶III转录的转录因子中。 典型的锌指蛋白TFA与5S rRNA基因及 产物5S rRNA都结合。 螺旋-环-螺旋结构 此基序长4050个氨基酸残基，其中含两 个既亲水又亲脂的- 螺旋 ，-螺旋被不同 长度的环（连接区）分开。 大多数HLH蛋白有一与HLH基序相邻的强碱 性的区域，它是与DNA结合必需的，含有 此区的HLH称为bHLH蛋白。 亮氨酸拉链结构 亮氨酸拉链是一个富含亮氨酸残基的结 构域，参与形成二聚体。在每个拉链蛋 白中都有一个与重复的亮氨酸相邻的高 碱性区，该区可能含一个DNA结合点。 亮氨酸拉链形成的二聚体构成茎，分叉 对称的两个碱性区形成臂

3、，与DNA结合。 这种结构称为bZIP基序。 亮氨酸拉链结构解释了为什么这种蛋白质 的目标序列总是没有间隔的反向重复序列。 四、结合相关靶DNA的同源域 同源（异型）框（homeobox)是一种编码由60 个氨基酸组成的结构域序列。由于最早在果 蝇的同源框基因座（其基因决定身体结构的 特点）中发现而得名。 同源（异型）框存在于许多真核生物的DNA 结合蛋白中，负责与DNA结合，与发育调控 有关。在一些动物的转录因子中也发现了与 同源框类似的短序列。 八、基因激活的占先模型 真核生物细胞的DNA与组蛋白组成核小体结 构，如果启动子区处在核小体内，转录的起 始通常会被抑制。 基因激活占先模型模型认

4、为，转录因子与组 蛋白之间在占有DNA上存在竞争，且无论谁 先占领DNA上的位点，都不能被另一方替换。 基因激活占先模型的一个重要特点是如 果不形成核小体构型，DNA上必需存在 转录因子。如果DNA 复制时没有某种转 录因子，核小体形成，不能转录。 转录因子和组蛋白两者谁首先与控制位 点结合是起决定的因素。 复制时组蛋白八聚体的脱离为转录因子 结合DNA提供了机会，这些转录因子的 结合一直持续到下一个复制周期，抑制 了组蛋白八聚体的重新与DNA结合。 最近的实验结果认为组蛋白置换需要输 入能量。 九、基因表达与去甲基化的关系 DNA的甲基化也是真核生物转录调控的 方式之一。启动子区的甲基化将抑

5、制转 录的发生。 甲基化可以在两个等位基因上发生。也 可只发生在单个的等位基因上，这样就 可造成来自父方和母方基因表达的差异。 甲基化可以解释印记（imprinting)现象， 印记描述了来自两个亲本的等位基因之 间的行为差异。 甲基化发生在在特定的配子发生期间， 并且是可逆的。目前已经在小鼠中发现 了60多个发生甲基化的基因，大多与胚 胎的发育生长有关。其中一些基因与早 期胚胎发生相关，有的与胚后发育有关。 DNA的甲基化发生在特定位点上。动物细 胞DNA的胞嘧啶27发生甲基化。大 多数甲基化基因发生于CG联体。 甲基化基因没有激活，而未甲基化基因有 表达活性。因此活性基因称为甲基化不足 （

6、undermethylation)基因。 甲基化是一个可逆的过程，去除甲基或添 加甲基，可以特异性地重置基因的甲基化 状态。甲基化模式的改变发生在胚胎发生 时期。目前只确定了一种甲基酶可以将甲 基添加到CpG对上。 适当的靶基因甲基化可以防止它们的不适 当表达。 染色质重组装是指染色质或核小体的结 构、成分变化，这些变化具有转录调控 作用。在染色质重组装过程中，连接组 蛋白H1成分的时序变化以及核心组蛋白 的乙酰化，都对早期发育过程的转录调 控起了关键性的作用。染色质重组装控 制着早期转录抑制状态向激活状态的转 变，是母型基因控制向合子型基因控制 过渡（即所谓“中期囊胚转换 (midblast

7、ula transition, MBT）的重要途径。 第三节 mRNA前体的可变剪接 mRNA前体通过不同方式的剪接，可由一 个基因的转录产物产生出不同的成熟 mRNA，从而翻译出不同的蛋白质的过程 称为可变剪接（alternative splicing）或选 择性剪接。 来自一个基因的mRNA前体因可变剪接产 生多种成熟mRNA，翻译出不同的蛋白质， 或形成一组相似的蛋白质家族，都可称 为同工型蛋白质（isoform）。 一、可变剪接的方式 可变剪接可因mRNA前体的外显子或内含 子DNA序列中发生突变、缺失，影响5或 3剪接点的数目和位置。 与mRNA前体中内含子剪接点结合的各种 snRN

8、P中，snRNA或蛋白质的异常则会剪 接效率大大降低。 有些基因常不止一个转录起始位点，在 不同的组织或不同的发育阶段由同一个 基因转录出不同的mRNA前体，以不同的 剪接方式产生有活性的蛋白质。 二、可变剪接的调控机制 1SR蛋白家族的调控 剪接体的形成与多种蛋白质和RNA复合体密 切相关。在可变剪接上保守的SR磷蛋白家族 因子的参与起重要作用。 SR蛋白家族以不同的质的组成与量的差异选 择特定的mRNA前体剪接位点，不同的SR家 族蛋白对适当的mRNA前体可以诱导出不同 选择的剪接方式，在选择剪接上起决定作用。 2RNP的调节 hnRNP-A1在不同组织中的含量变化很大， 不参与组成性剪接

9、。在选择5和3剪接点 时具有可变剪接活性，成为参与可变剪 接的调节因子，在体内与SR蛋白共同调 节组织特异性的剪接。 U5hnRNP在酵母中参与5剪接点突变的可 变剪接。 3外显子限定模型 真核细胞mRNA前体中内含子远远大于外 显子，5与3剪接位点可以跨越数万个核 苷酸准确地组合在剪接体中。 有证据表明，在前速激肽原mRNA前体的 可变剪接中，外显子下游的5剪接位点可 影响其上游内含子3的剪接。 三、反式剪接 剪接过程一般发生同一个RNA分子的内部， 即通过剪接将一个RNA分子内的内含子剪 掉，使外显子连接在一起，这种剪接方 式称为顺式剪接（cis-splicing）。 两种不同来源的RNA

10、前体分子的内含子之 间具有互补序列时，也可以发生反式剪 接（trans-splicing）。 另一种形式的反式剪接是在成熟的mRNA 非翻译部分5端剪接上一段称为“剪接前 导序列”或小外显子的RNA片段。 第四节 RNA编辑 RNA编辑（RNA editing）是在RNA分子上 出现的一种修饰现象。主要指mRNA在转 录后因插入、缺失或核苷酸的替换，改 变了DNA模板来源的遗传信息，从而翻 译出氨基酸序列不同的多种蛋白质。 RNA编辑似乎是中心法则的例外。编辑扩 大了遗传信息，也可能是生物适应的一 种保护措施。 一、核苷酸的替换 1U替换 最典型的例子是载脂蛋白B的RNA编辑。 U替换使Apo

11、-B 100 CAA编码的谷氨酰胺突 变为UAA的终止密码子，产生编码Apo-B48 的mRNA。在蛋白质水平上只保留了Apo- B100分子N端脂蛋白装配结构域，缺少了C 端低密度脂蛋白受体结合区。 2AI替换 在珠蛋白、c-Myc、成纤维细胞生长因 子基因中都有因AI替换使互补链的U被 RNA酶A水解的现象。 二、可读框的改变 可读框的改变主要是核苷酸的插入或缺 失。 G或C的插入则往往是因为模板上连续几 个C（或G）之后，互补链因一种滑动力 而被添加到RNA中。 三、向导RNA 向导RNA（gRNA）是一种线粒体内转录 的短RNA（约5570核苷酸），能以正常 碱基配对或GU配对的方式，

12、选择其5末 端“锚区”在mRNA上的互补序列，为随 后插入或缺失U提供模板。 第五节 mRNA稳定性的调控 真核生物mRNA的稳定性除了取决于分子 内本身的结构特征外，还受转录后修饰 和与蛋白质所形成的mRNP中蛋白质的种 类的影响。 真核生物细胞中，持家基因的mRNA的寿 命比较长，因为这些基因的产物是细胞 生命活动所必需的。 高等真核生物高度分化的细胞中，许多 mRNA极其稳定。 mRNA寿命的延长增加了细胞内某种 mRNA的有效浓度，提高了蛋白质合成的 速度，这种翻译水平的调控方式称为翻 译扩增（translational amplification）。 第六节 翻译水平的调控 原核生物

13、mRNA的半衰期很短，在翻译水平 上的调控对于基因表达的影响也很小。 mRNA的二级结构控制着翻译的起始，核糖 体蛋白的自体控制对蛋白质的合成起抑制 作用。 真核生物mRNA的半衰期比原核生物长的多， 因此翻译过程受调控的机会也较多。 翻译水平的调控是真核生物基因表达多 级调控的重要环节之一。真核生物翻译 水平调控最普遍的机制是起始因子的磷 酸化。 蛋白质合成装置各元件装配活力的改变 是导致蛋白质翻译速率变化的主要因素。 翻译的速度和细胞生长的速度是密切协 调的。 一、翻译因子磷酸化调控 蛋白质合成因子的磷酸化状态与其对蛋 白质生物合成的激活或抑制作用密切相 关。 1 eIF-4F通过亚单位的可逆磷酸化对蛋 白质生物合成进行调控。 eIF-4E()和eIF- 4G(/