医用分子遗传学真核基因转录调节

1、第第 三三 节节 真核基因转录调节真核基因转录调节 Regulation of Eukaryotic Gene Transcription 一、真核基因组结构特点一、真核基因组结构特点 （一）真核基因组结构庞大一）真核基因组结构庞大 哺乳类动哺乳类动 物基因组物基因组 DNA 约约 3 10 9 碱基对碱基对 编码基因编码基因约约 有有 40000 个个，占总长的占总长的1 % rDNA等重复基因等重复基因约约 占占 5% 10% （二）单顺反子二）单顺反子 单顺反子单顺反子(monocistron) 即一个编码基因转录生成一个即一个编码基因转录生成一个mRNA 分子，经翻译生成一条多肽链。分

2、子，经翻译生成一条多肽链。 （ 三）基因不连续性三）基因不连续性 染色体水平染色体水平DNA的活化的活化 转录的起始转录的起始 hnRNA 的剪切和加工的剪切和加工 mRNA 转移到胞浆转移到胞浆 翻译翻译 二、真核基因表达调控特点二、真核基因表达调控特点 二、真核基因表达调控特点二、真核基因表达调控特点 （一）多种一）多种RNA聚合酶聚合酶 （二）活性染色体结构变化二）活性染色体结构变化 （三三）正性调节占主导正性调节占主导 （四四）转录与翻译分隔进行转录与翻译分隔进行 （五）转录后修饰、加工五）转录后修饰、加工 2. DNA拓扑结构变化拓扑结构变化 天然双链天然双链DNA均以负性超螺旋构象

3、存在；均以负性超螺旋构象存在； 基因活化后基因活化后 RNA-pol正超螺旋正超螺旋负超螺旋负超螺旋 转录方向转录方向 1. 对核酸酶敏感对核酸酶敏感 活化基因常有超敏位点，位于调节蛋活化基因常有超敏位点，位于调节蛋 白结合位点附近。白结合位点附近。 3. DNA碱基修饰变化碱基修饰变化 真核真核DNA约有约有5%的胞嘧啶被甲基化，的胞嘧啶被甲基化， 甲基化范围与基因表达程度呈反比。甲基化范围与基因表达程度呈反比。 DNA Methylation and Transcription 53 53 4. 组蛋白变化组蛋白变化 富含富含Lys组蛋白水平降低组蛋白水平降低 活性的核小体常缺乏活性的核小

4、体常缺乏H1，但却结合有非组蛋，但却结合有非组蛋 白白 HMG14和和HMG17的存在的存在 H2A, H2B二聚体不稳定性增加二聚体不稳定性增加 组蛋白修饰组蛋白修饰 H1组蛋白磷酸化，对组蛋白磷酸化，对DNA亲和力低亲和力低 核心组蛋白的修饰，乙酰化，磷酸化核心组蛋白的修饰，乙酰化，磷酸化 H3组蛋白巯基暴露组蛋白巯基暴露 三、三、RNA pol I 和和pol 的转录调节的转录调节 RNA pol I转录产物只有转录产物只有rRNA前体，有前体，有2个顺式个顺式作用元作用元 件（件（-45+20bp核心元件，核心元件，-156-107bp上游控制元件上游控制元件 UCE），需），需两种转

5、录因子两种转录因子来正确有效地帮助起始转录来正确有效地帮助起始转录 （上游结合因子（上游结合因子1和选择性因子和选择性因子1）。）。 RNA pol 对对tRNA和和5S rRNA基因的转录调节，启动基因的转录调节，启动 子在转录区内。子在转录区内。 tRNA有有2种转录因子，种转录因子， 5S rRNA有有3 种转录因子，但都只有种转录因子，但都只有TFB B才是真正的转录起始因才是真正的转录起始因 子，在定位子，在定位RNA polRNA pol方面起重要作用。方面起重要作用。 四、四、RNA pol II转录起始的调节转录起始的调节 1.由由1012个亚基组成个亚基组成 2.最大亚基的最

6、大亚基的C末端含有可磷酸化位点的氨末端含有可磷酸化位点的氨 基酸残基（基酸残基（Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser） 重 复 序 列 ， 称 为重 复 序 列 ， 称 为 C T D （ C a r b o x y l Terminal Domain） 3.CTD是是TFIIH的底物，磷酸化后与的底物，磷酸化后与 RNA链延伸有密切关系链延伸有密切关系 （一）顺式作用元件一）顺式作用元件 1. 启动子启动子 真核基因启动子是真核基因启动子是RNA聚合酶结聚合酶结 合位点周围的一组转录控制组件，至合位点周围的一组转录控制组件，至 少包括一个少包括一个转录起始点转录起始点以及一

7、个以上以及一个以上 的的功能组件功能组件。 TATA盒盒 GC盒盒 CAAT盒盒 2. 增强子增强子(enhancer) 指远离转录起始点、决定基因的时间、指远离转录起始点、决定基因的时间、 空间特异性、增强启动子转录活性的空间特异性、增强启动子转录活性的DNA序序 列。列。 3. 沉默子沉默子(silencer) 某些基因的负性调节元件，当其结合特异某些基因的负性调节元件，当其结合特异 蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。 定义：是能直接或间接地识别或结合在各定义：是能直接或间接地识别或结合在各 顺式作用元件核心序列上，参与调顺式作用元件核心序列上，参与调 控

8、靶基因转录速率的一组蛋白质。控靶基因转录速率的一组蛋白质。 结构：至少含有结构：至少含有DNA结合域和转录活性区结合域和转录活性区 域域 （二）反式作用因子二）反式作用因子 （二）反式作用因子二）反式作用因子 1. 转录调节因子分类（按功能特性）转录调节因子分类（按功能特性） * 基本转录因子基本转录因子(general transcription factors) 是是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋聚合酶结合启动子所必需的一组蛋 白因子，决定三种白因子，决定三种RNA(mRNA、tRNA及及 rRNA)转录的类别。转录的类别。 * 特异转录因子特异转录因子(special transc

9、ription factors) 为个别基因转录所必需，决定该基因的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。时间、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 1.TFIID：由：由TBP和和8种辅助因子（种辅助因子（TAF）结合的复合）结合的复合 物，物，TBP识别识别TATA box，并与上游调控元，并与上游调控元 件调节基础转录速率有关。件调节基础转录速率有关。 2.TFIIB：C末端直接结合在末端直接结合在TBPDNA复合物上，复合物上，N- 末端具有结合末端具有结合RNA聚合酶的功能。聚合酶的功能。 3.TFIIF：1、可直接和聚合酶、可直接

10、和聚合酶 II 作用，在激活因子作作用，在激活因子作 用下，将此复合物募集到起始复合物上去。用下，将此复合物募集到起始复合物上去。 2、TFIIF还有解旋的活性还有解旋的活性 4.TFIIE：和：和TBP相互作用，参与调节相互作用，参与调节TFIIH的酶活的酶活 性性 5.TFIIH：有解旋酶活性，磷酸化：有解旋酶活性，磷酸化RNA聚合酶聚合酶 II 大亚大亚 基基 1. 1.在无在无TAFTAF的情况下，的情况下，TBPTBP能启动基础转录能启动基础转录 水平。水平。 2.TAF2.TAF将反式作用因子的活性区域与基础转将反式作用因子的活性区域与基础转 录复合物连接。录复合物连接。 2. 转

11、录调节因子结构转录调节因子结构 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 （三（三）mRNA 转录激活及其调节转录激活及其调节 pol TFHTAF TFF TAF TAF TFA TFB TBP 真核真核RNA聚合酶聚合酶在转录因子帮助下，形成在转录因子帮助下，形成 的转录起始复合物。的转录起始复合物。TF II D是是唯一具有位点特异唯一具有位点特异 的的DNA结合能力的因子。结合能力的因子。 TATA DNA TBP相关因子相关因子 是细胞特异的，与转是细胞特异的，与转 录激活因子共同决定录激活因子共同决定 组织特异性转录组织特异性转录 体外：体外： 1.DNase I 的敏感位点的敏感位点 2.Gel Shift (