第2章真核基因表达调控

1、目目 录录目目 录录regulation of gene expression in eukaryotes第二十一章第二十一章真核基因表达调控目目 录录1970年，猿猴病毒年，猿猴病毒40(simian virus 40, sv40）的生命周）的生命周期被确定为早、晚两个阶段，使它们成为基因表达调控期被确定为早、晚两个阶段，使它们成为基因表达调控的典型模型。的典型模型。 1975年年d. pribonow发现发现t7启动子序列。启动子序列。 1982年年c. benoist和和p. chambon揭示了揭示了sv40的早期启动的早期启动子序列。子序列。 1983年，年，w.s.dynan和和r

2、.tjian分离、鉴定了真核转录分离、鉴定了真核转录因子因子ap1。1986年，年，j.clarke和和chambon两个实验室同时报告了两个实验室同时报告了sv40增强子的多功能元件组成。增强子的多功能元件组成。 1990年代，信号转导年代，信号转导-基因转录偶联机制成为热点课题基因转录偶联机制成为热点课题。目目 录录目目 录录目目 录录第第 一一 节节真核基因表达调控的特征真核基因表达调控的特征features of eukaryotic gene regulation目目 录录一、顺式作用元件是决定真核基因一、顺式作用元件是决定真核基因转录活性的关键因素之一转录活性的关键因素之一exon

3、1intron1exon nintron n上游上游下游下游转录起始点转录起始点增强子增强子沉默子沉默子启动子启动子tata盒盒gc盒盒caat盒盒增强子增强子目目 录录（一）（一） 启动子是启动子是rna聚合酶结合并启动聚合酶结合并启动 基因转录的特异基因转录的特异dna序列序列目目 录录 tata盒盒 caat盒盒 gc盒盒 增强子增强子 顺式作用元件顺式作用元件 结构基因结构基因-gcgc-caat-tata转录起始转录起始真核生物启动子保守序列真核生物启动子保守序列目目 录录1. 近起始点的近起始点的tata盒盒/起始子及起始子及cpg岛岛 是真核生物启动子的核心序列是真核生物启动子的

4、核心序列真核细胞的启动子是包括真核细胞的启动子是包括转录起始点（转录起始点（transcription initiation site或或transcription start site）在内的、有通用转在内的、有通用转录因子及录因子及rna聚合酶组装、结合的一段聚合酶组装、结合的一段dna序列。序列。 典型的启动子核心序列（典型的启动子核心序列（core sequences）是在转录起始位）是在转录起始位点上游点上游2535 bp处，有一保守的处，有一保守的tata序列，被称为序列，被称为tata盒（盒（tata box），真核细胞的，真核细胞的tata盒多为盒多为tataaaa序列。序列。

5、tata盒与原核细胞的启动子一样，对盒与原核细胞的启动子一样，对rna聚合酶聚合酶ii的转录的转录起始位点起起始位点起定位定位作用。作用。 目目 录录|一些真核细胞基因含有另一种启动子元件，称一些真核细胞基因含有另一种启动子元件，称为为起始子起始子(initiator,inr)，决定启动子的强度。决定启动子的强度。 |起始子共有序列起始子共有序列为：（为：（5 ）y-y-a+1-n-t/a-y-y-y（3 ）；）；y代表胞嘧啶代表胞嘧啶c或胸腺嘧啶或胸腺嘧啶t，n代表任意碱基，代表任意碱基，t/a代表代表t或或a。 目目 录录u有一些编码蛋白质基因的转录可有多个起始点，有一些编码蛋白质基因的转

6、录可有多个起始点，可产生含不同可产生含不同5 末端的末端的mrna。u它们不含它们不含tata盒或起始子，多在起始位点上盒或起始子，多在起始位点上游约游约100 bp内含有内含有20 50个核苷酸的个核苷酸的cg序列，序列，被称做被称做cpg岛（岛（cpg island）。 u这些基因大多为低转录基因，编码中间代谢酶这些基因大多为低转录基因，编码中间代谢酶的管家基因。的管家基因。目目 录录 2. 启动子中的上游元件协助真核基因调节启动子中的上游元件协助真核基因调节gc盒盒(gc box) (gggcgg)caat盒盒(caat box) (gccaat )u启动子上游元件（启动子上游元件（pr

7、omoter-proximal elements, 或或upstream promoter elements）是一些位于是一些位于tata盒盒上游的上游的dna序列，与调节蛋白结合，调节通用转录序列，与调节蛋白结合，调节通用转录因子与因子与tata盒的结合、盒的结合、rna聚合酶与启动子的结聚合酶与启动子的结合，以及转录起始复合物的形成，从而决定基因的合，以及转录起始复合物的形成，从而决定基因的转录效率与专一性。转录效率与专一性。u常见的序列是：常见的序列是：目目 录录( (二）增强子决定基因的时空特异性表达二）增强子决定基因的时空特异性表达增强子（增强子（enhancer）是能够结合特异基因

8、调节蛋白，促进邻近或是能够结合特异基因调节蛋白，促进邻近或远隔特定基因表达的远隔特定基因表达的dna序列；在酵母中，被称序列；在酵母中，被称为为上游活化序列（上游活化序列（upstream activator sequences, uass）。增强子的作用通常与其所处的位置和方向无关。增强子的作用通常与其所处的位置和方向无关。目目 录录增强子距转录起始位点的距离变化很大，从增强子距转录起始位点的距离变化很大，从100 nt到到50,000nt，甚至更大。但总是作用于最近的，甚至更大。但总是作用于最近的启动子。启动子。 增强子所处位置增强子所处位置在所调控基因的上游或下游，但主要位于上游。在所调

9、控基因的上游或下游，但主要位于上游。下游内含子当中，乃至下游最后外显子以外的序下游内含子当中，乃至下游最后外显子以外的序列也可含有增强子。列也可含有增强子。很多哺乳动物基因受一个以上的增强子调控。很多哺乳动物基因受一个以上的增强子调控。 目目 录录（三）沉默子阻遏基因转录（三）沉默子阻遏基因转录沉默子沉默子(silencer)是指某些真核基因转录调控区是指某些真核基因转录调控区中抑制或阻遏基因转录的一段（数百中抑制或阻遏基因转录的一段（数百bp）dna序列。序列。沉默序列促进局部沉默序列促进局部dna的染色质形成致密结构，从的染色质形成致密结构，从而阻止转录激活因子结合而阻止转录激活因子结合d

10、na，是基因转录的负性，是基因转录的负性调节因素。调节因素。目目 录录二、反式作用因子和顺式作用蛋白二、反式作用因子和顺式作用蛋白 是真核基因的转录调节蛋白是真核基因的转录调节蛋白n在真核细胞核中，有许多蛋白质能够帮助在真核细胞核中，有许多蛋白质能够帮助rna聚聚合酶转录合酶转录rna。这类蛋白质统称。这类蛋白质统称转录因子转录因子（transcription factors，tf）或）或转录调节蛋白转录调节蛋白（transcription regulatory protein）。）。n以反式作用方式调节基因转录的转录因子称为以反式作用方式调节基因转录的转录因子称为反反式作用因子式作用因子（t

11、rans-acting factor），以顺式作用），以顺式作用方式调节基因转录的转录因子称为方式调节基因转录的转录因子称为顺式作用蛋白顺式作用蛋白（cis-acting protein） 。目目 录录cdnaadna反式调节反式调节c顺式调节顺式调节 mrna c蛋白质蛋白质cba mrna蛋白质蛋白质aa目目 录录（一）（一）pol转录需要基本转录因子和特异转录需要基本转录因子和特异 转录因子转录因子 * 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聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白因子，决定三种蛋白因子，决定

12、三种rna(mrna、trna及及rrna)转录的类别。转录的类别。目目 录录* 特异转录因子特异转录因子(special transcription 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目目 录录 转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目目 录录（二）转录因子含有不同的（二）转

13、录因子含有不同的dna结合域结合域n螺旋螺旋-转角转角-螺旋螺旋是转录因子中的常见的是转录因子中的常见的dna结合域结合域 n同源异型域结构同源异型域结构与与hth结构域类似结构域类似 n锌指结构锌指结构是一类含锌离子转录因子的是一类含锌离子转录因子的dna结合域结合域 n亮氨酸拉链亮氨酸拉链结构域既可介导结合结构域既可介导结合dna又可介导蛋白又可介导蛋白质二聚体化质二聚体化 n碱性螺旋碱性螺旋-环环-螺旋螺旋结构域也可同时介导结合结构域也可同时介导结合dna和和蛋白质二聚体化蛋白质二聚体化 目目 录录螺旋螺旋-回折回折-螺旋螺旋（helix-turn-helix，hth） 同源异型域同源异

14、型域（homeodomain，hd）识别识别螺旋螺旋dna大沟大沟dna小沟小沟螺旋螺旋1n端端dna大沟大沟螺旋螺旋3目目 录录 锌指结构是一类含锌的锌指结构是一类含锌的dnadna结合蛋白质模体结合蛋白质模体c2h2型锌指（型锌指（zinc finger）目目 录录反向平行反向平行片层片层dna大沟大沟螺旋螺旋zn2目目 录录 亮氨酸拉链同时调节亮氨酸拉链同时调节dna结合与蛋白质二聚体化结合与蛋白质二聚体化leuleuleuleuleuleuleuleudna大沟大沟dna大沟大沟亮氨酸拉链亮氨酸拉链（leucine zipper）目目 录录 碱性螺旋碱性螺旋-环环-螺旋结构也可调节螺旋

15、结构也可调节dna结合及蛋结合及蛋白质二聚体化白质二聚体化 碱性螺旋碱性螺旋-环环-螺旋螺旋（basic helix-loop-helix，bhlh） bhlh双体双体dna大沟大沟螺螺旋旋螺旋螺旋环环目目 录录（三）转录因子含有不同的转录激活域（三）转录因子含有不同的转录激活域目目 录录三、正性调节占主导的真核基因表达三、正性调节占主导的真核基因表达调控机制更加复杂调控机制更加复杂*不同的不同的dna元件组合可产生多种类型的转录调节元件组合可产生多种类型的转录调节方式；方式；* 多种转录因子又可结合相同或不同的多种转录因子又可结合相同或不同的dna元件；元件；* 转录因子与转录因子与dna元

16、件结合后，对转录激活过程所元件结合后，对转录激活过程所产生的效果各异，有正性调节或负性调节之分。产生的效果各异，有正性调节或负性调节之分。目目 录录第第 二二 节节真核基因表达的染色质真核基因表达的染色质水平调控水平调控chromosomal regulation ofeukaryotic gene expression目目 录录 基因活化蛋白质改变局部染色质结构基因活化蛋白质改变局部染色质结构 异染色质（异染色质（heterochromatin）是转录非活性的。是转录非活性的。 常染色质（常染色质（euchromatin）中的转录活性区域对核酸中的转录活性区域对核酸酶敏感，特别是转录基因的酶

17、敏感，特别是转录基因的5-侧翼区侧翼区1000 nt以内是以内是高敏感位点高敏感位点(hypersensitive sites)。很多高敏感位点是。很多高敏感位点是调节蛋白质的结合序列，而这些区域核小体的相对调节蛋白质的结合序列，而这些区域核小体的相对缺少也使得这些蛋白质易于与之结合。缺少也使得这些蛋白质易于与之结合。 转录活化染色质与非活化染色质在结构转录活化染色质与非活化染色质在结构上有很大不同。上有很大不同。 目目 录录转录活化染色质与非活化染色质的组蛋转录活化染色质与非活化染色质的组蛋白共价修饰的方式也不相同。白共价修饰的方式也不相同。 核小体的核心组蛋白（核小体的核心组蛋白（h2a，

18、h2b，h3，h4）中）中赖氨酸残基的非可逆性甲基化，丝氨酸与苏氨酸残赖氨酸残基的非可逆性甲基化，丝氨酸与苏氨酸残基的磷酸化，乙酰化以及泛素化多是转录活性染色基的磷酸化，乙酰化以及泛素化多是转录活性染色质的特点。质的特点。 真核细胞真核细胞dna的的cpg序列（序列（cpg岛）中的胞嘧啶岛）中的胞嘧啶被甲基化为被甲基化为5-甲基胞嘧啶是常见现象，但转录活性甲基胞嘧啶是常见现象，但转录活性染色质区域胞嘧啶被甲基化的程度降低。染色质区域胞嘧啶被甲基化的程度降低。目目 录录l染色质重塑（染色质重塑（chromatin remodeling） 基因活化蛋白质可以通过改变基因的基因活化蛋白质可以通过改变

19、基因的启动子和调节序列区域的染色质结构来促进启动子和调节序列区域的染色质结构来促进转录开始。这种改变局部染色质结构的过程转录开始。这种改变局部染色质结构的过程被称为被称为染色质重塑染色质重塑 。最主要的两种方式：最主要的两种方式： 组蛋白的共价修饰组蛋白的共价修饰 核小体重塑（核小体重塑（nucleosome remodeling）目目 录录染染色色质质重重塑塑目目 录录l组蛋白乙酰化组蛋白乙酰化 位点：位点：组蛋白乙酰化转移酶（组蛋白乙酰化转移酶（histone acetyl transferases, hats），也称组蛋白乙酰化酶），也称组蛋白乙酰化酶（histone acetylase

20、）主要作用于核小体的核心组）主要作用于核小体的核心组蛋白所富含的赖氨酸残基，降低整个核小体对蛋白所富含的赖氨酸残基，降低整个核小体对dna的亲和性。的亲和性。时间：时间：基因活化蛋白质结合在转录调节区域后。基因活化蛋白质结合在转录调节区域后。目目 录录作用：作用：使染色质进入转录活性状态乙；还可能使染色质进入转录活性状态乙；还可能促进或防止与其他转录或调节相关蛋白的相互促进或防止与其他转录或调节相关蛋白的相互作用。作用。逆转：逆转：组蛋白脱乙酰化酶组蛋白脱乙酰化酶(histone deacetylase)减减少核小体的乙酰化，使染色质恢复转录非活性少核小体的乙酰化，使染色质恢复转录非活性状态。

21、状态。 目目 录录第第 三三 节节真核基因表达的转录水平调控真核基因表达的转录水平调控transcriptional regulation of eukaryotic gene expression目目 录录基因表达的多级调控基因表达的多级调控: :基因基因激活激活转录起始转录起始 转录后加工转录后加工mrna降解降解蛋白质降解等蛋白质降解等蛋白质翻译蛋白质翻译翻译后加工修饰翻译后加工修饰目目 录录基因转录激活调节基本要素基因转录激活调节基本要素: :v基因的结构、性质基因的结构、性质v细胞内所存在的转录调节蛋白细胞内所存在的转录调节蛋白v生物个体或细胞所处的内、外环境生物个体或细胞所处的内、

22、外环境目目 录录 真核细胞基因开关的分子机制比原核复杂真核细胞基因开关的分子机制比原核复杂基本共同点：基本共同点：转录起始的调节是关键点转录起始的调节是关键点根本不同点：根本不同点：原核生物：原核生物：启动子在缺少转录因子情况下启动子在缺少转录因子情况下就具有天然活性就具有天然活性 真核生物：真核生物：强力启动子在缺少调节蛋白的强力启动子在缺少调节蛋白的情况下往往没有活性情况下往往没有活性 目目 录录*真核细胞基因及其调控区域受到染色质结构的限制，真核细胞基因及其调控区域受到染色质结构的限制，转录的活化与转录调控区域、转录区域内染色质结转录的活化与转录调控区域、转录区域内染色质结构的诸多变化相

23、关；构的诸多变化相关；*正性调节是主要形式。因此，在转录的基本状态受正性调节是主要形式。因此，在转录的基本状态受到制约的情况下，使得每个真核细胞基因需要活化到制约的情况下，使得每个真核细胞基因需要活化才能被转录；才能被转录；*真核细胞有更大、更为复杂、种类更多的调节蛋白。真核细胞有更大、更为复杂、种类更多的调节蛋白。单一启动子可以被分散在单一启动子可以被分散在dna分子上、数量近乎无分子上、数量近乎无限的调节序列所控制。限的调节序列所控制。真核细胞对基因表达起始的调控至少在下面真核细胞对基因表达起始的调控至少在下面几个方面与原核细胞存在不同：几个方面与原核细胞存在不同： 目目 录录 一、转录起

24、始调控发生在转录起始复一、转录起始调控发生在转录起始复合物的组装过程合物的组装过程基因活化蛋白质与增强子或基因活化蛋白质与增强子或uass的结合；的结合；通用转录因子在启动子处的组装；通用转录因子在启动子处的组装；辅助激活子辅助激活子(coactivator)和和/或中介子（或中介子（medicator）在通用转录因子在通用转录因子/rna聚合酶聚合酶ii复合物与基因活化复合物与基因活化蛋白质之间的辅助和中介作用。蛋白质之间的辅助和中介作用。 rna聚合酶聚合酶ii与启动子的结合、启动转录需与启动子的结合、启动转录需要诸多蛋白质因子的协同作用。这通常包括：要诸多蛋白质因子的协同作用。这通常包括

25、：目目 录录基因活化蛋白质与增强子结合后，通过与基因活化蛋白质与增强子结合后，通过与全酶复合体中的中介子相互反应，使全酶复合全酶复合体中的中介子相互反应，使全酶复合体在空间上更接近启动子并有效组装。体在空间上更接近启动子并有效组装。此外，多数全酶复合体中缺少一些通用转此外，多数全酶复合体中缺少一些通用转录因子，如录因子，如tfiid与与tfiia，它们需要在启动，它们需要在启动子处分别组装，最后形成稳定的子处分别组装，最后形成稳定的转录起始复合转录起始复合物（物（transcription initiation complex），启动，启动转录。转录。目目 录录tata盒盒tf iidrna聚

26、合酶聚合酶ii通用转录因子通用转录因子转录方向转录方向中介子中介子活化蛋白活化蛋白活化蛋白活化蛋白增强子增强子增强子增强子dnatf iia目目 录录基因活化蛋白与增强子结合后如何影响基因活化蛋白与增强子结合后如何影响到远距离的到远距离的rna聚合酶结合位点，有以下几聚合酶结合位点，有以下几种模式：种模式： 通过扭曲作用使通过扭曲作用使dna链发生构型变化，更链发生构型变化，更适合于通用转录因子与适合于通用转录因子与rna聚合酶结合聚合酶结合, 并通并通过直接接触或通过辅活化子过直接接触或通过辅活化子/中介子而影响通用中介子而影响通用转录因子和转录因子和rna聚合酶的组装。聚合酶的组装。扭曲（

27、扭曲（twisting）目目 录录沿沿dna滑动，直到接触另一个特异滑动，直到接触另一个特异dna序列结合的转录因子，发挥作用。序列结合的转录因子，发挥作用。利用利用dna分子的柔曲性弯曲成环，使增强分子的柔曲性弯曲成环，使增强子区域与子区域与rna聚合酶结合位点靠近，直接接触聚合酶结合位点靠近，直接接触或通过辅活化子或通过辅活化子/中介子而发挥作用。中介子而发挥作用。滑动（滑动（sliding）成环（成环（looping）目目 录录固醇类激素、甲状腺激素、维甲酸类激素等固醇类激素、甲状腺激素、维甲酸类激素等激素与细胞核内的特异性受体，即特异基因调节激素与细胞核内的特异性受体，即特异基因调节蛋

28、白结合，形成的激素蛋白结合，形成的激素-受体复合物结合到受体复合物结合到dna特 定 的 基 因 调 节 序 列特 定 的 基 因 调 节 序 列 激 素 反 应 元 件激 素 反 应 元 件(hormone response elements, hres)，再通过与，再通过与其他调节因子的相互作用，活化或抑制相邻基因其他调节因子的相互作用，活化或抑制相邻基因的表达。的表达。目目 录录几种不同的激素反应元件几种不同的激素反应元件受体受体男性激素（男性激素（androgen）糖皮质激素糖皮质激素 (glucocorticoid)维甲酸维甲酸 (retinoic acid)维生素维生素d (vit

29、amin d)甲状腺激素甲状腺激素 (thyroid hormone)类维生素类维生素a （retinoid x）共同结合序列共同结合序列*gg(a/t)acan2tgttctggtacan3tgttctaggtcan5aggtcaaggtcan3aggtcaaggtcan3aggtcaaggtcanaggtcanaggtcanaggtca目目 录录（一）（一）mrna 5端加帽和端加帽和3端加尾修饰端加尾修饰利于利于mrna稳定性和转运稳定性和转运除组蛋白外，所有真核细胞除组蛋白外，所有真核细胞mrna都有都有5 端的端的“帽帽”和和3 端的端的poly(a)尾结构尾结构 。5 端的端的“帽

30、帽”和和3 端的端的poly(a)尾均有其尾均有其特有的作用。特有的作用。二、转录后调控涉及修饰、剪接、二、转录后调控涉及修饰、剪接、编辑、定向转运多个环节编辑、定向转运多个环节目目 录录5 加帽的作用在于：加帽的作用在于： 有助于保护有助于保护mrna免于被核糖核酸酶降解；免于被核糖核酸酶降解；5 帽结合蛋白复合体参与帽结合蛋白复合体参与mrna和核糖体的和核糖体的结合来起始翻译结合来起始翻译 。促进促进mrna从细胞核运输到细胞浆；从细胞核运输到细胞浆；协助协助mrna的剪接。在剪接第一个外显子时，的剪接。在剪接第一个外显子时，剪接体的形成需要帽结合蛋白的参与；剪接体的形成需要帽结合蛋白的

31、参与；目目 录录poly(a)尾可结合一种或多种特殊蛋白，尾可结合一种或多种特殊蛋白，避免避免mrna被酶降解，并在翻译过程中具有被酶降解，并在翻译过程中具有重要作用。许多原核重要作用。许多原核mrna也含有也含有poly(a)尾，尾，但是此尾的功能是促进但是此尾的功能是促进mrna降解，而不是降解，而不是保护保护mrna免于被降解。免于被降解。poly(a)尾的作用：尾的作用：目目 录录（二）可变性剪接可使初始转录本产生不（二）可变性剪接可使初始转录本产生不同的成熟同的成熟mrna许多初始转录本可以通过一种以上的选择性许多初始转录本可以通过一种以上的选择性剪接（剪接（alternative

32、rna splicing）方式，去除不）方式，去除不同的内含子而被加工形成不同的同的内含子而被加工形成不同的mrnas，因而，因而形成不同的多肽。形成不同的多肽。 目目 录录人视黄醛还原酶人视黄醛还原酶mrna的选择性剪接的选择性剪接mrnapre-mrna同种异型同种异型mrna目目 录录初始转录本含有所有选择性加工途径所需初始转录本含有所有选择性加工途径所需要的分子信号。要的分子信号。一种细胞偏好何种选择性加工途径取决于一种细胞偏好何种选择性加工途径取决于加工因子加工因子rna结合蛋白的特异性。结合蛋白的特异性。 负调节：负调节：抑制蛋白质可以通过与原始转录本的结抑制蛋白质可以通过与原始转

33、录本的结合来防止剪接复合体切除内含子序列。合来防止剪接复合体切除内含子序列。选择性剪接可以被正负调节分子调节：选择性剪接可以被正负调节分子调节：正调节：正调节：而不能正常剪接的剪接复合体可以在活而不能正常剪接的剪接复合体可以在活化蛋白的帮助下发挥剪接功能。化蛋白的帮助下发挥剪接功能。目目 录录（三）编辑加工可增加（三）编辑加工可增加mrna分子信息的内涵分子信息的内涵某些某些mrnas在翻译前被编辑在翻译前被编辑(editing)。结果：结果：转录后编辑过程插入了转录后编辑过程插入了4个个u残基，从而残基，从而改变了转录本的翻译读码框。改变了转录本的翻译读码框。机制：机制：尚不清楚。研究人员已

34、经发现线粒体转录一尚不清楚。研究人员已经发现线粒体转录一类特殊的类特殊的rna分子，其分子，其3 端有一段端有一段 poly(u), 其其5 端序列与端序列与mrnas被编辑的区域互补，被被编辑的区域互补，被称为引导称为引导rna（guide rna）。引导）。引导rna可可能作为编辑过程的模板，并将其能作为编辑过程的模板，并将其3 端的端的u转移转移给被编辑的给被编辑的mrnas。 目目 录录 （四）调解成熟（四）调解成熟mrna的核外输出也会的核外输出也会影响基因表达影响基因表达现象：现象：估计有估计有1/5的核内成熟的核内成熟mrnas能进入细胞能进入细胞浆。留在核内的浆。留在核内的mr

35、nas约在约在1小时内降解。小时内降解。mrna通过核膜的过程是一个主动运输过通过核膜的过程是一个主动运输过程，常常需要借助于程，常常需要借助于核输出受体核输出受体(nuclear export receptors)才可穿过才可穿过9nm的核孔通道。的核孔通道。 机制：机制：调控调控rna从核运输至细胞浆的机制还不很从核运输至细胞浆的机制还不很清楚。清楚。 目目 录录（五）某些（五）某些mrna定位于细胞质的特殊区域定位于细胞质的特殊区域现象：现象：一些一些mrna分子携带有信息，可以在翻分子携带有信息，可以在翻译开始前自我导向定位于细胞内的特定译开始前自我导向定位于细胞内的特定位置。位置。

36、作用：作用：在细胞的特定部位集中产生所需要的大在细胞的特定部位集中产生所需要的大量蛋白质。量蛋白质。 目目 录录机制：机制：导向信号存在于导向信号存在于mrna的的3 端非翻译区端非翻译区（3 untranslated region, 3 utr）。）。 mrna被连接在附着于细胞骨架上的动力蛋白被连接在附着于细胞骨架上的动力蛋白（motor proteins）上，利用其水解）上，利用其水解atp所提供的能量沿所提供的能量沿着骨架成分朝目的方向移动，最终在目的地被锚蛋白着骨架成分朝目的方向移动，最终在目的地被锚蛋白（anchor proteins）固定。）固定。mrna在细胞浆中随机扩散并被不

37、断地降解，只有在细胞浆中随机扩散并被不断地降解，只有碰上锚蛋白才能得到保护。碰上锚蛋白才能得到保护。mrna通过在细胞浆中的随机扩散，在其定位处被通过在细胞浆中的随机扩散，在其定位处被锚蛋白捕捉、固定。锚蛋白捕捉、固定。第二种情况第二种情况第三种情况第三种情况第一种情况第一种情况目目 录录mrna分子的分子的3种不同定位过程种不同定位过程目目 录录（六）通过改变（六）通过改变mrna分子的稳定性分子的稳定性 调控基因表达调控基因表达 意义：意义：降解途径保证降解途径保证mrna不在细胞中累积并不在细胞中累积并避免合成过多的蛋白质。避免合成过多的蛋白质。不同真核基因的不同真核基因的mrna的降解

38、速率大不相同。的降解速率大不相同。 暂时需要的基因产物：暂时需要的基因产物：半衰期可能仅为几分钟、半衰期可能仅为几分钟、甚至几秒钟。甚至几秒钟。 经常需要的基因产物：经常需要的基因产物：其其mrna 可在多代细胞可在多代细胞中稳定存在。中稳定存在。 目目 录录真核细胞真核细胞mrna降解有两种途径，是由每降解有两种途径，是由每种种mrna分子的序列所决定。分子的序列所决定。 poly(a)的逐渐短缩：最常见的途径的逐渐短缩：最常见的途径vmrna分子一旦进入细胞浆中，核酸外切酶会使分子一旦进入细胞浆中，核酸外切酶会使poly(a)末端逐步短缩，当剩下约末端逐步短缩，当剩下约30个个a时，时，5

39、 端端发生脱帽，发生脱帽，mrna分子被迅速降解。分子被迅速降解。v一些一些mrna分子的分子的3 utr的特殊序列有助于特殊的特殊序列有助于特殊蛋白质的结合，增加或降低蛋白质的结合，增加或降低poly(a)短缩的速度。短缩的速度。 目目 录录v可将可将poly(a)直接从直接从mrna分子上切除。这分子上切除。这种切除也有赖于种切除也有赖于mrna分子的分子的3 utr特殊序特殊序列可以被内切酶识别。列可以被内切酶识别。 另一个途径始于特殊内切酶的作用另一个途径始于特殊内切酶的作用 转铁蛋白受体转铁蛋白受体(transferrin receptor, tfr) mrna分子分子 3 utr柄

40、环（柄环（stem-loop）结构）结构铁反应元件铁反应元件(iron-response element，ire)。例如：例如：目目 录录 ire-bp对转铁蛋白受体对转铁蛋白受体mrna稳定性的调节稳定性的调节低铁状态低铁状态转铁蛋白受体转铁蛋白受体mrna5编码区编码区活化的活化的ire-bp3poly(a)n翻译翻译tfr蛋白蛋白ire高铁状态高铁状态转铁蛋白受体转铁蛋白受体mrna5编码区编码区铁铁失活的失活的ire-bp3poly(a)nmrna降解降解ire目目 录录（七）（七）mrna分子细胞质中添加分子细胞质中添加poly(a) 控制蛋白翻译控制蛋白翻译在一些情况下，特殊的在一

41、些情况下，特殊的poly(a)尾端可以尾端可以在细胞浆得以延伸。在细胞浆得以延伸。 例：正在成熟中的卵母细胞与卵细胞例：正在成熟中的卵母细胞与卵细胞 一些存在于细胞浆的一些存在于细胞浆的mrna分子的分子的3末端只有末端只有1030个腺苷酸（个腺苷酸（a），它们并不翻译。在卵母细胞成），它们并不翻译。在卵母细胞成熟和受精后的一个特定时段，当需要这些熟和受精后的一个特定时段，当需要这些mrna所编所编码的蛋白质时，码的蛋白质时，poly(a)被添加到这些选定的被添加到这些选定的mrna分分子，大大促进它们翻译的开始。子，大大促进它们翻译的开始。目目 录录（八）无义变化介导的（八）无义变化介导的m

42、rna降解是真核降解是真核mrna的监视系统的监视系统无义变化介导的无义变化介导的mrna降解降解 (nonsense-mediated mrna decay, nmd）当在同一阅读框架内的翻译终止密码子当在同一阅读框架内的翻译终止密码子uaa、uag或或uga提前出现在最后两个外显子提前出现在最后两个外显子交界处上游约交界处上游约50 nt处时，处时，mrna被迅速降解。被迅速降解。这些错位终止密码子被称为这些错位终止密码子被称为成熟前终止密码子成熟前终止密码子（premature termination codons, ptc），可以，可以来自突变、重组、不完全或不正确剪接。来自突变、重组

43、、不完全或不正确剪接。 目目 录录无义变化介导的无义变化介导的mrna的降解的降解目目 录录意义：意义：v可以使某些异常的可以使某些异常的mrna在被有效地翻译成蛋在被有效地翻译成蛋白质前得到清除白质前得到清除 ，这个，这个mrna监视系统可以防监视系统可以防止非正常截短的蛋白质的合成止非正常截短的蛋白质的合成 。vnmd在进化过程中发挥了重要作用，使真核细在进化过程中发挥了重要作用，使真核细胞更容易探究由于胞更容易探究由于dna重排、突变或不同剪接重排、突变或不同剪接方式所形成的新基因。方式所形成的新基因。v免疫系统细胞的发育过程中也很重要，重排基免疫系统细胞的发育过程中也很重要，重排基因产

44、生的这类因产生的这类mrna被被nmd系统迅速降解，避系统迅速降解，避免了截短蛋白质的细胞毒作用。免了截短蛋白质的细胞毒作用。目目 录录（九）（九）rna干涉是一种基因转录后沉默机制干涉是一种基因转录后沉默机制 rna干涉干涉 在高等真核生物中发现有一类在高等真核生物中发现有一类小小rnas (small rnas)介导的特殊基因的沉默。这是由于介导的特殊基因的沉默。这是由于此类小此类小rnas与与mrnas（经常是（经常是3 utr）相互作）相互作用，导致用，导致mrna降解或者翻译抑制，使降解或者翻译抑制，使mrna及及其相应基因无法表达而沉默（其相应基因无法表达而沉默（silence）。）。 控制至少某些生物体的适时发育。它也是一控制至少某些生物体的适时发育。它也是一种保护生物体免受种保护生物体免受rna病毒