第四章B真核调控

1、 第一节第一节 dnadna水平的调控水平的调控 一一. . dnadna的甲基化与去甲基化的甲基化与去甲基化 怎样判断哪些位点甲基化怎样判断哪些位点甲基化, ,哪些位点没有甲基化哪些位点没有甲基化, ,采用同裂酶来处理待测序列采用同裂酶来处理待测序列, ,比较相应切点比较相应切点, ,就就能弄清楚能弄清楚. . 571-572hpa 620 611 586 527 d c b a 5 gcg ccg ccg gcg 3 3 cgc ggc ggc cgc 5 图 1844 鸡卵黄蛋白原基因 5 端调节区有 4 个 cpg 位点 nh2 4 n 3 5 n c 2 6 ch o n ho o

2、图 1845 5氮胞苷结构式 印记:来源于父母本的一对等位基因表达不同。如源于父本的igf- (胰岛素样生长因子)基因可表达，而源于母本的则不能表达。此是由于卵母细胞中的igf- 已被甲基化，而精子中的igf-未被甲基化，所以这一对等位基因在合子中表现不同。 目前在人类和鼠身上已辨明了20种印迹基因。大多数人类的印迹基因集中在三个簇中。在每个基因簇上都存在着特异的印记盒印记盒 (imprinting box)，能顺式调节印迹基因的亲本特异性表达，这些位点表现出亲本特异性的甲基化作用和去甲基化作用。 。在小鼠早期胚胎中，父系等位基因为非甲基化而表达，母系等位基因因甲基化而沉默。在子代小鼠形成配子

3、时发生了什么？ 第二节转录水平的调控一顺式作用元件和反式作用因子：顺式作用元件p573 (1) 核心启动子成分 ， 如 tata 框 ； (2) 上游启动子分分 ，如 caat框 ,gc框 ; (3) 远上游顺序 ：如增强子 ，减弱子 、 静 息 子 ,酵 母 的 uas （ upstream activator sequences）等。 (4) 特殊细胞中的启动子成分 ：如淋巴 细胞中的 oct (octamer）和b。 反式作用因子可以分为3类； (1) 通用反式作用因子通用反式作用因子，主要识别启动子的核 心启动成分tata框，如tbp； （2）特殊组织与细胞中的反式作用因子，如淋巴细

4、胞中的oct-2； （3）和反应性元件反应性元件（response elenents）相结合的反 式作用因子。 如hse（热休克反应元件，heat shock response element）， gre（糖皮质激素反应元件glucocorticoid response element）； mre（金属反应元件，metal response element）； tre（肿瘤诱导剂反应元件，tumorgenic agent response element);(一) 蛋白质直接和dna结合1. 螺旋转角螺旋螺旋转角螺旋（helix-turn-helix, hth）： 如laco的r 蛋白，的ci

5、，cro蛋白，涉及酵母交配型的a1和a2蛋白。真核生物中的oct-1和oct-2；2.锌指结构锌指结构（zinc finger） 单个的锌指保守序列是：单个的锌指保守序列是：cys-x2-4-cys-x3-phe-x5- leu-x2-his-x2-his 型型: 2cys/2his : tf iiia, sp1 型型: 2cys/2cys : gal4 2 cooh 1 3 nh2 螺旋转角螺旋(hth) f l c h zn c h nh2 y cooh 锌指结构3. 亮氨酸拉链（leucine ziipper） 4. 螺旋一环一螺旋（hlh）在hlh中带有碱性区的肽链称为 碱性碱性hlh

6、（bhlh，protein）。 bhlh又分为两类。 a类是可以广泛表达的蛋白，包括哺乳动物的e12/e47（可和免疫球蛋基因增强子中的元件结合）和果蝇da（daughterless,性别控制的总开关基因）的产物； b类是组织特异性表达的蛋白，包括哺乳动物的myod(肌浆蛋白（myogen）基因的转录因子 果蝇的ac-s（achaete-scute 无刚毛基因的产物） hooc cooh hooc cooh ll ll ll ll + + + + + + + + + + + + nh2 nh2 + + nh2 nh2 亮氨酸拉链 螺旋环螺旋(hlh) 5同源异形结构域（homeodomains

7、，hd）是一种编码60aa的序列，长180bp，它存在于很多控制果蝇早期发育基因中，在高等生物中也发现了相关基序。 hd的c-端区域和原核阻遏蛋白的hth同源，但也有几点不同:（1）hd的c端由3个-螺旋构成，螺旋3结合于大沟，长17aa；而阻遏蛋白由5个-螺旋构成，螺旋3长仅9个 aa；（2）原核的hth的以二聚体形式与dna结合，靶序列是回文结构，而hd是以单体形式与dna结合，靶序列不是回文结构；（3）hd n-端的臂位于小沟，而hth螺旋1的末端与dna的背面接触。 （二）蛋白质和配基的结合 甾类受体蛋白一般都具有3个不同的功能区：（1）n-端区是激活转录所需的区域，不 同受体之间此区

8、的同一性仅小于15%；（2）dna结合及转录活化区，同一性较高为94-42%；（3）c-端的激素结合和二聚体形成区， 同一性为57-15%。 n-端区 dna 结合 甾类结合和 激活转录所需 和转录激活 二聚体形成区 1 177 262 428 490 532 697 图 18-52 糖皮质激素受体三个功能区的分布 甾类激素 细胞质 受体 核 ger/增强子 启动子 转录 激活 图 18-51 糖皮质激素与受体结合后进入核内和增强子结合 激活糖皮质激素调节基因的启动子，导致转录 (三) 蛋白质之间的相互作用 酵母半乳糖代谢中gal80和gal4的相互作用： 酵母半乳糖代谢调控和gal操纵中的调

9、控形式是 完全不同的：（1）被调节的基因多位于不同的染色体上；（2）负调节蛋白gal80不直接和dna结合，而是和 gal4结合，占据其功能域来阻遏转录的；（3）作为正调节因子不仅需要半乳糖作为诱导物，还需要gal4蛋白作为转录因子，它不是像原核中的正调节蛋白仅和操纵子中的操纵基因结合，使整个基因簇得以转录，而是分别和各个被调节基因上游元件uas结合，促进转录。 d-gal gal 80 细胞核 细胞质 gal 80 基因 5 gal 4 抑 诱导物 dgal 蜜二糖 c-半乳糖苷酶 gal 4 制 atp 基因 1 adp 半乳糖苷酶 gal 7 10 1 dg1p 激 udpglu 基因

10、7 glu-1-p 半乳糖转移酶 gal 2 活 udp-d-gal gal 5 基因 10 表面异构酶 gal 3 udpdg 图 18-53 酵母半如糖代谢途径及其调控 图例： ：激活； ：抑制 gal80 结合区 dna 二聚体 结合区 形成区 激活区 激活区 1 65 94 148 196 768 851 881 图 18-54 gal4 结合功能区的分布 半乳糖缺乏 半乳糖存在 gal gal80 gal4 转录激活区 dna 结合区 uasg uasg gal4：二聚体结合于 uasg 上 gal4：二聚体结合于 uasg 上 gal80 结合于 gal4 上 gal80 和 ga

11、l 结合而解离 gal 基因不转录 gal4 激活 gal 基因转录 图 18-25 酵母 gal 基因激活模型 一一. 转录起始的选择转录起始的选择 酵母蔗糖酶基因，有6个基因（suc15,7）位于不同的染色体上。每一个基因都可以转录合成蔗糖酶，但有胞内酶和胞外酶两种不同形式。 前者的合成不受葡萄糖存在的影响，但含量低； 后者的合成受到葡萄糖的抑制。 两种酶的结构相似， 胞外酶仅多了信号序列，经切除后胞外酶比胞内酶在n-端仅多了一个ser 经分析发现suc-2 基因有3个tata框，但尚不清楚和2种酶的关系. p(c) 信号肽 酶的编码区 p(r) atg atg 1.8kb aug 组成型

12、 mrna(c) 胞内酶 1.9kb aug 调节型 mrna(r) 胞外酶 图 18-56 酵母 no9 染色体上的 suc-2 基因的不同转录起始二选择性加工二选择性加工 (一) 不同5端的选择 (二) 选择不同的3端 (三) 选择不同外显子 ps 外显子 s pl 外显子 l 外显子 2 外显子 3 dna 50b 2800bp 161bp 4500bp 205bp 327bp 初始转录本： 在唾腺中转录 成熟 mrna： 1663nt 初始转录本： 在肝中转录 成熟 mrna： 1773nt 图 18-57 小鼠淀粉酶(amy) 基因利用不同启动子产生两个不同的 mrna 5 非编码

13、编码外显子 降钙素的 cgrp cgrp非编码3 外显子 的共同区 编码外显子 编码外显子 外显子 5 3 c1 c2 aataaa aataaa 转录 甲状腺“c”细胞 脑 mrna mrna c1c2 降钙素 poly(a)3 c1c2 cgrp poly(a)3 翻译 翻译 降钙素 共同区 降钙素 16aa cgpp 共同区 cgrp 4aa 前体蛋白 前体蛋白 前体蛋白 lys arg gly lys lys arg lys arg gly arg arg arg 图18-59 大鼠降钙素基因两个polya位点和不同的剪接模式 cgrp：(calcitonin gene-related

14、 peptide) 降钙素基因相关的神经肽 dna 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3 tata tata aataaa 1 4 5 6 7 8 9 (在心脏中) 190aa lc1 mrna 20kb aug (在砂囊中) 149aa lc3 10kb 2 3 5 6 7 8 9 图 18-58 鸡肌球蛋白轻链前体 mrna 在不同的组织中进行不同的选择性拼接 一一.mrna运输控制运输控制（transport control）是对转录本从细胞核运送到细胞质中的数量进行调节; 二二mrna翻译的控制翻译的控制 三三mrna的结构和翻译的效率的结构和翻译的效率 四翻译的起始调节四翻译的

15、起始调节 五选择性翻译五选择性翻译 六反义六反义rna调控调控 七翻译的自我调节七翻译的自我调节一mrna运输控制 在细胞核内转录,在细胞质中翻译.在真核细胞核中剪接体滞留模型.二mrna翻译调空 降解控制,短寿命的mrna的3端非翻译序列中有一组富含au的序列,与mrna不稳定有关.三mrna的结构和翻译的效率 5端帽子结构阻碍翻译,3端poly(a)影响到mrna的稳定性和翻译效率. poly(a)结合蛋白pabp,12nt. r2c2 + 2camp (rh) 2 c 2 (无活性) 血红素存在 2r camp + 2c adp eif-2-p h2o (无活性) hcr hcr 蛋白磷

16、酸酯酶 (无活性) (有活性) atp eif pi (有活性) pi h2o met-trna+esp 起始复合体 蛋白磷酸酯酶 图 18 60 血红素对网织红细胞中蛋白质合成的调节 hcr：控制血红素阻遏物(hemin-controlled repressor) esp ：eif-2 刺激蛋白（eif-2stimulating protein） 和珠蛋白的合成在二倍体细胞中都有4个-珠蛋白基因，它们之间的浓度比应是：=2：1，而实际上是1：1在无细胞系统中加入等量的mrna和mrna和少量的起始因子,结果合成的-珠蛋白仅占3%。当加入过量的起始因子时珠蛋白和珠蛋白之比为1.4：1，接近1：

17、1，表明翻译起始因子和两种mrna的亲和性不同。六反义rna调空 1984年adelman等发现大鼠中的促性腺激素释放(gnrh)的基因两条链都能转录,首次在真核中发现了反义rna.七翻译的自我调节 真核生物中也存在蛋白质合成的自我调节. 微管蛋白注射到哺乳动物细胞中,会抑制微管蛋白的进一步合成. 真核生物细胞有丝分裂周期有两个关键的过程：一一.细胞周期与调节细胞周期与调节 “起点起点”（start）， m期进入限制点（commitment to m phase） 成熟促进因子成熟促进因子。（muturior promoting factor， mpf）。后又称为m期促发因子期促发因子（m-p

18、hase puomoting factor,mpf）。 周期蛋白周期蛋白 (cyclin) 表 18-12 几种生物中在细胞周期中的周期调控的同源蛋白催化亚基(p34 蛋白) 调节亚基（周期蛋白）物种mg1g1mmg1g1m粟酒裂殖酵母cdc2cdc2cdc13(b-like)cig1、2酿酒酵母cdc28cdc28clb 14(b-like)cln 13哺乳动物/蛙p34cdk2(p33)cdk4cyclins a、b1、b2cyclins a、d1、d2、d3、e参考 b.lewin:genes,1997,fig.36.18 在m期活化的p34-cycin b可以使下面一组蛋白磷酸化 (1)使