分子生物学课件：真核调控1

1、第七章第七章 真核生物基因的表达调控真核生物基因的表达调控第一节第一节 概述概述u真核基因表达调控的特点真核基因表达调控的特点 发育调控发育调控 、正调控、组织细胞特异性、多层次、正调控、组织细胞特异性、多层次DNA水平的调控水平的调控转录水平的调控转录水平的调控转录后水平的调控转录后水平的调控翻译水平调控翻译水平调控翻译后水平调控翻译后水平调控u调控层次调控层次核酸分子间的互作核酸分子间的互作蛋白质与核酸分子间的互作蛋白质与核酸分子间的互作蛋白质分子间的互作蛋白质分子间的互作u调控机理调控机理蛋白质如何识别蛋白质如何识别DNA特定序列？特定序列？非特异性结合非特异性结合：蛋白正电区域（由带正

2、电的氨基酸侧链：蛋白正电区域（由带正电的氨基酸侧链组成），与组成），与DNA主链的负电荷产生主链的负电荷产生静电作用静电作用，二者距，二者距离远，作用力弱离远，作用力弱特异性结合特异性结合：蛋白质分子与：蛋白质分子与DNA靶位点形成靶位点形成氢键氢键，使，使二者距离缩短（二者距离缩短（1.01.5nm），作用力增强），作用力增强真核生物的基因结构与转录活性真核生物的基因结构与转录活性 基因家族（简单多基因家族和复杂多基因基因家族（简单多基因家族和复杂多基因家族）家族） 真核基因的断裂结构（组成型剪接和选择真核基因的断裂结构（组成型剪接和选择型剪接）型剪接） 真核生物真核生物DNA水平上的基因表

3、达调控水平上的基因表达调控 DNA甲基化与基因活性的调控甲基化与基因活性的调控基因家族与基因簇基因家族与基因簇 （ Gene family 、Gene cluster） 基因家族：真核生物的基因组中许多来源相同，结构相似、功能基因家族：真核生物的基因组中许多来源相同，结构相似、功能相关的一组基因相关的一组基因 简单多基因家族：基因一般以串联方式前后相连简单多基因家族：基因一般以串联方式前后相连复杂多基因家族：几个相关基因家族构成，基因家族之间由复杂多基因家族：几个相关基因家族构成，基因家族之间由间隔序列隔开，并作为独立的转录单位间隔序列隔开，并作为独立的转录单位 目前可分目前可分为为三三类类：

4、 ：各成员之间有高度的序列一致性各成员之间有高度的序列一致性串联重复基因簇的特点：串联重复基因簇的特点：拷贝数高拷贝数高 几十几十 几百几百非转录的间隔区短而一致非转录的间隔区短而一致正好满足组蛋白基因、正好满足组蛋白基因、rRNA 基因和基因和 tRNA的的 基因产物被细胞大量需要基因产物被细胞大量需要基因簇（基因簇（gene cluster）：基因家族的各成员紧密成簇，排列）：基因家族的各成员紧密成簇，排列 成大段的串联重复单位，定位于染色体的特殊区域成大段的串联重复单位，定位于染色体的特殊区域 由发育阶段控制的多基因家族：人类珠蛋白的基因家族由发育阶段控制的多基因家族：人类珠蛋白的基因家

5、族 真核基因的断裂结构真核基因的断裂结构 断裂基因（断裂基因（interrupted gene）概念：在一个结构基因中，编码某一蛋白质不同区域的概念：在一个结构基因中，编码某一蛋白质不同区域的各个外显子并不连续排列在一起，而是常常被长度不等各个外显子并不连续排列在一起，而是常常被长度不等的内含子所隔离。的内含子所隔离。编码序列称为外显子（编码序列称为外显子（exon），非编码序列称为内含子），非编码序列称为内含子（intron） 真核基因中外显子与内含子连接区的高度真核基因中外显子与内含子连接区的高度保守性和特异碱基序列保守性和特异碱基序列 内含子两端序列不能互补内含子两端序列不能互补 外显子

6、和内含子连接区序列很短且高度保外显子和内含子连接区序列很短且高度保守守 5GT.AG3（RNA剪接的信号）剪接的信号）外显子与内含子的可变调控成熟成熟mRNA产生的产生的cDNA中只有外显子，没中只有外显子，没有内含子有内含子 组成型剪接：一个基因的转录产物只产生组成型剪接：一个基因的转录产物只产生一种成熟一种成熟mRNA，编码一个多肽，编码一个多肽 选择性剪接：一个基因的转录产物可以通选择性剪接：一个基因的转录产物可以通过过不同的剪接方式不同的剪接方式产生不同的产生不同的mRNA，翻，翻译成不同蛋白质译成不同蛋白质真核细胞在基因表达调控方面的特点：真核细胞在基因表达调控方面的特点： 单顺反子

7、单顺反子 DNA 与组蛋白和非组蛋白结合与组蛋白和非组蛋白结合 大部分基因不转录大部分基因不转录 DNA片段重排和基因扩增片段重排和基因扩增 基因转录的调节区大（远端调控）基因转录的调节区大（远端调控） 转录和翻译的空间间隔转录和翻译的空间间隔 转录后加工转录后加工 第一节 DNA水平的调控一一基因丢失基因丢失二二染色质结构对基因表达的调控染色质结构对基因表达的调控三三基因扩增基因扩增四四基因重排基因重排五五DNA甲基化甲基化1、基因丢失：、基因丢失：在细胞分化过程中，通过丢掉某些基在细胞分化过程中，通过丢掉某些基因而去除其活性，因而去除其活性，不可逆。不可逆。 某些原生动物，线虫、昆虫、甲壳

8、类动物，体细某些原生动物，线虫、昆虫、甲壳类动物，体细胞常丢掉部分或整条染色体。胞常丢掉部分或整条染色体。 蛔虫胚胎发育过程中，有蛔虫胚胎发育过程中，有27DNA丢失。丢失。 在高等动植物中，尚未发现类似现象。在高等动植物中，尚未发现类似现象。 2、染色质结构对基因表达的调控：真核基、染色质结构对基因表达的调控：真核基因的活跃转录是在常染色质上进行的因的活跃转录是在常染色质上进行的有基因活跃表达活性的染色质有基因活跃表达活性的染色质DNA对对 DNase更敏感，即更敏感，即DNase的敏感性可作为该基因转录活性的标志。的敏感性可作为该基因转录活性的标志。常染色质：结构松散，基因表达常染色质：结

9、构松散，基因表达异染色质：结构紧密，基因不表达异染色质：结构紧密，基因不表达3 3、基因扩增：细胞内某些特定基因的拷贝数专一性、基因扩增：细胞内某些特定基因的拷贝数专一性增加的现象增加的现象 为满足正常的生长发育需要为满足正常的生长发育需要 两栖类和昆虫卵母细胞两栖类和昆虫卵母细胞rRNA基因的扩增基因的扩增 果蝇滤泡细胞卵壳蛋白基因的扩增果蝇滤泡细胞卵壳蛋白基因的扩增 外界环境因素引起基因扩增外界环境因素引起基因扩增 药物诱导抗药性基因的扩增；药物诱导抗药性基因的扩增； 肿瘤细胞中原癌基因拷贝数异常增加。肿瘤细胞中原癌基因拷贝数异常增加。 原发性的视网膜细胞瘤中，含原发性的视网膜细胞瘤中，含

10、myc 原癌基因的原癌基因的DNA区区段扩增段扩增10200倍。倍。 许多致癌剂可诱导许多致癌剂可诱导DNA扩增。扩增。4、基因重排：将一个基因从远离启动子的、基因重排：将一个基因从远离启动子的地方移动到距它很近的位点而启动转录地方移动到距它很近的位点而启动转录 特异性调节特异性调节，发生在特殊的细胞类型中，发生在特殊的细胞类型中 酿酒酵母接合型酿酒酵母接合型 哺乳动物免疫球蛋白编码区的连接哺乳动物免疫球蛋白编码区的连接 无序的无序的，发生在肿瘤细胞基因组中，发生在肿瘤细胞基因组中DNA水平的调控5、DNA甲基化：甲基化：DNA甲基化能关闭某些基因甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化则诱导基因活化和表达的活性，去甲基化则诱导基因活化和表达 5-mC，N6-mA，7-mG “CpG岛岛” 甲基化程度高，基因表达降低甲基化程度高，基因表达降低 去甲基化，基因表达增加去甲基化，基因表达增加甲基化酶类型：甲基化酶类型： 日常型甲基转移酶：催化日常型甲基转移酶：催化半半甲基化，甲基甲基化，甲基化母链为模板指导，甲基化迅速化母链为模板指导，甲基化迅速 从头合成型甲基转移酶：催化从头合成型甲基转移酶：催化未未甲基化，甲