真核生物基因表达的调控PPT课件

1、 基因组很小，大多只有一条染色体 结构简炼 存在转录单元多顺反子原核生物基因组结构特点 有重叠基因第1页/共118页二、真核细胞与原核细胞在基因转录、翻译及二、真核细胞与原核细胞在基因转录、翻译及DNADNA的空间结构的空间结构方面存在以下几个方面的差异方面存在以下几个方面的差异 试说明真核细胞与原核细胞在基因转录，翻译及DNA的空间结构方面存在的主要差异，表现在哪些方面？ 武汉大学2003年分子生物学硕士入学试题 第2页/共118页 在真核细胞中，一条成熟的mRNA链只能翻译出一条多肽链，很少存在原核生物中常见的多基因操纵子形式。 真核细胞DNA与组蛋白和大量非组蛋白相结合，只有一小部分DN

2、A是裸露的。第3页/共118页 高等真核细胞DNA中很大部分是不转录的，大部分真核细胞的基因中间还存在不被翻译的内含子。 真核生物能够有序地根据生长发育阶段的需要进行DNA片段重排，还能在需要时增加细胞内某些基因的拷贝数。第4页/共118页 在真核生物中，基因转录的调节区相对较大，它们可能远离启动子达几百个甚至上千个碱基对，这些调节区一般通过改变整个所控制基因5上游区DNA构型来影响它与RNA聚合酶的结合能力。 在原核生物中，转录的调节区都很小，大都位于启动子上游不远处，调控蛋白结合到调节位点上可直接促进或抑制RNA聚合酶与它的结合。第5页/共118页 真核生物的RNA在细胞核中合成，只有经转

3、运穿过核膜，到达细胞质后，才能被翻译成蛋白质，原核生物中不存在这样严格的空间间隔。 许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过程，才能顺利地翻译成蛋白质。第6页/共118页三、基本概念三、基本概念（一）基因家族（gene family)真核生物的基因组中有很多来源相同、结构相似、功能相关的基因，将这些基因称为基因家族。 同一家族中的成员有时紧密地排列在一起，成为一个基因簇(gene cluster) 。如：编码组蛋白、免疫球蛋白和血红蛋白的基因都属于基因家族第7页/共118页1、简单多基因家族简单多基因家族中的基因一般以串联方式前后相连。第8页/共118页The eukaryotic rib

4、osomal DNA repeating unit第9页/共118页2 2、复杂多基因家族、复杂多基因家族 复杂多基因家族一般由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。现已发现存在不同形式的复杂多基因家族。第10页/共118页Organization of histone genes in the animal genome第11页/共118页（二）断裂基因（二）断裂基因 基因的编码序列在DNA分子上是不连续的，为非编码序列所隔开，其中编码的序列称为外显子，非编码序列称内含子。外显子(Exon) ：真核细胞基因DNA中的编码序 列，这些序列被转录成RNA并进而翻

5、译为蛋白质。内含子(Intron) ：真核细胞基因DNA中的间插序列，这些序列被转录成RNA，但随即被剪除而不翻译。 第12页/共118页第13页/共118页1 1、外显子与内含子的连接区、外显子与内含子的连接区 指外显子和内含子的交界或称边界序列，它有两个重要特征： 内含子的两端序列之间没有广泛的同源性 连接区序列很短，高度保守，是RNA剪接的信号序列 5GTAG 3第14页/共118页2 2、外显子与内含子的可变调控、外显子与内含子的可变调控 组成型剪接：一个基因的转录产物通过剪接只能产生一种成熟的mRNA。 选择性剪接：同一基因的转录产物由于不同的剪接方式形成不同mRNA。 第15页/共

6、118页 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第16页/共118页( (三三) )假基因假基因是基因组中因突变而失活的基因，无蛋白质产物。一般是启动子出现问题。第17页/共118页根据其性质可分为两大类：一是瞬时调控或称为可逆性调控，它相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反应。瞬时调控包括某种底物

7、或激素水平升降时，及细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调节。二是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的精髓部分，它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。根据基因调控在同一事件中发生的先后次序又可分为：DNA水平调控转录水平调控转录后水平调控翻译水平调控蛋白质加工水平的调控四、真核生物基因表达调控的种类：第18页/共118页第一节第一节 DNADNA水平的调控水平的调控基因丢失基因丢失基因扩增基因扩增基因重排基因重排DNA甲基化状态与调控甲基化状态与调控染色体结构与调控染色体结构与调控抗体分子的形成Ti质粒转座子第19页/共118页一、基因丢失一、基因丢失在细胞分化过程中，通过在细胞分化过程

8、中，通过丢掉某些基因丢掉某些基因而去除其而去除其活性。例如某些原生动物，线虫、昆虫、甲壳类活性。例如某些原生动物，线虫、昆虫、甲壳类动物，体细胞常丢掉部分或整条染色体，只保留动物，体细胞常丢掉部分或整条染色体，只保留将来分化产生生殖细胞的那套染色体。将来分化产生生殖细胞的那套染色体。例如在蛔虫胚胎发育过程中，有例如在蛔虫胚胎发育过程中，有2727DNADNA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。许多生物各类不同的细胞或细胞核都具有全能性许多生物各类不同的细胞或细胞核都具有全能性totipotencytotipotency第一节第一节 DNADNA水平的

9、调控水平的调控第20页/共118页二、基因扩增二、基因扩增 在没有发生细胞分裂，整条染色体几乎没有复制的情在没有发生细胞分裂，整条染色体几乎没有复制的情 况下，细胞内某些特定基因的拷贝数专一性增加的况下，细胞内某些特定基因的拷贝数专一性增加的现象现象1 1、为满足正常的生长发育需要为满足正常的生长发育需要 如两栖类和昆虫卵母细胞如两栖类和昆虫卵母细胞rRNArRNA基因基因的扩增的扩增: : 卵母卵母细胞中的细胞中的rDNArDNA拷贝数比体细胞中增加了拷贝数比体细胞中增加了40004000倍，倍，用于转录合成卵裂期所需要的用于转录合成卵裂期所需要的10121012个核糖体。个核糖体。 在果蝇

10、滤泡细胞中，编码卵壳在果蝇滤泡细胞中，编码卵壳蛋白蛋白的卵壳基因的扩的卵壳基因的扩增增2 2、外界环境因素引起基因扩增外界环境因素引起基因扩增 基因扩增与基因扩增与肿瘤形成及细胞衰老肿瘤形成及细胞衰老有关。在原发性有关。在原发性的视网膜细胞瘤中，含的视网膜细胞瘤中，含myc myc 原癌基因的原癌基因的DNADNA区段扩区段扩增增1010200200倍。许多致癌剂可诱导倍。许多致癌剂可诱导DNADNA扩增。扩增。 第21页/共118页基因组拷贝数增加，即多倍性，在植物中是非常普遍的现象。基因组拷贝数增加使可供遗传重组的物质增多，这可能构成了加速基因进化、基因组重组和最终物种形成的一种方式。发育

11、或系统发生中的倍性增加在植物中普遍存在第22页/共118页DNA含量的发育控制利用流式细胞仪对从拟南芥不同发育阶段的组织中分离到的间期细胞核进行分析，发现多倍体的DNA含量与组织的成熟程度成正比。对于一给定的物种，C是单倍体基因组中的DNA质量。第23页/共118页 将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位点从而启动转录，这种方式被称为基因重排。 通过基因重排调节基因活性的典型例子是免疫球蛋白结构基因的表达。三、基因重排：三、基因重排：第24页/共118页第25页/共118页第26页/共118页 基因重排基因重排 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 例如：

12、酿酒酵母接合型例如：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第27页/共118页1 1、酿酒酵母接合型的决定、酿酒酵母接合型的决定Saccharomyces cerevisiaeSaccharomyces cerevisiae 单倍体细胞单倍体细胞, a or , a or 接合型接合型 不同接合型的细胞可以接不同接合型的细胞可以接合合 相同接合型的细胞不能接相同接合型的细胞不能接合合MATa ,MATMATa ,MAT 接合型可互变接合型可互变aa 需要需要HOHO基因，编码内切酶基因，编码内切

13、酶第28页/共118页2 2、Cassette model Cassette model 匣子模型匣子模型（1 1）接合型互变的匣子模型）接合型互变的匣子模型 一个单倍体细胞中同时存在一个单倍体细胞中同时存在MATaMATa和和 MATMAT 在同一染色体上，活跃匣子在同一染色体上，活跃匣子 MATMAT 沉寂匣子沉寂匣子 HML, HMRHML, HMR第29页/共118页活跃匣子表达，活跃匣子表达，HMLHML和和HMRHMR保持沉默？保持沉默？Sir Sir (silent information regulator)(silent information regulator)，编码阻遏

14、蛋白，编码阻遏蛋白, ,其结合位点在其结合位点在HMLHML和和HMRHMR启动子上游启动子上游1500bp1500bp以外，在以外，在MATMAT上无结合位点上无结合位点 sirsir如何控制转录？如何控制转录？ 影响影响RNARNA聚合酶的结合聚合酶的结合 通过染色质浓缩，改变基因转录通过染色质浓缩，改变基因转录 DNase IDNase I超敏感位点不存在于超敏感位点不存在于HML/RHML/R上上第30页/共118页与活跃匣子不同类型的沉寂匣子可以取代活跃匣子，改变接合型3 接和型互变第31页/共118页 接合型的改变，实际上是接合型的改变，实际上是DNADNA序列的代换，依赖于序列同

15、源性序列的代换，依赖于序列同源性 与活跃匣子不同类型的沉寂匣子可以取代活跃匣子，改变接合型与活跃匣子不同类型的沉寂匣子可以取代活跃匣子，改变接合型 匣子匣子 W X Y Z1 Z2 totalW X Y Z1 Z2 total HML HML 723 704 723 704 747747 239 88 2501 239 88 2501 MAT MAT 723 704 723 704 747747 239 88 2501 239 88 2501 MAT MATa a 723 704 723 704 642642 239 88 2369 239 88 2369 HMR HMRa a 704 704

16、 642642 239 1585 239 1585第32页/共118页第33页/共118页四、四、DNA的甲基化与基因调控：的甲基化与基因调控：1 1、DNADNA的甲基化的甲基化第34页/共118页在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出现在CpG序列、CpXpG、CCA/TGG和GATC中 CpG二核苷酸通常成串出现在DNA上，CpG岛 第35页/共118页 真核生物细胞内存在两种甲基化酶活性：维持甲基转移酶 重新甲基转移酶 第36页/共118页第37页/共118页2 2、DNADNA甲基化抑制基因转录的机理甲基化抑制基因转录的机理DNA甲基化导致某些区域DNA构象变化，从而影响了蛋白质与DNA

17、的相互作用，抑制了转录因子与启动区DNA的结合效率。 第38页/共118页第二节染色质水平上的基因活化调节按功能状态的不同可将染色质分为活性染色质和非活性染色质，所谓活性染色质是指具有转录活性的染色质；非活性染色质是指没有转录活性的染色质。活性染色质由于核小体构型发生构象的改变，往往具有疏松的染色质结构从而便于转录调控因子与顺式调控元件结合和RNA聚合酶在转录模板上滑动。活性染色质第39页/共118页真核细胞中基因转录的模板是染色质而不是裸露的DNA，因此染色质呈疏松或紧密结构，即是否处于活化状态是决定RNA聚合酶能否有效行使转录功能的关键。第40页/共118页第41页/共118页第42页/共

18、118页活性染色质的主要特点在结构上：活性染色质上具有DNaseI超敏感位点活性染色质上具有基因座控制区活性染色质上具有核基质结合区（MAR序列）第43页/共118页活性染色体结构变化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。第44页/共118页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

19、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。第45页/共118页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H3组蛋白巯基暴露组蛋白巯基暴露第46页/共118页活性染色质上具有DNaseI超敏感位点。每个活跃表达的基因都有一个或几个超敏感位点，大部分位于基因5端启动子区域。第47页/共118页活性染色质上具有核基质结合区（ matrix attachment region ，MAR）。MAR一般位于DNA放射环或活性转录基因的两端。在外源基因两端接上MAR，可增加基因表达水

20、平倍以10上，说明MAR在基因表达调控中有作用。是一种新的基因调控元件。第48页/共118页第49页/共118页第50页/共118页第三节第三节 转录水平的调控转录水平的调控 真核生物细胞中有成千上万个基因表达，不同类型细胞由不同组合的基因表真核生物细胞中有成千上万个基因表达，不同类型细胞由不同组合的基因表达。那么，每种细胞如何保证正确的基因组合表达？达。那么，每种细胞如何保证正确的基因组合表达？ 一种途径是一种途径是基因重复基因重复：基因有多个拷贝，不同类型细胞表达不同的拷贝，不：基因有多个拷贝，不同类型细胞表达不同的拷贝，不同拷贝的表达处于不同调控系统。同拷贝的表达处于不同调控系统。 另一

21、种途径是另一种途径是复合控制系统复合控制系统：真核生物单拷贝基因转录调控系统：真核生物单拷贝基因转录调控系统, ,网络网络第51页/共118页一、基因转录的顺式调控元件一、基因转录的顺式调控元件 cis-cis-elementelement 由若干可以区分的由若干可以区分的DNADNA序列组成，并与特定的功能基因相连，组成基序列组成，并与特定的功能基因相连，组成基因转录的调控区，通过与相应的反式作用因子结合，实现对基因转录的因转录的调控区，通过与相应的反式作用因子结合，实现对基因转录的调控。调控。 按照功能分为启动子、增强子、沉默子按照功能分为启动子、增强子、沉默子 按照调控水平分为基础转录水

22、平的顺式调控元件，如启动子；特异诱导按照调控水平分为基础转录水平的顺式调控元件，如启动子；特异诱导高效表达的顺式调控元件，如增强子高效表达的顺式调控元件，如增强子第52页/共118页1、启动子UPE:upstreampromotorelementUAS:upstreamactivatingsequence第53页/共118页第54页/共118页 sv40第55页/共118页 促进转录，不具有启动子专一性促进转录，不具有启动子专一性 功能与方向，位置无关功能与方向，位置无关 远距离发挥作用远距离发挥作用 (100500bp(100500bp，10Kb)10Kb) 组织或细胞特异性组织或细胞特异性

23、 必须有两个必须有两个( (以上以上) )增强子成份增强子成份紧密相连，紧密相连，enhansonenhanson 增强子的特点第56页/共118页SV40至少有3个不连续的21bp的增强子成分A,B,C，6个增强子元第57页/共118页3 3、silencersilencer 负调控元件负调控元件, , 不受距离和方向限制，可对异源基因的表达起作用不受距离和方向限制，可对异源基因的表达起作用 对真核生物成簇基因的选择性表达起重要作用对真核生物成簇基因的选择性表达起重要作用 例如例如 酵母，酵母，mating typemating type - -珠蛋白珠蛋白基因簇基因簇 T T淋巴细胞激活所

24、需要的淋巴细胞激活所需要的CD4/CD8CD4/CD8基因基因Sawada S.,1994,A lineage-specific transcriptional Sawada S.,1994,A lineage-specific transcriptional silencer regulates CD4 gene expression during T silencer regulates CD4 gene expression during T lymphocyte development. Cell 77:917-929lymphocyte development. Cell 77:91

25、7-929 对细胞亚型成熟过程中特异性的选择表达对细胞亚型成熟过程中特异性的选择表达第58页/共118页二、基因转录的反式作用因子二、基因转录的反式作用因子调控蛋白质包括负调控因子（阻遏蛋白） 正调控因子（转录因子）原核生物调控蛋白种类较少（由于启动子或 操作子结构简单）真核生物调控蛋白种类较多，主要是转录因子第59页/共118页 DNA binding domain：100aa，氢键，大沟 transcription active domain：30-100aa regular domain：与其它因子或调控蛋白结合（一）TF结构特征第60页/共118页1 1、motif motif 基序，

26、基元，花式基序，基元，花式 构成任何一种特征序列或结构的基本单位，是超二级结构构成任何一种特征序列或结构的基本单位，是超二级结构 已发现已发现4 4种结构基元在种结构基元在DNADNA结合中起主要作用结合中起主要作用第61页/共118页补充内容补充内容多肽链的构象多肽链的构象 ， - - NN ， C C - - C C第62页/共118页 螺旋螺旋第63页/共118页- -折叠折叠第64页/共118页- turn, - turn, 转角转角 R1R1的的 C=OC=O与与R4R4的的 NHNH形成氢键形成氢键第65页/共118页（1 1） HTH, Helix-turn-helixHTH,

27、Helix-turn-helix 2 2个个 螺旋被一个螺旋被一个 转角隔开转角隔开 识别螺旋，与识别螺旋，与DNADNA在大沟中特异结合在大沟中特异结合 穿过大沟，与穿过大沟，与DNADNA非特异结合非特异结合第66页/共118页许多调控蛋白都有许多调控蛋白都有HTHHTH 阻遏蛋白与阻遏蛋白与crocro蛋白蛋白 CAPCAP 酵母接合型调控蛋白酵母接合型调控蛋白1 1，2 2 果蝇的触角足基因果蝇的触角足基因 AntpAntp 玉米的玉米的Kn1Kn1 水稻的水稻的OSH1 OSH1 第67页/共118页（2 2） Zinc fingerZinc fingerA. Cys2/His2,

28、A. Cys2/His2, 经典经典 23aa23aa Cys- XCys- X2-42-4- Cys-X- Cys-X3 3-Phe- X-Phe- X5 5 -Leu- X -Leu- X2 2 -His- X -His- X3 3 -His -His CysCys，HisHis与与ZnZn2+2+结合形成结合形成4 4面体结构，使中部的氨面体结构，使中部的氨基酸回折成环，凸出如手指基酸回折成环，凸出如手指 中部芳香族氨基酸保守，疏水中部芳香族氨基酸保守，疏水 串联重复排列，两指间串联重复排列，两指间7-8aa7-8aa 锌指数目多少不等锌指数目多少不等S395第68页/共118页SP1S

29、P1 zyj271第69页/共118页TF III ATF III A 344aa 344aa，NN端与端与DNADNA结合结合 9 9个锌指，每个个锌指，每个30aa30aa 与与5s rRNA5s rRNA基因内启动子基因内启动子 （50bp)50bp)结合结合第70页/共118页第71页/共118页B. Cys2/Cys2 zinc fingerB. Cys2/Cys2 zinc finger Cys- XCys- X2 2- Cys-X- Cys-X1313Cys- XCys- X2 2- Cys- Cys Zn+Zn+与与4 4个个CysCys结合结合 DNADNA结合序列较短，对称

30、结合序列较短，对称 无大量重复性锌指无大量重复性锌指 Cys2/Cys2Cys2/Cys2与与 Cys2/His2Cys2/His2不同不同 例如例如GAL4GAL4，酵母的转录因子，酵母的转录因子 哺乳类的固醇类激素受体哺乳类的固醇类激素受体第72页/共118页糖皮质激素受体糖皮质激素受体 ZYJ272 第73页/共118页-COOH-COOH，每隔，每隔7 7个氨基酸出现一个个氨基酸出现一个LeuLeu，所，所有有LeuLeu出现在同一侧面，成直线排列，形成出现在同一侧面，成直线排列，形成疏水面疏水面-NH2-NH2, ,富含碱性氨基酸，富含碱性氨基酸，碱性，碱性DNADNA结合域结合域(

31、3) Leu (3) Leu zipperzipper依靠依靠LeuLeu的疏水作用的疏水作用,2,2个个helix helix 相互缠绕，形成拉链结构相互缠绕，形成拉链结构第74页/共118页base ZIP motif Ybase ZIP motif Y形结构形结构第75页/共118页GCN4第76页/共118页在真核生物中广泛存在在真核生物中广泛存在 C/EBP C/EBP 增强子结合蛋白增强子结合蛋白 GCN4 GCN4 酵母激活因子酵母激活因子 CREBCREB（cAMPcAMP应答元件结合蛋白）应答元件结合蛋白） 原癌基因原癌基因jun, fosjun, fos编码产物编码产物Le

32、u拉链可以homodimer,heterodimer起作用，说明用各种不同组合，可产生不同的调控蛋白，能阅读多种序列（功能的灵活性）第77页/共118页第78页/共118页（4 4） bHLH bHLH （ Helix-loop-helixHelix-loop-helix） 404050aa50aa 含含2 2个个 -helix-helix（1516aa1516aa）, , 由连接区（由连接区（1228aa1228aa）连接；两亲性）连接；两亲性, amphipathic, amphipathic；通；通过疏水面作用形成二聚体过疏水面作用形成二聚体 NH2NH2端为端为碱性碱性结合区，结合区，

33、16aa16aa第79页/共118页MyoD-DNA 第80页/共118页缺乏碱性区的蛋白质，即使形成（同、缺乏碱性区的蛋白质，即使形成（同、异）二聚体，也无法同异）二聚体，也无法同DNADNA结合结合 zyj278第81页/共118页2. 2. 转录激活域转录激活域 A A 酸性激活域酸性激活域 如如GCN4GCN4，GAL4GAL4 P P rich-Gln rich-Gln 如如SP1, AP2, oct1, oct2SP1, AP2, oct1, oct2 QQ rich-pro rich-pro 如如CTF/NF1CTF/NF1 不规则的，含双性不规则的，含双性 -helix-hel

34、ix第82页/共118页实验：使用不同的激活域（A,P,Q）与GAL4的结合域构成融合蛋白，检测其激活转录的能力。DNA结合域只是为激活域在DNA分子上寻找一个立足之地。酵母双杂交的技术基础第83页/共118页第四节第四节 转录后水平调控转录后水平调控 一、一、hnRNAhnRNA选择加工及运输选择加工及运输 实验发现，在海胆囊胚细胞中，约有实验发现，在海胆囊胚细胞中，约有2 2万种不同序列的万种不同序列的hnRNAhnRNA，其中，其中1.31.3万种加万种加工形成工形成mRNAmRNA；在成体肠细胞中，约有；在成体肠细胞中，约有2.52.5万种万种hnRNAhnRNA，只有，只有30003

35、000种加工成种加工成mRNAmRNA。在囊胚中存在，而肠细胞中没有的。在囊胚中存在，而肠细胞中没有的mRNAmRNA序列，大多数可在肠序列，大多数可在肠hnRNAhnRNA中发现。中发现。 说明海胆中许多基因的转录并不因组织的不同而有很大的差异。说明海胆中许多基因的转录并不因组织的不同而有很大的差异。不同组织调控不同组织调控自己自己mRNAmRNA水平的主要方式似乎不在转录水平，而在对水平的主要方式似乎不在转录水平，而在对hnRNAhnRNA的选择加工，的选择加工，似似乎只有一小部分基因的调控发生在转录水平。乎只有一小部分基因的调控发生在转录水平。第84页/共118页除了转录水平调控外，除了

36、转录水平调控外，mRNAmRNA水平还决定于水平还决定于hnRNAhnRNA加工、加工、mRNAmRNA运输，但对其机制了解不运输，但对其机制了解不多多hnRNA hnRNA 核内不均一核内不均一RNA RNA hnRNP hnRNP 与与RNARNA结合蛋白形成核糖核蛋白结合蛋白形成核糖核蛋白, ,蛋白质蛋白质3/43/4 加工加工 5-capping, 3-polyA, 5-capping, 3-polyA, splicing splicing ，RNPRNP复合物中的蛋白质组分可能包含了各步复合物中的蛋白质组分可能包含了各步骤所需的酶骤所需的酶 mRNA mRNA mRNP mRNP 在

37、细胞质中与蛋白质结合存在在细胞质中与蛋白质结合存在第85页/共118页二、二、alternative splicingalternative splicing1 1、概念、概念 组成型剪接组成型剪接: : 一个基因的一个基因的mRNAmRNA前体按一种方式剪前体按一种方式剪切，产生一种切，产生一种mRNAmRNA，一种蛋白质，一种蛋白质 选择性剪接选择性剪接：有些基因的：有些基因的mRNAmRNA前体，按不同方前体，按不同方式剪切，产生两种以上式剪切，产生两种以上mRNAmRNA，翻译产生多种蛋，翻译产生多种蛋白质白质2 2、产生原因及类型、产生原因及类型 有两个以上的启动子有两个以上的启动子

38、, , 未发现实例未发现实例 有多个加尾信号有多个加尾信号, , 如免疫球蛋白如免疫球蛋白 选用不同的拼接位点，如选用不同的拼接位点，如SV40SV40的的T,tT,t抗原抗原 几者兼有，如大鼠降钙素基因相关产物几者兼有，如大鼠降钙素基因相关产物第86页/共118页果蝇，性别决定第87页/共118页免疫球蛋白,不同3末端型第88页/共118页大鼠降钙素大鼠降钙素, , calcitonincalcitonin ylf420Calcitoningenerelatedpeptide第89页/共118页三、调控机制三、调控机制 实质是实质是5 5供体与供体与3 3受体拼接点的选择搭配受体拼接点的选择

39、搭配 如何选择不同的位点？如何选择不同的位点？ SRSR蛋白家族：蛋白家族：SF2SF2剪接因子，可与剪接因子，可与RNARNA 结合，决定结合，决定5 5剪接位点剪接位点 RNPRNP的调节：的调节：hnRNP-A1, U5-snRNPhnRNP-A1, U5-snRNP第90页/共118页 IntronIntron的功能之一是使同一个基因表达出多种蛋白质，即扩大的功能之一是使同一个基因表达出多种蛋白质，即扩大DNADNA中遗传信中遗传信息的含量息的含量 高等真核生物基因组很大，完全能容纳更多的基因。为什么一方面它的许多高等真核生物基因组很大，完全能容纳更多的基因。为什么一方面它的许多基因非

40、常分散，而另一方面它又使一个基因产生出多种产物？基因非常分散，而另一方面它又使一个基因产生出多种产物？四、选择性剪接的意义四、选择性剪接的意义令人不解令人不解 ！？！？第91页/共118页 由于可变剪接机制的多样化，一个基因可以在转录后通过由于可变剪接机制的多样化，一个基因可以在转录后通过hnRNAhnRNA的的剪接加工而产生两个或更多的蛋白质。因此基因的定义也应随之扩展，剪接加工而产生两个或更多的蛋白质。因此基因的定义也应随之扩展，即不应以多肽产物为单位，应以即不应以多肽产物为单位，应以独立转录的一段独立转录的一段DNADNA作为确定一个基作为确定一个基因的标准？因的标准？第92页/共118

41、页转录调控实例 1. 组成性转录因子:SPl SPl与一段富含GC的保守序列GGGCC沿相连，是一种组成性转录因子。SPl存在于所有的细胞类型中，包含3个锌指结构以及2个富含谷氨酰胺转录激活结构域。SPl的富含谷氨酰胺结构域与TAFll0发生特异性作用，而TAFll0与TATA结合蛋白（TBP)相结合组成TFD。这就是SPl如何调控起始转录复合体的一种方式。第93页/共118页2. 激素调控: 类固醇激素受体 激素由一类细胞分泌，然后将信号转移给另一类细胞。如类固醇激素是脂溶性的，可以穿过细胞膜与被称作类固醇激素受体的转录因子相互作用。在没有类固醇激素存在的条件下，该受体与抑制蛋白结合，游离在

42、细胞质中，对转录有阻抑作用。当类固醇激素与受体结合后，可以使受体从抑制蛋白上游离出来，然后受体二聚化，进而转移到细胞核中，转化为转录激活因子。 第94页/共118页第95页/共118页3. 磷酸化调控:STAT蛋白 某些激素不穿过细胞，它们与细胞表面的受体结合，通过信号转导的过程将信号传递给细胞内的蛋白。如-干扰素通过激活JAK激酶，诱发转录因子（STATl）的磷酸化（当STATl没有磷酸化时，以单体的形成存在于细胞质中，没有转录活性）。它的一个特定酪氨酸残基发生磷酸化后，便能够形成同型二聚体，并从细胞质转移到细胞核中，进而激活在启动子处含有一保守DNA结合序列的目标基因的表达 。 第96页/

43、共118页第97页/共118页4. 转录延伸：HIV Tat HIV编码一种称为Tat的激活蛋白，该蛋白为HIV基因的大量表达所必需。Tat与RNA上的一段称为TAR的茎环结构结合（TAR是HIV RNA5端的转录起始点后的一段不翻译区域）。在哺乳动物细胞中Tat所起的主要作用表现在转录延伸的过程中，若没有Tat的存在，RNA聚合酶转录复合体将因进程过慢而使HIV的转录过早终止。 第98页/共118页Tat可与RNA结合因子一起以复合体形式结合在转录物的TAR序列上，Tat-RNA复合体可以向后成环，并与装配在启动子处的新形成的转录起始复合体作用，这种作用导致TFH的激酶活性被激活，结果RNA

44、聚合酶的羧基端结构域 (CTD)实现磷酸化，使得RNA聚合酶前进，完成HIV转录单位的阅读 ，实现HIV蛋白的大量合成。第99页/共118页第100页/共118页5. 胚胎发育:同源域蛋白 同源框是一段保守的DNA序列，编码一种同源异型域的螺旋-转角-螺旋的DNA结合蛋白。果蝇同源异型基因编码的转录因子中的同源异型域负责身体各部分的正确分化 。例如，同源异型基因中的一种Antennapedia的突变可使果蝇在应该长触角的地方长出腿来。 第101页/共118页第五节第五节 翻译水平的调控翻译水平的调控一、翻译起始因子的磷酸化一、翻译起始因子的磷酸化二、二、mRNAmRNA结构结构三、三、mRNA

45、mRNA稳定性稳定性四、四、.合成的自体调控合成的自体调控例，转铁蛋白例，转铁蛋白mRNAmRNA的翻译调控的翻译调控第102页/共118页（1 1）TfR (transferrin receptor), TfR (transferrin receptor), 用于铁的运输用于铁的运输 铁含量高时，铁含量高时， TfRTfR合成减少合成减少 低时，低时， TfRTfR合成增加合成增加 IRE, IRE, 在在3 3-UTR-UTR区区, , 与与IRE-BPIRE-BP结合稳定结合稳定mRNAmRNA第103页/共118页（2 2）FerritinFerritin，铁蛋白，用于铁

46、的解毒，铁蛋白，用于铁的解毒 铁含量高时，铁含量高时， ferritinferritin合成增加合成增加 低时，低时，ferritinferritin合成减少合成减少 IRE, IRE, 在在5 5-UTR-UTR区，与区，与IRE-BPIRE-BP结合阻止翻译结合阻止翻译第104页/共118页ZYX231ZYX231IRE-BP与顺乌头酸酶同源性高，是一种铁硫蛋白4Fe4S3Fe4S 不能与IRE结合第105页/共118页FeFeIRETREBP翻译翻译IRETREBP翻译翻译铁蛋白铁蛋白mRNA铁蛋白受铁蛋白受体体mRNA第106页/共118页 第六节第六节 翻译后水平的调控翻译后水平的调

47、控 翻译后产生的多数蛋白质无生物活性，必须经过切割加工、水解、化学修翻译后产生的多数蛋白质无生物活性，必须经过切割加工、水解、化学修饰、剪接饰、剪接 某些蛋白质有选择的受到抑制某些蛋白质有选择的受到抑制 某些蛋白质必须位于细胞内特定位置，如溶酶体、线粒体、叶绿体某些蛋白质必须位于细胞内特定位置，如溶酶体、线粒体、叶绿体 需同其他蛋白质结合，组装成功能单位，如血红蛋白、微管蛋白、核糖体需同其他蛋白质结合，组装成功能单位，如血红蛋白、微管蛋白、核糖体等，都是由多条蛋白质分子结合在一起形成的功能单位等，都是由多条蛋白质分子结合在一起形成的功能单位 第107页/共118页一、一、Molecular c

48、haperoneMolecular chaperone 19611961年年, Anfinsen, Anfinsen发现变性发现变性RNaseARNaseA分子在体外自发折叠成天然构象。蛋白分子在体外自发折叠成天然构象。蛋白质的三级结构是根据氨基酸序列自发形成的。质的三级结构是根据氨基酸序列自发形成的。 19781978年年, Laskey, Laskey发现发现 Histon-Histon- nucleosome nucleosome nucleoplasmin nucleoplasmin核质蛋白核质蛋白 19801980年年, Ellis., Ellis.发现发现 8 subunits o

49、f Rubisco active Rubisco a 8 subunits of Rubisco active Rubisco a binding pro. binding pro. 第108页/共118页 chaperone chaperone ：A functional class of A functional class of related families of proteins that assist related families of proteins that assist the correct non-covalent assembly of the correct

50、non-covalent assembly of other polypeptide-containing structure other polypeptide-containing structure in vivo, but are not components of in vivo, but are not components of these assembled structure when they are these assembled structure when they are performing their normal biological performing t

51、heir normal biological functions.functions.第109页/共118页二、分子伴侣的种类二、分子伴侣的种类 ZYX353第110页/共118页三、分子伴侣的功能三、分子伴侣的功能 胁迫保护：帮助多肽正确选择折叠、组装的途径，如胁迫保护、热激后胁迫保护：帮助多肽正确选择折叠、组装的途径，如胁迫保护、热激后HSP70从细胞质运到核内，防止核蛋白失活从细胞质运到核内，防止核蛋白失活 转运蛋白：防止过早折叠，帮助越膜、转运转运蛋白：防止过早折叠，帮助越膜、转运 消除过早和过多的折叠，有助越膜消除过早和过多的折叠，有助越膜 调节基因转录，调节基因转录，DNA复制复制 协助组装细胞骨架协助组装细胞骨架第111页/共118页四、分子伴侣的作用机制四、分子伴侣的作用机制 识别识别：一般与暴露于表面的