细胞生物学十四章细胞分化最后一节课件

1、基因选择性表达的转录水平调控基因选择性表达的转录水平调控二、二、 掌握细胞分化过程中基因表达调控的特点。掌握细胞分化过程中基因表达调控的特点。本本节内节内容：容：（一）（一）组织细胞特异性转录因子和活性染色质结组织细胞特异性转录因子和活性染色质结 构区决定了细胞特异性蛋白的表达构区决定了细胞特异性蛋白的表达（二）（二）转录因子的顺序表达启动特定谱系细胞的转录因子的顺序表达启动特定谱系细胞的 分化分化（三）（三）染色质成分的共价修饰制约基因的转录染色质成分的共价修饰制约基因的转录在个体发育或细胞分化期间被激活的基因通常有复杂的在个体发育或细胞分化期间被激活的基因通常有复杂的调控区域调控区域（co

2、ntrol region），它包括启动子区域和其他能调节基因表达的），它包括启动子区域和其他能调节基因表达的dna位点，其中含位点，其中含有转录因子和转录因子调节蛋白的结合位点，在调控区域上转录因子和转有转录因子和转录因子调节蛋白的结合位点，在调控区域上转录因子和转录因子蛋白的相互作用决定了基因是否被激活。录因子蛋白的相互作用决定了基因是否被激活。与基因表达的调控区相互作用的转录因子分两大类：与基因表达的调控区相互作用的转录因子分两大类： 通用转录因子：通用转录因子：为大量基因转录所需要并在许多细胞类型中都存在为大量基因转录所需要并在许多细胞类型中都存在的因子。的因子。 组织细胞特异性转录因子

3、：组织细胞特异性转录因子：为特定基因或一系列组织特异性基因所为特定基因或一系列组织特异性基因所需要，并在一个或很少的几种细胞类型中存在的因子。需要，并在一个或很少的几种细胞类型中存在的因子。通常情况下，细胞特异性的基因表达是由于仅存在于那种类型细胞中的通常情况下，细胞特异性的基因表达是由于仅存在于那种类型细胞中的组组织细胞特异性转录因子与基因的调控区相互作用织细胞特异性转录因子与基因的调控区相互作用的结果。的结果。 活性染色质结构的特异调控区活性染色质结构的特异调控区以血红蛋白的表达为例介绍个体发育过程中血以血红蛋白的表达为例介绍个体发育过程中血红蛋白的表达特点。红蛋白的表达特点。血红蛋白血红

4、蛋白是能够运输氧气的蛋白质，是红细胞是能够运输氧气的蛋白质，是红细胞分化的主要特征。分化的主要特征。脊椎动物的血红蛋白由两条脊椎动物的血红蛋白由两条-珠蛋白链和两条珠蛋白链和两条-珠蛋白链组成，其在个体发育不同时期表达珠蛋白链组成，其在个体发育不同时期表达不一样。不一样。这些基因的蛋白质产物都与由-珠蛋白基因编码的-珠蛋白结合，从而在发育的三个时期分别形成有不同生理特征的血红蛋白。血红蛋白选择性表达机制：血红蛋白选择性表达机制：在个体发育过程中依次有不在个体发育过程中依次有不同的同的-珠蛋白基因的打开和关闭，这与珠蛋白基因的打开和关闭，这与-珠蛋白基因簇上珠蛋白基因簇上游的基因座控制区（游的基

5、因座控制区（locus control region,lcr）有关。）有关。lcr距离距离 基因的基因的 5 末端约末端约10000碱基对以上，且可使任碱基对以上，且可使任何与它相连的何与它相连的-家族基因成高水平表达。家族基因成高水平表达。lcr在发育的不同阶段依次与每个基因的启动子相互作用，从而控制在发育的不同阶段依次与每个基因的启动子相互作用，从而控制它们的时间顺序性表达。它们的时间顺序性表达。细胞分化与发育过程中转录因子作用方式：一个表达的转录因子能同时调细胞分化与发育过程中转录因子作用方式：一个表达的转录因子能同时调控几个基因的表达，表现为同时发生的某些基因的激活和某些基因的关闭。控

6、几个基因的表达，表现为同时发生的某些基因的激活和某些基因的关闭。 细胞分化主导基因的概念：细胞分化主导基因的概念： 细胞分化中基因活化的一种方式：细胞分化中基因活化的一种方式：作为转录因子的基因产物本身起正作为转录因子的基因产物本身起正 反馈调节蛋白作用。反馈调节蛋白作用。由此维持一系列细胞分化基因的活动只需要激活由此维持一系列细胞分化基因的活动只需要激活 基因表达的起始事件，即特异地参与某一特定发育途径的起始基因。基因表达的起始事件，即特异地参与某一特定发育途径的起始基因。 该基因一旦打开，它就维持在活化状态，表现为能充分的诱导细胞沿着该基因一旦打开，它就维持在活化状态，表现为能充分的诱导细

7、胞沿着 某一分化途径进行，从而导致特定谱系细胞的发育。具有这种正反馈作某一分化途径进行，从而导致特定谱系细胞的发育。具有这种正反馈作 用的用的起始基因起始基因通常称为通常称为细胞分化主导基因细胞分化主导基因 (master control gene)。例如，在哺乳动物的成肌细胞向肌细胞分化过程中，例如，在哺乳动物的成肌细胞向肌细胞分化过程中，myod基因基因起重要作用起重要作用外部信号通过激活外部信号通过激活myod和和myf-5基因而启动肌细胞分化，这两个基因而启动肌细胞分化，这两个基因中的哪一个优先表达取决于物种的不同，且它们的基因活动基因中的哪一个优先表达取决于物种的不同，且它们的基因活

8、动形成交互抑制并维持自身状态，其编码蛋白进一步激活形成交互抑制并维持自身状态，其编码蛋白进一步激活mrf4和和myogenin基因，最终导致肌细胞特异性基因表达。基因，最终导致肌细胞特异性基因表达。染色质成分的共价修饰包括：染色质成分的共价修饰包括：（1）dna的甲基化的甲基化（2）组蛋白的乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素）组蛋白的乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、糖基化和羰基化化、糖基化和羰基化dna和组蛋白的修饰都会引起和组蛋白的修饰都会引起染色质结构和基染色质结构和基因转录活性因转录活性的变化。染色质成分的共价修饰在基的变化。染色质成分的共价修饰在基因转录调控上的作用是可遗传的。因转录调控上的

9、作用是可遗传的。dna甲基化在转录水平上调控细胞分化的基因表甲基化在转录水平上调控细胞分化的基因表达达dna甲基化（甲基化（dna methylation）概念）概念在甲基转移酶催化下，在甲基转移酶催化下，dna分子中的胞嘧啶可转变成分子中的胞嘧啶可转变成5-甲基胞嘧啶，甲基胞嘧啶，这称为这称为dna甲基化。甲基化。分布：常见于富含分布：常见于富含cg二核苷酸的二核苷酸的cpg岛，主要集中于异染色质区，岛，主要集中于异染色质区，其余则散在基因组中。其余则散在基因组中。含量：哺乳动物基因组中约含量：哺乳动物基因组中约70%- 80%的的cpg位点是甲基化的。位点是甲基化的。作用：作用：dna的甲

10、基化位点阻碍转录因子结合，甲基化程度越高的甲基化位点阻碍转录因子结合，甲基化程度越高dna的转录活性越低。的转录活性越低。dna甲基化对基因活性影响之一是启动子区域的甲基化。甲基化对基因活性影响之一是启动子区域的甲基化。dna甲基化参与转录调控的直接证据来自对基因甲基化参与转录调控的直接证据来自对基因的活化与胞嘧啶甲基化程度的直接观察。的活化与胞嘧啶甲基化程度的直接观察。 例如： dna甲基化导致基因失活（或沉默）的可能机制甲基化导致基因失活（或沉默）的可能机制1、甲基化直接干扰转录因子与启动子中特定的结合位点的结合。、甲基化直接干扰转录因子与启动子中特定的结合位点的结合。2、甲基化所致的基因沉默可能是由特异的转录抑制因子直接与