细胞分化的分子机制转录、转录前和转录后PPT学习教案

1、会计学1第1页/共78页限制表达的细胞n分化细胞:多潜能细胞通过分离和分化发育成的特殊细胞表型第2页/共78页态或生物化学的标准（无特殊的亚显微结构变化，不含特异性蛋白质）来识别；n多潜能细胞的基因表达受到一定的限制。第3页/共78页第4页/共78页性细胞分化细胞的发展过程，也是基因选择性表达的结果。n分化细胞一般仅有5-10的基因表达，除了合成细胞生长、代谢必需的产物之外，主要是特异性产物的合成。第5页/共78页第6页/共78页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 转录后加工mRNA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第7页/共

2、78页同的外界环境的影响，接受不同的位置信息。特别是邻近细胞的相互关系，如胚胎诱导对于胚胎细胞分化具有重要意义。各种细胞外信号分子 (细胞因子、激素等信号分子)，通过细胞间的通讯，特别是信号传导间接影响细胞核基因的表达。第8页/共78页nmRNA的选择性翻译：调节哪些mRNA翻译成蛋白质。n差别蛋白质加工：选择哪些蛋白质加工成为功能性蛋白质，即基因功能的实施者。第9页/共78页n换句话说就是这些细胞的基因组相同，只是在发育过程中不同的细胞利用了基因组中不同的基因，结果导致各类细胞合成其特有的蛋白质。第10页/共78页去核受精卵去核受精卵囊胚核囊胚核原肠胚早期内胚层核原肠胚早期内胚层核神经胚内胚

3、层核神经胚内胚层核50%蝌蚪，蝌蚪，异常个体以内胚层细胞异常个体以内胚层细胞 形成较其他胚层细胞更容易形成较其他胚层细胞更容易10%蝌蚪蝌蚪80%以上蝌蚪以上蝌蚪结论：结论：随着发育，体细胞的核潜能存在普遍的受限现象，且具有供体核的特异随着发育，体细胞的核潜能存在普遍的受限现象，且具有供体核的特异性性二、核潜能的限定第11页/共78页第12页/共78页n外胚层细胞核为供体进行移核实验，产生发育异常的蝌蚪，可具有正常的神经分化但是缺乏内胚层结构。n在发育过程中体细胞核潜能的限定是一个普遍的规律。第13页/共78页n隆技术（连续克隆），使移植的供体核逐渐地适应这种环境，结果也可以获得发育正常的蝌蚪

4、。第14页/共78页。n如原肠胚后期内胚层细胞核可以指导胚胎发育成为正常的蝌蚪。甚至将已分化的小肠上皮细胞核或红细胞的细胞核作为供体移植到去核卵中，也可以获得少数发育正常的蝌蚪或成体。第15页/共78页第16页/共78页第17页/共78页成功的用哺乳动物体细胞-成年母羊乳腺上皮细胞核为供体，经过多次核移植而获得的后代。n随后，克隆猴、克隆牛等一系列动物的研究获得了成功。第18页/共78页第19页/共78页第20页/共78页1、染色体消减、染色体消减第21页/共78页rDNA核糖体RNA基因5前导序列转录间隔第22页/共78页B淋巴细胞：C区编码恒定区V，D，J编码可变区第23页/共78页剪切第

5、24页/共78页的组织细胞特异性。第25页/共78页斑马鱼早期发育中斑马鱼早期发育中vasavasa mRNA mRNA的时空表达（原位杂交）的时空表达（原位杂交） 第26页/共78页为幼红细胞，血红蛋白迅速合成。n这表明血红蛋白基因是在这一段发育时期中转录的。第27页/共78页n人胚胎血红蛋白：由2个-珠蛋白链、2个-珠蛋白链和4个血红素分子组成。第28页/共78页-个-珠蛋白链组成胎儿的血红蛋白分子。第29页/共78页由胎儿型代之为成体型，即22。n正常成体的血红蛋白分子中22占97%，22为2%-3%，22为1%。第30页/共78页上依次排列。n-珠蛋白基因家族的表达显示了一种调控机制，

6、即指导其从胚胎型胎儿型成体型转变的顺序开关。第31页/共78页5SrRNA，卵发生早期开始一直可以检测到。n5SrRNA的基因的转录是由RNA聚合酶所调控的第32页/共78页TFC5SrRNA中间启动子相结合，所以TFA分子与TFC结合形成TFA-TFC 复合物。n当RNA聚合酶与该复合物结合时5SrRNA的基因的转录即发生。第33页/共78页经母细胞nmyod1转录子是肌细胞分化的主要开关基因，也是肌母细胞决定子。将其通过病毒载体转染其它细胞（如色素细胞、神经细胞、脂肪细胞、肝细胞等），可使它们转分化为肌细胞。(三)转录调控的“开关基因”(switch gene)第34页/共78页含子的数目

7、和内含子的长度差异很大。n真核生物的基因还包括5和3末端长度不等的特异性序列，这些序列虽然不编码氨基酸，但在基因表达的过程中起重要作用。第35页/共78页在不同基因中差异很大。由前导序列决定翻译的速率。第36页/共78页第37页/共78页第38页/共78页组织特异性的表达是必需的。第39页/共78页RNA于邻近基因或其他基因。第40页/共78页CCAAT(CAAT框）、GGGCGGG(GC序列）、GGGAGAGGG和ATGCAAAT序列。nTATA框的主要作用：是使转录精确地从起始位点开始，其他的上游启动子元件：主要调控转录起始频率和维持基因转录，特别是CAAT框的作用相对较大。第41页/共7

8、8页缺乏这些因子，纯化的RNA聚合酶并不能识别启动子序列，转录只能起始于任意位置。n从不同动物细胞，甚至从酵母细胞分离的基本转录因子具有相似的活性。基本转录因子负责识别启动子序列中TATA框，并与RNA聚合酶一起形成转录起始复合物，进而起始转录。n已经经过鉴定的普通转录因子有TFD、TFB、TFF、TFA等。按一定顺序参与形成转录起始复合物。第42页/共78页第43页/共78页第44页/共78页n增强子的作用同增强子的取向(5-3或3-5)无关，甚至远离靶基因达几千kb也仍有增强作用。n有一类增强子对基因的转录起抑制作用，称为沉默子(suencer)。当转录因子与沉默子结合时可抑制顺式调控元件

9、相连的启动子的转录。第45页/共78页；n有的具有前述两种功能；n还有的增强子与激素或其他分子相关。n根据增强子的功能特征可以将其分为以下几类。第46页/共78页n通常-珠蛋白基因在人胚胎时期转录，如果把含有-珠蛋白基因的时间特异性增强子的DNA片段移到-珠蛋白基因的附近，在-珠蛋白基因的时间特异性增强子的作用下，-珠蛋白基因可在成体中表达。第47页/共78页n有位于第11号染色体上的人-珠蛋白基因家族的转录都由它调控。如果缺失此增强子区将引起所有-珠蛋白基因家族的基因沉默。“主”增强子的功能可能是使整个转录调节因子区域打开。第48页/共78页n进行研究。氯霉素乙配转移酶(CAT)的基因活性很

10、容易检测，同时在哺乳动物中不表达，可作为哺乳动物的报道基因。第49页/共78页n说明胰腺外分泌细胞和内分泌细胞的基因表达由不同的增强子调控。受体细胞受体细胞外分泌蛋白基因外分泌蛋白基因5末末端旁序列端旁序列+ cat内分泌蛋白基因内分泌蛋白基因5末末端旁序列端旁序列+ cat卵巢细胞卵巢细胞不表达不表达不表达不表达分泌胰岛素分泌胰岛素的胰腺细胞系的胰腺细胞系不表达不表达表达表达产生外分泌蛋产生外分泌蛋白的胰腺细胞系白的胰腺细胞系表达表达不表达不表达第50页/共78页n同时yp2的mRNA仅在卵巢组织中检测到，而yp1得mRNA仅在脂肪体中表达。n说明卵黄蛋白基因有两个增强子，而且都位于5末端，

11、分别负责在卵巢和在脂肪体中的转录，使两个基因在两种细胞中正常转录。增强子对于基因表达的特异性有决定性作用。第51页/共78页脂肪体卵巢组织第52页/共78页RNAII成为转录起始复合物，以启动转录。n特殊转录因子：能识别特殊的DNA调节序列并与其结合，或与RNA聚合酶和其他转录因子结合以行驶功能。第53页/共78页白脱离，同时受体构象发生改变。形成的激素-受体复合物进入细胞核并与特异性DNA序列结合，激活启动子调节转录。n能够与激素受体蛋白特异性结合的DNA序列称为激素效应元件，它们既可以是增强子，也可以是启动子。第54页/共78页n当外来抗原与淋巴结或脾中的淋巴细胞膜上抗原受体结合后通过信号

12、传导调控基因表达，使细胞分裂和进一步分化。第55页/共78页57第56页/共78页第一节第一节 RNARNA加工水平的调控加工水平的调控 第二节第二节 翻译和翻译后的调控翻译和翻译后的调控第57页/共78页（一）、同一基因的初始转录物（nRNA） 经选择性拼接可产生不同的成熟RNA原肌球蛋白基原肌球蛋白基因因一、一、RNA加工水平的调控加工水平的调控-原肌球蛋白基因原肌球蛋白基因第58页/共78页nRNAmRNAB淋巴细胞的淋巴细胞的DNA，发生重排，发生重排生殖细生殖细胞的胞的DNA重链可变区（抗原结合区）在淋巴细胞形成过程中，发生基因重重链可变区（抗原结合区）在淋巴细胞形成过程中，发生基因

13、重 排（排（DNA水平）水平）重链恒定区发生分子转换，该模式通过重链恒定区发生分子转换，该模式通过RNA加工完成加工完成前体前体RNA区区区区IgMIgD第59页/共78页相同基因在不同发育时期或不同组相同基因在不同发育时期或不同组 织细胞中拼接不同，合成不同的蛋白织细胞中拼接不同，合成不同的蛋白质质降钙素降钙素/神经多肽神经多肽CGRP mRNA前体前体61第60页/共78页果蝇性别表型的决定事件，通过果蝇性别表型的决定事件，通过3 3个主要性别决定基个主要性别决定基因因RNARNA的不同拼接模式，引起差异基因表达的不同拼接模式，引起差异基因表达选择性选择性RNA加工与性别决定加工与性别决定

14、第61页/共78页mRNA寿命的不同对蛋白质合成的调控 通过mRNA的选择性降解和mRNA稳定性不同调控蛋白质的合成不同基因的mRNA的半衰期不同，主要受其3UTR控制。短寿命mRNA的3UTR通常含有一个或多个AU富集区，其作用是促进Poly(A)降解。- -珠蛋白珠蛋白RNA的的3UTR中含有中含有3个个C富集区，稳定，半衰期富集区，稳定，半衰期17h一种生长因子一种生长因子mRNA的半寿期不超过的半寿期不超过30min第二节 翻译和翻译后的调控第62页/共78页mRNA降解性能的差异可以影响细胞的功能C-fos mRNA 5UTR coding sequence 3UTR成纤维细胞肿瘤细

15、胞AU富集区c-fosc-fos基因编码正常成纤维细胞分裂必需的一种蛋白质基因编码正常成纤维细胞分裂必需的一种蛋白质第63页/共78页早期发育中早期发育中母体效应因母体效应因子的影响子的影响1 1、卵母细胞中合成并贮藏、卵母细胞中合成并贮藏大量的发育信息（大量的发育信息（mRNAmRNA和和蛋白质），这些信息在排蛋白质），这些信息在排卵以前至早期发育过程中卵以前至早期发育过程中逐渐被利用；逐渐被利用；2 2、每个卵母细胞中贮藏、每个卵母细胞中贮藏 20 000 20 000 50 000 50 000种不同种不同的的mRNAmRNA，每种，每种mRNA大约大约1 6001 600个拷贝；个拷贝

16、；3 3、贮藏的信息在卵细胞中、贮藏的信息在卵细胞中梯度分布或者均匀分布梯度分布或者均匀分布第64页/共78页激素对特定mRNA稳定性的影响如Prolactin（泌乳刺激素）仅提高牛的casein（酪蛋白）基因转录水平2倍，提高其mRNA寿命25倍，使mRNA更多次的翻译。第65页/共78页1、卵母细胞中翻译调控机制的假说HmRNA masking（掩蔽）: mRNA与其它蛋白结合成ribonucleoprotein (RNP) complex,阻止与核糖体结合；卵成熟或受精后，离子强度改变或蛋白磷酸化等导致RNP不稳定/解体，翻译得以进行。H5 Cap（7-甲基鸟苷酸）的调控：如某些种类(蛾

17、)，其卵中的部分mRNA的5-鸟苷酸在受精后才甲基化，然后开始翻译。HmRNA sequester（隐蔽）: 指mRNA被阻隔于蛋白合成装置。如海胆未受精卵的组蛋白 mRNA定位于原核中，受精后原核破裂，mRNA才能进入胞质开始翻译。HPoly(A)对翻译的调控：卵母细胞减数分裂成熟前后，mRNA polyA的长度发生变化（由3UTR调控）。带长polyA的mRNA具翻译活性H翻译效率的调控：如将海胆卵母细胞裂解液的pH从自然状态下的pH6.9提高到pH7.4（受精后自然状态下的pH）,蛋白质合成量急剧增加。受精后pH升高的作用可能包括去除mRNA的封闭蛋白和激活翻译起始因子。三、翻译和翻译后

18、调控的机制三、翻译和翻译后调控的机制第66页/共78页Poly(A)对翻译的调控： 在小鼠的未成熟卵母细胞质中可以翻译的mRNA具有较长的poly(A), 减数成熟分裂后poly(A)降解，翻译终止。 在减数成熟分裂前不表达的mRNA的poly(A)较短(15-90A), 但其3UTR具有胞质多聚腺苷酸化信号序列(CPEs)(UUUUAU in mice and frogs)。减数成熟分裂后这些 mRNA迅速加上一个长的polyA,开始翻译。第67页/共78页 2. 秀丽隐杆线虫发育的翻译调控秀丽隐杆线虫发育的翻译调控 mRNA 3UTR调控配子的决定调控配子的决定TRA-2TRA-2是卵子发育所必需的一种蛋白质，如果是卵子发育所必需的一种蛋白质，如果tra-2 tra-2 mRNAmRNA翻译活性被抑制，生殖细胞翻译活性被抑制，生殖细胞精子；精子； tra-2tra-2 mRNA mRNA的的3 3UTRUTR区含有区含有2 2个区域，它们可能结合在幼虫精子发生时合成的抑制蛋白；如果这两个区域突变，精子不能形成个区域，它们可能结合在幼虫精子发生