第十三章基因表达的调控

1、第十三章基因表达的调控Regulation of gene expression一、授课章节及主要内容：第十三章基因表达的调控二、授课对象：临床医学、预防、法医(五年制)、临床医学(七年制)三、授课学时本章共3学时，第一学时讲述基因表达调控的基本概念、原理，第二学时讲述原核生物转录调节，第三学时讲述真核生物转录调节、小结。四、教学目的与要求通过本章学习应该掌握基因表达调控的基本原理、原核生物转录调控模式、真核生物基因表达特点，了解基因表达的时空性及表达方式，原核生物与真核生物基因表达调控异同点。五、重点与难点重点： 掌握基因表达、顺式作用元件、反式作用因子的概念。掌握原核生物操纵子模型调节机制

2、，重点掌握乳糖操纵子。掌握真核生物转录水平的调节、顺式作用元件的分类、反式作用因子的分类、掌握RNA pol II 转录起始、终止的调节。难点：真核RNA pol II 转录起始、终止的调节。六、教学方法及授课大致安排启发式教学，复习、提问、讲解、小结相结合。首先复习中心法则，然后提问：遗传信息的传递如何控制，有什么规律？重点讲述基因表达调控的原理、原核生物的转录调控模式，最后进行小结，并出几个思考题。七、主要外文专业词汇基因组(genome)时间特异性(temporal specificity )基因表达(gene expression)阶段特异性(stage specificity)管家基

3、因(housekeeping gene)组成性基因表达(constitutive gene expression)诱导( induction )阻遏(repression)协调调节(coordinate regulation ) 操纵子(operon)编码序列(coding sequence)启动序列(promoter)操纵序列(operator)顺式作用元件(cis-acting element)阻遏蛋白(repressors)反式作用因子(trans-acting fctors)分解(代谢)物基因激活蛋白(catabolite gene activation protein ， CAP )

4、热休克反应 h heat shock response)衰减(attenuation)反义控制(antisense control)人类基因组计划(human genome project, HGP )单顺反子(monocistron )增强子(enhancer)沉默子(silencer)酸性激活域(acidic activation domain )DNA 结合域(DNA binding domain ) 转录激活域(activation domain )碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper, bZIP )碱性螺旋一环一螺旋(basic helix-loop-helix,

5、 bHLH锌指( zinc finger )脯氨酸富含域(proline-rich domain )RNA 干扰( RNA interference ， RNAi )RNA 诱导的沉默复合物(RNA-induced silencing complex ， RISC)八、思考题1 名词解释：阻遏、诱导、启动子、操纵子、反式作用因子、顺式作用元件2基因转录调节的基本原理。3. 简述乳糖操纵子基因表达的正、负调控。4. 转录调节因子的分类。5. 转录调节因子的结构特征有哪些？6. 真核 RNA pol II 转录终止的调节。7. 真核生物翻译后的调节九、教材与教具：人民卫生出版社生物化学第六版十、授

6、课提纲（或基本内容）第 13 章 基因的表达调控Regulation of gene exprssion主要内容：20 世纪 50 年代末，Watson 和 Crick 提出了 DNA 双螺旋结构学说和“中心法则”，并用分子结构特征解释了生命现象的基本问题：DNA 采取半保留的方式进行复制，基因信息经过转录、翻译产生有功能的蛋白质。中心法则虽然阐明了DNA 与蛋白质合成的关系，揭示了基因型与表型、遗传与代谢的关系，使人们从分子水平上了解到遗传对代谢的控制；了解到一切生理、病理现象都是直接或间接地受到遗传基因的控制。但它仅仅是揭开了生命现象的一部分本质而不是全部。60 年代， Monod 和 J

7、acob 提出了操纵子学说，扩大了基因的概念，人们开始认识除了有能编码蛋白质一级结构的这么一类基因外，还有具备其他功能的基因，从而开辟了基因表达调控研究的新领域。近年来，生命科学研究揭示：一切生命现象从生物的遗传和变异到生物体的生长、发育、繁殖、分化以及包括癌变在内的许多疾病发生，都与基因表达调控有关。由此形成了众多的热点探索课题。本章主要讲述一些基本概念和基本原理和认识比较清楚的原核生物转录调控模式操纵子模式，简单介绍真核生物转录调控特点。第一节基因表达调控基本概念与原理Basic Concepts and Principle ofRegulation of gene exprssion一、

8、基因表达的概念（一）基因（GENE）从遗传学角度讲，基因（gene）就是遗传的基本单位或单元，含有编码一种RNA ,大多数情况是编码一种多肽的信息单位；从分子生物学角度看，基因是负载特定遗传信息的DNA 片段，其结构包括由DNA 编码序列、非编码调节序列和内含子组成的DNA 区域。cDNA （complementory DNA） 是人为地由mRNA 通过反转录而得（自然界RNA 病毒感染宿主也可进行此种方式的DNA 合成） ， 即与 mRNA 互补的 DNA， 人们习惯地也将其称为“基因” ，它不含基因转录的调控序列，但含翻译调控及多肽链的编码序列。（二）基因组（genome）基因组（geno

9、me）是指来自一个遗传体系的一整套遗传信息。对所有原核细胞（如细菌） 和噬菌体而言，它们的基因组就是单个的环状染色体所含的全部基因；对真核生物而言，基因组就是指一个生物体的染色体所包含的全部DNA ,通常又称为染色体基因组或核基因组。真核细胞还有线粒体或叶绿体基因组。（三）基因表达（gene expression） ：包括基因的转录和翻译两个过程。在某一特定时期，基因组中只有一部分基因处于开放状态， 有些基因只在某些条件下才表达，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子，赋予细胞或个体一定的功能或形态表型，以适应环境、生长发育的需要，因此基因表达是受调控的。rRNA、 tRNA 编码基因转录产生RN

10、A 的过程也属于基因表达。二、基因表达的特异性无论是高等生物还是低等生物，基因表达都是有规律的，即表现为基因表达的时间特异性和空间特异性。（一）时间特异性（temporal specificity ） ：指的是根据功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生。如高等生物从一个受精卵开始发育到组织、器官形成，每一个阶段均有相应的基因开放、关闭，表现为与分化、发育相一致的时间特异性。（二）空间特异性（ spatial specificity ） ：在多细胞生物的个体某一发育生长阶段，同一基因产物在不同的组织器官表达的量不同，在同一生长阶段，不同基因表达产物在不同组织器官的分布也不同，这种在

11、个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，就是基因表达的空间特异性，这种特异性实际上是由细胞在器官的分布决定的，因此又称为细胞或组织特异性。三、基因表达的方式由于生物遗传背景、生活环境不同，不同的基因功能也不同对各种刺激的反应性也不相同，因此基因表达的方式或调节类型有很大差异。(一)基本表达1 .管家基因(housekeeping gene):某些基因在一个生物个体几乎所有细胞中持续表达，称之为管家基因。如编码催化三羧酸循环反应的酶的基因、细胞骨架蛋白b-actin 基因等。2 .组成性表达(constitutive gene expression)：管家基因的表达无论高低较少

12、受环境因素影响而是在个体各个生长阶段的大多数或几乎全部组织中持续表达或变化很小。区别于其他基因，这类基因表达被视为组成性表达。(二)诱导(induction)和阻遏(repression)表达：1 . 与管家基因相反，一些基因极易受环境变化影响。在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物增加，这种基因称为可诱导基因。可诱导基因在特定环境中表达增强的过程，称为诱导。2 .如果基因对环境信号应答是被抑制，这种基因是可阻遏基因。可阻遏基因表达产物降低的过程称为阻遏。诱导和阻遏表达是生物适应环境的基本途径，在生物界普遍存在。3 .在生物体内，一个代谢途径由一系列反应组成，需要多种酶或多种蛋白

13、质参与，为了确保代谢有条不紊的进行，功能上相关的一组基因，无论其为何种表达方式，均需协调一致、共同表达，即为协调表达(coordinate expression) 。四、基因表达调控的生物学意义(一)适应环境、维持生长和增殖(二)维持个体发育与分化第二节 基因表达调控的基本原理Basic Principle ofRegulation of gene exprssion、基因表达调控的多层次和复杂性基因表达调控的多层次主要指：基 因 水 平 的 激 活 ， 包 括 基 因 组 DNA 的 部 分 扩 增 （ amplification ） 、 DNA 重 排 （rearangement）、 以及

14、 DNA 甲基化 （methylation） 等均可在DNA 水平上影响基因表达。转录水平的调节，包括转录起始、转录后加工、mRNA 的稳定性等方面的调节。翻译水平的调节、包括翻译及翻译后加工修饰、蛋白质降解等。但转录水平，尤其是转录起始水平的调节，是基因表达的基本控制点。二、基因转录激活调节的基本要素（一）特异的DNA 序列：指具有调控功能的DNA 序列。如原核生物，操纵子调控模式是主要调控模式。所谓操纵子（ operon）,是由2个以上的编 码序列与启动序列（promoter）、操纵序列（operator）以及其它调节序列在基因组中成簇串 联组成的原核转录单位（见图13 1 ） 。其中启动

15、序列、操纵序列就是具有调控功能的特异的 DNA 序列。 其中启动序列是与RNA 酶结合并启动转录的特异DNA 序列， 一般位于转录起始点上游的-10bp、 -35bp 区，各种原核生物都具有的相似的一些共有序列（consensussequence）,五种 E .coli 的共有序列，-35 区的-TTGACA- , -10bp 区的 pribnow box，-TATAAT-。这些共有序列的任何一个碱基突变都会影响RNA 聚合酶与启动序列的结合及转录起始，决定启动序列的转录活性大小。操纵序列是原核生物阻遏蛋白的结合位点，阻碍RNA 聚合酶与启动序列的结合或RNA 聚合酶前移，介导负性调控。还有一

16、些DNA 序列，可结合激活蛋白，增强RNA 聚合酶的活性，介导正性调控。13 1 操纵子真核生物的基因转录激活调节的DNA 序列比较复杂。这些调节序列被称为顺式作用元件（cis-acting element）,即能够影响自身基因表达活性的DNA序列，序列A、B代表两段特异的DNA序列，B不管在转录起始点的上游还是下游均可通过某种机制影响A （见图13 2）。A、B即顺式作用元件，可调节基因转录活性。与原核生物一样，不同的真核基因顺式作用元件也会发现一些共有序列，如 TATA box、 CCAAT box， 是真核生物RNA 聚合酶或特异转录因子的结合位点。根据功能性质不同，还可分为启动子、增强

17、子、沉默子（后面将详述） 。13 2 顺式作用元件(二)调节蛋白：是指能直接或间接作用于特异DNA 序列的蛋白质因子。原核生物分为三类：特异因子、阻遏蛋白和激活蛋白。特异因子：决定RNA 聚合酶对一个或一套启动序列的特异性识别和结合能力。阻遏蛋白(repressor) ：可结合操纵序列，阻遏基因转录。激活蛋白(activator) ：可结合启动序列邻近的DNA 序列，促进RNA 聚合酶与启动序列结合，增强RNA 聚合酶活性，如CAP ( catabolite gene activator protein ) 。真核生物的调节蛋白又称为转录因子(transcription factor ) ，由

18、某一基因表达后，通过与特异的顺式作用元件相互作用反式激活另一基因的转录，故也称为反式作用因子(trans-actingfactor) 。 当然也有一些基因产物可特异识别结合自身基因的调控序列，调节自身基因的表达，这种作用属于顺式作用，这类调节蛋白称为顺式作用蛋白。反式与顺式作用蛋白的作用机制如图13-3所示：A基因的表达产物蛋白A,可结合B基因的调控序列，此为反式调节；B基因的产物蛋白B可结合B基因的调控序列，此为顺式调节。图13 3 反式与顺式作用蛋白(3) DNA- 蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用DNA- 蛋白质相互作用( DNA-protein interaction ) 指反式作用因子

19、与顺式作用元件之间的特异结合及识别，形成DNA- 蛋白质复合物。蛋白质蛋白质相互作用，大多数调节蛋白单体形式不能结合DNA 序列，也有一些调节因子不能直接结合DNA 序列，故需要通过蛋白质蛋白质相互作用，才能调节基因转录。最常见的作用形式是二聚化(dimerization ) ：即两分子单体通过一定结构域结合成二聚体(dimer)，分为同源二聚体(homodimer)和异源二聚体(heterodimer)。蛋白质一蛋白质相互作用结果有些增强与DNA 结合能力，有些丧失DNA 结合能力，有些不能直接结合DNA的蛋白质可通过相互作用间接结合DNA 调节基因转录。(4) RNA 聚合酶：特异的DNA

20、 序列和调节蛋白的调节作用最终都是通过影响RNA 聚合酶的活性而实现的。启动子/启动序列是由转录起始点、RNA 聚合酶结合位点及控制转录的调节组件组成，影响RNA 聚合酶的亲和力，从而影响转录启动的频率。诱导和阻遏表达基因的表达是受环境变化影响的。一些特异调节蛋白在在适当环境信号刺激下表达，然后通过DNA- 蛋白质、蛋白质-蛋白质相互作用影响RNA 聚合酶的活性，使基础转录频率发生改变，表现出表达水平变化。第三节原核基因表达调节Reglulation of gene exprssion in Prokaryota一、原核基因转录调节特点原核生物是单细胞生物，基因组由一条环状双链DNA 组成，无

21、核小体结构，无核膜，故DNA 转录和 mRNA 翻译在同一时间和空间上进行（转录和翻译偶联）。原核生物与周围环境的关系非常密切，因本身无足够的能源储备，在长期的进化过程中演变出来了高度适应性和高度的应变能力。原核生物必须不断地调节各种不同基因的表达，以适应周围环境、营养条件的变化和对付不利的理化因素。在反应中，细菌可迅速合成自身需要的酶、核苷酸和其他生物大分子，而同时又能迅速地停止合成和降解那些不再需要的成分，使细菌的主要功能生长、繁殖达到最优化。原核生物基因表达也受多级调控转录的起始、转录终止、翻译调控及mRNA 与蛋白质的稳定性等，但调控的关键机制主要发生在转录起始。（一）b因子决定 RN

22、A聚合酶识别的特异性转录的第一步是 RNA聚合酶与启动子结合。原核生物只有一种RNA聚合酶即：“233'叫催化三种RNA合成。核心酶a 23 3'具有催化活性，b亚基识别DNA分子上RNA合 成的起始信号。不同的b因子可以竞争结合RNA核心酶。环境变化可诱导产生特定的b因子，从而开启特定的基因。例如：大肠杆菌在一般环境中发生作用的是b70,环境中温度改变可诱导产生b 32, b 32能识别热应激蛋白启动子，导致热应激蛋白的合成，产生热应激 反应；大肠杆菌处于氮饥饿，即环境中氮缺乏时，能产生b 54, b 54能识别使有机氮化合 物再循环的基因启动子，合成相应的酶，可使细菌在氮饥

23、饿状况下存活。在枯草杆菌中有（T 28和b 29, （T 28与鞭毛生长有关，（T 29与芽抱形成有关。（二）操纵子模型的普遍性原核生物转录调控的基本单元是操纵子。所谓操纵子（operon） ，是指数个功能相关的结构基因串联在一起，受上游的调控元件控制，形成一个转录单位，这种结构称操纵子。一个操纵子只含有一个启动序列，但转录的产物为一条mRNA 分子， 带有编码几种蛋白质的信息，可作为合成几种蛋白质的模板。原核基因的协调表达就是通过调控单个启动基因的活性来完成的。（三）阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性 阻遏蛋白与操纵序列的结合或解聚，会发生特异基因的阻遏或去阻遏。二、原核生物转录其始调节（一）乳糖操

24、纵子的结构：三个结构基因Z、Y、A分别产生3 -半乳糖甘酶（分解乳糖成为半乳糖和葡萄糖）、 透过酶 （使外界乳糖等透过大肠杆菌细胞壁进入细胞内）、 乙酰转移酶（能将已酰CoA 上的乙酰基转到半乳糖上，形成乙酰半乳糖）；调控元件：启动子（P，有 RNA 聚合酶结合位点和cAMP-CAP 结合位点）和操纵基因（operator， O） ，为阻遏蛋白（repressor）结合位点（见图 134）13 4 Lac 操纵子与阻遏蛋白的负性调节（二）乳糖操纵子的调节机制1. 阻遏蛋白的负性调节在没有乳糖的条件下，阻遏蛋白能与操纵基因结合, 由于 P 和 O 位点有一定的重叠序列， O 被阻遏蛋白占据后,抑

25、制RNA 聚合酶与启动子结合,阻扰RNA 聚合酶的转录活动，从而抑制结构基因Z、 Y、 A 的转录。在有乳糖存在时，阻遏蛋白与乳糖结合，使阻遏蛋白的构象发生改变，以致不能与操纵基因结合而失去了阻遏作用，于是RNA 聚合酶便能结合于P 上，从而引起结构基因转录。乳糖为诱导剂，在体外试验中常用的诱导剂是异丙基硫代半乳糖苷（IPTG） 。在这个调节系统中，阻遏蛋白是主要的作用因子，而诱导物可以影响阻遏蛋白的活性；只有阻遏蛋白被诱导失活，结构基因才得以表达，这是一种负调控的方式（见图 13 4） 。2. CAP 的正性调控：图135 CAP、阻遏蛋白、cAMP和诱导剂对Lac操纵子的调节CAP 蛋白有

26、两个位点：DNA 结合位点、cAMP 结合位点。当没有葡萄糖、cAMP 浓度高时，CAP 结合 cAMP ，进而暴露DNA 结合位点，与启动序列附近的CAP 位点结合，促进转录；反之，有葡萄糖、cAMP 浓度低时，CAP 不能结合cAMP ，不能与启动序列附近的CAP 位点结合，抑制转录（见图13 5） 。3. 协调调节当低葡萄糖高cAMP 、无半乳糖时，因缺乏诱导剂，阻遏蛋白封闭转录，CAP 即使与DNA 结合，对该系统也不能发挥作用；当低葡萄糖高cAMP 、有半乳糖时，阻遏蛋白变构，取消封闭转录作用，同时CAP 与 DNA 结合，促进转录，产生利用半乳糖的酶；当高葡萄糖低 cAMP 时、不

27、管有无半乳糖，因CAP 不能与 DNA 结合，对该系统也不能发挥作用，故转录停止，利用或优先利用葡萄糖（见图13 5） 。三、原核生物转录终止调节大肠杆菌中存在两种主要转录终止机制。一种只需RNA 聚合酶而不需其它蛋白质成分，称为不依赖Rho 因子的转录终止；另一种除RNA 聚合酶外还需转录终止因子Rho 因子， 称为依赖 Rho 因子的转录终止。不依赖Rho 因子的终止子序列在结构上有两个显著特征：（ 1 ）两段富含GC 的反向重复序列，中间间隔若干核苷酸；（ 2）下游含一系列T 序列。 这种特殊结构使转录生成的RNA 分子形成发夹结构及下游的多个U 序列，从而使转录终止。转录终止也可在距转

28、录起始点较近的位置（约几百bp）发生，阻止下游基因的转录。这种过早终止受一定机制控制。在大肠杆菌存在两种终止调节方式，一种为衰减（attenuation） ，另一种为抗终止。前者导致RNA 链的过早终止，后者则阻止前者的发生，使下游基因得以表达。四、原核生物翻译水平调节翻译一般在起始和终止阶段受到调节，尤其是起始阶段。翻译起始的调节主要靠调节分子，调节分子可直接或间接决定翻译起始位点能否为核蛋白体所利用。调节分子可以是蛋白质，也可以是RNA 。（一）蛋白质分子的自我调节无论是单顺反子还是多顺反子mRNA,许多体系应用了类似的机制：调节蛋白结合mRNA 靶位点，阻止核蛋白体识别翻译起始区，从而阻

29、断翻译。调节蛋白一般作用于自身mRNA ，抑制自身的合成，因而这种调节方式称自我控制（autogenous control） 。（二）反义RNA 对翻译的调节作用某些 RNA 分子也可调节基因表达，这种 RNA 称为调节RNA。 细菌中有种称为反义RNA的调节 RNA ，含有与特定mRNA 翻译起始部位互补的序列，通过与mRNA 杂交阻断30S小亚基对起始密码子的识别及与SD 序列的结合，抑制翻译起始。这种调节称为反义控制（ antisense control） 。第四节真核基因表达调控Reglulation of gene exprssion in Eukaryota真核生物尤其是高等生物的

30、基因组不仅比原核生物大，而且结构、功能复杂。由此决定了其表达调控较原核生物范围更大、功能更复杂、更精细和微妙。真核基因表达调控也是通过多阶段水平来实现的，即染色质活化、基因转录激活、转录后加工、翻译和翻译后加工等水平。本节仅介绍真核基因调控特点及mRNA 转录激活调节。一、真核生物基因组结构特点（一）真核基因组结构庞大：哺乳类基因组约109bp, 4万个以上基因，8090%的基因组功能不清楚，DNA 与蛋白质结合。（二）单顺反子：即一个基因转录生成一条mRNA ，翻译成一条多肽链。（三）重复序列：重复序列可长可短，重复频率可高可低，具有种属特异性。根据重复频率可将重复序列区分为高度重复序列（1

31、06 次） 、中度重复序列（103104次） 及单拷贝序列。还有一种重复序列是由两个互补序列、在同一 DNA 链上反向排列而成，称为反转重复序列（inverted repeat） 。（四）基因不连续性：内含子（intron）与外显子（exon）相间排列，因此真核基因是不连续的。 。二、真核基因表达调控特点（一）、 RNA 聚合酶（RNA pol ）无论是原核生物还是真核生物，在转录过程中，RNA 聚合酶与启动子的结合是关键的一步。不同的是，真核生物RNA 聚合酶有三类，分别转录三类不同的RNA ，细菌 RNA 聚合酶只有一种。细菌的 RNA 聚合酶识别的是一段DNA 顺序， 而真核生物RNA

32、聚合酶识别的不单是 DNA 顺序， 而是 DNA- 蛋白质复合物，即只有当一个或多个转录因子（ transcription factor ，TF）结合到DNA上，形成有功能性的启动子时，才能被 RNA聚合酶分子识别、结合，如TATA盒结合蛋白（TBP）及其相关因子对传递上游激活序列的信息很重要。（二）活性染色质结构变化1 对核酸酶敏感：当染色质处于疏松结构时易于被非特异性核酸内切酶如DNA酶I （DNaseI）水解，形成了对DNase I水解作用敏感区，称为DNase I敏感位点（DNase I sensitive site）。2 DNA 拓扑结构变化：负性超螺旋变成正性超螺旋，阻碍核小体形成

33、，组蛋白解聚。3 DNA 碱基修饰变化：低甲基化。在真核DNA 有约5%的胞嘧啶被甲基化为5 甲基胞嘧啶，最常发生在某些基因的5 侧翼区的CpG 序列(又称“CpG 岛” ) 。甲基化范围与基因表达程度呈反比关系。4组蛋白变化：包括H1 样组蛋白减少、H2A/H2B 二聚体不稳定、组蛋白乙酰化、泛素化修饰、 H3 组蛋白巯基暴露等。(三)正性调控占主导：由于真核基因组结构庞大，采取正性调控更有效、更经济。(四)转录与翻译分隔进行(五)转录后修饰、加工三、RNA pol I和 polm的转录调节RNA pol I转录产物为 rRNA前体，RNA pol出转录产物为 tRNA前体及5s rRNA等

34、。 rRNA 和 tRNA 直接参与蛋白质合成过程，它们的表达水平将直接影响蛋白质编码基因的表 达。(一)RNA pol I转录体系的控制RNA pol I转录功能相对单一，其转录产物只有rRNA前体，转录起始所需的调控序列及转录因子的种类也相对较少。人 rRNA 前体基因的启动子只有两个元件，一个位于转录起始点附近(-45 +20bp ) ，它的存在足以起始转录，因而称核心元件( core element)或核心启动子(core promoter)。另一个元件位于起始点上游-156 -107bp， 可大大提高转录起始效率，称上游控制元件( upstreamcontrol element, U

35、CE ) 。RNA pol I需两种转录因子来正确有效的帮助起始转录。上游结合因子1 (upstream bindingfactor 1, UBF1 ) 既能与 UCE 结合又能与核心元件特异结合。选择性因子1( selectivity factor1, sL1) 继 UBF1 后与两个元件结合，结合无序列特异性，可能与蛋白质间的相互作用有关。(二)RNA pol出转录体系的控制RNA pol出转录多种 RNA的基因，这里主要讨论tRNA和5S rRNA基因的转录调节。这两类基因结构方面颇具特色，其启动子位于转录起始点下游即转录区内，称内部控制区( internal control regio

36、ns, ICR ) 。tRNA 基因的 ICR 主要由 A 盒( TGGCNNAGTGG )和 B 盒( GGTTCGANNCC )两个元件组成。RNA pol出转录起始需两种转录因子TFmC和TFmB ,二者均为多亚基结构，TFIIIB是必需的转录因子，而TFIIIC 是帮助结合的辅助因子。转录起始首先由转录因子与ICR 结合开始,然后RNA pol III 再结合于转录起始点附近开始转录。5s rRNA的转录起始需三种转录因子，除上述两种外尚需TFIIIA、TFIIIB和TFIIIC,其中真正的转录起始因子为 TFIIIB , TFIIIA 和TFIIIC的作用在于协助 TFIIIB ,使

37、RNA pol出结 合于转录起始点。四、RNA pol II转录起始的调节RNA pol II转录生成所有 mRNA前体及大部分snRNA。他也需要转录因子协助才能结 合转录起始点并起始转录过程。但是参与RNA pol II 转录起始的DNA 调控序列及转录因子要复杂得多。RNA 聚真核生物基因表达在转录水平上的调控，是各级调控中最重要的一步，主要涉及合酶，顺式作用元件和反式作用因子三种因素的相互作用。（一）顺式作用元件（cis-acting element）顺式作用元件又称顺式作用元件，包括启动子、增强子、沉默子。1 启动子：真核生物的启动子是RNA 聚合酶结合位点周围的一组转录控制组件，每

38、一组件含有7-20bp的DNA序列，至少包括一个转录起始位点和一个以上的功能组件。如H类基因启动子的功能组件包括Hogness 盒（ TATA 盒） ，是基本转录因子TFIID 结合位点；上游启动子元件（ CAAT 盒、 GC 盒） 、 诱导型启动子（ cAMP 应答元件）和组织特异性启动子（如肝细胞特异性启动子HP1 ）等，见图13-6。13-6 真核基因启动子的典型结构上述启动子可以不同数目、位置、方向而组成，并各有其功能。并不是每个基因的启动子都含这些序列，如组蛋白H2B 有两个 CAAT 盒和一个TATA 盒，却不含GC 盒； sV40 早期基因缺乏TATA盒和CAAT盒，而是在上游-

39、40110bp间有6个串联的GC。2增强子（enhancer） ：增强子是远离转录起始点、决定基因的时间、空间特异性表达增强启动子转录活性的 DNA序列。其特点：所在位置不固定可位于结构基因的上游、下游或内部；可远距离作用（距靶基因可近可远，远至几十kb也同样能发挥作用）；无基因特异性（对各种基因均有作用），但有组织或细胞特异性。增强子的跨度一般为100200bp，和启动子一样长由一个或多个具有特征性的独立的DNA 序列组成，有完整或部分反转重复序列。 sV40 病毒增强子是最早被发现的增强子。3沉默子（silencer） ：有些顺式作用元件的作用方式与增强子相似，但起抑制转录的作用，称沉默子

40、或衰减子（dehancer） 。沉默子与相应的反式作用因子结合后，可以使正调控系统失去作用。(二)反式作用因子(trans-acting factor)反式作用因子是一类细胞核内的蛋白质因子，通过与顺式作用元件和RNA 聚合酶的相互作用而调节转录活性，在真核生物也称为转录因子(transcription factors ， TF) 。1 .转录因子的分类：(1)基本转录因子(general transcription factors )：是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白质因子，决定三种RNA 转录的类别。如TFIID 、 TFIIE 、 TFIIA 、TFIIB 、 TFIIF、 TF

41、IIH 是 RNA 聚合酶 II 催化所有mRNA 转录所必需。( 2) 特异转录因子( specialtranscription factors ) ：为个别基因转录所特有，决定该基因的时间、空间特异表达，包括转录激活因子(通常是增强子结合蛋白)和转录抑制因子(通常是沉默子结合蛋白)。2 .转录调节因子的结构：至少包括DNA结合域、转录活化域，有些还具有蛋白质相互作用的结构域。(1) DNA结合结构域(DNA binding domain )：是转录因子发挥其转录调节功能的首要 条件，大体有4种形式：螺旋-转角-螺旋(helix-turn-helix , H-T-H )：由约60个氨基酸残

42、基组成，含有2个“-螺旋，”-螺旋之间有一个3 -转角。一个螺旋为识别螺旋(竣基端) ， 直接与靶DNA 双螺旋大沟特异性结合；另一个螺旋(氨基端)穿过大沟，与DNA 中磷酸戊糖骨架形成非特异性结合。锌指结构( zinc finger)(见图13-7):锌指由约30个氨基酸 组成，四个 Cys (半胱氨酸残基)通过与锌离子络合而形成一个稳定的指状结构，亦有 Cys2/his2指状结构。亮氨酸拉链(leucine zipper):大约由3013 7 锌指结构个氨基酸残基组成，分成两个部分，一部分以碱性氨基酸为主，为DNA 结合部位；另一部分每间隔6个氨基酸出现一个亮氨酸，形成了两性“-螺旋，即：

43、螺旋的一侧是以带电荷的氨基酸残基(如 Arg、Gln、Asp)为主，具有亲水性；另一侧是排列成行的亮氨酸残基，具有疏水性，称亮氨酸拉链区，两个具有亮氨酸拉链区的反式作用因子靠疏水力相互结合形成亮氨酸拉链。螺旋-环-螺旋(helix-loop-helix , H-L-H ):由3部分组成：两个两性a -螺旋 的区，两螺旋之间为长短不等的肽段 (环)和带有大量正电荷的 N-端，当与DNA相靠近时， 这些正电荷被 DNA的磷酸根离子所中和，形成稳定的a -旋结构结合于 DNA双螺旋的大沟。( 2)转录活化结构域(transcription activation domain ) ：转录因子功能具有多样性，其转录活化结构域也有多种，通常是由20-100 个氨基酸残基组成。根据氨基酸组成特点，有带很多带负电荷的酸性激活域，富含谷氨酰胺的结构域和富含脯氨酸的结构域。(3)二聚