分子遗传第八章 真核基因表达调控ppt课件

1、第八章第八章 真核生物基因表达调控真核生物基因表达调控第一节 概述基因表达能在5个控制点进展调控。基因构造的激活(活化)转录起始转录过程胞浆转运mRNA翻译第八章第八章 真核生物基因表达调控真核生物基因表达调控第一节 概述第二节 真核生物基因转录调控第二节 真核生物基因转录调控一、基因转录的顺式调控元件 真核基因的顺式作用元件按照功能可以分为启动子、加强子以及沉默基因(silencer)等。第二节 真核生物基因转录调控一、基因转录的顺式调控元件(一)启动子的选择RNA聚合酶的启动子有含TATA框的典型启动子和不含TATA框的非典型启动子第二节 真核生物基因转录调控一、基因转录的顺式调控元件(一

2、)启动子的选择1.TATA框启动子 有TATA框的典型启动子是上游启动子和加强子产生诱导效应所必需的。有的基因上串联两个TATA框，可分别地或有偏重地对不同的诱导物作出应对，有的是组织特异性的选择。2.不典型的启动子第二节 真核生物基因转录调控一、基因转录的顺式调控元件(一)启动子的选择1.TATA框启动子2.不典型的启动子(1)富含GC、无TATA框的基因转录不依赖或短少典型启动子构造的基因转录起始是不规那么的，并且只需根底程度表达。持家基因housekeeping gene 持家基因是以维持细胞正常构造、根本生命活动所需的蛋白质的编码基因。持家基因5上游有时没有TATA框，有富含GC的上游

3、序列，常有一个以上的SP1结合位点GGGCGGSP1对根底转录的活化有重要作用第二节 真核生物基因转录调控一、基因转录的顺式调控元件(一)启动子的选择1.TATA框启动2.不典型的启动子(1)富含GC、无TATA框的基因转录持家基因常有多个转录起始点，分布跨度也较大 如二氢叶酸复原酶和人表皮生长因子受体基因第二节 真核生物基因转录调控一、基因转录的顺式调控元件(一)启动子的选择1.TATA框启动2.不典型的启动子(1)富含GC、无TATA框的基因转录持家基因常有多个转录起始点，分布跨度也较大 如二氢叶酸复原酶和人表皮生长因子受体基因持家基因中有一些组成型表达的基因近侧启动子有Oct1结合的8个

4、核苷酸序列存在 如组蛋白H2B的基因第二节 真核生物基因转录调控一、基因转录的顺式调控元件(一)启动子的选择1.TATA框启动2.不典型的启动子(1)富含GC、无TATA框的基因转录(2)转录起始子与无TATA框、GC框的基因转录(2)转录起始子与无TATA框、GC框的基因转录转录起始子 Inr 保守序列5-PyPyCAPyPyPyPyPy-3分布 果蝇发育时的同源转换基因ubx和antp、T淋巴细胞特异性的T细胞抗原受体(TcR)链编码基因、原癌基因lck等。具有淋巴细胞分化特异性表达的末端脱氧核糖核苷转移酶(TdT)起始子 在转录起始位点附近611的17个核苷酸(5-GCCCTCATTCT

5、GGAGAC-3)处构成起始子，控制着TdT基因在前B和前T淋巴细胞中特异地由1位的A起始准确转录。假设在Inr上游参与TATA框或上游启动子如GC框等都可明显提高Inr的转录效率。腺病毒主要晚期启动子中有典型的TATA框、也有Inr 其65范围内的序列与TdT的Inr完全一样，提示在上述典型的启动子中，TATA框可与Inr同时起作用。第二节 真核生物基因转录调控一、基因转录的顺式调控元件(一)启动子的选择(二)加强子定义 加强子是真核细胞中经过启动子来加强转录的一种远端遗传性控制元件。位置 有效的加强子可以位于基因的5端，也可位于3端，不可位于基因的内含子区。加强子区在真核细胞中普通跨度为1

6、00200bp。构造特征 (1)加强子由多个独立的、具有特征性的核苷酸序列组成；(2)根本“中心元件常由812bp组成；(3)有完好的或部分的回文构造，并以单拷贝或多拷贝串联的方式存在；(4)各个独立序列彼此间隔50bp以内，至少23个同时存在，就能有效地协同促进转录活性。第二节 真核生物基因转录调控一、基因转录的顺式调控元件(一)启动子的选择(二)加强子1.加强子的特性(1)加强子首先发现于SV40病毒 早期启动子5上游约200bp的DNA片段衔接在其他基因旁侧可促使该基因转录效率提高100倍。该片段可远离基因转录起始点达3000bp以上。(2)SV40病毒加强子构造 SV40 病毒的加强子

7、区有前后有两个72bp的反复序列，其中的“中心元件是5-GGTG TGGAAAG-3。(3)加强子特性(3)加强子特性加强子能经过启动子提高同一条DNA链上靶基因转录的速率；加强子对同源或异源基因同样有效；加强子的位置可在基因5上游、基因内或基因的3下游序列中；加强子在DNA双链中没有因定的方向；加强子可远离转录起始点起作用，通常在14kb,最大可远离转录起始位点30kb；加强子普通具有组织或细胞特异性；加强子的活性与其在DNA双螺旋构造中的空间方向性有关。第二节 真核生物基因转录调控一、基因转录的顺式调控元件(一)启动子的选择(二)加强子1.加强子的特性2.加强子的作用机制2.加强子的作用机

8、制 加强子在转录起始点远端起作用能够有3种方式。加强子可以影响模板附近的DNA双螺旋构造 如导致DNA双螺旋弯折，或在反式因子的参与下，以蛋白质之间的相互作用为媒介构成加强子与启动子之间“成环衔接的方式活化转录；加强子将模板固定在细胞核内特定位置 如衔接在核基因上，有利于DNA拓扑异构酶改动DNA双螺旋构造的张力，促进RNA聚合酶在RNA模板上的结合和滑动；加强子区可以作用为反式作用因子或RNA聚合酶进放染色质构造的“入口。第二节 真核生物基因转录调控一、基因转录的顺式调控元件(一)启动子的选择(二)加强子1.加强子的特性2.加强子的作用机制3.加强子的种类(1)细胞特异性加强子(2)诱导性加

9、强子第二节 真核生物基因转录调控一、基因转录的顺式调控元件(一)启动子的选择(二)加强子(三)沉默基因沉默基因 沉默基因是一种负调控元件，参与基因表达的负调控。T淋巴细胞的T抗原受体基因的负调控元件 一个 紧接在 链恒定区C基因3下游；另一个在C加强子的上游。对特异的沉默基因可阻止J基因在/型细胞中参与重排，而相应的加强子将促进基因重排到位。可见沉默基因在TCR基因的/基因座转录和重排中发扬重要作用。特征 不受间隔和方向限制，可抑制异源基因表达。第二节 真核生物基因转录调控一、基因转录的顺式调控元件(一)启动子的选择(二)加强子(三)沉默基因(四)转座元件 转座元件的基因调控能够是由于转座元件

10、的插入，带来新的序列特异性DNA结合蛋白及其结合位点，这些序列可以加强子的方式远间隔地调控基因转录；当这样的调控序列转座到原癌基因附近就可使之转变为癌基因，进而产生出肿瘤细胞。由于真核细胞基因组中蛋白质编码区仅占2%，因此转座元件的挪动很少引起外显子的改动，而主要是经过其调控作用使机体在长期的进化过程中，顺应环境压力选择出更多的异质品系。第二节 真核生物基因转录调控一、基因转录的顺式调控元件二、通用调控中的调控效应元件效应元件 基因应对控制一组基因共同转录的调控因子的元件称为效应元件(responese element)。种类 效应元件有热激效应元件(heat shock response e

11、lement ,HSE)、糖皮质激素效应元件(glucocorticoid response element,GRE)和血清效应元件(serum response element,SRE)等。第二节 真核生物基因转录调控一、基因转录的顺式调控元件二、通用调控中的调控效应元件效应元件种类效应元件有启动子上游元件或加强子一样的特点 (1)含短的保守序列；(2)不同基因 中的效应元件拷贝数很接近，但不完全一样；(3)调控因子的结合区在保守序列上，保守序列两端覆盖间隔不长；(4)在启动子上，效应元件距转录起始点间隔不固定，经过在转录起始点上游200bp内；(5)只需单个效应元件就可以受调控因子的调控，

12、有时，有多个拷贝效应元件出现。效应元件可位于启动子内，也可位于加强子内 典型元件只存在于启动子(如HSE)或加强子(GRE)二者之一内。第二节 真核生物基因转录调控一、基因转录的顺式调控元件二、通用调控中的调控效应元件效应元件种类效应元件有启动子上游元件或加强子一样的特点效应元件可位于启动子内，也可位于加强子内作用原理 基因受识别启动子或加强子中序列的特定蛋白质调控，这种特定蛋白质起转录因子的作用，是RNA聚合酶启动转录所必需的。活化蛋白仅在基因被表达这个特定条件下可以得到；它的缺乏意味着启动子就不能按这种特定程序激活。热激应对中多个基来由单一的转录因子控制热激应对中多个基来由单一的转录因子控

13、制热激应对中多个基来由单一的转录因子控制热激应对在原核和真核生物中许多基因的表达控热激应对在原核和真核生物中许多基因的表达控制中很普遍，温度添加封锁一些基因的转录，同制中很普遍，温度添加封锁一些基因的转录，同时开放热激基因的转录，从而引起时开放热激基因的转录，从而引起mRNA翻译的翻译的变化。变化。原核生物和真核生物热激基因控制的方式不同。原核生物和真核生物热激基因控制的方式不同。在细菌，合成一种新的在细菌，合成一种新的因子，使因子，使RNA聚合酶全聚合酶全酶识别热激基因启动子中的酶识别热激基因启动子中的10位上的共同顺序。位上的共同顺序。在真核生物中，热激基因含共同保守顺序在真核生物中，热激

14、基因含共同保守顺序(HSE)，这些保守顺序离转录开场位置的间隔不固定，但这些保守顺序离转录开场位置的间隔不固定，但都能被专注的转录因子都能被专注的转录因子HSTF所识别。所识别。果蝇的一切的热激基因都含多拷贝果蝇的一切的热激基因都含多拷贝HSE。HSTF结合到临近的应对元件上。结合到临近的应对元件上。HSE和和HSTF在进化在进化上保守，果蝇的热激基因既能在哺乳动物中激活，上保守，果蝇的热激基因既能在哺乳动物中激活，也能在海胆中激活。也能在海胆中激活。细胞热激时，细胞热激时，HSTF发生磷酸化，这种修饰使发生磷酸化，这种修饰使HSTF蛋白质激活。蛋白质激活。第二节 真核生物基因转录调控一、基因

15、转录的顺式调控元件二、通用调控中的调控效应元件热激应对中多个基来由单一的转录因子控制金属硫蛋白(metallothionein,MT)基因的调控是单一基因受多种不同的调控机制调控的实例第二节 真核生物基因转录调控一、基因转录的顺式调控元件二、通用调控中的调控效应元件三、DNA结合构造域1.类固醇受体steroid receptor2.锌指构造zinc finger3.螺旋-转角-螺旋helix-turn-helix4.螺旋-环-螺旋helix-loop-helix5.亮氨酸拉链leucine zipper转录因子活性调控方式(1)合成转录因子(2)修饰(3)结合配基(4)切割释放出转录因子(5

16、)抑制剂释放(6)与不同伴侣构成二聚体第二节 真核生物基因转录调控一、基因转录的顺式调控元件二、通用调控中的调控效应元件三、DNA结合构造域四、锌指基序-一种DNA结合构造域1.锌指构造中，保守氨基酸的小基团与锌离子结合构成蛋白质中相对独立的构造域。锌指构造的保守序列为：Cys-X2-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X2-His2.命名 其基序根据锌结合位点凸出的氨基酸环命名，如Cys2/His2锌指。四、锌指基序-一种DNA结合构造域1.锌指构造中，保守氨基酸的小基团与锌离子结合构成蛋白质中相对独立的构造域。锌指构造的保守序列为：Cys-X2-Cys-X3-Phe-X5-L

17、eu-X2-His-X2-His2.命名 3.锌指是DNA结合蛋白的一个通用基序四、锌指基序-一种DNA结合构造域1.锌指构造中，保守氨基酸的小基团与锌离子结合构成蛋白质中相对独立的构造域。锌指构造的保守序列为：Cys-X2-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X2-His2.命名 3.锌指是DNA结合蛋白的一个通用基序4.锌指构造的构型5.含锌指构造的蛋白质 促进RNA聚合酶和转录的转录因子6.典型的锌指蛋白 TFA、eIF2、逆转录病毒衣壳蛋白7.类固醇受体的锌指 Cys-X2-Cys-X13-Cys-X2-Cys，命名为Cys2/Cys2锌指。8.糖皮质激素受体和雌二醇受体

18、都有两个锌指构造第二节 真核生物基因转录调控一、基因转录的顺式调控元件二、通用调控中的调控效应元件三、DNA结合构造域四、锌指基序-一种DNA结合构造域五、类固醇受体的几个独立构造域第二节 真核生物基因转录调控一、基因转录的顺式调控元件二、通用调控中的调控效应元件三、DNA结合构造域四、锌指基序-一种DNA结合构造域五、类固醇受体的几个独立构造域 类固醇激素在各种神经内分泌活动控制下进展合成，在动物的生长、组织发育和身体稳态等方面发扬重要作用。 五、类固醇受体的几个独立构造域五、类固醇受体的几个独立构造域类固醇激素作用受体对调理身体发育和功能的各种作用经过基因表达调理实现 各种类固醇激素有着一

19、样的作用方式：即都是与特异受体结合的小分子，它与受体的结合激活基因转录。当激素与受体结合时，受体蛋白质便转变成活性方式，对非特异DNA结合的亲和力也提高10倍，因此激素-受体复合物总是位于细胞核内。五、类固醇受体的几个独立构造域五、类固醇受体的几个独立构造域效应元件 激活的受体识别其特异共有序列，该共有序列就是糖皮质激素效应元件(GRE)。GRE总是位于应对糖皮质激素的基因附近的加强子内。GRE能够位于启动子上游数kb处，也能够位于启动子下游几kb处。各种类固醇激素、甲状腺素和视黄酸构成基因转录调理超家族 它们都属配体应对性的转录因子。一切的受体都有独立的DNA结合和激素结合构造域。各种受体上

20、这些构造域的相对定位一样。各种类固醇受体DNA结合域的中心构造很相近，且与其他两类受体(甲状腺素和视黄酸的受体)类似。五、类固醇受体的几个独立构造域五、类固醇受体的几个独立构造域各种受体的N-末端区同源性最低。该区含转录所需的另一些区域。 受体的C-末端区与激素结合 类固醇受体家族各受体的此区域与糖皮质激素的同源性为30%57%。类固醇受体的此区与甲状腺素、维生素D和视黄酸等的受体同源性小，表现出激素的特异性。 由于不同激素受体C-末端区不同，从而决议了不同激素有不同的活性。 假设将糖皮质激素受体C-末端缺失，保管的蛋白质具有组成型活性，即不再需求类固醇激素就有活性。五、类固醇受体的几个独立构

21、造域五、类固醇受体的几个独立构造域效应元件特点 每个共有序列都含两个短的反复序列，每个反复序列也可称为半位点。这阐明受体有多个亚基，每个半位点与一个亚基接触。 各种受体的效应元件也能够是反向或正向反复序列。每个反复序列中，半位点被04bp分隔，分隔的这些碱基序列那么没有特别的要求。各种受体所用的半位点仅有两种类型。其方向和间隔决议了是那种受体的识别元件。这使得各种受体特异识别的效应元件是限制性的共有序列。这种规那么决议了识别不是绝对的，而是可以在上下文中进展调整，也有反向反复的效应元件可被多个受体识别的情况。 受体可分为两类五、类固醇受体的几个独立构造域五、类固醇受体的几个独立构造域第一类 有

22、糖皮质激素受体(GR)、盐皮质激素受体(MR)、雄激素受体AR)和孕酮受体(PR)，它们都是一样亚基组成的二聚体，所识别的元件的半位点有共有序列TGTTCT。半位点反向反复陈列着，位点间的间隔决议着其识别元件的类型。雌激素受体(ER)也以同样的方式发扬作用，但是其半位点序列是TGACCT。第二类 有甲状腺素受体(T3R)、维生素D受体(VDR)、视黄酸受体(RAR)及9-顺-视黄酸受体RXR)。这类受体除RXR外都由两个不同的亚基构成二聚体，所识别的元件的半位点序列是TGACCT。半位点直接反复陈列，识别特异性由半位点间的间隔序列长短决议。间隔序列长度与对应的受体关系是：1bp对应RXR，2b

23、p对应VDR，3bp对应T3R，4bp对应RAR。第二节 真核生物基因转录调控一、基因转录的顺式调控元件二、通用调控中的调控效应元件三、DNA结合构造域四、锌指基序-一种DNA结合构造域五、类固醇受体的几个独立构造域六、结合相关靶DNA的同源域第二节 真核生物基因转录调控一、基因转录的顺式调控元件二、通用调控中的调控效应元件三、DNA结合构造域四、锌指基序-一种DNA结合构造域五、类固醇受体的几个独立构造域六、结合相关靶DNA的同源域七、螺旋-环-螺旋构造第二节 真核生物基因转录调控一、基因转录的顺式调控元件二、通用调控中的调控效应元件三、DNA结合构造域四、锌指基序-一种DNA结合构造域五、

24、类固醇受体的几个独立构造域六、结合相关靶DNA的同源域七、螺旋-环-螺旋构造八、亮氨酸拉链构造第二节 真核生物基因转录调控一、基因转录的顺式调控元件二、通用调控中的调控效应元件三、DNA结合构造域四、锌指基序-一种DNA结合构造域五、类固醇受体的几个独立构造域六、结合相关靶DNA的同源域七、螺旋-环-螺旋构造八、亮氨酸拉链构造九、基因激活占先模型的动力学第二节 真核生物基因转录调控一、基因转录的顺式调控元件二、通用调控中的调控效应元件三、DNA结合构造域四、锌指基序-一种DNA结合构造域五、类固醇受体的几个独立构造域六、结合相关靶DNA的同源域七、螺旋-环-螺旋构造八、亮氨酸拉链构造九、基因激

25、活占先模型的动力学十、基因表达与去甲基化的关系第二节 真核生物基因转录调控一、基因转录的顺式调控元件二、通用调控中的调控效应元件三、DNA结合构造域四、锌指基序-一种DNA结合构造域五、类固醇受体的几个独立构造域六、结合相关靶DNA的同源域七、螺旋-环-螺旋构造八、亮氨酸拉链构造九、基因激活占先模型的动力学十、基因表达与去甲基化的关系十一、甲基化确定印记第八章第八章 真核生物基因表达调控真核生物基因表达调控第一节 概述第二节 真核生物基因转录调控第三节 mRNA前体的可变剪接第三节 mRNA前体的可变剪接一、可变剪接的方式第三节 mRNA前体的可变剪接一、可变剪接的方式二、可变剪接的调控机制1

26、.SR蛋白家族的调控2.RNP的调理(1)hnRNP-A1的作用(2)U5-hnRNP的作用3.外显子限定模型第三节 mRNA前体的可变剪接一、可变剪接的方式二、可变剪接的调控机制三、反式剪接第八章第八章 真核生物基因表达调控真核生物基因表达调控第一节 概述第二节 真核生物基因转录调控第三节 mRNA前体的可变剪接第四节 RNA编辑第四节 RNA编辑一、核苷酸的交换1.CU交换2.AI交换二、可读框的改动三、导游RNA第八章第八章 真核生物基因表达调控真核生物基因表达调控第一节 概述第二节 真核生物基因转录调控第三节 mRNA前体的可变剪接第四节 RNA编辑第五节 mRNA稳定性的调控第八章第

27、八章 真核生物基因表达调控真核生物基因表达调控第一节 概述第二节 真核生物基因转录调控第三节 mRNA前体的可变剪接第四节 RNA编辑第五节 mRNA稳定性的调控第六节 翻译的调控第六节 翻译的调控一、翻译因子磷酸化调控1.eIF-4F因子的磷酸化对蛋白质合成的激活作用2.其他因子磷酸化对翻译的激活作用3.eIF-2F的磷酸化对翻译的抑制造用二、酵母GCN4 mRNA翻译的调控第六节 翻译的调控一、翻译因子磷酸化调控二、酵母GCN4 mRNA翻译的调控三、转铁蛋白mRNA翻译的调控第八章第八章 真核生物基因表达调控复习题真核生物基因表达调控复习题 一、名词解释1.持家基因 2.enhancer 3.可变剪接4.反式剪接 5.RNA编辑 二、试述加强子的特性。三、试述锌指蛋白和类固醇受体锌指构造域的构造特点？实验习题实验习题一、名词解释一、名词解释1.转化