八章真核生物基因表达调控学习教案

1、会计学1八章真核生物八章真核生物(shngw)基因表达调控基因表达调控第一页，共94页。第1页/共93页第二页，共94页。第2页/共93页第三页，共94页。第一节第一节 概述概述(i sh)第3页/共93页第四页，共94页。 重复序列重复序列 重叠重叠(chngdi)基因基因 割裂割裂(gli)基因基因 无内含子无内含子 RNA转录后加工转录后加工 转录和翻译同步进行转录和翻译同步进行真核生物真核生物 原核生物原核生物 DNA + 组蛋白组蛋白 核小体核小体 裸露的裸露的 DNA 单顺反子单顺反子 多顺反子（操纵子）多顺反子（操纵子）第4页/共93页第五页，共94页。染色质结构染色质结构(ji

2、gu)DNA的甲基化的甲基化第5页/共93页第六页，共94页。第6页/共93页第七页，共94页。第二节第二节 真核基因转录真核基因转录(zhun l)水水平的调控平的调控第7页/共93页第八页，共94页。应元件等。应元件等。第8页/共93页第九页，共94页。 启动子启动子启动子（启动子（promoter）：是一段提供）：是一段提供RNA聚合酶识别和结合聚合酶识别和结合的的DNA序列，它位于基因的上游序列，它位于基因的上游(shngyu)。RNA聚合酶正是通过与它的结合而启动基因的转录。聚合酶正是通过与它的结合而启动基因的转录。*启动子的特征启动子的特征(tzhng)序列序列(xli)特异性特异

3、性方向性方向性位置特性位置特性种属特异性种属特异性第9页/共93页第十页，共94页。TTGACATATAAT转录起始点转录起始点53-35-1016-19 bp5-9 bpT80A95T45A60A50T96T82T84G78A65C54A45原核(yun h)生物的Promoter第10页/共93页第十一页，共94页。第11页/共93页第十二页，共94页。第12页/共93页第十三页，共94页。 170 160 150 140 130 120 110.60 50 40 30 20 10 1 10 20 上游控制区上游控制区 核心启动子核心启动子 基 因 内 启 动 子 起 始 位 点 boxA

4、 boxC 基 因 内 启 动 子 boxA boxB 基 因 外 启 动 子 O CT PSE TATA 图 12-23 真 核 RNA Pol 的 基 因 内 启 动 子 和 基 因 外 启 动 子 I 型型II 型型III型型 型启动子型启动子型启动子型启动子第13页/共93页第十四页，共94页。第14页/共93页第十五页，共94页。第15页/共93页第十六页，共94页。第16页/共93页第十七页，共94页。第17页/共93页第十八页，共94页。v 一组受到共同调控的基因，都有一个相同的元件（序列），一组受到共同调控的基因，都有一个相同的元件（序列），此元件能与某一个此元件能与某一个(类

5、类)专一专一(zhuny)蛋白因子结合，使基因蛋白因子结合，使基因对其作出反应。对其作出反应。1.5 效应效应(xioyng)元件元件(Response element):表表 真核生物的效应元件和相应的蛋白因子真核生物的效应元件和相应的蛋白因子调节剂调节剂效效应应元元件件保守序列保守序列DNADNA长度长度因子因子大小大小(DaDa)热激热激HSEHSECNNGAANNTCCNNGCNNGAANNTCCNNG27bp27bpHSTFHSTF93,00093,000糖皮质激素糖皮质激素GREGRETGGTACAAATGTTCTTGGTACAAATGTTCT20bp20bp受体受体94,0009

6、4,000弗波酯弗波酯TRETRETGACTCATGACTCA22bp22bpAP1AP139,00039,000血清血清SRESRECCATATTAGGCCATATTAGG20bp20bpSRFSRF52,00052,000第18页/共93页第十九页，共94页。类固醇激素类固醇激素(j s)信号信号接受接受(jishu)金属刺激金属刺激增强子增强子应答佛波酯应答佛波酯应答元件应答元件肿瘤诱导剂肿瘤诱导剂第19页/共93页第二十页，共94页。第二节第二节 真核基因转录真核基因转录(zhun l)水平水平的调控的调控第20页/共93页第二十一页，共94页。第21页/共93页第二十二页，共94页。

7、2.1 反式作用因子反式作用因子(ynz)的分类：的分类：(1) 通用因子通用因子(ynz)，在一般细胞中普遍存在，在一般细胞中普遍存在，表表 哺乳动物哺乳动物RNA Pol启动子上游转录因子结合的序列元件启动子上游转录因子结合的序列元件组件组件保守顺序保守顺序DNA长长度度转录因子转录因子大小（大小（Da） 丰度（丰度（/细细胞）胞）分布分布TATA boxTATAAAA10bpTBP27,000?普遍普遍CAAT boxGGCCAATCT22bpCTF/NF160,000300,000普遍普遍GC boxGGGCGG20bpSP1165,00060,000普遍普遍OctamerATTTGC

8、AT20bpOct-176,000?普遍普遍OctamerATTTGCAT 23bpOct-252,000?淋巴细胞淋巴细胞KBGGGACTTTCC10bpNFKB44,000?淋巴细胞淋巴细胞(2) 特异特异(ty)作用因子：特殊组织与细胞中的，如淋巴细胞中的作用因子：特殊组织与细胞中的，如淋巴细胞中的 Oct-2 还包括：转录激活因子（结合还包括：转录激活因子（结合(jih)增强子）和转录抑制因增强子）和转录抑制因子（结合子（结合(jih)沉默子）。沉默子）。第22页/共93页第二十三页，共94页。表表 真核生物的效应元件真核生物的效应元件调节剂调节剂元元件件保守顺序保守顺序DNADNA长

9、度长度作用因子作用因子大小大小(DaDa)热激热激HSEHSECNNGAANNTCCNNGCNNGAANNTCCNNG27bp27bpHSTFHSTF93,00093,000糖皮质激素糖皮质激素GREGRETGGTACAAATGTTCTTGGTACAAATGTTCT20bp20bp受体受体94,00094,000弗波酯弗波酯TRETRETGACTCATGACTCA22bp22bpAP1AP139,00039,000血清血清SRESRECCATATTAGGCCATATTAGG20bp20bpSRFSRF52,00052,000第23页/共93页第二十四页，共94页。第24页/共93页第二十五页，

10、共94页。2.2.1 蛋白质和蛋白质和DNA相互作用相互作用第25页/共93页第二十六页，共94页。第26页/共93页第二十七页，共94页。第27页/共93页第二十八页，共94页。-螺旋螺旋-折叠折叠 第28页/共93页第二十九页，共94页。第29页/共93页第三十页，共94页。与与GC盒结合的转录因子盒结合的转录因子(ynz)SP1中有连中有连续的续的3个锌指重复结构。个锌指重复结构。第30页/共93页第三十一页，共94页。表表 带有带有Cis/His锌指结构的转录因子和锌指结构的转录因子和DNA结合蛋白结合蛋白蛋白蛋白来源来源大小大小指指结合的结合的DNA靶靶启动子启动子功能功能TFA哺乳

11、动物哺乳动物37,000950bp5S基因基因pol 5S基因转录因子基因转录因子SP1哺乳动物哺乳动物105,000310bpGC boxpol II一般的转录因子一般的转录因子ADR1果蝇果蝇150,000222bpADH2基因基因pol II激活激活ADH基因基因Kruppel果蝇果蝇60,0005?？胚的分化胚的分化第31页/共93页第三十二页，共94页。第32页/共93页第三十三页，共94页。表表 Cys2/Cys2型的作用因子型的作用因子蛋白蛋白大小大小指指靶靶糖皮质激素受体糖皮质激素受体94,0002GRE中中20bp雌激素受体雌激素受体66,0002ERE中中20bpGAL4(

12、酵母酵母)99,0001UAS中中17bp例如：甾类激素例如：甾类激素(j s)受体家族受体家族第33页/共93页第三十四页，共94页。糖皮质激素特异性糖皮质激素特异性雌激素特异性雌激素特异性v甾类激素受体以二聚体形式发挥甾类激素受体以二聚体形式发挥其促进转录的作用。其促进转录的作用。v两个锌指的功能两个锌指的功能(gngnng)不同不同：与与DNA结合结合(jih)形成形成(xngchng)二聚体二聚体第34页/共93页第三十五页，共94页。第35页/共93页第三十六页，共94页。第36页/共93页第三十七页，共94页。LacO的阻抑蛋白的阻抑蛋白阻遏蛋白与阻遏蛋白与cro蛋白蛋白CAP酵母

13、接合酵母接合(jih)型调控蛋白型调控蛋白1，2玉米的玉米的Kn1水稻的水稻的OSH1 第37页/共93页第三十八页，共94页。第38页/共93页第三十九页，共94页。同源同源(tn yun)异形结构域（异形结构域（Homeodomains，HD）第39页/共93页第四十页，共94页。第40页/共93页第四十一页，共94页。第41页/共93页第四十二页，共94页。 H O O C C O O H H O O C C O O H L L L L L L L L + + + + + + + + + + + + N H2 N H2 + + N H2 N H2 亮 氨 酸 拉 链 螺 旋 环 螺 旋

14、(H L H )第42页/共93页第四十三页，共94页。-COOH，每隔，每隔7个氨基酸出现个氨基酸出现(chxin)一个一个Leu，所有，所有Leu出现出现(chxin)在同一侧面，成直线排列在同一侧面，成直线排列，形成疏水面，形成疏水面依靠依靠Leu的疏水作用的疏水作用, 2个个helix 相互相互(xingh)缠绕，缠绕，形成拉链结构形成拉链结构-NH2，富含碱性氨基酸，富含碱性氨基酸,螺旋状螺旋状, +, DNA结合结合(jih)域，域， 与与DNA双螺旋链上带负电荷的磷双螺旋链上带负电荷的磷酸基团结合酸基团结合(jih)碱性碱性-亮氨酸拉链亮氨酸拉链（leucine zipper，Z

15、IP）第43页/共93页第四十四页，共94页。ZIP motif Y形结构形结构(jigu) H O O C C O O H H O O C C O O H L L L L L L L L + + + + + + + + + + + + N H2 N H2 + + N H2 N H2 亮 氨 酸 拉 链 螺 旋 环 螺 旋 (H L H )在真核生物中广泛在真核生物中广泛(gungfn)存存在在C/EBP 家族：与增强子、家族：与增强子、CAAT盒结合盒结合(jih)GCN4 酵母激活因子酵母激活因子CREB（cAMP应答元件结合应答元件结合(jih)蛋白）蛋白）第44页/共93页第四十五页，

16、共94页。表表 哺乳动物哺乳动物RNA Pol启动子上游转录因子结合的序列元件启动子上游转录因子结合的序列元件顺式作用顺式作用元件元件保守顺序保守顺序DNA长度长度转录因子转录因子大小（大小（Da） 丰度（丰度（/细细胞）胞）分布分布TATA boxTATAAAA10bpTBP27,000?普遍普遍CAAT boxGGCCAATCT22bpCTF/NF160,000300,000普遍普遍GC boxGGGCGG20bpSP1165,00060,000普遍普遍OctamerATTTGCAT20bpOct-176,000?普遍普遍OctamerATTTGCAT 23bpOct-252,000?淋巴

17、细胞淋巴细胞KBGGGACTTTCC10bpNFKB44,000?淋巴细胞淋巴细胞第45页/共93页第四十六页，共94页。第46页/共93页第四十七页，共94页。第47页/共93页第四十八页，共94页。(2) 蛋白质和配基的结合蛋白质和配基的结合有的调节蛋白并不直接有的调节蛋白并不直接(zhji)与与DNA接触，而先和配基结合被活化，如甾类受体蛋白等。接触，而先和配基结合被活化，如甾类受体蛋白等。 第48页/共93页第四十九页，共94页。激素激素-受体复合物受体复合物进入细胞核，与进入细胞核，与增强子结合从而增强子结合从而激活激活(j hu)启启动子，开始转录动子，开始转录。甾类激素作为配基甾

18、类激素作为配基进入细胞，与相应进入细胞，与相应(xingyng)受体受体蛋白结合；蛋白结合； 甾类激素甾类激素(j s)对转录的调控对转录的调控第49页/共93页第五十页，共94页。第50页/共93页第五十一页，共94页。第51页/共93页第五十二页，共94页。(4) 蛋白质的修饰蛋白质的修饰蛋白质的磷酸化和去磷酸化是其转录活性调节的一种蛋白质的磷酸化和去磷酸化是其转录活性调节的一种(y zhn)普遍形式。普遍形式。第52页/共93页第五十三页，共94页。第53页/共93页第五十四页，共94页。第三节第三节 转录转录(zhun l)后加工水后加工水平的调控平的调控第54页/共93页第五十五页，

19、共94页。第55页/共93页第五十六页，共94页。第三节第三节 转录转录(zhun l)后加工水平的后加工水平的调控调控第56页/共93页第五十七页，共94页。第57页/共93页第五十八页，共94页。组成组成(z chn)型剪型剪接接第58页/共93页第五十九页，共94页。2） 可变剪接的方式：可变剪接的方式：（1）选用不同的起始）选用不同的起始(q sh)位点，得到不同的蛋位点，得到不同的蛋白质；（酵母蔗糖酶白质；（酵母蔗糖酶Suc基因基因 ，小鼠，小鼠-淀粉酶基因淀粉酶基因）；）；（2）选用不同的加尾位点产生不同的蛋白质（如）选用不同的加尾位点产生不同的蛋白质（如免疫球蛋白）；免疫球蛋白）

20、；（3）选用不同的剪接位点；）选用不同的剪接位点；（4）同时采用以上两种方式；）同时采用以上两种方式；第59页/共93页第六十页，共94页。v 酵母蔗糖酶基因，有两种不同形式酵母蔗糖酶基因，有两种不同形式:v 胞内酶的合成不受葡萄糖存在的影响胞内酶的合成不受葡萄糖存在的影响(yngxing)，但含量低；，但含量低；v 胞外酶的合成受到葡萄糖的抑制。胞外酶的合成受到葡萄糖的抑制。v 胞外酶仅多了信号序列，经切除后胞外酶比胞内酶在胞外酶仅多了信号序列，经切除后胞外酶比胞内酶在N-端仅多了一个端仅多了一个Ser。不同不同(b tn)的起始位的起始位点点第60页/共93页第六十一页，共94页。不同的剪

21、接不同的剪接(jinji)位点选择不同外显子位点选择不同外显子第61页/共93页第六十二页，共94页。剪接剪接(jinji)选择不同的选择不同的5端和外显子端和外显子第62页/共93页第六十三页，共94页。剪接剪接(jinji)选择不同的选择不同的3端和外显子端和外显子第63页/共93页第六十四页，共94页。nRNP的调节：的调节：hnRNP-A1, U5-snRNP第64页/共93页第六十五页，共94页。4) 可变剪接可变剪接(jinji)的意义的意义令人不解令人不解 ！？！？第65页/共93页第六十六页，共94页。第66页/共93页第六十七页，共94页。第67页/共93页第六十八页，共94

22、页。第68页/共93页第六十九页，共94页。vSL RNAs存在于几种锥存在于几种锥虫和线虫中，具有共同虫和线虫中，具有共同(gngtng)的特点；的特点；v其结构类似于其结构类似于U1，即，即SL RNA和和U1 snRNA一一样具有可以和内含子样具有可以和内含子5端端剪接位点识别和结合的功剪接位点识别和结合的功能。能。转酯反应转酯反应(fnyng)第69页/共93页第七十页，共94页。第70页/共93页第七十一页，共94页。第71页/共93页第七十二页，共94页。 TUAUAUGUUUUGUUGUUUAUUAUGUGAUUAUGGUUUUGUUUUUUAUUGGUAUUUUUUAUAUUU

23、AUUUAAUUUGUUGAUAAAUACAUUUUAUUUGUUUGUUAAUUUUUUUGUUUUGUGUUUUUGGUU TT TTTTUAGGUUUUUUUGUUGUUGUUGUUUUGUAUUAUGAUUGAGUUUGUUGUUUGGUUUUUUGUUUU TT TTTTUUGUGAAACCAGUUAUGAGAGUUUGCAUUGUUAUUUAUUACAUUAAGUUGGUGUUUUUGGUUC 图13-44 锥虫 (T.brucei) cox基因的部分RNA 顺序。很多U(红色)在DNA 中未编码，而另一些在 DNA 中编码的T(紫色)在mRNA 中被删除了。(参考B.Lewin:

24、GENES ,1997，Fig31.16)第72页/共93页第七十三页，共94页。第73页/共93页第七十四页，共94页。 TUAUAUGUUUUGUUGUUUAUUAUGUGAUUAUGGUUUUGUUUUUUAUUGGUAUUUUUUAUAUUUAUUUAAUUUGUUGAUAAAUACAUUUUAUUUGUUUGUUAAUUUUUUUGUUUUGUGUUUUUGGUU TT TTTTUAGGUUUUUUUGUUGUUGUUGUUUUGUAUUAUGAUUGAGUUUGUUGUUUGGUUUUUUGUUUU TT TTTTUUGUGAAACCAGUUAUGAGAGUUUGCAUUGUUAU

25、UUAUUACAUUAAGUUGGUGUUUUUGGUUC 图13-44 锥虫 (T.brucei) cox基因的部分RNA 顺序。很多U(红色)在DNA 中未编码，而另一些在 DNA 中编码的T(紫色)在mRNA 中被删除了。(参考B.Lewin:GENES ,1997，Fig31.16)扩充扩充(kuchng)遗传信息遗传信息锥虫锥虫coxII的的mRNA上上158个位点插放了个位点插放了394核苷酸；核苷酸；在在9个位点删去了个位点删去了18个尿苷酸，个尿苷酸，实际实际(shj)增加了增加了376个核苷酸，使个核苷酸，使coxII的长度增加了的长度增加了55%。因此因此coxII的基因比

26、成熟的的基因比成熟的mRNA小了很多，故称其隐匿基因。小了很多，故称其隐匿基因。第74页/共93页第七十五页，共94页。 ApoB基因有29个外显子 CAA 第2153个密码子编码Glu 编辑 CAA UAA 翻译 翻译 在肝中剪接后的mRNA 肠中的mRNA经编辑 编码了4563aa的载脂蛋白 产生了终止密码子，在 2153aa处终止合成 图 13-42 载脂蛋白的基因ApoB 在肠中经过编辑， 引入终止密码子，不能翻译成完整的载脂蛋白。 (参考B.Lewin:GENES,1997，Fig31.14) 编辑的调控编辑的调控(dio kn)作用作用第75页/共93页第七十六页，共94页。 基

27、因 组 中 编 码 I S S L C I K V E N L V G V M D N A 序 列 ATA TC A A G T TTA G CT TAT A A A G TA G A G A A C C TG G TA G G T G TA AT 480 400 500 移 框 1 个 碱 基 RN A 序 列 A U A U CA A G U U U A G G U A U A A A A G U A G A U U G U A U A C C U G G U A G G U G U A A U蛋 白 质 顺 序 I S S L G I K V D C I P G R C N图 13-43

28、 锥 虫 cox基 因 片 断 及 其 产 物 顺 序 的 比 较 。 核 酸 序 列 的 数 字 是 以 起 始 密 码 子 AUG 的 A 开 始 编 号 。蛋 白 质 以 单 个 字 母 表 示 。 方 框 表 示 与 酵 母 、 人 类 同 源 的 氨 基 酸 。 黑 体 表 示 编 辑 位 点 。 (参 考 B .Lew in: G EN ES ,1997， Fig31.15)编辑的校正编辑的校正(jiozhng)作用作用第76页/共93页第七十七页，共94页。第77页/共93页第七十八页，共94页。第78页/共93页第七十九页，共94页。第79页/共93页第八十页，共94页。第80

29、页/共93页第八十一页，共94页。第81页/共93页第八十二页，共94页。第82页/共93页第八十三页，共94页。第83页/共93页第八十四页，共94页。第84页/共93页第八十五页，共94页。第85页/共93页第八十六页，共94页。 80S GTP eIF6 eIF2GTP 60S + 40S eIF-2 eIF-3 Met-tRNA eIF-2 eIF-2 40SeIF-3 (天然的 40S) GDP eIF-2GTPMet-tRNA 40SeIF-3eIF-2GTPMet-tRNA (40S 前起始复合体) eIF1 mRNA 4B 4A CBP(4E+4F) eIF-4 40SeIF-34A4BeIF-2GTPMet-tRNA (40S 起始