南京大学分子生物学第22讲

1、三、基因表达的不同水平：丰富mRNA和稀少mRNA（一） mRNA复杂度的测定：RNA驱动的动力学杂交试验分析1，基本步骤（图922， mRNA复杂长度的计算13，例子：鸡输卵管mRNA驱动的动力学杂交试验（1）对照：鸡卵清蛋白mRNA（2）鸡输卵管中各mRNA组分的复杂长度2（二）mRNA丰富度的计算1，计算公式2，丰富mRNA和稀少mRNA3四、持家基因和奢侈基因（一）确定组织特异活跃基因数目的方法1，加性饱和杂交试验 4（1）通过饱和杂交试验分别确定2种不同组织中各自活跃基因表达的数目（2）通过饱和杂交试验确定2种组织中活跃基因表达的总数（3）确定2种组织各自特异表达及共同表达的基因 5

2、2，另一种测定不同组织中活性基因重叠情况的方法（1）过量的第一种组织mRNA与非重复DNA的杂交试验（2）过量的第二种组织mRNA与mDNA的杂交（3）过量的第二种组织mRNA与无效DNA的杂交6（二）持家基因和奢侈基因 1，持家基因（house keeping genes)2，奢侈基因 (luxury genes)3，持家基因和奢侈基因的表达调控7第二节DNA水平的调控8 DNA水平的调控：通过基因丢失、扩增、重排和移位等方式，从根本上改变细胞的基因组，消除或变换某些基因并改变其活性。9一、基因丢失（一）染色体缺失与基因活性去除 （二）马蛔虫的染色体丢失现象 101，染色体特点 2，不同发育

3、阶段的细胞分裂特点（1）发育早期细胞分裂（2）发育到一定阶段11二、基因扩增基因扩增：是指某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象，它使得细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要。121，非洲爪蟾卵母细胞rRNA基因的扩增（1）体细胞的rRNA基因 （rDNA）（2）卵母细胞的rDNA （3）rDNA扩增的可能机制132，果蝇卵巢颗粒细胞卵壳蛋白基因的扩增（1）卵母细胞和营养细胞（2）营养细胞卵壳蛋白的扩增143，二氨叶氢叶酸还原酶基因扩增的诱导 （1） 氨甲喋呤的作用（2）稳定的抗氨甲喋呤细胞株（3）不稳定的抗氨甲喋呤细胞株（4）双小染色体形成的机制（图95） 15三、基因重排一个基因

4、可以通过从远离其启动子的地方移到距它很近的位点而被启动转录，这种方式称基因重排16（一）基因重排与啤酒酵母的接合型互变1，啤酒酵母的接合型（1）型 （2）a型172，啤酒酵母的接合型互变（1）接合型互变现象（2）接合型互变的匣子模型（图96） A，MAT活跃匣子决定接合型类型B，沉寂匣子C，接合型互变183，酵母接合型相关匣子（1）序列组成（表9-1）HML 、MAT 、MATa均由W、X、Y、Z1、Z2五部分组成HMRa由X、Y、Z1组成Y区域19（2）沉寂匣子的阻遏蛋白及其结合位点阻遏蛋白基因：sir1，sir2，sir3，sir4阻遏蛋白的结合位点：位于启动子上游1500bp以外的E区2

5、0（3）沉寂匣子不活跃转录的原因两种沉寂匣子沉寂匣子具有相同的阻遏蛋白结合位点，活跃匣子没有沉寂匣子和活跃匣子的DNA酶I超敏感位点分布不同21（二）哺乳动物免疫球蛋白的表达与基因重排 1，轻链（1）种类轻链有两种：， （2）结构 可变区（V区），连接区 （J区），恒定区（C区）22（3）基因及基因重排A，轻链的V，C，J（如V，C，J）基因在不产生抗体的细胞中相距很远，在产生抗体的细胞中被排列组合重排在一起，V和C之间是较短的J片段。轻链V区是由V基因片段和J基因片段共同编码的23B， 链的形成轻链基因片段的数目与其他免疫球蛋白相比较少。鼠类中已发现有3个V和4个 J-C 片断，其中J4是假

6、基因2425B细胞分化过程中，V 基因之一和相连的一个J基因片段重组，形成一个V -J重组体重排的基因被转录成mRNA初级产物，经剪接形成成熟的mRNA，最后翻译成蛋白2627C， 链的形成链基因片段有较多的V基因（350个），V在染色体上与C有一定距离。J有5个基因，在V和C之间，靠近C，其中一个是假基因2829淋巴细胞分化时，DNA重排，任意一个V基因与一个J基因相连，可以产生约1400种链可变区30312，重链（1）种类 ，任意一种重链能与任意一种轻链相结合32（2）结构 可变区（V区），歧化区（D区），连接区（J区） ，恒定区 （C区）33（3）基因及基因重排重链的V区也是由V和J基因

7、片段编码，附加的多样性由D基因片段提供。D基因片段的密码子的数目和碱基对的序列是高度可变的34已经被鉴定了100200个VH片段（可能有1000种），30个D片段，6个功能性的J基因片段和3个假J基因片段。3536所有的恒定区基因都位于J基因片段下游，鼠的IgM、IgE、IgD和IgA各有一个恒定区基因（、和），4种IgG的基因为1、 2a、 2b和 33738C基因的每个机构域（如C的C1、C2等）的外元被内元隔开。 基因还有一个编码联合区的外元H（hinge）基因。所有基因都有一个或多个参与编码膜结合免疫球蛋白M的外元3940每个恒定区基因（C 除外）的上游均有一个转换序列S（swithc

8、h sequence, S）， C 与C 共享一个转换序列。这样任何一个C基因片段都能与V-D-J基因发生重组41423，免疫球蛋白类型的转换（1）抗体类型的转换现象免疫反应的成熟过程中，初次免疫反应主要产生IgM，再次反应主要产生IgG4344（2）抗体类型的转换的机制所有种类的免疫球蛋白都用同一系列的可变区基因。当一个成熟的抗体形成细胞转变抗体类型时，只是重链恒定区发生变化45有时一段较长的DNA被转录，产生一个初级RNA转录产物，通过剪接产生不同的mRNA，最终翻译产生VH区相同，恒定区不同的抗体4647更常见的情况是，转换序列S介导同源重组，通过去除环化的DNA，导致另一个C区靠近VD

9、J基因。该过程可能和染色体间的交换有关4849二、染色体水平上的基因活化调节（一）染色质的状态1，非活性染色质的结构以30nm的间期核染色质纤维为基础，压缩4050倍包装成螺线管状态502，活性染色质的结构30nm的染色质纤维开启为可转录的伸展染色质结构，成为11nm直径的单核小体伸展状态。细胞中染色质的非活性和活性状态是可以互变的，并且存在两者间的过渡状态51（二）开放染色质结构的形成核小体结构的伸展甚至缺失可以由下列因素造成：521，DNA结构的影响富含GC达到15次重复的Z-DNA的存在时可导致核心组蛋白与DNA的亲和力下降DNA拓扑异构酶可以持续地调整DNA的超螺旋状态，促进基因的转录

10、532，组蛋白的修饰（1）H1组蛋白的磷酸化有丝分裂的染色体中，HI组蛋白高度磷酸化，可达到每个分子有56个丝氨酸磷酸化H1组蛋白磷酸化导致其对DNA的亲和力下降54（2）核心组蛋白的修饰A，核心组蛋白的乙酰基化 核心组蛋白最主要的修饰方式是其Lys残基上的 -氨基乙酰基化。转乙酰基酶从乙酰辅酶A将乙酰基转移到Lys残基上，并中和了一个正电荷，减弱了蛋白与DNA的静电吸引力，并降低相邻核小体之间的聚集55H3、H4组蛋白乙酰基化使核小体间的DNA产生较多的负超螺旋而容易从核小体上分离，对核酸酶的敏感性增高，并有利于转录调控因子的结合56B，H2A组蛋白的泛素化泛素：76个Aa的酸性蛋白质，含许

11、多Glu和Asp残基泛素和u-H2A形成异肽键，两者酸碱中和 u-H2A所占比例：510%，主要位于活跃基因序列的核小体中573，其他DNA结合蛋白的作用（1）启动子上游调控因子蛋白质调控因子和组蛋白及DNA形成三维复合物，可以改变核小体的结构，甚至使特定区域内无核小体存在。58例如：蛋白质因子糖皮质激素受体（GR）、核因子1（NF1）可与启动子区的核糖体结合促进转录SP1可阻止H1组蛋白的阻遏作用TATA盒结合蛋白（TBP）可防止核小体阻遏启动子的功能转录因子GAGA的结合导致核小体解聚59（2）HMG结构域蛋白HMG（high-mobility group）：高迁移率组蛋白质，因在聚丙烯酰

12、胺电泳中迁移率很高而被命名HMG 14、HMG17在核小体上有两个高亲和力的结合位点。HMG蛋白质与核小体的结合是产生活性染色质的重要过程60（三）活性染色质的特征1，DNA酶I敏感位点（1）活跃基因的DNA酶I优先敏感性用DNA酶I处理脊椎动物的基因组，活跃表达的基因优先降解61（2）活跃基因DNA酶I优先敏感性区域的分布 转录区的DNA酶I优先敏感性较高基因的两侧DNA区段也有DNA酶I优先敏感性 62（3）造成DNA酶I优先敏感性的原因 HMG蛋白的存在可以使含有核小体的染色质对DNA酶IHMG蛋白不是造成染色质对DNA酶I的唯一原因 HMG蛋白作用的最小单位是核小体核心颗粒63（4）DNA酶I优先敏感性与基因转录的时间关系 DNA酶I优先敏感性是与转录过程是相对独立的，在活性基因转录前后 均存在DNA酶I优先敏感性是转录的必要但非充分条件