DNA调控元素-同源异型基因

1、DNA调控元素-同源异型基因2010-01-2119:41:24|分类：Biology|标签：|字号大中小订阅同源异型基因广泛地存在于所有动物中，它在发育中起着极其重要的作用。同源异型蛋白家族是基因表达调控因子，在其分子中包含有一个由60个氨基酸组成的功能域，对应的基因中的序列称为同源异型框。此功能域有一个三个螺旋的结构，它是实现同源异型蛋白与靶基因DNA调控元素结合的功能部位。当它结合到DNA分子上时，两个螺旋处在DNA分子上方，第三个顺伏在DNA的主槽之中。在发育中，同源异型蛋白通过此功能域与靶基因DNA分子中的调控元素结合，指导靶基因的特异表达。研究发现，在三级结构上，同源异型框高度保守

2、。这里自然提出了一个疑问，在进化上，同源异型框基因在序列和功能上发生了明显的分化，形成了一个大家族，但是，它们与DNA的功能域在空间结构上几乎没有变化这如何能适应它们对不同靶基因表的特异控制呢？发育生物学研究还发现，即使是在进化上距离很远的物种，他们的同源异型基因产物在功能上仍表现出很大的通用性。例如，将果蝇的同源异型基因Antennapaedia引入到封闭了其同源基因表达的线虫体内，可以完全替代宿主同源异型基因，使之正常发育。尽管，节肢动物与线虫在演化上的分离起码超过了5亿年，并且两种动物的发育程序也很不一样，但是，同源异型基因在异体内却完全可以正常工作。更有甚者，如果将某些同源异型基因的同

3、源异型框删除，它的表达产物仍可能正常发挥功能。难道说，同源异型因子对靶基因DNA调控元素的特异结合并不重要，甚至是可有可无的吗？深入研究发现，同源异型结构域对DNA结合的特异性确实不高，不同的同源异型蛋白可以结合到同样的DNA序列上，而同一种同源异型蛋白也可以结合到不同的DNA序列上，其亲和性都没有明显的区别。在于增强子调控因子比较，对各自DNA序列的亲和度测定显示，它们之间可以相差1000数量级，即同源异型蛋白与DNA的结合力远远低于增强子与其结合蛋白间的结合（如lac抑制因子）。此外，实验表明，同源异型蛋白对调控元素DNA序列突变的耐受性也远远高于增强子结合蛋白。同源异性基因家族对于细胞分

4、化、体制建立、器官形成有着及其重要的作用。多种同源异型基因的剔除可以造成发育终止、器官易位等严重的后果。这表明不同同源异型基因在基因转录调节专一性上一定存在着严格的分化。那么，这一进化又是通过什么方式实现的呢？根据近年发育生物学的研究同源异型基因自身的表达和它对靶基因表达控制的进化主要是通过发展多种协同、辅助因子的方式来完成的。实际上，正是由于同源异型蛋白对DNA结合力弱，给这种发展带来了很大的便利和更多的机遇。对应于大量协同、辅助因子的出现，同源异型基因及其靶基因在非编码的区域都出现了广泛的分化现象（图23）。将果蝇ftz基因中的同源异型框基因删除，它仍然可以正常发挥ftz基因的功能，这表明

5、，辅助因子可以弥补同源异型功能域完全葬失造成的与DNA集合能力的影响，即在大量辅助因子存在的情况下，同源异型蛋白本省对DNA的特异识别就变得不那么重要了。调节朮件蜡构臺肉转录氓拉Ubx先变调廿子家变副体节翻翻丽催鑑迪G+20+40+60+80+100-120+140图23果蝇UbxbdAAbdB因中的调节元索不仅不同Hox晴因扛染色怵上的排布驗序与梵庄休肯中衣达的谢后顺序有乎行対应的集系面岂基因上的调节元索的顺序与受具控制的副库节的撷洋也相一致。注怠“处率因顺武澜节区很大，仲麗大约lOOkd祖是它址變的mKNA分子却报小t即转录单位所示凰城几现在看来，这和生物在开发新的基因转录调节机制方面，增

6、加转录因子及其扩大它们之间的相互合作起着重要的作用。可以想见，通过增加因子并开发新的DNA结合区域，可能选择性的获得高强度和高特异性的调节区分。同时，也可能因为新因子的加进，使他们与DNA间的结合产生新的不稳定因素，也就提供了更多调节因子介入及于DNA序列相互作用的机会。因此，这是一个不断增强稳定性有不断创造新的不稳定因素的过程。总之，在蛋白质-蛋白质、蛋白质-DNA相互作用方面，这个复杂体系一方面朝着特异化提高和建立复杂信号网络的方向前进同时又不封闭它不断拓展的可能性。由于原初的调节因子是从新的附加因子上获得其对某某基因表达调控特异性的提高，而不是强调对自身的改造，它自然长久地保持了被重复利用，建立新的调节方式的潜能性。在生物演化过程中，伴随基因表达调节系统中多种因子出现其机制结构的不断复杂化，基因表达调节体系出现急速的大动荡、大改造现象是完全可能的，