真核基因表达调控课件

1、关于真核基因表达调控课件第一张，PPT共六十五页，创作于2022年6月 真核生物基因表达的调控9.1真核生物的基因结构与转录活性9.2真核基因的转录水平调控9.3反式作用因子的调控作用9.4真核基因转录调控的主要模式9.5其他水平的基因调控；第二张，PPT共六十五页，创作于2022年6月在真核细胞中，一条成熟的mRNA链只能翻译出一条多肽链，不存在原核生物中常见的多基因操纵子形式。 真核细胞DNA都与组蛋白和大量非组蛋白相结合，只有一小部分DNA是裸露的。 高等真核细胞DNA中很大部分是不转录的，大部分真核细胞的基因中间还存在不被翻译的内含子。 真核生物能够有序地根据生长发育阶段的需要进行DN

2、A片段重排，还能在需要时增加细胞内某些基因的拷贝数。真核基因组的一般结构特点第三张，PPT共六十五页，创作于2022年6月真核基因组的一般结构特点 在真核生物中，基因转录的调节区相对较大，它们可能远离启动子达几百个甚至上千个碱基对，这些调节区一般通过改变整个所控制基因5上游区DNA构来影响它与RNA聚合酶的结合能力。 真核生物的RNA在细胞核中合成，只有经转运穿过核膜，到达细胞质后，才能被翻译成蛋白质，原核生物中不存在这样严格的空间间隔。 许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过程（maturation and splicing），才能顺利地翻译成蛋白质。第四张，PPT共六十五页，创作于2

3、022年6月91 真核生物DNA水平上的基因表达调控911 “开放”型活性染色质(active chromatin)结构对转录的影响 真核基因的活跃转录是在常染色质上进行的。转录发生之前，染色质常常会在特定的区域被解旋松弛，形成自由DNA。促进转录因子与启动区DNA的结合，诱发基因转录。第五张，PPT共六十五页，创作于2022年6月存在于“灯刷型”染色体（lamp brush）上的环形结构可能与基因的活性转录有关。第六张，PPT共六十五页，创作于2022年6月912 基因扩增（amplification）基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象，它使细胞在短期内产生大量的基因产物以满足

4、生长发育的需要，是基因活性调控的一种方式。 两栖类和昆虫卵母细胞rRNA基因的扩增。非洲爪蟾的染色体上有约450拷贝编码18Sr RNA和28S rRNA的DNA，在卵母细胞中它们的拷贝数扩大了1000倍。第七张，PPT共六十五页，创作于2022年6月913 基因重排与变换将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位点从而启动转录，这种方式被称为基因重排。 真核生物最典型的例子是免疫球蛋白在成熟过程中的重排以及酵母的交配型转变。第八张，PPT共六十五页，创作于2022年6月 酵母细胞能通过一种被称为交配型转换第九张，PPT共六十五页，创作于2022年6月914 DNA甲基化与基因活性的调控大量

5、研究表明，DNA甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化则诱导了基因的重新活化和表达。 DNA甲基化修饰现象广泛存在于多种有机体中。 实验证明，这个过程不但与DNA复制起始及错误修正时的定位有关，还通过改变基因的表达参与细胞的生长、发育过程及染色体印迹、X染色体失活等的调控。第十张，PPT共六十五页，创作于2022年6月高等生物CpG二核苷酸序列中的C 通常是甲基化的，极易自发脱氨，生成胸腺嘧啶。 由于这些CpG二核苷酸通常成串出现在DNA上，这段序列往往被称为CpG岛。DNA甲基化第十一张，PPT共六十五页，创作于2022年6月真核生物细胞内存在两种甲基化酶活性：（1）日常型甲基转移酶：在甲基化

6、母链（模板链）指导下使处于半甲基化的DNA双链分子上与甲基胞嘧啶相对应的胞嘧啶甲基化。（2）从头合成型甲基转移酶：催化未甲基化的CpG成为mCpG，它不需要母链指导，但速度很慢。第十二张，PPT共六十五页，创作于2022年6月DNA甲基化抑制基因转录的机理 DNA甲基化导致某些区域DNA构象变化，从而影响了蛋白质与DNA的相互作用，抑制了转录因子与启动区DNA的结合效率。DNA甲基化与X染色体失活X染色体失活是发育过程中独特的调节机制。第十三张，PPT共六十五页，创作于2022年6月92 真核基因的转录 真核基因调控主要也是在转录水平上进行的，受大量特定的顺式作用元件（cis-acting e

7、lement）和反式作用因子（transacting factor，又称跨域作用因子）的调控，真核生物的转录调控大多数是通过顺式作用元件和反式作用因子复杂的相互作用来实现的。第十四张，PPT共六十五页，创作于2022年6月顺式作用元件(cis-acting elements)基因周围能与特异转录因子结合而影响转录的一段DNA序列。9.2.1 启动子 (1) 核心启动子成分，如TATA框； (2) 上游启动子成分（UPE），如CAAT框，GC框 (3) 远上游顺序（UAS） ：如增强子，减弱子、静息子等。 (4) 特殊细胞中的启动子成分：如淋巴细胞中的Oct（octamer）和B。第十五张，PP

8、T共六十五页，创作于2022年6月表 哺乳动物RNA Pol启动子上游转录因子结合的序列元件（UPE）组件保守顺序DNA长度结合因子大小（Da）丰度(/细胞) 分布TATA boxTATAAAA10bpTBP27,000?普遍CAAT boxGGCCAATCT22bpCTF/NF160,000300,000普遍GC boxGGGCGG20bpSP1165,00060,000普遍OctamerATTTGCAT20bpOct-176,000?普遍OctamerATTTGCAT 23bpOct-252,000?淋巴细胞KBGGGACTTTCC10bpNFKB44,000?淋巴细胞KBGGGACTTT

9、CC10bpH2TH1?普遍ATFGTGACGT20bpATF?普遍第十六张，PPT共六十五页，创作于2022年6月9.2.2 增强子（Enhancer）增强子：是指能使与它连锁的基因转录频率明显增加的DNA序列。100-200bp长度，由若干组件构成，其基本核心组件常为8-12bp，可以单拷贝或多拷贝串连形式存在。第十七张，PPT共六十五页，创作于2022年6月增强子通常具有下列特性 (1)增强效应十分明显 一般能使基因转录频率增加10200倍，有的可以增加上千倍，如经人巨大细胞病毒增强子增强后的珠蛋白基阅表达频率比该基因正常转录高600-1 000倍； 第十八张，PPT共六十五页，创作于2

10、022年6月增强子通常具有下列特性 (2)增强效应与其位置和取向无关 不论增强子以什么方向排列(5一3，或3，一5)，甚至与靶基因相距3 000bp或在靶基因下游，均表现出增强效应；第十九张，PPT共六十五页，创作于2022年6月增强子通常具有下列特性(3)大多为重复序列 一般长约50bp，适合与某些蛋白因子结合。其内部常含有一个核心序列：(C)TGGATATAT(C)，该序列是产生增强效应时所必需的；第二十张，PPT共六十五页，创作于2022年6月增强子通常具有下列特性(4)其增强效应有严密的组织和细胞特异性 说明增强子只有与特定蛋白质(转录因子)相互作用才能发挥功能；(5)没有基因专一性，

11、可以在不同的基因组合上表现增强效应；(6)许多增强子还受外部信号的调控 ，如金属硫蛋白基因启动区上游所带的增强子，就可以对环境中的锌、镉浓度做出反应。第二十一张，PPT共六十五页，创作于2022年6月9.2.3 沉默子 （silencer）负性调控元件，它与转录抑制因子结合抑制转录。最早在酵母中发现，以后在T淋巴细胞的T抗原受体基因的转录和重排中证实其存在。沉默子的作用特点：不受序列方向的影响，能远距离发挥作用，并可对异源基因的表达起作用。第二十二张，PPT共六十五页，创作于2022年6月93 反式作用因子 反式作用因子(transacting factor) ：能调节与它们接触的基因的表达的

12、各种扩散分子（通常是蛋白质），如转录因子；其编码基因与其识别或结合的靶核苷酸序列不在同一个DNA分子上。转录因子(transcription factor)是起正调控作用的反式作用因子。转录因子是转录起始过程中RNA聚合酶所需的辅助因子。真核生物基因在无转录因子时处于不表达状态，RNA聚合酶自身无法启动基因转录。 第二十三张，PPT共六十五页，创作于2022年6月锌指（Zinc finger region）螺旋-转角-螺旋结构（helix-turn-helix，HLH） ；螺旋-环-螺旋结构（helix-loop-helix，HLH） ：亮氨酸“拉链”式二聚体（leucine zipper）；

13、第二十四张，PPT共六十五页，创作于2022年6月至少有两个螺旋，其间由短肽段形成的转角或环连接;距离正好相当于DNA一个螺距（3.4nm），两个螺旋刚好分别嵌入DNA的深沟。1螺旋转折螺旋(helixturnhelix，HTH)结构第二十五张，PPT共六十五页，创作于2022年6月第二十六张，PPT共六十五页，创作于2022年6月2锌指(zinc finger)结构Zn2+与4个Cys 、或2个Cys和2个His相结合。整个蛋白质分子有2-9个锌指重复单位。每一个单位的指部伸入DNA双螺旋的深沟，接触5个核苷酸。第二十七张，PPT共六十五页，创作于2022年6月第二十八张，PPT共六十五页，

14、创作于2022年6月A.经典的锌指结构,Cys2/His223aaCys- X2-4- Cys-X3-Phe- X5 -Leu- X2 -His- X3 -HisCys，His与Zn2+结合形成4面体结构，使中部的氨基酸回折成环，凸出如手指中部芳香族氨基酸保守，疏水串联重复排列，两指间7-8aa锌指数目多少不等第二十九张，PPT共六十五页，创作于2022年6月B.SP1与GC盒结合的转录因子SP1中有连续的3个锌指重复结构。第三十张，PPT共六十五页，创作于2022年6月C.TF III A344aa，N端与DNA结合9个锌指，每个30aa与5s rRNA基因内启动子 （50bp)结合第三十一

15、张，PPT共六十五页，创作于2022年6月D.Cys2/Cys2 zinc fingerCys- X2- Cys-X13-Cys- X2- CysZn2+与4个Cys结合DNA结合序列较短，对称无大量重复性锌指 Cys2/Cys2与 Cys2/His2不同例如GAL4，酵母的转录因子, 哺乳类的固醇类激素受体第三十二张，PPT共六十五页，创作于2022年6月类固醇激素受体是以二聚体形式发挥其促进转录作用的。它们的两个锌指的功能不同。第1个锌指的右侧是控制与DNA结合的，第2个锌指的左侧则是控制形成二聚体的能力的。糖皮质激素特异性雌激素特异性第三十三张，PPT共六十五页，创作于2022年6月3碱

16、性亮氨酸拉链(basic1eucine zipper) 即bZIP结构此种结构基元的特点是蛋白质的螺旋的一侧集中了许多疏水氨基酸，两分子蛋白质的这种疏水侧面相互作用使之形成二聚体，这些螺旋的一个突出特点是频繁出现亮氨酸，并且趋于每7个氨基酸残基出现一个亮氨酸，这种出现频率使得在形成螺旋时，亮氨酸出现在螺旋的疏水一侧，并且直线排列 第三十四张，PPT共六十五页，创作于2022年6月-COOH，每隔7个氨基酸出现一个Leu，后所有Leu出现在同一侧面，成直线排列，形成疏水面依靠Leu的疏水作用,2个helix 相互缠绕，形成拉链结构-NH2,富含碱性氨基酸，螺旋状，碱性DNA结合域， 与DNA双螺

17、旋链上带负电荷的磷酸基团结合碱性-亮氨酸拉链（leucine zipper，ZIP）第三十五张，PPT共六十五页，创作于2022年6月第三十六张，PPT共六十五页，创作于2022年6月4碱性螺旋环螺旋(basichelixloophelix) 即bHLH结构。40-50aa含2个-helix（1516aa）, 由连接区（1228aa）连接；两亲性(amphipathic)；通过疏水面作用形成二聚体；NH2端为碱性结合区，16aa，其中6aa为保守序列。第三十七张，PPT共六十五页，创作于2022年6月MyoD-DNA 第三十八张，PPT共六十五页，创作于2022年6月缺乏碱性区的蛋白质，即使形

18、成（同、异）二聚体，也无法同DNA结合zyj278第三十九张，PPT共六十五页，创作于2022年6月5.同源域蛋白同源域（homeo domains）：是指编码60个保守氨基酸序列的DNA片段，它广泛存在于真核生物基因组内，由于最早从果蝇中克隆得到，该遗传位点的基因产物决定了躯体发育。第四十张，PPT共六十五页，创作于2022年6月第四十一张，PPT共六十五页，创作于2022年6月932 转录活化结构域 1带负电荷的螺旋结构2富含谷氨酰胺的结构 3富含脯氨酸的结构 第四十二张，PPT共六十五页，创作于2022年6月2.富含谷氨酰胺的结构：SPl是启动子GC盒的结合蛋白，除结合DNA的锌指结构以

19、外，SPl共有4个参与转录活化的区域，其中最强的转录活化域很少有极性氨基酸，却富含谷氨酰胺1带负电荷的螺旋结构：这种酸性螺旋结构特异性诱导转录起始的活性并不是很强，它们可能与TFD复合物中某个通用因子或RNA聚合酶本身结合，并有稳定转录起始复合物的作用。3富含脯氨酸的结构：CTFNFl因子的羧基端富含脯氨酸(达20-30)，很难形成螺旋。第四十三张，PPT共六十五页，创作于2022年6月94 真核基因转录调控的主要模式 9.4.1 蛋白质磷酸化、信号转导及基因表达9.4.2 激素及其影响9.4.3 热激蛋白诱导的基因表达9.4.4 金属硫蛋白基因的多重调控第四十四张，PPT共六十五页，创作于2

20、022年6月941 蛋白质磷酸化、信号转导及基因表达 蛋白质的磷酸化是指由蛋白质激酶催化的把ATP或GTP上位的磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基上的过程，其逆转过程是由蛋白质磷酸酶催化的，称为蛋白质脱磷酸化蛋白质的磷酸化与去磷酸化过程是生物体内普遍存在的信息传导调节方式，几乎涉及所有的生理及病理过程，如糖代谢、光合作用、细胞的生长发育、神经递质的合成与释放甚至癌变等等。 第四十五张，PPT共六十五页，创作于2022年6月1 蛋白质磷酸化在细胞信号转导中的作用(1)在胞内介导胞外信号时具有专一应答特点。与信号传递有关的蛋白激酶类主要受控于胞内信使，如cAMP，Ca2+，DG（二酰甘油，diacy

21、l glycerol）等，这种共价修饰调节方式显然比变构调节较少受胞内代谢产物的影响。(2)蛋白质的磷酸化与脱磷酸化控制了细胞内已有的酶“活性”。与酶的重新合成及分解相比，这种方式能对外界刺激做出更迅速的反应。(3)对外界信号具有级联放大作用；(4)蛋白质的磷酸化与脱磷酸化保证了细胞对外界信号的持续反应。 被磷酸化的主要氨基酸残基：丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸。组氨酸和赖氨酸残基也可能被磷酸化。第四十六张，PPT共六十五页，创作于2022年6月2. 真核细胞主要跨膜信号转导途径第四十七张，PPT共六十五页，创作于2022年6月3. 蛋白激酶的种类与功能根据底物蛋白质被磷酸化的氨基酸残基的种类可分为三

22、大类： 丝氨酸/苏氨酸型 这类蛋白激酶使底物蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化。酪氨酸型 被磷酸化的是底物的酪氨酸残基。双重底物特异性蛋白激酶 既可使丝氨酸和苏氨酸残基磷酸化又可使酪氨酸残基磷酸化。第四十八张，PPT共六十五页，创作于2022年6月根据是否有调节物来分又可分成两大类信使依赖性蛋白质激酶（messenger-dependent protein kinase），包括胞内第二信使或调节因子依赖性蛋白激酶及激素（生长因子）依赖性激酶两个亚类；非信使依赖型蛋白激酶。第四十九张，PPT共六十五页，创作于2022年6月第五十张，PPT共六十五页，创作于2022年6月4. 受cAMP调控的A激酶

23、被A激酶磷酸化的蛋白质其N端上游往往存在两个或两个以上碱性氨基酸，特异氨基酸的磷酸化（X-Arg-Arg-X-Ser-X）改变了这一蛋白的酶活性。PKA全酶由4个亚基组成(R2C2）包括两个相同的调节亚基（R）和两个相同的催化亚基（C）。全酶的分子量为150-170kD。第五十一张，PPT共六十五页，创作于2022年6月激素与其受体在肌肉细胞外表面相结合，诱发细胞质cAMP的合成并活化A激酶，再将活化磷酸基团传递给无活性的磷酸化酶激酶，活化糖原磷酸化酶，最终将糖原磷酸化，进入糖酵解并提供ATP。第五十二张，PPT共六十五页，创作于2022年6月5. C激酶与PIP2、IP3和DAGC激酶（PK

24、C）是依赖于Ca2+的蛋白质激酶。主要实施对丝氨酸、苏氨酸的磷酸化，它具有一个催化结构域和一个调节结域。磷酸肌醇级联放大的细胞内信使是磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸（PIP2）的两个酶解 产物：肌醇1，4，5-三磷酸（IP3）和二酰基甘油（DAG）。第五十三张，PPT共六十五页，创作于2022年6月第五十四张，PPT共六十五页，创作于2022年6月6. CaM激酶及MAP激酶7. 酪氨酸蛋白激酶第五十五张，PPT共六十五页，创作于2022年6月8. 蛋白质磷酸化与基因表达 处于信号传递链终端的蛋白质磷酸化既能对许多酶蛋白及生理代谢过程起直接的调节作用，又能通过使转录因子磷酸化来调节基因活性。第五十

25、六张，PPT共六十五页，创作于2022年6月942 激素及其影响许多类固醇激素（如雌激素、孕激素、醛固酮、糖皮质激素和雄激素）以及一般代谢性激素（如胰岛素）的调控作用都是通过起始基因转录而实现的。 第五十七张，PPT共六十五页，创作于2022年6月943 热激蛋白诱导的基因表达生物学上把能与某个（类）专一蛋白因子结合，从而控制基因特异表达的DNA上游序列称为应答元件（response element），如热激应答元件，糖皮质应答元件,金属应答元件等等，这些应答元件与细胞内专一的转录因子相互作用，协调相关基因的转录。 第五十八张，PPT共六十五页，创作于2022年6月许多生物在最适温度范围以上，能受热诱导合成一系列热休克蛋白（heat shock protein）。受热后，果蝇细胞内Hsp70 mR