分子遗传学5章真核生物基因的表达调控课件

第五章真核基因的表达调控ThreelevelscontrolGeneregulationverycomplexineukaryotescells!Multipleplacescontrol!真核生物基因表达调控的特点：在真核生物中，染色体的结构对基因的表达有明显的调控作用；真核基因的转录和翻译是在不同地点不同时间进行，从而使真核基因的表达有多种转录后的调控机制；基因表达具有时间性和空间性。时间性：个体发育的不同阶段，基因表达的种类和数量是不同的；空间性：在不同组织和器官中，基因表达的种类和数量是不同的。真核生物基因表达存在细胞特异性或组织特异性。真核生物的基因表达调控是多因子、多步骤的调控过程。基因重排DNA甲基化与基因的表达成反比关系直接改变基因的构型影响转录因子与顺式作用元件结合5′端调控序列甲基化后与核内甲基化CG序列结合蛋白结合DNaseⅠ高敏感区为去甲基化的标志

染色质结构改变组蛋白与DNA结合与解离（活性与非活性）非组蛋白与组蛋白竞争结合DNA，解除组蛋白对基因表达的抑制组蛋白修饰（甲基化、乙酰化、磷酸化）常染色质与异染色质的互变DNA甲基化1、

启动子(promotor)位于转录起始位点附近，具有相对固定位置，且为转录起始所必需的序列元件。启动子一般模式：核心启动子，TATAbox上游启动子成分（UPE），CAATbox等TATA框控制转录的精确性，而UPE则控制转录的起始频率，启动子的强度决定于UPE的数目和种类。CorePromotorICorePromotorIIAssemblyofRNApolIII2、

增强子(enhancer)位于转录起始位点较远位置上，具有参与、激活和增强转录起始功能的序列元件。增强子元件常常是组织特异性或短暂调节的靶位点。增强子特点：与启动子的相对位置和取向无关，只要存在于同一DNA分子上都能起作用；没有基因专一性，可以在不同的基因组合中表现增强效应；严格的组织特异性和细胞特异性；增强子(enhancer)4、

应答元件(responseelement)一组受共同调控的基因，各基因都有一个相同的序列元件，该元件是诱导型转录因子（inducibleactivator）识别靶基因的位点,称为应答元件（responseelement）。 如：热休克应答元件（HSE）、血清应答元件（SRE）、糖皮质激素应答元件（GRE）特点：是启动子的上游元件（如HSE）或增强子（如GRE）都含有短的共有序列，但不一定完全相同转录因子结合区在共有序列的任一侧附近应答元件动物模型植物模型DNAStructure–MajorandMinorGrooves反式作用因子根据作用方式分为三类：

①通用转录因子。普遍存在的转录因子。如TATAbox结合因子TFⅡD、GCbox结合因子SP1等。②组织特异性转录因子。与基因表达的组织特异性有很大关系。③诱导性反式作用因子。活性能被特异的诱导因子所诱导。

（A）锌指结构示意图（Cys2／His2锌指结构）两个半胱氨酸残基和两个组氨酸残基(His)，通过与位于中心的锌离子以配位键结合，形成稳定的指状结构。

（B）

Cys2／Cys2锌指结构示意图ZincFingerMotif②同源结构域（homeodomain，HD）同源盒基因家族各基因间具有一相同的保守序列，称为同源结构域。所含的至少二个α螺旋中形成“转折”，第三个α螺旋与DNA大沟相互作用是同源盒蛋白与DNA结合的主要力量。

功能：调节与机体各部分正常发育或正常分化的有关基因的表达。同源结构域及其作用③碱性亮氨酸拉链（basic1eucinezipper，bLZ）

有些肽链C末端有一段30个氨基酸序列以α-螺旋构型出现的结构单元，每间隔6个氨基酸出现一个亮氨酸残基，能形成两性α-螺旋。两个具有这种结构的因子接触后可借助侧链疏水性交错对插，形成稳定卷曲螺旋结构的二聚体。

功能：可使碱性区与DNA的亲和力明显增加。LeucineZipper④螺旋-环-螺旋（helix-loop-helix，HLH）结构:

含两个双性α-螺旋，每3～4个氨基酸含一个疏水性残基，中间为非螺旋环区，内含一个或多个能阻断螺旋的氨基酸残基。helix-loop-helix⑤Helix-turn-helix(α螺旋-β转角-α螺旋)结构为第一个被确立的DNA-结合结构，是最常见DNA结合域之一，常结合CAAT盒，属常见的转录调控蛋白因子。Helix-turn-helix

2)转录活化结构域（transcriptionalactivationdomain）反式作用因子并非都需要其直接与DNA结合，转录活化域是反式作用因子必须具备的结构基础。转录活化域通常是依赖于DNA结合结构域以外的30～100个氨基酸残基。转录因子通常具有一个以上的转录活化区。转录活化结构域模型有以下几种：①酸性α-螺旋（acidicα-helixdomain）含有较多的负电荷。能非特异性地与起始复合物（如TATA盒结合因子）相互作用发挥转录活化功能。②富含谷氨酰胺的结构域（glutamine-richdomain）最强的转录活化域之一。

③富含脯氨酸结构域（proline-richdomain）三转录起始的调控反式作用因子的活性调节表达式调节合成后即有活性，不能积累共价修饰磷酸化、去磷酸化，糖基化配体结合激素受体蛋白质与蛋白质相互作用复合物的解离与形成反式作用因子与顺式元件的结合反式作用因子的作用方式成环使相应位点接近而发挥作用扭曲改变DNA构型滑动沿DNA滑动到另一特异序列而发挥作用连锁反应（Oozing）转录因子与DNA结合后促进与另一转录因子的结合反式作用因子的组合式调控作用组合式基因调控（conbinatorialgeneregulation）几种反式作用因子组合而发挥特定作用真核基因的调控模型:Britten—Davidson模型原始模型改进模型Ⅰ:多重调节基因改进模型Ⅱ:多重受体基因四转录后水平的调控1.加帽和加尾的调控意义5ˊ端加帽:真核生物转录生成的mRNA在转录后，在5ˊ端加上7－甲基鸟苷(m7GPPPmNp-)

意义:①能被核糖体小亚基识别，促使mRNA和核糖体的结合；②m7Gppp结构能有效地封闭RNA5’末端，以保护mRNA免疫5’核酸外切酶的降解，增强mRNA的稳定。③有助于mRNA越过核膜，进入胞质。3ˊ端加尾:转录后在mRNA在3ˊ末端加上50～200个腺苷酸，即poly(A)尾（成熟mRNA）。意义：①可能有助mRNA从核到细胞质转运；②避免在细胞中受到核酶降解，增强mRNA的稳定性。2.mRNA前体的剪接、选择性剪接对基因表达的调控作用

（1）mRNA前体的剪接真核细胞基因表达所转录出的mRNA前体在剪接酶作用下，有序删除每一个内含子并将外显子拼接起来，形成成熟的mRNA，这一过程即为剪接。

生物体内内含子的主要类型：

GU-AG、AU-AC、Ⅰ类内含子、Ⅱ类内含子5种snRNA(，U1、U2、U4、U5、U6)+100多种蛋白

GU-AG、AU-AC类内含子的剪接剪接体(spliceosome)I、II类内含子的自我剪接

高等真核细胞中,某个内含子5ˊ的供点在特定条件下可与另一个内含子3ˊ受点进行剪接，同时删除这两个内含子及其中间的全部外显子或内含子，即一个外显子或内含子是否出现在成熟的mRNA中是可以选择的，这种剪接方式称为选择性剪接。

（2）mRNA的选择性剪接Exon，Intron是否出现在成熟mRNA是可以选择。

意义：在高等生物细胞的高度异质性中起重要作用。由于剪接的多样化，一个基因在转录后通过mRNA前体的剪接加工而产生两个或更多的蛋白质。３.RNA的编辑RNA编辑（editing）:是指转录后的RNA在编码区发生碱基的突变、加入或丢失等现象。五翻译水平的调控mRNA运输控制mRNA稳定性调节mRNA结构调控翻译起始的调控

翻译过程和翻译后水平的调控主要表现在翻译的起始、延长、蛋白质的加工修饰及定位等方面。１.mRNA运输控制运输控制（transportcontrol）是对转录本从细胞核运送到细胞质中的数量进行调节。合成的RNA大约有1/2能被运出核进入细胞质，50％左右的在核内降解，还有一些留在核。

２.mRNA稳定性调节原核生物mRNA的半衰期很短，平均大约3min。高等真核生物迅速生长的细胞中mRNA的半衰期平均3h。在高度分化的终端细胞中许多mRNA极其稳定，有的寿命长达数天。３.mRNA结构的影响3.1mRNA5’前导序列对翻译水平的影响5’m7G帽结构是否存在和是否易于接近eIF-4F的程度对翻译效率有着明显的影响。起始密码子AUG的位置和其侧翼的序列对翻译的效率也有影响。

5’端非翻译区的长度也会影响到翻译的效率和起始的精确性，当此区长度在17～80Nt之间时，体外翻译效率与其长度变成正比。在5’UTR中存在碱基配对区时，可以形成发夹式或茎环二级结构，这类结构会阻止核糖体40S亚基的迁移，对翻译起始有抑制作用。3.2mRNA3’端的结构对翻译速率和mRNA寿命的影响mRNA3′端的poly(A)不仅和mRNA穿越核膜的能力有关，而且影响到