第十章 真核生物转录调控

第十章真核基因的表达调控原核生物的调控系统就是要在一个特定的环境中为细胞创造高速生长的条件，或使细胞在受到损伤时，尽快得到修复，所以，原核生物基因表达的开关经常是通过控制转录的起始来调节的。

真核基因表达调控的最显著特征是能在特定时间和特定的细胞中激活特定的基因，从而实现"预定"的、有序的、不可逆转的分化、发育过程，并使生物的组织和器官在一定的环境条件范围内保持正常功能。

一、真核基因表达调控的特点真核生物基因表达调控与原核的共同点：•基因表达都有转录水平和转录后的调控，且以转录水平调控为最重要；•在结构基因上游和下游、甚至内部存在多种调控成分，并依靠特异蛋白因子与这些调控成分的结合与否调控基因的转录。

一、真核基因表达调控的特点真核生物基因表达调控与原核的不同点：1、真核基因表达调控的环节更多：转录与翻译间隔进行，具有多种原核生物没有的调控机制；个体发育复杂，具有调控基因特异性表达的机制。2、真核生物活性染色体结构的变化对基因表达具有调控作用：DNA拓扑结构变化、DNA碱基修饰变化

、组蛋白变化；3、正性调节占主导，且一个真核基因通常有多个调控序列，需要有多个激活物。

一、真核基因表达调控的特点根据其性质可分为两大类：一是瞬时调控或称为可逆性调控，它相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反应。瞬时调控包括某种底物或激素水平的升降，及细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调节。二是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的精髓部分，它决定了真核细胞生长分化、发育的全部进程。

根据基因调控在同一事件中发生的先后次序又可分为：–DNA水平调控Replicationalregulation–转录水平调控transcriptionalregulation–转录后水平调控posttranscriptionalregulation–翻译水平调控translationalregulation–蛋白质加工水平的调控regulationofproteinmaturation

一、真核基因表达调控的特点一、真核基因表达调控的特点二、转录前调控1、真核生物DNA水平上的基因表达调控包括基因丢失、基因扩增、基因重排、DNA的甲基化与基因调控和染色质结构与基因表达调控。(1)基因丢失•丢失一段DNA或整条染色体的现象。•在细胞分化过程中，可以通过丢失掉某些基因而去除这些基因的活性。某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育中，许多体细胞常常丢失掉整条或部分的染色体，只有将来分化产生生殖细胞的那些细胞一直保留着整套的染色体。

二、转录前调控(2)基因扩增•基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性增大的现象，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，是基因活性调控的一种方式。

(3)基因重排•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。•在人类基因组中，所有抗体的重链和轻链都不是由固定的完整基因编码的，而是由不同基因片段经重排后形成的完整基因编码的。

(4)真核生物细胞内存在两种甲基化酶活性：•构建性甲基转移酶：作用于非甲基化位点，对发育早期DNA甲基化位点的确定起重要作用。•维持性甲基转移酶：作用于半甲基化位点，使子代细胞具备亲代的甲基化状态。在一些不表达的基因中，启动区的甲基化程度很高，而处于活化状态的基因则甲基化程度较低。

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。

二、转录前调控转录因子直接结合或间接作用于基因启动子、形成具有RNA聚合酶活性的动态转录复合体的蛋白质因子。一般分为通用转录因子、序列特异性转录因子、辅助转录因子等。与RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ相对应的有三类转录因子：TFⅠ、TFⅡ、TFⅢ。真核生物转录起始十分复杂，往往需要多种蛋白因子的协助，转录因子与RNA聚合酶Ⅱ形成转录起始复合物，共同参与转录起始的过程。二、转录前调控二、转录前调控根据转录因子的作用特点可分为二类：第一类为普遍转录因子，它们与RNA聚合酶Ⅱ共同组成转录起始复合物，转录才能在正确的位置开始。TFⅡD以外，还发现TFⅡA，TFⅡF，TFⅡE，TFⅡH等，它们在转录起始复合物组装的不同阶段起作用。第二类转录因子为组织细胞特异性转录因子，这此TF是在特异的组织细胞或是受到一些类固醇激素，生长因子或其它刺激后，开始表达某些特异蛋白质分子时，才需要的一类转录因子。二、转录前调控(5)染色质结构变化•按功能状态的不同可将染色质分为活性染色质和非活性染色质：•活性染色质是指具有转录活性的染色质；•非活性染色质是指没有转录活性的染色质。•真核细胞中基因转录的模板是染色质而不是裸露的DNA，因此染色质呈疏松或紧密结构，即是否处于活化状态是决定RNA聚合酶能否有效行使转录功能的关键。

二、转录前调控活性染色质的主要特点•活性染色质上具有DNaseI超敏感位点•活性染色质上具有基因座控制区•活性染色质上具有核基质结合区（MAR序列）

活性染色质上具有核基质结合区（matrixattachmentregion，MAR）。MAR一般位于DNA放射环或活性转录基因的两端。在外源基因两端接上MAR，基因表达水平增加10倍以上，说明MAR在基因表达调控中有作用。每个活跃表达的基因都有一个或几个超敏感位点，大部分位于基因5´端启动子区域。

(6)组蛋白的作用•早期体外实验观察到组蛋白与DNA结合阻止DNA上基因的转录，去除组蛋白基因又能够转录。核小体的结构发生变化，有利于调控蛋白结合而促进转录。二、转录前调控三、转录调控1、顺式作用元件(cis－actingelements)主要是起正性调控作用的元件（影响自身基因表达活性的非编码DNA序列)，包括启动子(promoter)、增强子(enhancer)；近年又发现起负性调控作用的元件沉寂子(silencer)。沉默子:某些基因含有负性调节元件——沉默子，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。三、转录调控启动子中的元件可以分为两种：

①核心启动子元件(corepromoterelement,CPE)•指RNA聚合酶起始转录所必需的最小的DNA序列，包括转录起始点及其上游－25处的TATA盒。②上游启动子元件(upstreampromoterelement,UPE)或称上游激活序列（upstreamactivatingsequence,UAS)•包括通常位于－70bp附近的CAAT盒和GC盒、以及距转录起始点更远的上游元件。三、转录调控2、反式作用因子(trans

actingfactors)

能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件上，参与调控靶基因转录的蛋白质,也称为转录因子（transcriptionalfactor，TF）。

转录因子TFⅡD识别结合TATAbox转录因子SP1识别结合GCbox转录因子CTF1识别结合CCAATbox

三、转录调控(1)反式作用因子的类型:基本转录因子（通用转录因子):又称TATA盒结合蛋白，如TFⅠ、TFⅡ和TFⅢ等。与RNApolII相关的基本转录因子。组织或细胞特异性转录因子可诱导（inducible）的转录因子

三、转录调控(2)转录因子的常见功能结构域：1、DNA结合结构域–螺旋-转折-螺旋（Helix-turn-helix