分子生物学第八章：基因表达的调控

第8章基因表达的调控(ControllingoftheGeneExpression)第一节基因表达调控的概述（空间密码）第二节乳糖操纵元（LacOperon）第三节Trp

Operon及弱化作用机理第四节基因转录的时序调控第五节Prok.翻译水平的调控第六节DNA序列重排对基因转录的调控第七节Euk.基因表达调控的特异性第一节基因表达调控的概述（空间密码）基因表达调控(generegulationorgenecontrol):任何影响基因转录过程和翻译过程的开启、关闭和这两个过程速率的较为直接的因素及其作用涉及：RNA转录的开/关，数量，选择性加工蛋白质翻译速率，数量，加工与降解和分泌…原核生物对环境的适应，相关的应答真核生物的细胞分化,组织特化,个体发育以及环境对个体表型的影响都是基因表达的结果

Prok.和Euk.的调控极其相似

调控机制：核酸分子间的互作

核酸与蛋白质分子间的互作蛋白分子间的互作调控层次：转录水平上的调控

mRNA加工成熟水平上的调控

翻译水平上的调控

翻译后水平的调控共同的起源与共同的分子基础●

转录水平上的调控是最为经济,

灵活，又是最为重要，复杂的调控a、在复杂的基因组内，确定需要基因转录的起始位点b、精细调节基因表达的水平,以保证生物体对环境的适应c、

cisfactor&transfactor间严格而又灵活的互作d、保证RNApolymerase的进行式转录（不中断，准确终止）●

生物遗传信息的概念C>cGenomeDNA10%;结构基因的编码序列

tripletcodon90%;重复，间隔，调节序列…

基因选择性表达指令重要的遗传信息遗传信息的两大类别II类；特定DNAseq.+特定蛋白质/核酸结合基因表达的指令geneon/offI类；DNAseq.RNAseq.(codon)aaseq.protein表型(centraldogma)

内在信息内,外(信号分子)结合信息

ORFonlyHelix,Nt

seq….

遗传信息存在于模版链三维空间结构/DNA序列的一级结构上(IR,Box,paracodon…)

三联体密码空间，调控密码(钥匙与锁)

简并简并摇摆同工受体cis1trans2cis2trans1cis1trans3cis3I类II类

表达

specificalbindingaabaseDNARNAprotein●

遗传信息表达的方式（Euk.）

组成型表达（constitutiveexpression）Housekeepinggene

诱导型表达（inducibleexpressionbysignalingmolecular）Luxurygene

顺、反因子间互作方式的基因表达调控♫顺式作用元件（cis-actingelement）:能够影响同一条或相连DNA序列活性的特定DNA片段。例如，启动子♫反式作用因子（trans-actingfactor）:一种基因的蛋白质产物，能够影响位于基因组另一条染色体上的（或基因组别处的）另一个基因的表达活性。例如，RNApolymerase★正调控系统:没有调节蛋白存在时，结构基因是关闭的，而加入有活性的调节蛋白后,结构基因的表达活性被开启无辅基诱导物或激活物★负控制系统:没有调节蛋白存在时，结构基因是开启的，加入这种有活性的调节蛋白后，结构基因表达活性被关闭阻遏蛋白★所谓“关闭”指表达水平很低本底水平的基因表达(1～2个mRNA分子／细胞周期)“开启”也常有程度的差异二、基因表达调控的分子机制1、调控蛋白质的对称性与其识别序列的对称性

调控蛋白都是同种分子的多聚体－－二聚体、四聚体

二倍旋转对称通过单体和多聚体间的平衡迅速作用

与特异识别位点之间提高调控作用的特异性（反向重复序列）inmajorgroove

特异和非特异结合力2、调控蛋白的DNA结合结构域的主要花式

主要有：α螺旋-转角-α螺旋（HTH）

Cys-Cys锌指Cys-His锌指

调控蛋白上存在与DNA和其它蛋白质相互作用的位点

★α螺旋-转角-α螺旋*

两个α螺旋被一个β转角隔开*

一个螺旋起识别结合DNA的作用3个

—helix,H1与H2平行H2与H3形成HTHmotifH3位于大沟中，与DNA特异结合CⅠ蛋白N端有五个螺旋2和3与DNA相互作用C端负责二聚体形成N端负责与DNA接触★锌指结构概念:与DNA结合的蛋白质中一小组保守AA与一个Zn2+结合起来形成蛋白质中一个相对独立的结构域按结合的AA不同有两种类型a、Cys-His(C2/H2)锌指经典的锌指蛋白中部芳香族氨基酸保守，加上Zn＋＋和Cys和His之间的配位结构形成疏水核经典的锌指蛋白、类固醇受体（激素）不同锌指蛋白中锌指数目多少不等锌指可以串联重复排列，两指间7-8aaTFⅢA有9个锌指、通用转录因子SP1有三个经典锌指的三维结构：一个β－折叠和一个α－螺旋锌指上的α－螺旋负责与DNA作用b、Cys-Cys(C2/C2)锌指类固醇受体Zn＋＋与4个Cys残基形成配位键糖皮质激素受体ZYJ272

TheDNA-bindingdomainofCys2-Cys2zincfingerproteins(Figure1.Glucocorticoidreceptor)iscomposedoftwoirregularantiparallelbeta-sheetsandanalpha-helix,followedbyanextendedloop.图6-B-2.

类固醇受体增强转录的机转。当受体与配体结合之后，会再吸引乙醯转移酶来到转录区促进转录。3、调控蛋白与蛋白质结合的方式（1）HLH

结构特点：长40～50个AA残基中含有两个既亲水有亲酯的α螺旋,被不同长度的连接区隔开(环)

此类蛋白借助两个螺旋对应面上疏水基团的相互作用形成二聚体(同种或不同种亚基)

鉴定的较清楚的蛋白质与蛋白质相互作用的结构基元有

螺旋-环-螺旋（HLH）Leu拉链HLH基元附近有个高度碱性的区段为结合DAN所必须bHLHMyoD-DNA（2）Leu拉链(Leuzipper)蛋白上含有4或5个精确的相距7个AA的Leu残基

概念：调控蛋白上富含亮氨酸残基的结构域参与形成二聚体Leu出现在α-螺旋疏水的一侧，并直线排列于是，两个蛋白分子的两个α－螺旋之间依赖Leu残基之间的疏水作用形成一条拉链GCN4Leu拉链区的氨基端约30个残基的碱性区与DNA结合两个Leu拉链作用形成Y型结构，拉链为茎、碱性区分叉对称成臂－－拉链蛋白的目标DNA为没有间隔的反向重复第二节乳糖操纵元★操纵元(Operon):Prok.中,基因表达调控的一个完整单元,包括结构基因和控制区(O、P)以及调节基因的整个核苷酸序列♫操纵元中各结构基因按一定比例协调翻译♫聚有极性突变效应：操纵元中一个近基因的无义突变能够影响远基因表，且根据距离远近呈极性梯度效应

♫P、O紧密连锁或彼此重叠，I基因位点不固定顺式作用元件、反式作用因子一、乳糖操纵元1960Jacob&Monod（法国）(1965)1、结构:2、调节基因I产物为阻遏蛋白,四聚体为活性形式转录方式为组成型转录LacI的表达效率很低,原因—其启动子与RNApol的亲和性很低阻遏蛋白有两个结合位点:

操作子位点、诱导物位点二、LacOperon的负调控1、细胞内无诱导物时,呈阻遏状态阻遏蛋白和操作子的结合,影响了RNApol在-10序列上形成开放型的启动子复合物2、细胞内有诱导物时,呈诱导状态诱导物与阻遏蛋白迅速结合而改变其构象→→→从O上解离→→→RNApol3、诱导物♫异乳糖(allolactose)乳糖进入细胞后，由β-半乳糖苷酶催化产生♫β-半乳糖苷酶来源于乳糖操纵元的本底组成型合成RNApol利用LacO处于游离状态的瞬间进行转录(阻遏蛋白与LacO有10min～20min的结合半衰期)

一个mRNA／细胞周期♫安慰诱导物（义务诱导物）可诱导半乳糖苷酶产生但不是其底物*IPTG，异丙基-β-D硫代半乳糖苷*TMG，巯甲基半乳糖苷*ONPG，O-硝基半乳糖苷4、阻遏蛋白与操作子的相互作用（硝酸纤维素膜结合试验）

IPTGLacOCIR序列以+11为对称轴两边为两段各6bp的重复序列＋11+5到+17之间大部分在左侧－5＋21操作子的结构LacRepressor=tetramer三、LacOpreon的正调控－－CAP-cAMP复合物cAMPcAMPCAP蛋白Lowglucose=highcAMP总结lac

operontranscription-controlregion正控制：CAPprotein负控制：repressor第三节Trp

Operon及弱化作用机理一、结构

♫结构基因♫末端---终止子trpt’(依赖ρ)、trpt(不依赖ρ)邻氨基苯甲酸合成酶吲哚甘油磷酸合成酶Trp合成酶♫相距很远的trpR编码阻遏蛋白其活性形式为四聚体,并且只有结合trp时才有活性♫控制区域P、O和前导区及弱化子♫trpO与tepE之间的162bp的前导区可转录到mRNA中♫trpO的结构*

位于trpP内，20bp,有完美的IR序列*trpP有正常的－35和－10区，－10区完全在trpO内二、阻遏调控机制无trp时有trp时无活性二、弱化作用控制-----基因转录的翻译调控通过核糖体对前导区的翻译而对转录进行调控弱化子（attenuator):Trp

Operon中trpE前的一段非结构基因的对应序列（123－150），其中包括不依赖ρ因子的终止子，由于翻译的作用使转录终止，这段序列称为…(衰减子)发现－－－缺失增加结构基因的表达，且与阻遏蛋白无关弱化子调控的表现：（与阻遏蛋白的负调控结果类似）*

无trp时，所有RNApol都能通过弱化子*有trp时，部分逃过阻遏蛋白监督的RNApol在弱化子处大部分被扣留，而只有10％能通过1、Trp

OperonmRNA的前导序列结构♦下游---14aa的前导肽的ORF，其中两个相连的trp的

codonUGG(60位)

对弱化作用的实现起重要作用

♦下游长28bp的不依赖ρ因子的终止子为弱化子的核心部分♦前面有核糖体结合位点（S－D序列）2、前导序列的二级结构决定RNApol在弱化子处是终止转录还是继续转录1和2、3和4配对★序列1和2、3和4配对时，RNApol在3、4区的不依赖ρ因子的终止子处终止,其后的trpE等基因表达受到限制（翻译作用不存在时或顺利进行）

2和3配对★序列2和3配对时，RNApol继续转录，使前导序列后的结构基因得以转录3、弱化子弱化控制的机制

Prok.无核膜，转录和翻译偶联（1）细胞缺少trp，Trp-tRNATrp水平低，核糖体停顿在两个邻近的Trp密码子处，此时核糖体占据序列1，此时序列4

还没转录出来，序列2和3有机会配对，RNApol可通过弱化子(3)此外,Arg饥饿时有相同的后果(2)当细胞有Trp时,Trp-tRNATrp水平很高,核糖体顺利地翻译出前导肽而在终止密码子处(+70,UGA位于序列1和2之间)解离,此时,核糖体占据了序列1和部分序列2,使序列2不能有效地和序列3配对,因而序列3和4产生终止子发夹结构,转录终止☻实现弱化子对转录的调控关键是时间和空间上的巧妙安排空间上：两个Trp的codon位置至关重要时间上：核糖体停顿在两个Trp

codon上时，序列4还没转录出来，否则……这种巧妙安排的一个原因就是RNApol在转录完+90序列处时产生一次延宕给与核糖体以追赶的机会5、Prok.中弱化子（衰减子）的普遍性许多负责氨基酸合成的operon都受弱化子的控制，尤其是Hisoperon中，弱化子是唯一的调控机制

第四节基因转录的时序调控时序调控:Prok.在生长发育的各个阶段，基因的表达是按照一定的时间顺序而展开的如:噬菌体的复制和颗粒的包装*有效利用能源避免浪费*避免了某些基因表达时机不当所带来的危害是多种蛋白质与RNApol作用的结果一、枯草杆菌中σ亚基的替换1、枯草杆菌中phageSPO1早、中、晚期基因表达的转换早期基因---寄主的RNApol全酶σ55早期基因28编码的gp28取代σ55含有gp28的全酶转录中期基因中期基因33、34编码的gp33、gp34取代gp28以gp33－gp34为σ亚基的全酶转录晚期基因2、枯草杆菌孢子形成过程中σ亚基的替换二、λphage裂解性生长和溶源状态的调控λphage进入寄主体内后环化其中—♦裂解周期--环形分子大部分基因表达♦溶源状态--以线性分子形式整合到寄主的染色体上,使大部分基因不表达λPhage的操纵元组织情况(一)λphage裂解生长过程中的基因表达进入寄主cell的λphage的DNA上没有任何调节蛋白，因此寄主的RNApol便结合于PL和PR1、抗终止蛋白PN和调节蛋白Cro首先被转录2、PN蛋白的作用导致PL和PR控制的迟早期基因的表达表达产物CⅢ蛋白、CⅡ蛋白、O蛋白、P蛋白、Q蛋白3、PQ蛋白的作用导致PR’控制的晚期基因的表达表达产物头尾蛋白、溶菌酶蛋白（二）溶源途径

巧妙的调控，小区段表达，整合到寄主染色体上*

此外，CⅡ促进Pint启动子转录，使intgene表达产生整合酶1、溶源化的建立－－PE启动子的转录*CⅢ、CⅡ蛋白共同确立PE处CⅠ的转录（左向）

PE(EstablismentPromoter)*CⅠ阻遏与裂解生长有关基因的转录，其中转录出的

CⅠmRNA含有S-D序列，因此有很高的翻译活性Pint启动子N蛋白和Cro蛋白被转录N蛋白抗终止CⅢ、CⅡ蛋白被转录CⅡ作用于PE(PRE)转录CⅠ左向转录阻遏蛋白结合于OROLCⅠ导致自身从PRM处转录♫CⅢ、CⅡ蛋白是CⅠ合成的正调控因子，作用于PE

处，CⅡ是关键♫Cro蛋白间接抑制CⅢ、CⅡ的转录，直接阻止CⅠ的转录2、溶源化的维持—PM启动子的转录♫已产生的整合酶使λ整合并实现溶源化（attp、attB）♫溶源化的维持需要低水平的CⅠ转录，保持自身阻遏循环，这个功能由PM完成♫CⅠ蛋白对PM正调控，但PM起始转录的CⅠ没有S-D

序列，因此翻译效率很低，但足以维持溶源状态♫溶源状态的维持通过CⅠ蛋白结合于OL、OR上而实现溶源周期3、CⅡ、CⅢ蛋白对CⅠ和Cro的影响CⅠ和Cro是λphage的两种调节蛋白，其中Cro能关闭CⅠ的表达溶源化状态的进入与否靠二者结合操作子的情况决定，数量是谁占上风的关键二者与操作子的亲和次序为CⅠ蛋白OL1›OL2›OL3OR1›OR2›OR3Cro蛋白OL3›OL2›OL1OR3›OR2›OR1OL1›OL2›OL3OR3›OR2›OR1结合的结果阻止PL和PR的转录CⅡ、CⅢ蛋白是CⅠ和Cro蛋白谁占上风的关键因为－－在CⅡ、CⅢ的帮助下CⅠ表达而Cro蛋白远早于CⅠ蛋白的表达OL1和OR1分别与PL和PR最靠近即---CⅠ阻遏二启动子的能力强★正常情况下，寄主的hfl基因产物大量存在导致Cro占上风因为hfl编码一种蛋白酶水解CⅡ

♦此时Cro蛋白对左右两个早期操作子亲和力的差异，使两个操纵元初期表达一段时间才关闭

♦因此产生足够的O、P蛋白（复制有关）和PQ，从而使菌4、导致溶源化的因素

（1）营养耗竭：寄主能源濒临枯竭时，导致cAMP产生等一系列生理变化

*

cAMP对hfl基因负调控，使分解CⅡ蛋白的酶大大减少，CⅡ又能抑制该酶，因而CⅡ、CⅢ→CⅠ

体走向裂解（2）MOI值过高（≧10）：MOI指感染时λ噬菌体与细菌的比例，称感染复数

*CⅡ蛋白其作用的形式是寡聚体形式，单体不稳定无活性

*

一两个噬菌体感染寄主时，产生的CⅡ不足以形成寡聚体

*MOI值过高时，足够CⅡ寡聚体产生，确立从PE

转录CⅠ，CⅠmRNA的高翻译活性导致CⅠ数量占上风，PE活跃转录的同时抑制了Cro基因的表达

*

由于CⅠ和操作子亲和力情况，导致CⅡ、CⅢ不再表达，但由于CⅠ对PM的正调控，产生能够维持溶源状态数量的CⅠ第五节翻译水平的调控☻翻译的调控主要发生在翻译的起始阶段，基因表达时翻译的效率主要取决于mRNA的一级结构和高级结构☻因此，mRNA的翻译起始区域往往是调控的靶位点（结构状态）

一、反义RNA的调控作用

反义RNA：又称干扰mRNA的互补RNA，简称micRNA

（mRNA-interferingcomplementaryRNA）

指与靶mRNA具有互补序列的调控RNA，通过互补的RNA序列与特定靶mRNA结合，起负调控作用属于核酸与核酸的相互作用

♦作用机理目前为止，只有原核生物发现了这种调控系统例如：1985Hoopes等人发现的λ噬菌体CⅡ抑制晚期基因的转录就是通过micRNA起作用Q基因有一个依赖于CⅡ的启动子PaQ（抗Q），其转录方向与Q基因相反，即转录产物RNA与Q基因的5’端的一半完全互补，从而抑制Q基因的翻译，抑制晚期基因的表达

转录产生反义RNA的基因称为反义基因

结合位点：mRNA的SD序列、起始密码子、氨基酸N端的部分密码子结合二、mRNA本身的二级结构影响翻译的进行三、蛋白质合成的自体调控*

有些蛋白质能够直接控制自身mRNA的可翻译性*

核酸结合蛋白或者是与核酸分子相互作用为其生理功能的蛋白质*即－－这些蛋白质的mRNA上可能也有其结合位点1、释放因子RF2合成的自体调控利用自身释放肽链的职能提前终止其mRNA的翻译*

当细胞内RF2供应充足时，RF2促成核糖体在上述UGA处肽链合成的终止*

若细胞缺乏RF2，则核糖体以未知机制向前滑动一个Nt，

发生移框，继续合成到最后一个密码子

RF2蛋白质340个AAcodons不处于同一阅读框

5‘…..GUUCUUAGGGGGUAUCUUU

GACUACGAC…..3’NH2ValLeuArgGlyTyrLeuAsp

TyrAspCOOH2021222324252627282、核糖体蛋白合成的自体调控

*E.coli核糖体蛋白质的合成与rRNA（EF_Tu）合成严格协调（数目）

通过控制翻译的起点－－即控制核糖体与自身mRNA的结合而对其自身蛋白质mRNA可翻译性进行控制*核糖体蛋白质与RNApol各亚基及延伸因子等混合编组在不同的操纵元中*每个operon有一个核糖体蛋白质作为自身operon调节蛋白

*每个操纵元的mRNA上具有与调节蛋白的结合位点

---靠近或包含SD序列*

操纵元mRNA上与调节蛋白的结合位点与组装核糖体时与

rRNA

相结合位点高度同源，具有相似的二级结构mRNA上与调节蛋白的结合位点23SrRNA上与调节蛋白的结合位点L11/L1opreon*

调节蛋白与rRNA的结合力高于与自身mRNA的结合力*

调控方式当细胞内核糖体较少时，有游离的rRNA存在，调控蛋白优先结合rRNA，此时调控蛋白控制的自身操纵元mRNA继续翻译相反情况，调控蛋白优先结合mRNA，此时调控蛋白控制的自身操纵元mRNA停止翻译调控实质：核酸的合成水平调节了蛋白质的合成翻译水平调节四、严谨反应调控（stringentresponsecontrol）

基本概念：原核生物在不良的营养条件下（AA饥饿），

自动停止或降低（10～20倍）rRNA、tRNA

转录，从而调节蛋白质合成速度的严谨现象

♦相关因子：

♫严谨因子：焦磷酸转移酶由relA基因编码正常情况下很少表达

♫信号分子：魔斑Ⅰ（magicspotⅠ）:ppGpp

鸟苷5’-3’-二磷酸魔斑Ⅱ（magicspotⅡ）:pppGpp

鸟苷5’-三磷酸3’-二磷酸☻之所以称为魔斑---AA饥饿时，E.coli的薄层层析图谱上有两种Nt与常见的Nt的迁移率不一样♦调控机制

♫空转反应：AA饥饿时，无负载的tRNA进入核糖体的A

位后，新肽键不能形成，但GTP不断消耗

♫空转反应导致信号分子的产生ppGpppppGpp

♫ppGpp可与RNApol作用，使其不易变构

pppGpp与转录I位点作用，阻止RNApol结合从而抑制tRNA、rRNA转录放慢转录起始、延伸过程，放慢蛋白质合成过程，启动AA合成基因，通过紧缩开支，渡过难关基因表达翻译水平的调节第六节DNA序列重排对基因转录的调控

☻Prok.中研究最多的是鼠伤寒沙门氏菌的鞭毛基因的相变过程一、沙门氏菌的Ⅰ、Ⅱ相及基因分布

onoffrh1-ponoff二、H2－rh1转录单元的表达机制*H2－rh1转录单元的表达受其上游一段995bpDNA

序列排列方向控制*995bp序列两端各有一段14bp的IR

IRR982～995IRL1～14*H2基因的起始密码子与995bp相隔16bp，启动子位于995bp序列末端*

995bp序列中

hin

基因产物可催化995bp序列的倒位Fla.Mov.H1O

HinH2rh1(阻遏蛋白)IRL(1-14)IR

R(982-995)PP

Hin-P转座酶H2鞭毛蛋白H1阻遏蛋白Fla-P

H1

O

HinH2rh1(阻遏蛋白)IRL(1-14)IR

R(982-995)PPH1鞭毛蛋白非复制型原位转座相变机制三、相变的意义逃脱寄主抗体的进攻此外－－

Euk.的酵母结合型免疫球蛋白的分子多样性第七节Euk.基因表达调控一、Prok.与Euk.基因表达上的遗传差异RepetitivegeneOverlappinggene

非编码区SplittinggenePost-transcriptiontranscription&translationRNAprocessing偶联EukaryoteProkaryoteDNADNA+histonchromatinNakedDNAEnhancer&silencer弱化子Attenuater

Monocistronpolycistron(operon)m5C

geneoff

乙酰化磷酸化甲酰化

糖基化转录因子transfactor活性形式EukaryoteProkaryoteHousekeepinggene(constitutive)Basicpromoter+T.F.Luxurygene(inducible)

多种组合的Trans-FactorPositivecontrol(mostly)

严谨性，专化性，复杂性(cAMP+CAP)site+－35+－10

单一类型保险性NegativecontrolEukaryoteProkaryote基因表达上的主要异同以转录水平调控为主真核生物染色质的状态对基因表达的调控m5C与基因表达的相关转录后多种方式的加工调节TransF+CisF.Geneon/off相异：相似：个体发育的阶段调控以positivecontrol为主Positivecontrol的必要性与优越性a)真核生物genome大，某一种cis-factor出现的机率高但随机出现5setof(trans-F+cis-F.)

完全相同的机率小灵活性可与多个(种)trans-Factor结合空间密码的简并性严谨性b)特异基因表达

细胞分化如果10k/100k(10%)基因表达（90k基因关闭）Negativecontrol;90krepressorrequiredPositivecontrol;

停止合成90k特异tran-factor

即只合成10k特异expresser经济合理有效二、Euk.DNA水平的调控1、基因拷贝数的改变a)基因的丢失（DNAfragmentorchromosomelose）蛔虫胚胎发育过程中有27%DNA的丢失

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

某些低等Euk.：原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物

体细胞内丢失整条或部分染色体

将来分化产生生殖细胞的细胞内….

高等Euk.内尚未发现b)基因的扩增(特定基因在特定阶段的选择性扩增)

在没有发生细胞分裂情况下，细胞内某些特定基因的拷贝数专一性大量增加的现象

♦细胞短期内为满足某种需要而产生足够的基因产物的一种调控手段（外界因素）

♦两栖类和昆虫卵母细胞rDNA的扩增

例：非洲爪蟾体细胞rDNA约500copies

卵母细胞200万copies（4000倍）♦

chromatin状况与基因表达相关证据1：转录活化区/非转录活化区染色质的结构差异

活跃转录区

DnaseS

核小体结构不完整没有连接的H1常染色质geneon异染色质geneoff2、转录区染色质结构的变化对基因表达的控制量大，进化保守，与DNA无专一性结合区H2A,H2B,H3,H4modifiedby乙酰化、磷酸化

表达非常活跃的rDNA

转录区无nucleosome

结构

凡被Trans-factor结合的区域均能阻止nucleosome

形成降低组蛋白的正电荷组蛋白解聚核小体松弛

活跃转录区的组蛋白确实被乙酰化、磷酸化证据2；体外重建染色质改变转录效率NakedDNADNA+H2A,H2B,H3,H4转录速度

＞

转录速度转录速度＞＞转录速度completenucleosomeaddH13、m5C对基因表达的调控a)m5C是真核生物DNA中的主要修饰成分

多发生在CpG序列中,不同细胞间m5C相差甚大胚胎细胞与特化体细胞相差106b)m5C对基因转录抑制的表现m5C在大沟内影响与T.F.间氢键的形成

大沟内m5C导致空间的拥挤,破坏构象的平衡

使B-DNA

Z-DNA

T.F.结合空间的改变

降低转录因子与DNA的结合三、Euk.的基因重排啤酒酵母（Saccharomyces

cerevisiae）接合型的决定

接合型

MATa

MATα单倍体细胞或a或α接合型互变需要HO基因－－编码内切酶1、单倍体接合型受

MATaMATα控制同宗不能接合，异宗能接合2、接合型互变的匣子模型a、单倍体细胞中同时存在

MATa和MATα的遗传信息b、活跃匣子MATa或MATα

沉寂匣子HMLα、HMRa

在同一条染色体上c、接合型互变

HMLα、HMRa能取代活跃匣子而改变接合型（不同型）原HM位置仍保留一个拷贝的沉寂匣子3、沉寂匣子的表达受阻遏蛋白亚基基因sir1、sir2、sir3、sir4的产物Sir蛋白的反式作用控制Sir(silentinformationregulator)结合在HML和HMR的启动子上游,而MAT上无结合位点四、Euk.转录水平的调控•

Euk.基因表达包括的5种不同的调节点:

基因结构的激活、起始转录、加工转录物、运输到细胞质、mRNA的翻译•

起始转录－－RNA聚合酶与启动子相互作用决定若干TransF+CisF.的作用所决定•

Euk.启动子的定义：包括所有那些位于转录起始位点附近的序列，这些序列都是启动转录所必需的（实用角度）•

转录因子：转录所必需的蛋白质（决定性功能指标）识别并结合在启动子序列上并非严格定义－－未包括增强子a、

基本水平转录的

cis-factor

(promoterorbasicfactor)

Corepromoter

(Capsite,TATAbox必需因子)

UPE

(UpstreamPromoterElement)(CAATbox,GCbox)

对于housekeepinggene

(constitutiveexpression)

（1）启动子的组成

b、

特异诱导高效表达的cis-factor

Enhancer

对于luxurygene

(inducibleexpression)

1、RNApolⅡ的启动子和转录因子（2）转录因子的分类a、基本转录水平的转录因子(Trans-factor)

基础因子－－－Corepromoter上游因子－－－UPE所有启动子表达所必须-------基础转录复合体每个元件都有相应的转录因子元件名称共有序列结合DNA长度因子TATAboxTATAAAA~10bpTBPCAATboxGGCCAATCT~22bpCTF/NF1GCboxGGGCGG~20bpSP1OctamerATTTGCAT~20bpOct-1OctamerATTTGCAT~23bpOct-2kBGGGACTTTCC~10bpNFkBATFGTGACGT~20bpATF★

真核生物必须有与基本转录相关的trans-factor在启动子处的先期结合,RNApol才能启动转录l

TF(I,II,III)转录因子l

TAF(TBP辅助因子)l

RAP(RNApol.结合蛋白)●TIC(转录起始复合物)等等……….此外b、诱导型因子

特定时间、条件、或特定组织中合成或被活化

调控基因在不同时间、条件或不同地点表达应答元件----enhancer（3）转录因子的DNA结合域和活化结构域是独立的

结合结构域和活化结构域之间的连接物是足够柔性的l

多为变构蛋白DNA-结合domain二聚化domain(在一些二聚体因子中)活化domain转录因子的结构域aDNA结合:HTH、锌指、碱性区域b蛋白质结合：

Leu拉链、HLH、

c活化一段包括酸性AA的保守序列（4）Enhancer的结构与功能

双方向性，组织特异性，位点非专一性

a、由两个以上的增强子成分(EnhancerElement)组成

b、EnhancerElement必需由两个紧密相连,具有间距效应的

增强子元

(Enhanson）组成

c、各个Enhanson(cis-factor)与激活蛋白(trans-factor)结合

增强特异性转录

促进转录的复合体

+UPE+corepromoter基本转录复合体Enhancer

特异的

transc.Factor(tran-factor)

特异的transc.Factor(tran-factor)

……..++增强子复合物的激活区增强子复合物的激活区……..EnhancerElementEnhancerElement……..

(<100bp)

Enhanson(cis-factor)

Enhanson(cis-factor)

……..(<5bp)

e.g.SV40Enhancer(-179~-250)

En.Elem.En.ElemEn.Elem.

-250-180

coreCTCIITCIsphIIsphI

Ap3Ap2Ap1

远距离控制，无方向性

mRNA

+1GCCAATTATA

促进转录复合体基本转录复合体d、增强子复合物与近启动子的转录起始复合物构型契合，而不与RNApolymerase结合

e、Enhancer的两位点二元组织方式f、特化细胞内，具全部特异转录因子（trans-factor）才表现增强效应即增强子的组织特异性

g、增强子的复杂结构，以正控制方式防止基因表达的紊乱

能利用有限的trans-factor提供更多基因的表达调控因子类型一位点的二元结构：A,Bfactor→AA,BB,AB,BA

两位点的二元结构：AA-AA,AA-BB,AA-AB,AA-BABB-BB,BB-AA,BB-AB,BB-BAAB-BB,AB-AA,AB-AB,BA-BA……（5）不同部位的反式因子相互作用假说

拧转学派、滑动学派、接力学派和噜噗学派（6）可诱导的转录因子活性的调控方式a、合成转录因子b、蛋白质磷酸化c、蛋白质脱磷酸化d、结合配基f、抑制剂释放g、改变不同伴侣五、Euk.转录后水平的调控1、hnRNA的选择性加工某些基因序列在hnRNA和mRNA中的相对丰度差异很大e.g.海胆中该调控水平的体现海胆细胞hnRNA成熟mRNA胚胎时期胚囊约2万种约13000种成体肠约2.5万种约3000种且－－尿胚中存在而肠细胞中没有的mRNA极大多数可在肠细胞的hnRNA中发现说明：不同组织转录水平差异不大加工运输机制目前了解很少2、mRNA前体的选择性拼接(alternativesplicing)（1）概念：有些基因产生的mRNA前体可按不同的方式剪接，产生出两种或更多种mRNA•

两种结果：结果1---差异在5‘和3’非翻译区，产生相同的蛋白质结果2---产生不同的mRNA编码区，产生不同的蛋白质结果2又有几种情况：•

情况1---同一细胞中产生多种蛋白质•

情况2---同一基因在不同细胞中产生不同蛋白质

组织特异性•

情况3---不同发育时期或条件下表达出不同的蛋白质以上情况均受特定调控（2）选择性拼接方式a、不同的加尾位点（免疫球蛋白）b、不同的拼接位点

SV40的T（100KD）和t抗原（18KD）的产生等t抗原的mRNA内有一UAAc、结合前两种机制的方式d、可能