基因的表达与调控-真核基因表达调控的一般规律课件

1汇报人：AA2024-01-28基因的表达与调控--真核基因表达调控的一般规律课件目录contents基因表达基本概念与过程真核基因表达调控层次与机制顺式作用元件和反式作用因子表观遗传学在真核基因表达调控中作用细胞信号转导途径对真核基因表达影响细胞周期和发育阶段相关性表达模式变化总结与展望301基因表达基本概念与过程基因表达是指基因所携带的遗传信息通过转录和翻译等一系列过程，最终合成具有生物活性的蛋白质分子的过程。基因表达定义基因表达是生物体生长、发育、繁殖和应对环境变化的基础，对于理解生物体的生命活动及其调控机制具有重要意义。基因表达的意义基因表达定义及意义转录是以DNA为模板合成RNA的过程，包括启动、延伸和终止三个阶段。在真核生物中，转录主要在细胞核内进行。翻译是以mRNA为模板，tRNA为运载工具，在核糖体上合成蛋白质的过程。翻译包括起始、延长和终止三个阶段。转录与翻译过程简述翻译转录真核生物基因结构包括编码区和非编码区。编码区包括外显子和内含子，非编码区包括启动子、增强子等调控序列。真核生物基因具有不连续性，即外显子被内含子所分隔。在转录后加工过程中，内含子被剪接掉，外显子连接在一起形成成熟的mRNA。真核生物基因结构特点蛋白质合成后修饰蛋白质在合成后常常需要经过一系列的修饰加工，如磷酸化、糖基化、乙酰化等，以形成具有生物活性的成熟蛋白质。蛋白质功能蛋白质是生物体结构和功能的基础，参与细胞的各种生命活动，如催化、运输、免疫、调节等。蛋白质的多样性决定了生物体功能的多样性。蛋白质合成后修饰及功能302真核基因表达调控层次与机制通过改变染色体的空间构象，如染色体收缩、膨胀等，影响基因的可接近性和转录活性。染色体构象改变染色体修饰染色体重排包括DNA甲基化、组蛋白修饰等，可影响染色体的稳定性和基因表达。通过染色体重排，改变基因的位置和相邻环境，从而影响基因的表达。030201染色体水平调控通过与DNA结合，激活或抑制转录过程，实现对基因表达的调控。转录因子通过识别和结合启动子，启动转录过程，同时受到多种因子的调控。RNA聚合酶分别通过增强或抑制转录因子的活性，影响基因的表达。增强子和沉默子转录水平调控

转录后水平调控RNA加工包括剪接、编辑等过程，可改变RNA的结构和功能，从而影响基因的表达。RNA运输通过控制RNA在细胞内的运输和定位，实现对基因表达的调控。RNA稳定性通过控制RNA的降解速率，影响其在细胞内的积累量，从而调控基因的表达。翻译及翻译后水平调控通过控制翻译起始复合物的形成和活性，影响蛋白质的合成速率。通过控制翻译延伸和终止过程，影响蛋白质的结构和功能。包括磷酸化、糖基化等过程，可改变蛋白质的性质和功能，从而影响基因的表达。通过控制蛋白质的降解速率，影响其在细胞内的积累量，从而调控基因的表达。翻译起始翻译延伸和终止蛋白质修饰蛋白质降解303顺式作用元件和反式作用因子启动子增强子沉默子绝缘子顺式作用元件类型及功能是RNA聚合酶结合的位点，能启动基因的转录过程，包含多种转录因子的结合位点。负性调节元件，可抑制基因转录，通常与转录抑制因子结合而发挥作用。能显著增强基因转录效率的DNA序列，通常位于远离转录起始点的位置，可作用于真核生物和病毒。能阻断增强子对启动子的增强效应，使增强子的作用被局限于一定区域内。03反式作用因子的激活与抑制通过与其他转录因子或辅助因子的相互作用，激活或抑制基因的转录。01反式作用因子的结构包括DNA结合域、转录激活域和结合其他蛋白的结构域。02反式作用因子与DNA结合通过特定的结构域与顺式作用元件结合，识别特定的核苷酸序列。反式作用因子识别与结合机制通过顺式作用元件和反式作用因子的相互作用，实现基因在不同组织和发育阶段的特异性表达。基因表达的时空特异性调控通过调节反式作用因子的浓度或活性，实现对基因表达水平的精细调控。基因表达的剂量效应调控环境信号通过信号转导途径影响反式作用因子的活性或合成，从而调控基因的表达。信号转导与基因表达的偶联许多疾病的发生与基因表达调控异常有关，研究顺式-反式互作有助于揭示疾病的发生机制并寻找新的治疗方法。疾病发生与基因表达调控异常顺式-反式互作在表达调控中应用304表观遗传学在真核基因表达调控中作用表观遗传学定义研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下，基因表达的可遗传的变化的一门遗传学分支学科。研究内容包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA调控等。表观遗传学概念及研究内容DNA甲基化与去甲基化过程DNA甲基化在DNA甲基转移酶的作用下，将甲基基团添加到胞嘧啶的5'位上，形成5-甲基胞嘧啶，通常与基因沉默相关。去甲基化过程通过特定的去甲基化酶，将5-甲基胞嘧啶的甲基基团去除，恢复胞嘧啶的原始状态，与基因激活相关。通过组蛋白乙酰转移酶将乙酰基团添加到组蛋白的赖氨酸残基上，中和正电荷，使DNA与组蛋白的结合变松，有利于转录因子与DNA结合，激活基因转录。组蛋白乙酰化通过组蛋白甲基转移酶将甲基基团添加到组蛋白的精氨酸或赖氨酸残基上，影响染色质结构和基因表达。不同位点的甲基化可产生不同的效应，如激活或抑制基因转录。组蛋白甲基化组蛋白修饰对基因表达影响microRNA（miRNA）通过与靶mRNA的3'非翻译区结合，导致mRNA降解或翻译抑制，从而在转录后水平调控基因表达。长链非编码RNA（lncRNA）可通过与DNA、RNA或蛋白质相互作用，参与染色质修饰、转录调控和转录后调控等多种生物学过程，影响基因表达。环状RNA（circRNA）具有稳定的环状结构，可作为miRNA海绵体吸附并调控miRNA的活性，间接影响靶基因的表达。此外，circRNA还可与蛋白质相互作用，参与多种生物学过程。非编码RNA在表观遗传中作用305细胞信号转导途径对真核基因表达影响信号转导途径定义指细胞外信号分子与细胞膜上受体结合后，通过一系列细胞内信号分子的级联反应，将信号传递至细胞核内，最终调节特定基因表达的过程。信号转导途径分类根据信号分子的性质和受体类型，细胞信号转导途径可分为多种类型，如G蛋白偶联受体途径、酶联受体途径、核受体途径等。细胞信号转导途径简介信号分子对靶标识别和结合机制包括激素、神经递质、生长因子等，它们通过与靶细胞表面或内部的受体结合，传递信息并调节细胞功能。信号分子种类信号分子与受体的结合具有高度的特异性和亲和力，通过构象变化或磷酸化等机制激活受体，进而触发细胞内信号转导级联反应。靶标识别和结合机制VS信号转导途径中涉及多种关键酶，如蛋白激酶、磷酸酶等，它们通过催化底物蛋白的磷酸化或去磷酸化反应，调节信号转导过程。受体种类和功能细胞膜上受体种类繁多，如离子通道受体、G蛋白偶联受体等，它们通过与信号分子结合并激活细胞内信号转导途径，调节基因表达。关键酶种类和功能信号转导途径中关键酶和受体功能信号转导异常类型信号转导异常包括受体突变、信号分子异常、关键酶失调等，这些异常可能导致细胞增殖失控、分化异常等病理变化。信号转导异常与疾病关系多种疾病的发生与发展与信号转导异常密切相关，如肿瘤、心血管疾病、神经退行性疾病等，因此针对信号转导途径的药物研发具有重要的临床意义。信号转导异常与疾病发生关系306细胞周期和发育阶段相关性表达模式变化G1期S期G2期M期细胞周期不同阶段表达模式差异01020304合成RNA和核糖体，表达与细胞生长和DNA复制准备相关的基因。DNA复制，表达与DNA合成和修复相关的基因。准备有丝分裂，表达与细胞分裂相关的基因。有丝分裂，表达与细胞分裂直接相关的基因。主要进行细胞分裂，表达与细胞分裂和胚胎形态发生相关的基因。卵裂期细胞开始分化，表达与细胞命运决定和胚胎模式形成相关的基因。囊胚期形成三个胚层，表达与胚层分化和器官原基形成相关的基因。原肠胚期神经系统发育，表达与神经发生和神经系统构建相关的基因。神经胚期胚胎发育过程中表达模式变化表达与代谢、解毒和蛋白质合成相关的基因。肝脏心脏大脑免疫系统表达与心肌收缩、心脏发育和血管生成相关的基因。表达与神经元功能、突触传递和神经胶质细胞支持相关的基因。表达与免疫应答、抗原识别和炎症反应相关的基因。组织器官特异性表达模式分析营养状况影响代谢相关基因的表达，如饥饿状态下脂肪代谢相关基因的表达上调。化学物质通过影响转录因子活性或DNA甲基化等方式改变基因表达模式，如致癌物质诱导原癌基因的表达。氧化应激诱导抗氧化相关基因的表达，如超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的表达上调。温度变化影响基因表达的稳定性和效率，如热休克蛋白的表达。环境因素诱导下表达模式调整307总结与展望真核基因表达具有时空特异性01不同细胞类型、不同发育阶段以及不同环境条件下，基因表达模式和水平存在显著差异。多层次、多因素调控02真核基因表达受转录前、转录、转录后、翻译和翻译后等多个层次的调控，涉及DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA等多种因素。调控网络复杂且高度动态03真核生物体内存在大量相互作用的调控因子，它们之间形成复杂的调控网络，且随着内外环境的变化而动态调整。真核基因表达调控规律总结123尽管对真核基因表达调控的研究已取得显著进展，但仍有许多调控机制的细节和内在联系尚未完全阐明。调控机制尚未完全阐明目前用于研究基因表达调控的技术手段如基因敲除、基因编辑等仍存在一定局限性和不足，需要不断改进和完善。技术手段存在局限性许多疾病的发生发展与基因表达调控异常密切相关，但疾病状态下的调控机制和变化规律仍不十分清楚。疾病与基因表达调控关系复杂存在问题及挑战分析深入研究调控机制未来研究将更加注重揭示真核基因表达调控的分子机制和信号通路，以及不同调控层次之间的相互作用和协调。随