真核基因表达的调控

关于真核基因表达的调控1.真核生物的基因组2.真核生物基因表达调控的特点和种类3.真核生物DNA水平上的基因表达调控4.真核生物转录水平上的基因表达调控5.真核基因转录后水平上的调控主要内容第2页,共101页，2024年2月25日，星期天1.真核生物的基因组1.1真核基因组结构特点基因组结构庞大单顺反子基因不连续性断裂基因（interruptedgene）内含子(intron)

外显子(exon)

非编码区较多含有大量重复序列第3页,共101页，2024年2月25日，星期天

原核生物基因组结构特点●基因组很小，大多只有一条染色体●结构简炼●存在操纵子转录单元●有重叠基因第4页,共101页，2024年2月25日，星期天1.2基本概念1.2.1基因家族（genefamily)：真核基因组中很多来源相同、结构相似、功能相关的基因构成基因家族。如编码组蛋白、免疫球蛋白和血红蛋白的基因都分别属于不同的基因家族。基因簇(genecluster)

：同一基因家族中的成员有时紧密地排列在一起，成为一个基因簇。第5页,共101页，2024年2月25日，星期天TheeukaryoticribosomalDNArepeatingunit

简单多基因家族：基因成员一般以串联方式前后相连。第6页,共101页，2024年2月25日，星期天Organizationofhistonegenesintheanimalgenome

复杂多基因家族：一般由几个相关基因家族成员构成，基因家族之间由间隔序列隔开。现已发现存在不同形式的复杂多基因家族。

第7页,共101页，2024年2月25日，星期天

1.2.2断裂基因：基因的编码序列在DNA分子上是不连续的，为非编码序列所隔开，其中编码的序列称为外显子，非编码序列称内含子。外显子(Exon)

：真核基因DNA中的编码序列，这些序列被转录成RNA并进而翻译为蛋白质。内含子(Intron)

：真核基因DNA中的间插序列，这些序列被转录成RNA，但被剪除而不翻译。第8页,共101页，2024年2月25日，星期天

外显子与内含子的连接区：指外显子和内含子的边界序列。它有两个重要特征：内含子的两端序列之间没有广泛的同源性；连接区序列很短且高度保守，是RNA剪接的信号序列。

5ˊGT——AG3ˊGT-AG法则:

内含子5′-端以GT开始,3′-端以AG结尾。第9页,共101页，2024年2月25日，星期天

外显子与内含子的可变调控组成型剪接：一个基因的转录产物通过剪接只能产生一种成熟的mRNA。选择性剪接：一个基因的转录产物由于不同的剪接方式而形成不同的成熟mRNA。第10页,共101页，2024年2月25日，星期天2真核生物基因表达调控的特点和种类2.1真核基因表达调控的特点

RNA聚合酶种类多多层次调节个体发育机制复杂活性染色体结构变化以正调节为主转录与翻译不耦联存在转录后修饰、加工机制第11页,共101页，2024年2月25日，星期天2.2真核生物基因表达调控的种类

根据性质可分为两大类：（1）瞬时调控或称为可逆性调控：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升降时，及细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调节。（2）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－－转录水平调控－－转录后水平调控－－翻译水平调控－－蛋白质加工水平的调控第12页,共101页，2024年2月25日，星期天3真核生物DNA水平上的基因表达调控

基因丢失基因扩增基因重排

DNA甲基化状态与调控染色体的结构与调控第13页,共101页，2024年2月25日，星期天3.1基因丢失在细胞分化过程中，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，许多体细胞常常不可逆地丢失掉整条或部分染色体。只有将来分化产生生殖细胞的那些细胞，才一直保留着整套染色体。目前，尚未在高等真核生物（包括动物、植物）中发现类似的基因丢失现象。第14页,共101页，2024年2月25日，星期天3.2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。

非洲爪蟾卵母细胞rRNA基因（rDNA）数量是一般体细胞的4000倍（2000000/500），这是由于为适应胚胎发育对核糖体的大量需要而进行基因扩增的结果。第15页,共101页，2024年2月25日，星期天

基因组拷贝数增加，即多倍性，在植物中是非常普遍的现象。基因组拷贝数增加使可供遗传重组的物质增多，这可能是加速基因进化、基因组重组和最终物种形成的一种方式。

在发育或系统发生中的倍性增加现象在植物中普遍存在。第16页,共101页，2024年2月25日，星期天3.3基因重排通过调整有关基因片段的衔接顺序，使之重排成为1个完整的转录单位，例如将一个基因从远处移至距启动子很近的位点从而有效启动转录，这种方式被称为基因重排。

通过基因重排调节基因活性的典型例子是免疫球蛋白结构基因的表达。第17页,共101页，2024年2月25日，星期天Ig有2条相同的重链和轻链。恒定区和可变区分别由不同的DNA基因片段所编码。不同区的重排和连接是产生抗体多样性的分子基础。第18页,共101页，2024年2月25日，星期天第19页,共101页，2024年2月25日，星期天3.4DNA的甲基化与基因调控DNA甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化则能诱导基因的重新活化和表达。

DNA甲基化的主要形式：5-甲基胞嘧啶、N6-甲基腺嘌呤和7-甲基鸟嘌呤。第20页,共101页，2024年2月25日，星期天CpG岛：成串出现在DNA上的CpG二核苷酸序列。

在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出现在CpG、CpXpG、CCA和GATC序列中。

关于甲基化酶

日常型：催化半甲基化DNA迅速甲基化。需甲基化DNA模板；速度快。

从头合成型：催化未甲基化的CpG甲基化。不需甲基化DNA链指导；速度慢。甲基供体：S-腺苷蛋氨酸（S-AdenosylMethionine,SAM)第21页,共101页，2024年2月25日，星期天

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。主要是不利于模板DNA与RNA聚合酶的结合。

真核DNA约有5%的胞嘧啶被甲基化，甲基化程度与基因表达程度呈负相关。第22页,共101页，2024年2月25日，星期天图7-14DNA甲基化对基因转录的抑制作用

DNA甲基化密度与基因转录的效率成反比。第23页,共101页，2024年2月25日，星期天

没有甲基化的胞嘧啶发生脱氨基作用，就可能被氧化成为U，被DNA修复系统所识别和切除，恢复成C。已经甲基化的胞嘧啶发生脱氨基作用,它就变为T,无法被区分。因此,CpG序列极易丢失。由于甲基化胞嘧啶极易在进化中丢失，所以，高等真核生物中CG序列远远低于其理论值。哺乳类基因组中约存在4万个CG序列，大多位于转录单元的5′区。第24页,共101页，2024年2月25日，星期天

人类X染色体失活调控的机制1）X染色体上存在一个重要的Xist基因，该基因只在失活的X染色体上表达，而不在有活性的X染色体上表达。Xist基因的表达是决定X染色体失活的关键因素。2）该基因参与了X染色体的失活过程，其表达产物为一个功能性RNA分子，不含ORF，含有大量的终止密码子序列，不编码蛋白质，该RNA只存在于核内，不向细胞质中转移。3）该RNA分子能与X染色体失活中心区域（Xic）相互作用，引起后者构象发生变化，更易于与各种蛋白因子相结合，最终导致X染色体失活，4）活性X染色体上的Xist基因总是甲基化了的，而失活的X染色体上的该基因都是去甲基化了的。雄性体细胞只含有一条X染色体，永远处于活性状态，其Xist基因内部及5ˊ端启动区都高度甲基化。雌性体细胞含有两条X染色体，活性X染色体上的Xist位点都高度甲基化，而失活X染色体上的Xist位点都无甲基化。Xist基因被高度甲基化，该基因不表达，X染色体有活性；Xist基因去甲基化，该基因表达，引起X染色体失活。

第25页,共101页，2024年2月25日，星期天3.5染色质的结构与基因表达调控

按功能状态不同可将染色质分为活性染色质（具有转录活性）和非活性染色质（没有转录活性）。

活泼转录区染色质的结构改变（1）核小体变得不完整；（2）DNA甲基化程度降低；（3）组蛋白和有关蛋白的改变。实验方法：（1）核酸酶的敏感性实验；（2）染色质再造实验。第26页,共101页，2024年2月25日，星期天

常染色质:结构松散，基因表达。异染色质:结构紧密，基因不表达。有基因表达活性的染色质DNA对DNaseⅠ更敏感，即，对DNaseⅠ的敏感性可作为该基因转录活性的标志。

活性染色质上具有DNaseI超敏感位点。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。第27页,共101页，2024年2月25日，星期天

染色质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。

活性染色质往往具有疏松的结构，从而便于转录调控因子与顺式调控元件结合，及便于RNA聚合酶在转录模板上滑动。染色质结构状态与转录的关系第28页,共101页，2024年2月25日，星期天

在转录过程中,在RNA聚合酶前方消除核小体结构,而在RNA聚合酶后方,再重新形成核小体。第29页,共101页，2024年2月25日，星期天真核RNAPolⅡ转录的基因

真核蛋白质基因一般包括启动子、相间排列的外显子和内含子及转录终止子序列等。启动子本身一般不被转录。“基因”的分子生物学定义：产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。4真核生物转录水平上的基因表达调控第30页,共101页，2024年2月25日，星期天4.1真核基因转录起始复合物的组成（1）启动子（含各类顺式作用元件）（2）转录调节因子（反式作用因子）（3）RNA聚合酶第31页,共101页，2024年2月25日，星期天

启动子：RNA聚合酶能够识别、结合并导致转录起始的DNA序列。真核基因启动子包含转录起始位点附近的DNA序列及启动转录所必需的一些顺式作用元件,这些元件被反式作用因子所识别和结合。4.2真核基因启动子与RNA聚合酶

顺式作用元件(cis-actingelement)：影响基因表达活性的DNA序列，主要包括启动子中的相对保守的DNA序列，如TATA盒、CAAT盒和GC盒等，是反式作用因子所识别和结合的部位。第32页,共101页，2024年2月25日，星期天

真核RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为寡聚酶，每种酶分子含2个大亚基和4～8个小亚基，分子量在500KD左右。第33页,共101页，2024年2月25日，星期天4.2.1真核rRNA基因启动子与RNA聚合酶IRNA聚合酶I负责转录rRNA基因。rRNA基因启动子（I类）比较单一，由转录起始位点附近的两部分序列构成。第一部分是核心启动子，由-45～+20位核苷酸组成，单独存在时就足以起始转录。另一部分由-170～-110位序列组成，称为上游调控元件，能有效地增强转录效率。第34页,共101页，2024年2月25日，星期天4.2.2真核tRNA基因启动子与RNA聚合酶Ⅲ

RNA聚合酶Ⅲ负责转录5SrRNA、tRNA和某些核内小分子RNA（snRNA）基因，这些基因的启动子（Ⅲ类）组成较为复杂，又可被分为三个亚类。其中5SrRNA和tRNA基因的两类启动子是内部启动子，位于转录起始位点的下游，都由两部分组成;第三类启动子由三个部分组成，位于转录起始位点的上游。第35页,共101页，2024年2月25日，星期天4.2.3真核蛋白质基因启动子与RNA聚合酶Ⅱ

RNA聚合酶II负责转录所有蛋白质基因和部分snRNA基因。编码蛋白质的Ⅱ类基因启动子在结构上有共同的保守序列。这些短的保守序列（元件），位于起始位点的上游，通常分散存在于200bp的范围内。不同启动子所用的元件的种类、数目以及元件所处的位置都不尽相同。只有当多种转录因子分别特异地识别这些元件并与之结合之后，RNA聚合酶Ⅱ才能结合上去以启动转录。通常RNA聚合酶Ⅱ自身不能启动转录。第36页,共101页，2024年2月25日，星期天

真核蛋白质基因的启动子元件①核心启动子元件：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区的TATA盒。核心元件单独起作用时只能确定转录起始位点和产生基础水平的转录。②上游启动子元件：包括位于-70bp附近的CAAT盒和GC盒、以及距转录起始点更远的上游元件。这些元件与相应的蛋白因子结合能提高或改变转录效率。

不同基因具有不同的上游启动子元件，其位置也不相同，使不同基因的表达分别具有不同的调控机制。第37页,共101页，2024年2月25日，星期天RNAPolⅡ转录因子分类

应答元件（responseelement）:

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。最常见的应答元件：热激应答元件（heatshockresponseelement，HSE）、糖皮质应答元件（glucocorticoidresponseelement，GRE）、金属应答元件（metalresponseelement，MRE）。第38页,共101页，2024年2月25日，星期天

基础转录装置：由通用转录因子、RNAPolⅡ和核心启动子共同组成。该装置是任何真核Ⅱ类启动子启动转录都必需的。通用（基础）转录因子：TFⅡD、TFⅡA、TFⅡB、TFⅡF、TFⅡE。基础转录因子起着与原核σ因子相类似的作用。通常RNAPolⅡ自己不能识别启动子，而依靠基础因子来识别，后者起着严格规定转录起始位点的作用。核心启动子由Inr元件（起始子）和TATA框所组成：起始子（通用启动子）：包括Py2CAPy5（Inr元件）在内的一段序列，其中A为转录的第1个碱基。Inr元件位于-3～+5。仅由Inr元件组成的启动子是可被RNA聚合酶II识别的最简单的启动子形式。

TATA框（-25区）：真核启动子中唯一与起始位点有固定距离的元件，也是最靠近转录起始位点的元件。第39页,共101页，2024年2月25日，星期天

转录前先是TFⅡ－D与TATA盒结合。①TFⅡ－A结合在TFⅡ－D上游。②TFⅡ－B结合在转录起始位点附近。③RNA聚合酶Ⅱ与TFⅡ－F偶联形成复合体结合到转录起始位点。④TFⅡ－E结合在RNA聚合酶Ⅱ的下游。⑤TFⅡ－H和TFⅡ－J结合上去，形成完整的转录起始复合物。RNA聚合酶Ⅱ的转录起始复合物的形成第40页,共101页，2024年2月25日，星期天

上游元件及其转录因子

一个启动子要达到足够的转录效率和具有特异性，要依靠其上游更远处的短序列，这些序列由上游因子或诱导因子所识别。这些元件位于起点上游100bp范围内。

1）上游元件的鉴定方法：碱基突变或缺失。

2）上游元件：CAAT框，即GGCCAATCT。

GC框，即GGGCGG。

转录因子活化转录的机制：特异因子结合在上游元件上之后，作用于基础因子，再由后者作用于RNAPolⅡ。所以，在转录的启动中，蛋白与蛋白之间的相互作用具有蛋白与DNA作用同等的重要性。第41页,共101页，2024年2月25日，星期天

增强子：指能使与它连锁的基因转录频率明显增加的DNA序列。

在SV40的转录单元上发现，转录起始位点上游约200bp处有两段长72bp的正向重复序列。第42页,共101页，2024年2月25日，星期天

增强子特点①增强效应十分明显。能使基因转录频率增加10-200倍。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（5ˊ→3ˊ或3ˊ→5ˊ），甚至和靶基因相距3kb，或在靶基因下游，均表现出增强效应。③大多为短重复序列。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，该序列是产生增强效应时所必需的。④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的蛋白质（转录因子）相互作用才能发挥其功能。⑤无基因专一性。可在不同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。如金属硫蛋白的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43页,共101页，2024年2月25日，星期天增强子作用机理第44页,共101页，2024年2月25日，星期天

沉默子（沉寂子）：某些基因含有负调控顺式元件。当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。目前对其作用机制的研究还不多。目前已知沉寂子的作用可不受其序列方向的影响，也可远距离发挥作用，并能对异源基因的表达起作用。

真核基因转录表达的调控蛋白也有起阻遏、或激活、或兼有两种作用者，但总的是以激活蛋白的作用为主，即多数真核基因在没有调控蛋白作用时是不转录的，需要表达时就要有激活蛋白来促进转录。换言之：真核基因表达以正调控为主导。

真核基因调控中虽然也发现有负性调控元件，但其存在并不普遍。

真核RNA聚合酶对启动子的亲和力很低，基本上不依靠自身来起始转录，需要依赖多种激活蛋白的协同作用。第45页,共101页，2024年2月25日，星期天

反式作用因子(trans-actingfactor)：能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件的核心序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白质。如结合TATA区的TFⅡD、结合CAAT区的CTF、结合GGGCGG区的SP1、及结合热激元件的HSF等。4.3转录调节因子（反式作用因子）

转录因子是发生转录所必需的蛋白质，大多直接结合于DNA上，少数结合在其它转录因子上。在真核中，主要由辅助因子识别启动子。真核启动子的多个保守序列都不是由RNA聚合酶本身所识别和结合的。第46页,共101页，2024年2月25日，星期天

调控蛋白与DNA结合的方式基因表达调控的基本方式是依赖调控蛋白（转录因子）与基因调控序列（顺式作用元件）的特异结合，也依赖调控蛋白之间的特异结合。调控蛋白通常有独立的结合DNA的结构域。结构域DNA结合结构域连接区转录活化结构域第47页,共101页，2024年2月25日，星期天DNA结合蛋白与DNA之间的相互作用

蛋白质与特异DNA序列的识别与结合模式---调控蛋白与特异DNA序列之间通过氢键相结合第48页,共101页，2024年2月25日，星期天

调控蛋白与蛋白质结合的方式

除了与DNA结合的结构域外，调控蛋白通常还有与蛋白质结合的结构域，用以和RNA聚合酶、其它调控蛋白相互作用，也用于相同的转录因子之间的作用。在真核中，许多转录因子都以二聚体的形式结合在DNA上。第49页,共101页，2024年2月25日，星期天

调节蛋白质中的用于与DNA结合的结构基元（1）锌指（zincfinger）:是一种常出现在DNA结合蛋白中的结构基元。是由一个含有大约30个氨基酸的环和一个与环上的4个Cys（或2个Cys和2个His）配位的Zn构成，形成的结构像手指状。

为某些蛋白质（如调节蛋白）中由若干个氨基酸残基与一个锌离子结合而成的一个相对独立的结构域。锌指的尖端可进入DNA大沟或小沟，以识别和结合特异的DNA序列。锌指是DNA结合蛋白中常见的基元，通常组织成为一个串联重复。

配位键2-9个第50页,共101页，2024年2月25日，星期天ThesametypesoftranscriptionfactorscanhavedifferentDNAbindingdomainsandthusbindtodifferentDNAsequences.第51页,共101页，2024年2月25日，星期天

Cys2/Cys2锌指Cys2/His2锌指见于甾体激素受体见于SP1，TFⅢA等第52页,共101页，2024年2月25日，星期天锌指结构(zincfingermotif)第53页,共101页，2024年2月25日，星期天

锌指可以形成α-螺旋而插入DNA的大沟中，在另一面连着β-片层。

转录因子SP1（结合GC盒）的3个连续的锌指重复结构。

第54页,共101页，2024年2月25日，星期天第55页,共101页，2024年2月25日，星期天螺旋-转角-螺旋(helix-turn-helix)（2）螺旋-转角-螺旋（Helix-turn-helix，HTH）两个α-螺旋被一个β-转角隔开，两个α-螺旋之一起识别作用，为许多真核调控蛋白中含有的与DNA结合的基元。第56页,共101页，2024年2月25日，星期天（3）碱性-亮氨酸拉链（basic–leucinezipper）

定义：出现在DNA结合蛋白质和其它蛋白质中的一种结构基元（motif）。疏水的Leu集中排列在α-螺旋的一侧而呈直线状，该侧是两个蛋白分子构成二聚体的接触点。第57页,共101页，2024年2月25日，星期天

亮氨酸之间相互作用形成二聚体。肽链氨基端20～30个富含碱性氨基酸的结构域参与结合DNA第58页,共101页，2024年2月25日，星期天第59页,共101页，2024年2月25日，星期天（4）碱性-螺旋-环-螺旋（basic–helix-loop-helix，bHLH）

只有形成同源或异源二聚体时，才具有足够的DNA结合能力。长约50个aa残基，同时具有DNA结合和形成蛋白质二聚体的功能，其主要特点是可形成两个亲脂性α-螺旋，两个螺旋之间由环状结构相连，其DNA结合功能是由一个较短的富碱性氨基酸区所决定的。第60页,共101页，2024年2月25日，星期天4.4真核基因转录调控的主要模式

4.4.1信号传导

信息分子:由一种细胞释放,然后传给靶细胞并发挥作用的物质。

细胞间信息物质是由细胞分泌的调节靶细胞生命活动的化学物质的统称，又称作第一信使。如生长因子、细胞因子、胰岛素等。第二信使(secondarymessenger)是指在细胞内传递信息的小分子物质，如：Ca2+、IP3、DAG、cAMP、cGMP等。第61页,共101页，2024年2月25日，星期天跨膜信号转导的一般步骤特定的细胞释放信息物质信息物质经扩散或血循环到达靶细胞与靶细胞受体特异性结合受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统靶细胞产生生物学效应

多细胞生物通过细胞间复杂的信号传递系统来传递信息，从而调控机体活动。第62页,共101页，2024年2月25日，星期天

受体：是细胞膜上或细胞内能识别生物活性分子（激素、神经递质、抗原细胞粘附分子、药物毒素等）并与之相结合的生物大分子。其化学本质多为蛋白质，个别是糖脂。它们能将生物活性分子产生的信息传递致应器，从而引起相应的生物效应。配体(ligand):

能与受体特异结合的生物活性分子。第63页,共101页，2024年2月25日，星期天（1）膜受体(membranereceptor)：存在于细胞质膜上的受体，根据其结构和转换信号的方式又分为三大类：离子通道受体，G蛋白偶联受体和跨膜蛋白激酶受体。第64页,共101页，2024年2月25日，星期天G蛋白的活性型和非活性型的互变G蛋白(guanylatebindingprotein):

是一类与GTP或GDP相结合、位于细胞膜胞浆面的外周蛋白，由、、三个亚基组成。有两种构象,即非活化型和活化型。第65页,共101页，2024年2月25日，星期天高度可变区：位于N端，具有转录活性DNA结合区：含有锌指结构，与特定的DNA序列---激素应答元件（hormone-responsiveelement,HRE）相结合。激素结合区：位于C端，结合激素、热休克蛋白，使受体二聚化，激活转录（2）胞内受体配体：类固醇激素、甲状腺素等受体功能：多为反式作用因子，当与相应配体结合后，能与DNA的顺式作用元件结合，调节基因转录。第66页,共101页，2024年2月25日，星期天4.4.2信号传导途径第67页,共101页，2024年2月25日，星期天

关于蛋白激酶与蛋白质磷酸化蛋白磷酸化是机体调节的重要方式之一。通过两种酶的催化来实现：蛋白激酶使底物蛋白磷酸化；而蛋白磷酸酯酶则催化去磷酸化反应。蛋白磷酸化和去磷酸化成为机体中普遍存在的一种调节机理。在跨膜信息传递机理中，蛋白磷酸化的作用尤其重要。根据蛋白磷酸化的部位，可将蛋白激酶分为2类，一类对Ser或Thr残基专一，统称为Spk（丝氨酸蛋白激酶），是第二信使的主要靶蛋白；另一类对Tyr残基专一，称Tpk（酪氨酸蛋白激酶）。4.4.3真核基因表达调控模式（举例）第68页,共101页，2024年2月25日，星期天

A激酶（PKA）：依赖于cAMP的蛋白激酶（1）蛋白质磷酸化与信号传导和基因表达第69页,共101页，2024年2月25日，星期天cAMP调控的A激酶活性第70页,共101页，2024年2月25日，星期天

cAMP活化糖原磷酸化酶示意图

不同细胞对cAMP信号途径的反应速度不同。肌肉细胞在1秒钟之内即可启动糖原降解为葡糖1-磷酸，从而抑制糖原的合成。第71页,共101页，2024年2月25日，星期天cAMP信号与基因表达该信号途径涉及的反应链可表示为：激素→G蛋白耦联受体→G蛋白→腺苷酸环化酶→cAMP→依赖cAMP的蛋白激酶A→基因调控蛋白→基因转录第72页,共101页，2024年2月25日，星期天

在某些分泌细胞，需要几个小时，激活的PKA进入细胞核，将CRE结合蛋白磷酸化，调节相关基因的表达。

CRE（cAMPresponseelement，cAMP应答元件）：DNA上的调节区域。

CREB：即CRE结合蛋白(cAMPresponseelementboundprotein）。第73页,共101页，2024年2月25日，星期天第74页,共101页，2024年2月25日，星期天

激素穿过细胞膜进入细胞与激素受体蛋白结合，然后，受体和激素的复合体转运到核中，从而激活基因转录。（2）类固醇激素对基因调控的作用第75页,共101页，2024年2月25日，星期天

许多生物受热诱导时能合成一系列热休克蛋白。无论细菌还是高等真核生物，热休克基因均散布于染色体的各个部位或不同染色体上。

受热后，果蝇细胞内Hsp70mRNA水平提高1000倍，就是因为热激因子（heatshockfactor，HSF）与hsp70基因TATA区上游60bp处的HSE相结合，激发了转录起始。

研究发现，在没有受热或其它环境胁迫时，HSF主要以单体形式存在于细胞质和核内。单体HSF没有DNA结合能力，而Hsp70可能参与了维持HSF的单体形式。受到热激或其它环境胁迫时，细胞内变性蛋白增多，与HSF竞争结合Hsp70，从而释放HSF，使之形成三体并输入核内。（3）热激蛋白诱导的基因表达第76页,共101页，2024年2月25日，星期天

热激以后，HSF不但形成三体，还迅速被磷酸化。HSF与HSE的特异性结合，引起包括Hsp70在内的许多热激应答基因表达，大量产生Hsp70蛋白。随着热激温度消失，细胞内出现大量游离的Hsp70蛋白，它们与HSF相结合，并使其脱离DNA序列，最终形成没有DNA结合能力的单体。第77页,共101页，2024年2月25日，星期天热激诱导的hsp基因表达第78页,共101页，2024年2月25日，星期天5真核基因转录后水平上的调控5.1RNA前体的加工5.1.1各类RNA前体的加工

45S的前体rRNA：经切割、修饰为成熟的18S、28S、5.8S的rRNA。

tRNA初级转录产物：一般认为，tRNA基因的初级转录产物在进入细胞质后，首先经过核苷的修饰，生成4.5S前体tRNA，再行剪接而成为成熟tRNA（4S）。

前体mRNA（hnRNA)：经5′-加帽、3′-加尾、剪接、编辑和甲基化修饰等过程，才能成为成熟的mRNA。第79页,共101页，2024年2月25日，星期天rRNA前体的加工：分子内的切割和化学修饰。rRNA化学修饰：甲基化(原核：碱基甲基化。真核：核糖甲基化）。第80页,共101页，2024年2月25日，星期天5.1.2真核蛋白质基因转录后加工的多样性

真核生物的基因可以按其转录方式分为两大类：即简单转录单位和复杂转录单位。(1)简单转录单位：这类基因只编码产生一种多肽。其原始转录产物有的需要加工，有的则不需要加工。这类基因转录后加工有3种不同形式。第81页,共101页，2024年2月25日，星期天（2）复杂转录单位：初级转录产物能通过多种不同方式加工成两种或两种以上的mRNA。①利用多个5ˊ端转录起始位点或剪接位点产生不同的蛋白质。第82页,共101页，2024年2月25日，星期天第83页,共101页，2024年2月25日，星期天②利用多个加多聚（A）位点和不同的剪接方式产生不同的蛋白质。第84页,共101页，2024年2月25日，星期天第85页,共101页，2024年2月25日，星期天

反式剪接反式剪接（trans-splicing）：发生于两个RNA分子之间。

某些真核mRNA前导序列的来历：很可能是通过反式剪接而来的。顺式剪接（cis-splicing）：发生于一个RNA分子内部，将内含子剪接掉，使外显子连接在一起。第86页,共101页，2024年2月25日，星期天第87页,共101页，2024年2月25日，星期天

关于mRNA前体的可变剪接通过不同的剪接，可由一个基因的转录物产生出不同的成熟mRNA，从而翻译出不同的蛋白质。

大多真核基因的mRNA前体只按一种方式剪接，因而只产生一种蛋白质。可变剪接（alternatingsplicing）：为某些mRNA前体按照选用不同的加尾位点、选用不同的剪接位点，剪接除去内含子转录物，产生两种或两种以上mRNA的剪接方式。第88页,共101页，2024年2月25日，星期天5.2.1mRNA结构的稳定性对翻译的调控5.2翻译水平的调控（1）5′-端非编码区(untranslatedregion,UTR)的茎环结构通常不利于翻译的启动。（2）3′-端非编码区(3′-UTR)的茎环结构通常提高mRNA的稳定性，从而增大蛋白的翻译量。（3）编码区的密码子种类，影响翻译的效率。稀有密码子可降低翻译的效率。（4）mRNA前导序列中的GC含量越高，越易形成较多和较稳定的高级结构，越不利于翻译的启动。第89页,共101页，2024年2月25日，星期天铁蛋白：负责铁解毒运铁蛋白受体（TfR）：负责铁吸收例：转运铁蛋白受体（TfR）和铁蛋白。在这两个mRNA上存在相似的顺式作用元件，称为铁应答元件（ironresponseelement，IRE）。IRE与IRE结合蛋白（IREBP）相互作用控制了这两种mRNA的翻译效率。第90页,共101页，2024年2月25日，星期天（1）当铁富足时，IREBP不结合TfRmRNA，使TfRmRNA易于降解，合成的TfR减少，细胞摄入的铁减少。（2）当细胞缺铁时，IREBP与IRE具有高亲和力，两者的结合有效地阻止了铁蛋白mRNA的翻译。与此同时，TfRmRNA上3ˊ非翻译区中的IRE也与IREBP特异结合，有效地阻止了TfRmRNA的降解，促进TfR的合成。第91页,共101页，2024年2月25日，星期天eIF-2的磷酸化对翻译的普遍抑制

5.2.2蛋白质翻译因子的修饰对翻译起始的调控

血红素是上述激酶的抑制剂，故利用网织红细胞裂解液进行体外翻译时，须向其中加入血红素。eIF-2磷酸化对翻译普遍抑制的实质性作用是:eIF-2(αp)与鸟苷酸交换因子GEF亲和力强，阻止eIF-2·GTP的再生。第92页,共101页，2024年2月25日，星期天1.

对自身基因转录激活具有调控作用的DNA序列是（）。由特定基因编码、对另一基因转录具有调控作用的转录因子是（）。

(A)顺式作用元件

(B)反式作用元件

(C)顺式作用因子

(D)反式作用因子

(E)顺／反式作用元件课堂讨论第93页,共101页，2024年2月25日，星期天２.表皮生长因子（EGF）的信号传导通路与下列哪种物质有关（）。（A）受体型酪氨酸蛋白激酶