第三章細(xì)胞分化的分子機(jī)制細(xì)胞生長細(xì)胞代謝細(xì)胞增殖細(xì)胞分化細(xì)胞通訊細(xì)胞衰老細(xì)胞死亡……細(xì)胞類型形成組織器官形成個(gè)體發(fā)育基因表達(dá)調(diào)控

細(xì)胞的重大生命活動(dòng)：細(xì)胞分化（celldifferentiation）：細(xì)胞經(jīng)分裂形成在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上不同的穩(wěn)定的細(xì)胞類群的過程；是個(gè)體發(fā)育的基礎(chǔ)和核心。1、細(xì)胞分化是生物個(gè)體發(fā)育的中心問題研究細(xì)胞分化的分子機(jī)制是是探索發(fā)育機(jī)制的基礎(chǔ)。在多細(xì)胞生物體內(nèi)，每個(gè)細(xì)胞都有一定的性狀-細(xì)胞表型（cellphenotypes）。根據(jù)細(xì)胞表型可將細(xì)胞分為3類：

1）全能細(xì)胞（totipotentcell）

2）多潛能細(xì)胞（pluripotentcell）

3）分化細(xì)胞（differentiatedcell）。細(xì)胞分化的過程是一個(gè)從全能細(xì)胞-多能細(xì)胞-分化細(xì)胞的逐點(diǎn)發(fā)展過程。2、細(xì)胞分化是基因差異性表達(dá)的結(jié)果現(xiàn)代分子生物學(xué)的證據(jù)表明，細(xì)胞分化是由于基因差異性表達(dá)(differentialexpress)的結(jié)果。正是由于不同基因的差異表達(dá)，產(chǎn)生特有的專一性蛋白質(zhì)而導(dǎo)致細(xì)胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)與功能的差異。差異性基因表達(dá)產(chǎn)生的原因主要來自兩方面：首先是細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的差異影響核基因的表達(dá)（不等卵裂導(dǎo)致的卵質(zhì)的不均勻分布）；其次是細(xì)胞外環(huán)境的影響（位置效應(yīng)和胚胎誘導(dǎo)）。各種細(xì)胞外信號分子，通過誘導(dǎo)和細(xì)胞間的通訊，特別是信號傳導(dǎo)（signaling）間接影響細(xì)胞核基因的表達(dá)。細(xì)胞分化中基因差異性表達(dá)，在動(dòng)物發(fā)育過程中呈現(xiàn)出時(shí)空表達(dá)特征?；虿町愋员磉_(dá)的調(diào)控機(jī)制主要在以下幾個(gè)水平完成：

①基因的差異轉(zhuǎn)錄；②RNA前體的選擇加工；③mRNA的選擇翻譯；④差異蛋白質(zhì)的加工。⑤表觀遺傳修飾。事實(shí)上，在胚胎發(fā)育過程中，差異基因表達(dá)的調(diào)控機(jī)制十分復(fù)雜，涉及到多個(gè)水平的調(diào)控：包括染色體水平、DNA水平、轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后加工、翻譯水平、翻譯后加工等。但以轉(zhuǎn)錄調(diào)控為主。圖3-1真核生物基因表達(dá)調(diào)控示意圖同一有機(jī)體的多種細(xì)胞具有完全相同的一套基因結(jié)構(gòu)，即基因組的等同；具有相同基因結(jié)構(gòu)的細(xì)胞由于受到內(nèi)外環(huán)境條件和復(fù)雜的調(diào)控，出現(xiàn)差異基因表達(dá)，合成組織專一性產(chǎn)物，呈現(xiàn)細(xì)胞形態(tài)和功能的分化。第一節(jié)

基因組的等同和基因的差異表達(dá)一、在發(fā)育中核潛能被限定研究方法：核移植實(shí)驗(yàn)--豹蛙不同胚胎發(fā)育細(xì)胞核移植的觀察、克隆動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論:隨著個(gè)體發(fā)育的進(jìn)行，體細(xì)胞核指導(dǎo)發(fā)育的潛能逐點(diǎn)受到限定，且呈現(xiàn)一定的組織特異性。二、細(xì)胞核具有潛在全能性的研究研究方法：核克?。╪uclearcloning）技術(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：已分化的細(xì)胞和不同發(fā)育時(shí)期胚胎細(xì)胞的核與合子核一樣，含有全套物種基因信息具有分化產(chǎn)生有機(jī)體各種細(xì)胞的潛能(P25)。

體細(xì)胞克隆實(shí)驗(yàn)1）1995年，kampbellK(坎貝爾）成功進(jìn)行了綿羊分化細(xì)胞克隆實(shí)驗(yàn)(胚泡內(nèi)細(xì)胞團(tuán)作供體），是世界上首例哺乳動(dòng)物分化細(xì)胞細(xì)胞核具有發(fā)育全能性的報(bào)道。2）1997年，克隆羊Dolly成功誕生（以乳腺細(xì)胞作供體），

1998年4月，多莉通過自然交配產(chǎn)生羊羔－邦莉。3）隨后，人們分別在牛、小鼠、山羊、猴和豬等動(dòng)物體細(xì)胞克隆獲得成功。這些實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明了絕大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞的核都具有潛在的全能性。Figure3-2Dollyandherfostermother圖3-3

圖3-4表3-1

細(xì)胞核的全能性是指一個(gè)細(xì)胞核具有該物種完整的遺傳信息，在適當(dāng)條件下能夠發(fā)育成一個(gè)完整個(gè)體的能力。具有全能性的細(xì)胞包括植物體細(xì)胞、動(dòng)物受精卵和早期胚胎細(xì)胞（未決定的細(xì)胞）。細(xì)胞的全能性與細(xì)胞核的全能性是兩個(gè)不同的概念，植物體細(xì)胞具有全能性，而已分化的動(dòng)物細(xì)胞失去全能性，因?yàn)樵趧?dòng)物胚胎發(fā)育過程中，由于內(nèi)外環(huán)境條件的影響，發(fā)育命運(yùn)逐點(diǎn)收到限制，一旦細(xì)胞決定發(fā)生，發(fā)育方向便被確定，隨后出現(xiàn)細(xì)胞分化，一般情況下不可逆。1、染色體消減

1）馬回蟲（Ascarimegaloceplala)發(fā)育過程中體細(xì)胞染色體的減少（丟失80﹪），僅生殖細(xì)胞染色體不減少；

2）癭蠅（Myaetioladestructor)受精卵核分裂中大部分細(xì)胞核染色體由40條減少為8條，這些細(xì)胞將來發(fā)育為體細(xì)胞，僅將來發(fā)育為生殖細(xì)胞的細(xì)胞染色體不減少。2、基因重排：淋巴細(xì)胞分化過程中免疫球蛋白基因的重排。免疫球蛋白（抗體）的多態(tài)性是由其基因重排導(dǎo)致的；三、發(fā)育中基因組的改變圖3-5VJCVJCVJC圖3-6免疫球蛋白IgG基因許多片段發(fā)生重排基因重排的結(jié)果是原來胚胎細(xì)胞基因組中不相連的DNA片段，通過部分切除、重新組合、連接形成抗體基因輕鏈和重鏈，使每個(gè)B淋巴細(xì)胞都具有其獨(dú)特的基因組。T淋巴細(xì)胞受體基因也通過類似的基因重排過程。3、基因擴(kuò)增：兩棲類核糖體RNA基因的基因擴(kuò)增。rRNA基因以串聯(lián)的方式重復(fù)排列：18S、5.8S、28S三種rRNA基因連在一起，構(gòu)成一個(gè)大的RNA基因轉(zhuǎn)錄單位，串聯(lián)重復(fù)5000次。每個(gè)轉(zhuǎn)錄單位具有一個(gè)5'的前導(dǎo)序列、18SrRNA基因編碼序列、轉(zhuǎn)錄間隔（ITS1）、5.8SrRNA基因、轉(zhuǎn)錄間隔（ITS2）28SrRNA基因。Figure3-7TheeukaryoticribosomalDNArepeatingunit發(fā)育的核心是細(xì)胞分化，本質(zhì)是基因的時(shí)空表達(dá)、產(chǎn)生特異性蛋白質(zhì)的過程?；虮磉_(dá)的時(shí)間特異性指有些特異性基因僅在發(fā)育的特定時(shí)期或某些時(shí)期才有活性，其他時(shí)期均無活性。研究方法：減法雜交技術(shù)、斑點(diǎn)印跡和放射自顯影等?；虮磉_(dá)的空間特異性主要指基因表達(dá)的組織特異性。研究方法：原位雜交。第二節(jié)轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控一、差異基因表達(dá)的研究方法1、卵清蛋白基因的轉(zhuǎn)錄卵清蛋白的轉(zhuǎn)錄依賴于雌性激素的調(diào)節(jié)；雌性激素進(jìn)入細(xì)胞與受體結(jié)合形成復(fù)合物，經(jīng)構(gòu)相變化后，該復(fù)合物經(jīng)核孔進(jìn)入細(xì)胞核并結(jié)合于染色體的特定區(qū)域，激活和促進(jìn)卵清蛋白基因的轉(zhuǎn)錄。卵白蛋白：卵清蛋白、附卵蛋白、卵粘蛋白和溶菌酶。二、發(fā)育中基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控2、珠蛋白基因的轉(zhuǎn)錄紅細(xì)胞發(fā)育中珠蛋白基因的表達(dá)是細(xì)胞分化轉(zhuǎn)錄控制的最好例證：

人和許多動(dòng)物的血紅蛋白為四聚體，在不同發(fā)育時(shí)期的組成均不相同。

圖3-7珠蛋白基因的表達(dá)調(diào)控人胚胎血紅蛋白由2個(gè)ξ-珠蛋白鏈，2個(gè)ε珠蛋白鏈和4個(gè)血紅素分子組成。隨后，隨著胚胎發(fā)育的進(jìn)行，血紅蛋白珠蛋白從胎兒的ａ2

γ2

，到成人的ａ2β2

，正常成人的血紅蛋白分子中ａ2β2占97﹪，ａ2δ2占2﹪~占3﹪

，ａ2γ2

占1﹪。人的ξ和ａ珠蛋白基因位于第16號染色體上，而ε-、γ-、δ-和β-珠蛋白基因相連，在第11號染色體上依次排列，β珠蛋白基因家族的表達(dá)顯示了一種調(diào)控機(jī)制，即指導(dǎo)其從胚胎期-胎兒期-成體型轉(zhuǎn)變的順序開關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，其DNA上存在一些位點(diǎn)控制區(qū)（LCR），相當(dāng)于一種超級增強(qiáng)子，進(jìn)行調(diào)控。圖3-8珠蛋白基因家族有功能的珠蛋白基因的基本結(jié)構(gòu)：三個(gè)外顯子被兩個(gè)內(nèi)含子隔開。類（16）和類珠蛋白基因家族（11）人在發(fā)育過程中的血紅蛋白類型圖3-93、5SrRNA的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控整個(gè)發(fā)育過程中，5SrRNA基因表達(dá)調(diào)控都在轉(zhuǎn)錄水平進(jìn)行。5SrRNA基因家族有兩類基因，即卵母細(xì)胞型和體細(xì)胞型。非洲爪蟾有20000個(gè)卵母細(xì)胞型的5SrRNA基因和400個(gè)體細(xì)胞型的5SrRNA基因。在卵子發(fā)生早期，兩類5SRNA基因均開始大量轉(zhuǎn)錄，并維持到囊胚中期，而從囊胚晚期開始，僅有體細(xì)胞型5SRNA基因轉(zhuǎn)錄。中心啟動(dòng)子元件：5SrRNA基因由RNA聚合酶III所控制，它具有一個(gè)特殊的、位于基因中間的啟動(dòng)子－中心啟動(dòng)子元件。該元件包括A、C兩個(gè)區(qū)，其中A區(qū)（50-69）與TFIIIC結(jié)合；C區(qū)（80-90）與TFIIIA及RNA聚合酶III結(jié)合。TFIIIC-TFIIIA相互作用共同促進(jìn)5SRNA基因的轉(zhuǎn)錄。

開關(guān)基因是指在發(fā)育中決定細(xì)胞向不同命運(yùn)分化的基因。常見的開關(guān)基因有l(wèi)in-12基因、Notch基因和MyoD1基因。

1）線蟲的lin-12基因：決定子宮頸細(xì)胞（Z1.Ppp產(chǎn)生，ac)

和子宮前體細(xì)胞(Z4.Aaa產(chǎn)生，vu）的分化。

2）果蠅的Notch基因：決定果蠅皮膚細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞分化。

3）脊椎動(dòng)物的MyoD1基因：是肌細(xì)胞分化的主要開關(guān)基因，具有肌細(xì)胞分化表型特異性控制基因的功能，該基因編碼一種核DNA結(jié)合蛋白，能夠與DNA中肌肉特異性基因的臨近片段結(jié)合并激活這些基因，引起肌細(xì)胞分化。4、轉(zhuǎn)錄調(diào)控的開關(guān)基因真核生物的蛋白質(zhì)編碼基因由可轉(zhuǎn)錄、具編碼能力的外顯子和無編碼能力、最終在mRNA成熟中被切除的內(nèi)含子序列、基因表達(dá)調(diào)控序列（如啟動(dòng)子、增強(qiáng)子等）組成。一個(gè)典型的真核生物基因包括核心啟動(dòng)子元件、上游及遠(yuǎn)上游調(diào)控序列、轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)、5'非編碼區(qū)、起始密碼、外顯子、內(nèi)含子、終止密碼、3'非編碼區(qū)及加尾信號等（圖2-15，16）。三、差異基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控機(jī)制1.真核細(xì)胞基因的結(jié)構(gòu)

圖3-10圖3-11真核生物基因轉(zhuǎn)錄起始和表達(dá)的調(diào)控依賴于兩類調(diào)控元件的相互作用：一類是順式作用元件，另一類是反式作用因子。啟動(dòng)子和增強(qiáng)子是基因主要的順式作用元件，控制著與其相鄰的結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。反式作用因子由染色體上其他位置的基因編碼，包括具有調(diào)控作用的蛋白因子和RNA，它們可作用于目標(biāo)基因的順式作用元件。啟動(dòng)子一般位于結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游，而增強(qiáng)子位置變化較大，主要位于啟動(dòng)子的上游或者遠(yuǎn)上游、也可位于第一內(nèi)含子及基因其他位置（如3'非編碼區(qū)）。2、啟動(dòng)子和增強(qiáng)子啟動(dòng)子是位于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游特殊的DNA序列。它能與RNA聚合酶II及相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子識(shí)別和結(jié)合，決定基因轉(zhuǎn)錄的起始和強(qiáng)度。根據(jù)真核生物基因的類型和RNA聚合酶的種類可分為三類：

1）由RNA聚合酶I識(shí)別的核糖體RNA的基因（包括18SRNA和

28SRNA)；

2）由RNA聚合酶II識(shí)別的蛋白質(zhì)編碼基因；

3）由RNA聚合酶III識(shí)別的tRNA及5SRNA的基因。二類基因啟動(dòng)子一般具有TATA框和CAAT框。其中TATA位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游25-30bp處，主要控制轉(zhuǎn)錄的精確起始；CAAT框位于其上游，調(diào)控轉(zhuǎn)錄起始頻率和維持基因轉(zhuǎn)錄強(qiáng)度。1）啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)和功能Figure3-12structureandorganizationofaeukaryoticgene2）增強(qiáng)子的結(jié)構(gòu)和功能增強(qiáng)子是一種能夠提高轉(zhuǎn)錄效率的順式調(diào)控元件，最早是在SV40病毒中發(fā)現(xiàn)的長約200bp的一段DNA，可使旁側(cè)的基因轉(zhuǎn)錄提高100倍，其后在真核生物、原核生物中都發(fā)現(xiàn)。在真核生物基因中，首先發(fā)現(xiàn)的是一種控制細(xì)胞特異性免疫的基因，即免疫球蛋白基因轉(zhuǎn)錄的增強(qiáng)子。這種增強(qiáng)子位于免疫球蛋白重鏈可變區(qū)基因與恒定區(qū)基因之間的內(nèi)含子序列中，對B淋巴細(xì)胞免疫球蛋白基因的特異性轉(zhuǎn)錄是必須的。增強(qiáng)子的功能是激活啟動(dòng)子、控制啟動(dòng)子特異性轉(zhuǎn)錄的效率和速率。而轉(zhuǎn)錄過程的調(diào)節(jié)主要取決于增強(qiáng)子上結(jié)合的蛋白質(zhì)與啟動(dòng)子上裝配的轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的相互作用。增強(qiáng)子的作用無位置和方向性。

①增強(qiáng)子可以提高同一條DNA鏈上基因轉(zhuǎn)錄效率，可以遠(yuǎn)距離作用，通?？删嚯x1－4kb、個(gè)別情況下離開所調(diào)控的基因基因30kb仍能發(fā)揮作用。②增強(qiáng)子作用與其序列的正反方向無關(guān)，將增強(qiáng)子方向倒置依然能起作用。③增強(qiáng)子必須與特定蛋白質(zhì)因結(jié)合后才能發(fā)揮增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄的作用，且具有組織或細(xì)胞特異性。④增強(qiáng)子要有啟動(dòng)子才能發(fā)揮作用，沒有啟動(dòng)子存在，增強(qiáng)子不能表現(xiàn)活性。

增強(qiáng)子的作用特點(diǎn)3、反式作用因子及轉(zhuǎn)錄因子RNA的轉(zhuǎn)錄起始，除啟動(dòng)子、增強(qiáng)子等順式作用元件外，還必須有與之結(jié)合的RNA聚合酶和各種反式作用因子，其中主要的反式作用因子是轉(zhuǎn)錄因子（transcriptionfactor）。轉(zhuǎn)錄因子能精確、高效地與啟動(dòng)子上的特定順式作用元件結(jié)合，決定基因轉(zhuǎn)錄的時(shí)間特異性和強(qiáng)度。轉(zhuǎn)錄因子一般具有三個(gè)結(jié)構(gòu)域：DNA結(jié)合域、轉(zhuǎn)錄激活域和其他蛋白互作的結(jié)構(gòu)域（圖2-18）。第二類基因的轉(zhuǎn)錄必須有基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子的存在，已鑒定的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子有：TFIID、TFIIA、TFIIB、TFIIC、TFIIH、TFIIJ等（圖2-19）。

圖3-13轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)域及活化示意圖

圖3-14轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成

1）常見的轉(zhuǎn)錄因子有：TFIID、

TFIIB、TFIIA、TFIIE、

TFIIF等。

2）這些轉(zhuǎn)錄因子按一定順序形成有活性的復(fù)合物發(fā)揮作用。

TFIID－TFIIA－TFIIB－（TFIIE+TFIIF+RNA聚合酶II）。

3）其他因子的進(jìn)一步結(jié)合，形成活性復(fù)合物，開啟基因轉(zhuǎn)錄過程。

除了通用轉(zhuǎn)錄因子，還有大量與啟動(dòng)子上游調(diào)節(jié)元件結(jié)合的特殊轉(zhuǎn)錄因子，它們與RNA聚合酶直接作用或者通過中介蛋白與其間接作用，共同決定基因轉(zhuǎn)錄的強(qiáng)度、時(shí)空特異性。真核生物轉(zhuǎn)錄因子有多種結(jié)構(gòu)模式，如a螺旋-轉(zhuǎn)角-a螺旋、鋅指結(jié)構(gòu)、亮氨酸拉鏈、螺旋-環(huán)-螺旋等（圖3-15）。動(dòng)物發(fā)育中重要的轉(zhuǎn)錄因子有同源異型框蛋白、POU蛋白等：

1）同源異型框蛋白：是由同源異型基因編碼，含60個(gè)氨基酸組成的同源異型結(jié)構(gòu)域的反式作用因子，其突變可導(dǎo)致同源異型突變，產(chǎn)生同源異型現(xiàn)象。具體作用見后。

2）POU蛋白：該轉(zhuǎn)錄因子除含有同源異型結(jié)構(gòu)域，還含有一個(gè)POU特殊性結(jié)合區(qū)，共同構(gòu)成POU結(jié)構(gòu)域。參與許多激素基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控（圖3-16）。圖3-15（1）螺旋-折疊-螺旋結(jié)構(gòu)模式圖3-15（2）鋅指(zincfinger)結(jié)構(gòu)模式圖3-15（3）亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)模式圖3-15（4）螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)模式

圖3-16圖3-174、激素應(yīng)答成分同一種激素可誘導(dǎo)一種類型的細(xì)胞同時(shí)產(chǎn)生幾種特異蛋白，也可誘導(dǎo)不同類型細(xì)胞的多個(gè)基因同時(shí)發(fā)生表達(dá)。在發(fā)育過程中，基因表達(dá)的協(xié)同調(diào)節(jié)，是通過不同的結(jié)構(gòu)基因位置接近或者具有相似的增強(qiáng)子所致。特例：糖皮質(zhì)激素作為一種類固醇激素，可調(diào)節(jié)所有類型細(xì)胞的蛋白質(zhì)代謝、減少組織的纖維化。激素受體蛋白具有3個(gè)功能結(jié)構(gòu)域：激素結(jié)合域、DNA結(jié)合域和反式激活域。研究發(fā)現(xiàn)，激素對基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控既有正調(diào)控又有負(fù)調(diào)控，但不同結(jié)構(gòu)域的調(diào)控機(jī)制又有所不同。5、免疫球蛋白基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控1）免疫球蛋白基因免疫球蛋白（抗體）的多態(tài)性主要起因于基因重排；抗體由兩個(gè)重鏈和兩個(gè)輕鏈組成；重鏈和輕鏈均分可變區(qū)（N端）和恒定區(qū)（C端），抗體多態(tài)性決定于可變區(qū)。免疫球蛋白輕鏈和重鏈由不同基因片段編碼。編碼抗體輕鏈的基因含有三個(gè)DNA片段：

V片段（300種不同序列片段，編碼可變區(qū)97個(gè)氨基）；

J片段（4-5個(gè)不同序列片段，編碼可變區(qū)15-17個(gè)氨基）；

C片段（編碼輕鏈恒定區(qū)）。編碼抗體重鏈的基因含有4個(gè)片段：

V片段（200種不同片段，編碼可變區(qū)氨基端97個(gè)氨基酸）；

D片段（10-15種不同片段，編碼可變區(qū)3-14個(gè)氨基酸）；

J片段（四個(gè)不同片段，編碼可變區(qū)最后15-17個(gè)氨基酸）；

C片段（編碼重鏈恒定區(qū)）；2）免疫球蛋白基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)在B細(xì)胞的分化過程中，免疫球蛋白基因不同片段經(jīng)過移動(dòng)、剪接和重排，損失部分DNA片段，產(chǎn)生不同表達(dá)基因。免疫球蛋白基因的順式調(diào)節(jié)：免疫球蛋白基因轉(zhuǎn)錄的順式調(diào)節(jié)序列主要是啟動(dòng)子和增強(qiáng)子。圖3-18抗體變異的分子基礎(chǔ)A.這些順式作用元件常位于重鏈和輕鏈基因的附近，能與一些細(xì)胞核內(nèi)的因子結(jié)合，參與免疫球蛋白基因的轉(zhuǎn)錄。

B.例如每個(gè)細(xì)胞中有V基因，每個(gè)V基因都有自己的啟動(dòng)子，但在一個(gè)成熟的漿細(xì)胞中僅有一個(gè)V基因表達(dá)。免疫球蛋白基因表達(dá)的反式調(diào)節(jié)：反式調(diào)節(jié)因子由免疫球蛋白基因以外的基因編碼，并能與順式調(diào)節(jié)的DNA序列結(jié)合，參與免疫球蛋白基因的表達(dá)（B淋巴細(xì)胞中存在的正調(diào)控）。6、轉(zhuǎn)錄因子活性的調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子能調(diào)控特定基因的轉(zhuǎn)錄，而轉(zhuǎn)錄因子本身也是蛋白質(zhì)，其自身合成同樣受到其他轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控。在發(fā)育過程中，通過磷酸化途徑也可調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子的活性。圖3-19RNA加工有多種形式，例如多個(gè)可選擇的5'轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)，多個(gè)內(nèi)含子的可變剪接、可選擇的3'終止信號及RNA堿基的不同修飾等。特例1：B淋巴細(xì)胞重鏈基因lgM和lgD的表達(dá)產(chǎn)物mRNA的不同剪接（圖3-20）。特例2：原肌球蛋白基因在肝、大腦、骨骼肌、平滑肌及成纖維細(xì)胞中的不同表達(dá)等（圖3-21，22）。特例3：果蠅Dscam（唐氏綜合癥細(xì)胞黏附分子）基因的互斥剪接，產(chǎn)生38016種異構(gòu)體（圖3-23）。

一、差別RNA加工與基因產(chǎn)物的多樣性第三節(jié)RNA加工水平的調(diào)控圖3-20圖3-21圖3-22圖3-23圖3-23RNA選擇性剪接在動(dòng)物性別決定中的作用的典型例證是果蠅的性別決定。性別決定是指進(jìn)行有性生殖的生物中性腺發(fā)育以及其他與性別有關(guān)的性狀分化的過程。果蠅的性別決定與Y染色體的存在與否無關(guān)，而是由受精卵（或胚胎）中X染色體數(shù)與常染色體套數(shù)（A）的比值所決定的。而X/A的比值只是果蠅性別決定的第一步，由這一比值引發(fā)隨后一系列基因之間RNA選擇性剪接水平的“級聯(lián)”調(diào)控反應(yīng)，最終完成性別的發(fā)育和分化。研究表明，參與果蠅的性別決定的“級聯(lián)”反應(yīng)的相關(guān)基因主要有：性別致死基因（Sxl）、性別轉(zhuǎn)換基因（tra）、雙性基因（dsx）等二、選擇性RNA加工與性別決定1）X/A比值決定Sxl基因在雌性胚胎產(chǎn)生有功能的蛋白產(chǎn)物①

X/A比值高時(shí)（≥1），“分子”產(chǎn)物較“分母”產(chǎn)物多，形成同源二聚體，與雌性化基因Sxl的早期啟動(dòng)子（PE）結(jié)合，在受精后兩小時(shí)內(nèi)即激活Sxl基因的表達(dá)。②

X/A比值低時(shí)（≤0.5），Sxl基因早期啟動(dòng)子不能被激活，稍后的晚些時(shí)候，晚期啟動(dòng)子（PL）被激活，導(dǎo)致在兩種性別的胚胎中都可進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。③雌性胚胎中，Sxl早期表達(dá)產(chǎn)物與通過Sxlm-RNA前體結(jié)合改變后者的剪接方式，產(chǎn)生有功能SXL蛋白，使胚胎進(jìn)入雌性決定途徑；雄性胚胎由于缺乏Sxl基因的早期表達(dá)產(chǎn)物，后期轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物被剪接成雄性特有的Sxl-mRNA，不能產(chǎn)生有功能的SXL蛋白，胚胎進(jìn)入雄性決定途徑。圖3-242）Sxl

基因產(chǎn)物啟動(dòng)性別決定的層次剪接的級聯(lián)反應(yīng)①SXL蛋白是一種RNA結(jié)合蛋白，它不僅可以跟Sxl自身的mRNA

前體結(jié)合，還能夠與tra基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物結(jié)合，使后者被剪接成雌性專一性的tramRNA，編碼有功能的蛋白質(zhì)。②有功能的tra基因產(chǎn)物與tra2在兩種性別中都表達(dá)，基因產(chǎn)物共同作用于dsx(doublesex）基因，引發(fā)新一輪的選擇性剪接，使后者被剪接成雌性特異的RNA，編碼雌性特異的dxs

基因產(chǎn)物-DSX-F。③在雄性胚胎中，由于缺乏SXL蛋白，tra原始轉(zhuǎn)錄物被剪接成另一種mRNA，編碼沒有功能的短肽，導(dǎo)致dxs基因產(chǎn)物被剪接成雄性特有的mRNA，編碼的蛋白質(zhì)為SDX-M。雌雄普遍圖3-25圖3-26XX：AAsex-lethaltransformer雌性表現(xiàn)XY：AAsex-lethaltransformer雄性表現(xiàn)非功能mRNA雄性特異性mRNA非功能mRNA雌性特異性mRNA雌性特異性mRNA雌性特異性mRNA圖3-27基因在翻譯水平的調(diào)控有多種方式，不同細(xì)胞采取的方式不同；翻譯水平的調(diào)控主要有兩個(gè)方面：

1）根據(jù)細(xì)胞狀態(tài)決定是否翻譯－合成大量蛋白質(zhì)；

2）對已有mRNA的微調(diào)機(jī)制－蛋白質(zhì)質(zhì)和量。

第四節(jié)

翻譯和翻譯后水平的調(diào)控RNA的壽命決定其指導(dǎo)翻譯蛋白質(zhì)的時(shí)間，半衰期的長短主要決定于選擇性降解的速度，不同mRNA的結(jié)構(gòu)，特別是3'端非翻譯區(qū)的序列決定其壽命。研究表明：mRNA的許多結(jié)構(gòu)影響其壽命，5'帽子的類型、3'polyA的長度、5'、3'非翻譯區(qū)的長度和結(jié)構(gòu)等都不同程度地決定mRNA的降解速度（圖3-28）。細(xì)胞質(zhì)中也存在一種異常的RNA偵測系統(tǒng)，可檢測如無義突變、mRNA的翻譯次數(shù)等；激素也可在翻譯水平調(diào)節(jié)mRNA的壽命，如催乳素可延長酪蛋白mRNA的壽命達(dá)25倍等。一、mRNA壽命與蛋白質(zhì)合成圖14-33mRNA的降解途徑圖3-28

鐵蛋白是一種在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)儲(chǔ)存多余鐵離子的蛋白，可以保護(hù)細(xì)胞免受游離三價(jià)鐵離子的毒性影響。鐵調(diào)節(jié)蛋白（ironregulatoryprotein，IRP）：鐵蛋白mRNA的翻譯受一種特異性阻遏物的調(diào)節(jié)，這種阻遏物稱之鐵調(diào)節(jié)蛋白。它的活性依賴于細(xì)胞內(nèi)非結(jié)合鐵的濃度。鐵應(yīng)答元件（iron-responseelement，IRE）：能夠與IRP結(jié)合的、鐵蛋白mRNA的5'UTR的特異序列。

-----當(dāng)鐵濃度低時(shí)，IRP與IRE結(jié)合，干擾了核糖體與mRNA5'末端的

UTR序列結(jié)合，從而抑制翻譯的起始；

-----

當(dāng)鐵濃度升高時(shí)，鐵和IRP結(jié)合，改變其構(gòu)象使其與IRE解離，并允許mRNA翻譯形成鐵蛋白（圖3-29）。

mRNA的翻譯速率受特定機(jī)制調(diào)節(jié)，典型例證是細(xì)胞內(nèi)鐵蛋白圖14-32細(xì)胞內(nèi)鐵蛋白合成的調(diào)控圖3-29卵母細(xì)胞也存在翻譯調(diào)控，轉(zhuǎn)錄后產(chǎn)生大量母源性mRNA，由于結(jié)合特定的蛋白質(zhì)而被“掩蔽”（表3-2），直到受精后才指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。另外，卵母細(xì)胞mRNA3端UTR通過改變其polyA“尾巴”長度而調(diào)控其翻譯能力（圖3-30）二、mRNA的結(jié)構(gòu)與翻譯效率真核生物mRNA的5端有“帽子”結(jié)構(gòu)（保護(hù)和促進(jìn)翻譯的起始），3端有polyA結(jié)構(gòu)（影響壽命）；5'端非翻譯區(qū)的長度、結(jié)構(gòu)及核苷酸組成影響其翻譯效率。有些基因的5'端很長，可形成復(fù)雜結(jié)構(gòu)，與細(xì)胞小分子代謝物可逆結(jié)合，影響翻譯的起始、內(nèi)含子的加工及mRNA的穩(wěn)定性--核糖開關(guān)（ribos-witch）。表3-2圖3-30一些蛋白質(zhì)合成后就具有功能，但更多的蛋白質(zhì)必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)募庸ぁ⑿揎椇蟛庞泄δ堋?/p>

1）一些蛋白質(zhì)需要在分子伴侶作用下正確折疊成一定空間結(jié)構(gòu)才有活性。