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Chapter11RegulationofGeneExpressioninEukaryotes真核基因表達調(diào)控2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.122

11.1真核基因表達調(diào)控的特點與原核相同點：①真核基因表達調(diào)控也有轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控和轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控，并以轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控最重要；②在真核結(jié)構(gòu)基因的上游和下游（甚至內(nèi)部）也存在著許多特異的調(diào)控成分，并依靠特異蛋白因子與這些調(diào)控成分的結(jié)合與否調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.123主要區(qū)別：由兩者基本生活方式不同決定，原核是自由生活單細胞，只要環(huán)境條件合適，養(yǎng)料供應充分，就能無限生長、分裂，因此調(diào)控主要是在特定環(huán)境中為細胞創(chuàng)造迅速生長條件，或使細胞在受到損傷時能盡快得到修復。原核生物的表達調(diào)控多以操縱子為單位，以開啟或關(guān)閉某些基因表達適應環(huán)境條件變化，在轉(zhuǎn)錄水平進行調(diào)控。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.124

真核生物在進化上比原核生物高級，有更復雜的細胞形態(tài)、致密的染色體結(jié)構(gòu)、龐大的基因組、承擔十分復雜的生物學功能。如：人細胞單倍體基因組蘊含3×109bp總DNA，約為大腸桿菌總DNA1000倍，是噬菌體總DNA的10萬倍左右。在多細胞尤其是高等動、植物中，隨著發(fā)育和分化，出現(xiàn)了不同類型的細胞和組織器官，盡管它們的染色體有相同DNA，但卻合成不同蛋白質(zhì)。

2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.125對不同序列的mRNA研究發(fā)現(xiàn)，真核細胞約有1~2萬種蛋白，另有數(shù)百種含量較低蛋白，在不同類型細胞中表現(xiàn)不同，其中大部分是調(diào)控蛋白或酶，這數(shù)百種不同的蛋白雖然所占比例不大，但足以使細胞表現(xiàn)不同的形態(tài)和行為，并行使不同的功能。

2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.126另外，真核基因組DNA中還有許多重復序列、基因內(nèi)部被內(nèi)含子隔開、基因間分布大段非編碼序列，其次，以核小體為單位的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)及眾多與DNA相互結(jié)合的蛋白，都是調(diào)節(jié)基因開關(guān)的重要因素。尤其是，核被膜使轉(zhuǎn)錄和翻譯在時空上分隔，轉(zhuǎn)錄本及翻譯產(chǎn)物需經(jīng)復雜的加工與轉(zhuǎn)運過程，由此形成了真核表達多層次系統(tǒng)。

2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.127真核表達調(diào)控貫穿于從DNA到有功能蛋白的全過程，涉及基因結(jié)構(gòu)的活化、轉(zhuǎn)錄的起始、轉(zhuǎn)錄本的加工與運輸以及mRNA的翻譯等多個調(diào)控點。這些都使得真核生物采取了不同于原核生物的更加復雜而精細的調(diào)節(jié)策略。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.128

在真核調(diào)控中至少有4個普遍與原核表達調(diào)控不同的方面，歸納以下：①原核細胞染色質(zhì)DNA裸露，而真核染色質(zhì)由DNA與組蛋白緊密結(jié)合成核小體。在原核中染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對基因表達沒有明顯調(diào)控作用，而在真核中這種作用十分明顯；

2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.129②原核轉(zhuǎn)錄調(diào)控中，既有激活物調(diào)控（正），也有阻遏物調(diào)控（負），二者同等重要;

真核生物中主要是正調(diào)控，且一個真核基因通常有多個調(diào)控序列，必須有多個激活物同時特異結(jié)合,才能調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄；2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1210【真核調(diào)控中主要是正調(diào)控原因】：

1.真核基因組比原核大，調(diào)控蛋白在DNA上的非特異性結(jié)合比例高（真核RNA聚合酶對啟動子只有很小或沒有特異親和性，轉(zhuǎn)錄啟動幾乎依靠激活物蛋白作用）隨著基因組的加大，特異結(jié)合蛋白在DNA序列中不適當位置出現(xiàn)的可能性很高.

2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1211【真核調(diào)控中主要是正調(diào)控原因-1】

這種情況能保證受調(diào)控基因特異表達方法是使用多個調(diào)控蛋白，因為幾段分別結(jié)合幾種不同調(diào)控蛋白的DNA序列，能以適當有功能的方式排列在一起隨機發(fā)生的可能性幾率很低。

當使用幾種阻遏物進行調(diào)控，只要結(jié)合上一種就足以封阻聚合作用。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1212【真核調(diào)控中主要是正調(diào)控原因-1】若使用幾種正調(diào)控蛋白同時分別結(jié)合在DNA特異序列上，形成復合物啟動轉(zhuǎn)錄，才能保證基因的特異表達。研究發(fā)現(xiàn)一個多細胞生物基因的調(diào)節(jié)位點至少有5個。因此，多種蛋白調(diào)控一個基因表達必須都是正調(diào)控，才能做到特異調(diào)控.2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1213

【真核調(diào)控中主要是正調(diào)控的原因-2】2.在真核細胞中由于所含功能基因數(shù)目很多，而分化了的真核細胞中每種細胞只需要表達1小套足夠，如人細胞單倍體基因組蘊含3×109bp總DNA,如采用負調(diào)控，則任何細胞都要先使所有的基因表達不同的阻遏蛋白，且濃度要足以能結(jié)合到調(diào)控位點上，以封阻每個基因表達;2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1214

而采取正調(diào)控，則由于每種細胞的大部分基因通常都是不表達或只表達一小部分.因此，每種細胞只是先表達它需要的一小套激活蛋白就可以了，大大減輕了細胞合成蛋白質(zhì)的負擔.

故盡管真核的調(diào)控蛋白在某些情況下可以是激活物或阻遏物,但主要采用正調(diào)控。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1215【真核與原核表達調(diào)控不同點】

③原核的轉(zhuǎn)錄和翻譯相偶聯(lián)，而真核基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯在時空上分開，從而使真核基因的表達有多種調(diào)控機制，其中許多機制是原核細胞沒有的。④真核生物大都為多細胞生物，在個體發(fā)育中發(fā)生細胞分化后，不同細胞的功能不同，基因表達的情況也不一樣，某些基因僅特異地在某種細胞中表達，稱細胞或組織特異性表達，因而有調(diào)控這種特異表達的機制。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.121611.2真核基因表達調(diào)控的不同層次概括：主要在七個層次上進行2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1217概括為：1）染色體和質(zhì)水平上結(jié)構(gòu)變化與基因活化。2）轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控，包括基因開與關(guān)，效率高低；3）加工水平上調(diào)控，包括對初始轉(zhuǎn)錄物特異性剪接、修飾、活化、編輯等；4）轉(zhuǎn)錄后加工產(chǎn)物在從細胞核向質(zhì)轉(zhuǎn)運中調(diào)控；5）翻譯水平控制，對mRNA結(jié)合核糖體進行翻譯的選擇及蛋白合成量的控制；6）蛋白合成后選擇性被激活的控制，蛋白質(zhì)和酶分子水平上剪切、活性水平的控制；7）mRNA選擇性降解調(diào)控。

2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1218特點歸納：1.多層次【包括細胞內(nèi)的層次和個體整體水平上的層次】；在各不同層次中，染色體和染色質(zhì)的活性、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄初產(chǎn)物的加工、翻譯等4種水平上的調(diào)控是基因表達的最重要過程。2.無操縱子和衰減子【不形成多順反子mRNA，mRNA半衰期較長】3.個體發(fā)育復雜性，調(diào)控也復雜（短暫調(diào)控和長期調(diào)控）4.受環(huán)境影響較小。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.121911.3DNA染色體水平的調(diào)控真核生物主要由多細胞組成，每個細胞所攜帶基因數(shù)量及基因組中蘊藏的遺傳信息量都大于原核生物。有重復序列、基因內(nèi)有大量不編碼序列、DNA常與蛋白結(jié)合成復雜的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)。染色質(zhì)構(gòu)象的變化、染色質(zhì)中蛋白質(zhì)的變化及染色質(zhì)對DNA酶敏感程度的不同等，都直接影響基因表達。

2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1220此外，真核染色質(zhì)包裹在核內(nèi)，基因轉(zhuǎn)錄(核內(nèi))和翻譯(胞質(zhì)內(nèi))被核膜在時空上隔開，核內(nèi)RNA合成與轉(zhuǎn)運胞質(zhì)RNA剪接加工等都擴大了真核表達調(diào)控內(nèi)容。

概括：真核調(diào)控在DNA和染色體水平有以下幾方面：染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)、組蛋白的修飾、DNaseI超敏位點、DNA甲基化與轉(zhuǎn)錄抑制基因重組、擴增、丟失、重排、DNA修飾、核基質(zhì)與基因活化等。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1221

在間期細胞中以核小體為基本單位的染色質(zhì)是真核基因組DNA的主要存在方式。核小體的形成，妨礙了DNA與轉(zhuǎn)錄因子及RNA聚合酶的靠近和結(jié)合，使基因的活性受到抑制。另方面，這種作用又可通過改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)【染色體重塑】。染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的一系列重要變化可暴露順式作用元件及其鄰近區(qū)域，使轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合并起始轉(zhuǎn)錄。

【注意因果關(guān)系】1.染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)

2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1222當啟動子區(qū)存在核小體時，抑制轉(zhuǎn)錄起始，所以，組蛋白被是一個轉(zhuǎn)錄抑制因子。由于結(jié)合了組蛋白，真核染色質(zhì)從整體上被限制在非活狀態(tài)，只有解除對轉(zhuǎn)錄抑制才能得到表達。染色質(zhì)是否處于活化狀態(tài)是決定轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵。這與原核截然相反：在細菌細胞中僅需要改變激活蛋白和抑制蛋白比例，便能隨時調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄狀態(tài)。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1223染色質(zhì)狀態(tài)：緊密壓縮狀態(tài)被阻遏狀態(tài)：與組蛋白緊密結(jié)合有活性狀態(tài)：如除去H1時被激活狀態(tài)：結(jié)合通用轉(zhuǎn)錄因子或激活因子時狀態(tài)異染色質(zhì)化：組成型異染色質(zhì)兼性異染色質(zhì)3.組蛋白對基因活性的影響H1組蛋白對活性染色質(zhì)的影響

H1組蛋白比核心組蛋白阻遏轉(zhuǎn)錄的作用強H1組蛋白通過維持染色質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)而抑制轉(zhuǎn)錄過程2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1225以往基因表達調(diào)控的研究側(cè)重于對順式元件與反式因子及之間的互作；近年來：染色質(zhì)和核小體構(gòu)型的改變在轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)中十分重要占先模型(pre-emptivemodel)和動態(tài)模型可解釋轉(zhuǎn)錄時染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化。占先模型認為：基因能否轉(zhuǎn)錄取決于特定位置上組蛋白和轉(zhuǎn)錄因子間的不可逆競爭。例如：TFⅡA不能激活預先結(jié)合有組蛋白的5SrRNA基因，卻能和含有該基因的游離DNA結(jié)合，當TFⅡA結(jié)合后再加入組蛋白將不會阻斷基因激活過程，說明決定基因活性的關(guān)鍵是轉(zhuǎn)錄因子和組蛋白哪個先占據(jù)到DNA上的調(diào)節(jié)位點上。

動態(tài)模型認為：組蛋白和轉(zhuǎn)錄因子間處于動態(tài)競爭中，基因轉(zhuǎn)錄前要進行染色質(zhì)變構(gòu)。染色質(zhì)變構(gòu)：基因轉(zhuǎn)錄前必須經(jīng)歷結(jié)構(gòu)上的改變，即替換核小體的全部或部分組分并重新組裝，這個耗能的基因活化過程稱為染色質(zhì)重構(gòu)。細胞中多種蛋白因子均能參與染色質(zhì)重構(gòu)，通過改變核小體中DNA-蛋白質(zhì)的相互作用重建核小體構(gòu)型。分別組成的不同重構(gòu)復合體，一般包含多個與蛋白或DNA互作的亞基。例如：某些轉(zhuǎn)錄因子可在結(jié)合DNA的同時使核小體解體，甚至影響鄰近核小體的定位。果蠅的GAGA序列可結(jié)合熱激蛋白hsp70啟動子中4個富含(CT)n的位點，瓦解核小體結(jié)構(gòu)并產(chǎn)生超敏感位點，還導致附近核小體的重新定位，在位點周圍形成“邊界”。染色質(zhì)動態(tài)結(jié)構(gòu)調(diào)整定義：即DNA和組蛋白組分及結(jié)構(gòu)以及核小體和染色質(zhì)的組分和結(jié)構(gòu)的變化過程。如組蛋白，非組蛋白與DNA的親和性，特異轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合和解離，最終核小體結(jié)構(gòu)的空間改變，染色質(zhì)DNA伸展。過程：1.非活化基因位于串珠狀核小體或更高結(jié)構(gòu)染色質(zhì)中；2.ATP幫助蛋白因子結(jié)合染色質(zhì)DNA區(qū)域，局部染色質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槿プ瓒魻顟B(tài)；3.蛋白因子導致染色質(zhì)活化；4.吸引通用轉(zhuǎn)錄因子，組裝成PIC。核小體置換的三種方式：1.持久性置換，2.誘導性置換，3.持久和誘導兩種特性并存有活性狀態(tài)：如除去H1時染色質(zhì)構(gòu)象變化Nucleosomesliding(核小體滑動)Nucleosomeremodeling(核小體變構(gòu))Nucleosomedisplacement(核小體解體)Nucleosomereplacement(核小體重聚)染色質(zhì)重塑復合物定義：即影響核小體構(gòu)象改變和能和轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子相互作用一系列蛋白質(zhì)復合物。作用：對基因轉(zhuǎn)錄起始非常重要種類：1.酵母中酵母接合型轉(zhuǎn)換/蔗糖不發(fā)酵（SWI/SNF)；2.酵母細胞的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)重塑復合物（RSC）3.果蠅胚胎的核小體重塑因子（NURF）；4.ACF。特征：SWI/SNF復合物具有依賴DNA的ATPase活性和解旋酶活性，可以降低DNA的螺旋程度，使結(jié)構(gòu)松散乃至解體染色質(zhì)重塑復合物SWI/SNF引起核小體構(gòu)象改變和染色質(zhì)重塑的機制模型模型1：SWI/SNF引起組蛋白H2A-H2B二聚體在核小體上解離，引起八聚體構(gòu)象變化，利用ATP水解驅(qū)動DNA和組蛋白解離，復合物沿 DNA移動模型2：SWI/SNF復合物和核小體結(jié)合，利用ATP水解能量，使DNA與核小體的纏繞方式改變，不影響八聚體結(jié)構(gòu)2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1231目前已發(fā)現(xiàn)的多種染色質(zhì)重塑復合物都有以下功能：①使重建的核小體去穩(wěn)定，有特異轉(zhuǎn)錄激活作用；②對轉(zhuǎn)錄有抑制作用；③對轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)的修復作用；④基因組內(nèi)非轉(zhuǎn)錄區(qū)核苷酸的切除修復功能等。真核生物基因活化蛋白在基因轉(zhuǎn)錄起始區(qū)的核小體移位4.組蛋白的乙?；?去乙酰化組蛋白乙?；c基因活化，染色質(zhì)變化及基因表達水平密切相關(guān)，是一動態(tài)過程核心組蛋白都能發(fā)生乙酰化修飾，有32個潛在的乙?；稽c發(fā)生在Lys的側(cè)鏈氨基上乙?；且豢赡娣磻山M蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（HAT）和組蛋白去乙?；福℉DAC）催化。組蛋白乙?；龠M基因轉(zhuǎn)錄活性組蛋白乙?；龠M轉(zhuǎn)錄起始復合物的裝配。

乙?；揎椏墒菇M蛋白正電荷減少，消弱與DNA結(jié)合能力，引起核小體解聚，使染色質(zhì)處于較松弛狀態(tài)，組蛋白乙?；寝D(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白和DNA相互作用的識別信號低乙酰化或去乙?；０殡S轉(zhuǎn)錄沉默。組蛋白的乙酰化-去乙?；纳锕δ芙M蛋白的其他修飾組蛋白去乙?；纲嚢彼崽禺惾ゼ谆附M蛋白乙?；c基因活化組蛋白甲基化和基因活化或沉默都相關(guān)，依賴于修飾的氨基酸位點和甲基化的數(shù)目異肽酶組蛋白單泛素化和基因活化或沉默相關(guān)，依賴于基因磷酸酶組蛋白磷酸化和基因活化相關(guān)ADP-核糖基水解酶SUMO-特異蛋白酶2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1235DNaseI超敏位點和基因表達當一個基因成為活性狀態(tài)時，含有這個基因的染色質(zhì)區(qū)域?qū)NaseI(一種內(nèi)切酶)降解的敏感性要比無轉(zhuǎn)錄活性區(qū)域高得多，是由于此區(qū)域染色質(zhì)的DNA-蛋白結(jié)構(gòu)變得松散，易與DNaseI接觸。用DNaseⅠ、Ⅱ和微球菌核酸酶等非特異性內(nèi)切酶可檢測核小體構(gòu)象的變化。【染色質(zhì)能被DNaseI降解為酸溶性小片段，但由于核小體結(jié)構(gòu)的保護，其對酶的攻擊有一定耐受性，敏感區(qū)僅相當于染色質(zhì)全長的1/l0】用極低濃度DNaseI處理染色質(zhì)，切割發(fā)生在少數(shù)特異位點，敏感性超出其他區(qū)域100倍以上，稱超敏位點。5.活性染色質(zhì)對DNase的敏感性2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.12362023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1237DNaseI超敏位點（100~200bp）是活性染色質(zhì)重要特征，有組織特異性，與基因表達密切相關(guān)。每個活躍表達的基因都有一個或幾個超敏感位點。大部分位于5‘啟動子區(qū)，少數(shù)位于轉(zhuǎn)錄單位下游為酶、轉(zhuǎn)錄因子提供結(jié)合位點?；钚匀旧|(zhì)的DNaseⅠ敏感性幾個特征基因活性區(qū)域?qū)NaseⅠ的敏感性有細胞和組織特異性。染色質(zhì)基因?qū)NaseⅠ的敏感性表明該基因有轉(zhuǎn)錄的潛在能力，并非一定能轉(zhuǎn)錄。染色質(zhì)基因?qū)NaseⅠ的敏感性區(qū)域有界限。一個基因內(nèi)部各部分的DNaseⅠ的敏感性程度不同，基因調(diào)控是少數(shù)區(qū)域表現(xiàn)高度敏感性。組蛋白乙酰化可以使染色質(zhì)對酶的敏感性增強。DNaseⅠ的高敏位點：LCR（locuscontrolregion）是具有組織和維持活性染色質(zhì)的功能結(jié)構(gòu)域并增強下游基因表達的DNA序列，即順式作用元件的一種。有時像增強子一樣起作用，但是具有方向依賴性。含有DNA高敏位點簇。出現(xiàn)在β-globin

基因位點的上游或其他基因位點的上游區(qū)域。地中海貧血病中β球蛋白基因LCR區(qū)中35kb的缺失轉(zhuǎn)錄活性基因比無轉(zhuǎn)錄活性基因具更高DNaseⅠ敏感度LCR是β-globin

基因高水平表達的保證

LCRsβ-globin基因不同發(fā)育階段的表達是通過染色質(zhì)環(huán)的形成而實現(xiàn)的LCR募集不同轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白而形成發(fā)育階段特異的染色質(zhì)環(huán)，使轉(zhuǎn)錄復合體從LCR轉(zhuǎn)移到相應的globin基因的啟動子區(qū)域

6.非組蛋白定義：大量與染色質(zhì)松散結(jié)合或在某些條件下才結(jié)合的蛋白。特征：1.種類多，多是酸性蛋白質(zhì)。2.具有種屬和組織特異性，發(fā)育，及細胞周期特異性。3.大多是磷蛋白，以磷酸化或去磷酸化方式調(diào)節(jié)。含量豐富的非組蛋白：高遷移率蛋白（HMG）。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1244真核細胞核內(nèi)除核被膜、核纖絲、核仁和染色質(zhì)外，還有以蛋白為主的網(wǎng)狀系統(tǒng)－核基質(zhì)，主要包括：拓撲異構(gòu)酶Ⅱ、基質(zhì)蛋白及多種DNA結(jié)合蛋白、少量RNA。

核基質(zhì)作用：為DNA復制提供結(jié)構(gòu)支架；參與RNA的轉(zhuǎn)錄和加工。7.核基質(zhì)與基因活化2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1245

核基質(zhì)纖維直徑3~30nm染色體DNA經(jīng)200bp富含AT的基質(zhì)附著區(qū)(MAR)結(jié)合于核基質(zhì)；兩段MAR間DNA區(qū)域彎曲呈放射環(huán)。核基質(zhì)的網(wǎng)狀構(gòu)造是DNA分子復制以及RNA轉(zhuǎn)錄和加工的結(jié)構(gòu)支架，通過募集轉(zhuǎn)錄因子和染色質(zhì)變構(gòu)復合體來控制轉(zhuǎn)錄。DNA與核基質(zhì)的結(jié)合具有特異性。一些低等生物（線蟲，昆蟲），甲殼類動物細胞在個體發(fā)育過程中丟失掉某些基因去除這些基因活性，通過改變基因數(shù)目達到調(diào)控目的，只有分化產(chǎn)生殖細胞的細胞保留整套染色體。高等動物Rbc在發(fā)育成熟過程也有染色質(zhì)丟失。這些調(diào)控是不可逆的。8.基因丟失（染色質(zhì)的丟失）9.基因的擴增定義：基因擴增——是指細胞內(nèi)某些特定基因的拷貝數(shù)專一性大量增加的現(xiàn)象。它是細胞在短期內(nèi)為滿足某種需要而產(chǎn)生足夠基因產(chǎn)物一種調(diào)節(jié)手段。例子：①非洲爪蟾（chan，癩蛤?。┞涯讣毎鹯RNA基因（rDNA）是一般體細胞的4000倍（2000000/500），這是由于卵母細胞rRNA的大量擴增，以適應胚胎發(fā)育對核糖體的大量需要。②氨甲蝶呤，重金屬鎘汞分別誘導二氫葉酸還原酶，金屬硫鐵Pr.及其它抗藥性基因的擴增。③原癌基因拷貝數(shù)增加，其表達產(chǎn)物增加使細胞持續(xù)分裂導致癌變。定義：基因重排——是通過調(diào)整有關(guān)基因片段的銜接順序，使之重排成為1個完整的轉(zhuǎn)錄單位。實例：免疫球蛋白.Ig基因在B淋巴細胞和漿細胞生成過程的重排。

Ig有2條相同的重鏈和輕鏈，輕鏈包括恒定區(qū)、可變區(qū)及2者之間的連接區(qū)，每個區(qū)由DNA不同片段編碼，不同區(qū)重排連接是抗體多樣性（106）分子基礎。9.

基因重排（generearrangement）在所有物種中，胚系Ig基因的構(gòu)成基本上相同。Ig重鏈和輕鏈(λ和κ鏈)基因座都由多個編碼V區(qū)(可變區(qū)）和C區(qū)（恒定區(qū)）蛋白質(zhì)的基因組成，并被非編碼的DNA（連接區(qū)，J區(qū)）所分隔。V、C、J區(qū)在胚胎期細胞中相距較遠，細胞發(fā)育分化時，免疫球蛋白重鏈基因DNA重排，大量間隔序列被切除，使位于J-Cμ之間的增強子序列得以發(fā)揮作用，增強基因轉(zhuǎn)錄。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.125111.4DNA水平上的調(diào)控1.DNA甲基化與轉(zhuǎn)錄抑制DNA的堿基可被甲基化，主要形成：5-甲基胞嘧啶

m5C；少量6-甲基腺嘌呤m6A真核生物中有2~7％的胞嘧啶被甲基化，大多發(fā)生在CG二核苷酸對，且在2個胞嘧啶中，1個被甲基化，稱半甲基化?！疽阎?，DNA上存在著細胞行使各種功能所需要的信息。在行使不同功能時又需要在DNA上利用或消除有關(guān)信息。甲基化和去甲基化就是對這種信息的加工和處理。在一些不表達的基因中，啟動區(qū)的甲基化程度很高，而處于活性狀態(tài)的基因則甲基化程度較低】2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1252兩條鏈上的C都被甲基化時稱完全甲基化；復制剛完成時子鏈上C呈非甲基化狀態(tài)，稱半甲基化，隨著子鏈中C被甲基化為m5C而形成全甲基化。所有m5C與其3’鳥嘌呤以5’mCpG3’形式存在，占全部CpG的50％~70％。CpG在DNA中含量差異較大，在某些基因上游調(diào)控區(qū)及附近存在“CG島”，長達1~2kb。人基因組中約分布4.5萬個CG島，大部分不被甲基化。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1253甲基化位點鑒別：利用同裂酶—同切限制性內(nèi)切酶（isoshizomers）處理待測序列，比較相應酶切后的電泳結(jié)果。真核生物細胞內(nèi)存在兩種甲基化酶活性：一種被稱為維持型甲基轉(zhuǎn)移酶，另一種是構(gòu)建型（從頭合成型）甲基轉(zhuǎn)移酶。前者主要在甲基化母鏈（模板鏈）指導下使處于半甲基化的DNA雙鏈分子上與甲基胞嘧啶相對應的胞嘧啶甲基化。后者催化未甲基化的CpG成為mCpG，速度很慢。日常型甲基轉(zhuǎn)移酶常常與DNA內(nèi)切酶活性相耦聯(lián)，有3種類型。II類酶活性包括內(nèi)切酶和甲基化酶兩種成分，而I類和III類都是雙功能酶，既能將半甲基化DNA甲基化，又能降解外源無甲基化DNA。由于甲基化胞嘧啶極易在進化中丟失，所以，高等真核生物中CG序列遠遠低于其理論值。哺乳類基因組中約存在4萬個CG序列，大多位于轉(zhuǎn)錄單元的5'區(qū)。沒有甲基化的胞嘧啶發(fā)生脫氨基作用，就可能被氧化成為U，被DNA修復系統(tǒng)所識別和切除，恢復成C。已經(jīng)甲基化的胞嘧啶發(fā)生脫氨基作用,它就變?yōu)門,無法被區(qū)分。因此,CpG序列極易丟失。DNA甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機理：DNA甲基化能引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、DNA構(gòu)象、DNA穩(wěn)定性，從而影響到DNA與蛋白質(zhì)相互作用方式的改變，抑制了轉(zhuǎn)錄因子與啟動區(qū)DNA的結(jié)合效率。主要是不利于模板DNA與RNA聚合酶的結(jié)合。如：引起B(yǎng)－DNA向Z－DNA過渡啟動區(qū)DNA上的DNA甲基化密度與基因轉(zhuǎn)錄受抑制程度相關(guān)，其影響與MeCP1結(jié)合DNA的能力成正相關(guān)。甲基化CpG的密度和啟動子強度間的平衡決定該啟動子是否有轉(zhuǎn)錄活性。MeCP1為甲基化CpG結(jié)合蛋白，為轉(zhuǎn)錄阻遏蛋白，可以和轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子競爭性結(jié)合甲基化位點。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.125711.5真核基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控是真核生物的主要基因調(diào)節(jié)途徑

2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.12581.真核與原核轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)別：有相似之處，也有明顯差異主要區(qū)別：

①原核生物功能相關(guān)基因組織在一起構(gòu)成操縱子作為基因表達和調(diào)節(jié)單元；真核生物基因不組成操縱子，每個基因都有其自身的基本啟動子和調(diào)節(jié)元件，單獨進行轉(zhuǎn)錄；相關(guān)基因間存在協(xié)同調(diào)節(jié)，擁有共同順式作用元件和反式作用因子的基因組成基因群；2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1259②原核生物的調(diào)節(jié)元件種類較少，主要包括：上游啟動區(qū)調(diào)控元件和激活蛋白及阻遏蛋白結(jié)合位點；真核調(diào)節(jié)元件種類很多，上游調(diào)節(jié)元件如：組成型、可誘導、應答、增強子和沉默子及反式作用因子如激活因子、阻遏因子等等，它們由許多短的共有序列組成，能獨立活化基因，基因組中許多中等重復序列也可作為調(diào)節(jié)元件。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1260③無論原核還是真核，其轉(zhuǎn)錄受反式調(diào)節(jié)因子(轉(zhuǎn)錄激活或抑制因子)的調(diào)節(jié)，這類調(diào)節(jié)在兩個水平上進行：1）通過調(diào)節(jié)因子生物合成(對其種類和數(shù)量調(diào)節(jié))，過程緩慢而持續(xù)，主要涉及細胞分化；2）通過構(gòu)象轉(zhuǎn)變或共價修飾(即對活性調(diào)節(jié))；2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1261

細胞對內(nèi)外環(huán)境條件改變作出迅速反應的分子水平調(diào)節(jié)主要是基因活性調(diào)節(jié)。

原核通常以負調(diào)節(jié)為主，調(diào)節(jié)因子活性受變構(gòu)效應調(diào)節(jié)；

真核以正調(diào)節(jié)為主，調(diào)節(jié)因子主要以共價修飾為主，如磷酸化與去磷酸化調(diào)節(jié)。④真核具染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，基因活化先需改變?nèi)旧|(zhì)狀態(tài)，使轉(zhuǎn)錄因子能夠接觸并作用于啟動子，稱此過程為染色質(zhì)變構(gòu)染色質(zhì)水平的調(diào)節(jié)主要涉及真核發(fā)育與細胞分化等2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.12622.真核轉(zhuǎn)錄調(diào)控的順式作用元件

【回顧順反子】（為證明突變單位而提出）“順”與“反”概念源于順/反試驗(cis-transtest)，當同一基因內(nèi)兩個突變位于一條染色體上時，雙倍體雜合子表型為野生型，其突變排列方式為順式構(gòu)型；如果兩條染色體上各自攜帶一個這種突變，則雙倍體雜合子表型為突變型，兩個突變處于反式構(gòu)型，由此確定的遺傳功能單位稱順反子。在基因表達調(diào)節(jié)中，順反構(gòu)型定義得到了延伸：具有調(diào)節(jié)功能的特定DNA序列只能影響同一分子中的相關(guān)基因，發(fā)生在一個序列中的突變不會改變其他染色體上等位基因的表達，這樣的序列被稱為順式作用元件。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1263順式作用元件一般沒有轉(zhuǎn)錄功能；但與之相反的調(diào)節(jié)蛋白，可通過擴散結(jié)合于細胞內(nèi)的多個靶點，當發(fā)生突變后,將同時影響不同染色體上等位基因表達表現(xiàn)出反式作用(trans-acting).根據(jù)順式作用元件所處的位置、在轉(zhuǎn)錄中的功能及作用方式，分為啟動子、增強子和沉默子等。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1264通過各種順式作用元件和反式作用因子的復雜的相互識別與作用，可對基因轉(zhuǎn)錄的起始、速率和忠實性等等進行調(diào)節(jié)。一個特定的激活蛋白可同時控制含有相應接受位點的許多結(jié)構(gòu)基因表達。一個特定的基因可以與其它任何的基因協(xié)調(diào)表達。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.12652023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.12662023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1267基因調(diào)控的順式作用成份

啟動子：位于轉(zhuǎn)錄起始點上游100bP

范圍內(nèi)，是RNA聚合酶進行精確而有效的轉(zhuǎn)錄所必需的。兩種必須的DNA調(diào)控序列增強子：其作用在于增強轉(zhuǎn)錄的速率，特點是可以遠近距離發(fā)生作用，沒有方向性。

2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1268可誘導的順式調(diào)控成份可誘導的順式調(diào)控成份主要指那些對細胞外因素（如熱刺激、重金屬、病毒感染、生長因子、固醇類激酶）能作出反應的基因調(diào)控成份。不同物種的同一種可誘導基因的順式調(diào)控成份有很大的保守性，誘導水平的高低，取決于這些成份的拷貝數(shù)。

2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1269增強子

增強子是指能使與它連鎖的基因（位于同一條DNA鏈上，但可遠程作用）轉(zhuǎn)錄效率明顯增加的DNA序列。通過特定的轉(zhuǎn)錄因子與它結(jié)合,實現(xiàn)對轉(zhuǎn)錄的增強作用。增強子結(jié)構(gòu)較復雜，SV40的增強子至少含3個不連續(xù)的15~20bp的增強子成份，分別為A、B、C。三個增強子成份能互相協(xié)同，促進轉(zhuǎn)錄。增強子必須有2個和2個以上增強子成份才具有自動的促進轉(zhuǎn)錄的功能。增強子可以進一步分割成亞單位，叫做增強子元（enhanson）。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1270最早發(fā)現(xiàn)的SV40增強子位于轉(zhuǎn)錄起點上游約200bp處的超敏感位點，含有兩個正向重復的72bp序列。

2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1271目前，在病毒、植物、動物和人類正常細胞里都發(fā)現(xiàn)有增強子存在，作為基因表達的重要順式調(diào)控元件，它能極大促進啟動子的轉(zhuǎn)錄活性，其作用有幾個明顯特點：

①增強轉(zhuǎn)錄效應明顯，一般能使轉(zhuǎn)錄頻率增加10~200倍，有的可增加上千倍，如經(jīng)人巨大細胞病毒增強子增強后的珠蛋白基因，其表達頻率比該基因正常的轉(zhuǎn)錄高600~1000倍。②能以很遠距離(數(shù)千核苷酸外)對啟動子產(chǎn)生影響③其功能與序列的取向無關(guān)，無論增強子以什么方向排列，甚至和基因相距3000bp，或在基因下游，均表現(xiàn)出增強效應；

2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1272④大多為重復序列，一般約50bp，適合與某些蛋白因子結(jié)合，內(nèi)部含核心序列：(G)TGGA/TA/TA/T(G)，該序列在另一個基因附近產(chǎn)生增強效應時所必需.⑤其增強效應有嚴密的組織和細胞特異性，即只有特異蛋白(轉(zhuǎn)錄因子)參與才能發(fā)揮功能；⑥

沒有基因?qū)Ｒ恍?，可在不同的基因組合上表現(xiàn)增強效應；⑦受外部信號調(diào)控，如金屬硫蛋白的基因啟動區(qū)上游所帶的增強子，就可以對環(huán)境中的鋅、鎘濃度做出反應；⑧沒有生物種屬的特異性，其作用受到細胞發(fā)育和分化影響增強子與啟動子相似，是一類具有模塊組織順式元件，都由模塊組成。

2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1273增強子的作用機制

真核生物的DNA的兩個遠距離位點間的環(huán)凸，使與之結(jié)合的兩個蛋白質(zhì)能夠相互作用，這是增強子的行為模式。有4種增強子遠程作用模型：

①拓撲結(jié)構(gòu)改變

②滑動

③環(huán)凸

④促追蹤(facilitatedtracking)2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.12742023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1275歸納增強子作用機制有以下幾點：①增強子如同UPE一樣，都可被反式作用的調(diào)控因子結(jié)合引起DNA構(gòu)象變化，甚至DNA螺旋彎曲形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。結(jié)合到增強子上的各種反式作用因子間相互作用，并接觸作用于啟動子上的各種蛋白因子，促進轉(zhuǎn)錄起始復合物(PIC)組裝，激活轉(zhuǎn)錄；②增強子件是一些特異蛋白因子的結(jié)合位點，它能使模板DNA固定在細胞核特定結(jié)構(gòu)如核基質(zhì)上，有利于DNA拓撲異構(gòu)酶發(fā)揮作用。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1276

對真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的串起來認識順式調(diào)控成份與反式調(diào)控因子的相互作用，基因的所有順式調(diào)控成份，包括上游啟動子成份和增強子，都要與相應的反式作用因子結(jié)合。反式作用因子與順式調(diào)控成份結(jié)合以后，還要通過反式作用因子之間和反式作用與RNA聚合酶之間的相互作用，才能實現(xiàn)對基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1277隔離子和沉默子隔離子(insulator)又稱絕緣子，是一類特殊順式作用元件，隔離子與增強子不同。隔離子的功能：阻止激活或阻遏作用在染色質(zhì)上的傳遞，使染色質(zhì)的活性限定于一定的范圍（或結(jié)構(gòu)域之內(nèi)）。如果將一個絕緣子置于增強子和啟動子之間，它能阻止增強子對啟動子的激活。另一方面，如果一個絕緣子在活性基因和異染色質(zhì)間，它可保護該基因免受異染色質(zhì)化而失活。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1278隔離子作用模型

已知增強子能對很遠距離的啟動子發(fā)生作用。果蠅cut基因位點的翅緣增強子與啟動子相隔約85kb，如此遠的范圍，某些增強子還能與其靠得很近，產(chǎn)生激活作用。高等生物細胞阻止這種不應有的激活是采用隔離作用。大多數(shù)隔離子能保護基因免受附近增強子或沉默子的激活或抑制作用。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1279隔離子有兩種功能：①增強子屏蔽(enhancerblocking)②阻礙物(barrier)活性增強子屏蔽是指隔離子具有阻止增強子激活轉(zhuǎn)錄效應的能力。阻礙物是指隔離子區(qū)域阻止染色質(zhì)濃縮蔓延到靶基因區(qū)域的能力，防止基因發(fā)生沉默。并非所有隔離子都同時具有增強子屏蔽和阻礙物功能，某些隔離子被特化為只有一種功能。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1280隔離子是在基因區(qū)和增強子區(qū)(或沉默子區(qū))形成一個邊界，使基因不能感受到激活(或抑制)作用。

隔離子的作用隔離子作用機制的兩種模型(1)增強子屏障：在啟動子和增強子間的隔離子阻止啟動子感受增強子的轉(zhuǎn)錄激活作用；(2)阻礙物活性，在啟動子和濃縮、阻抑狀態(tài)的染色質(zhì)間的隔離子可阻止啟動子受濃縮染色質(zhì)(由沉默子誘導)對基因轉(zhuǎn)錄的阻抑的作用(阻止?jié)饪s染色質(zhì)侵蝕啟動子)。(1)滑動模型：激活因子結(jié)合到增強子上，同時刺激信號或轉(zhuǎn)錄激活因子沿DNA滑向啟動子，隔離子與一個或多個附著的蛋白質(zhì)一起，阻擋滑向啟動子的信號；(2)環(huán)化模型：兩個隔離子位于增強子的兩側(cè)，當?shù)鞍滓蜃咏Y(jié)合隔離子后它們相互作用將增強子隔離在環(huán)中，使其不能激活附近啟動子的轉(zhuǎn)錄。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1281沉默子（silencer）是基因的負調(diào)控元件，沉默子的DNA序列被調(diào)控蛋白結(jié)合后能阻斷轉(zhuǎn)錄起始復合物的形成或活化，使基因表達活性關(guān)閉。真核細胞中沉默子的數(shù)量遠遠少于增強子。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.128211.6基因表達的轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控調(diào)控重點：對mRNA穩(wěn)定性調(diào)控以酪蛋白mRNA和轉(zhuǎn)鐵蛋白受體mRNA的穩(wěn)定性為例討論。（1）酪蛋白mRNA的穩(wěn)定性哺乳動物乳腺組織對催乳素(prolactin)的應答是一個對mRNA穩(wěn)定性調(diào)控的實例。當培養(yǎng)的乳腺組織用催乳素刺激時，能產(chǎn)生以乳蛋白中的酪蛋白做出響應。處理乳腺組織24h后酪蛋白mRNA水平增加了約20倍。但這并不意味著酪蛋白mRNA的合成效率增加了20倍。實際上轉(zhuǎn)錄效率只增加了2~3倍，酪蛋白mRNA水平的提高主要是因為酪蛋白mRNA的穩(wěn)定性增加了約20倍。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1283用脈沖示蹤實驗測定酪蛋白mRNA半衰期（半衰期指半數(shù)mRNA降解所需時間）在催乳素有或無的條件下，在體內(nèi)短時間放射性標記酪蛋白mRNA，然后對細胞進行放射性核苷酸脈沖使標記的核苷酸摻入到轉(zhuǎn)錄的RNA中，之后將細胞轉(zhuǎn)移到非放培養(yǎng)基中，隨著標記RNA的降解和未標記RNA的取代，可跟蹤測定RNA放射性的丟失。經(jīng)多次示蹤實驗后，將酪蛋白mRNA與已克隆的酪蛋白基因進行雜交，測定酪蛋白mRNA的水平。標記的酪蛋白mRNA消失得越快，說明它的半衰期越短。結(jié)果顯示：在催乳素存在下，酪蛋白mRNA的半衰期迅速增加，從1.1h上升到28.5h。同時響應催乳素的總poly(A)十mRNA的半衰期僅增加了1.3~4倍。說明催乳素選擇性地穩(wěn)定了酪蛋白mRNA，使酪蛋白的表達極大地增強。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1284（2）轉(zhuǎn)鐵蛋白受體mRNA的穩(wěn)定性控制哺乳動物轉(zhuǎn)鐵蛋白受體mRNA的穩(wěn)定性是轉(zhuǎn)錄后基因表達調(diào)控的又一實例。即控制哺乳動物鐵離子的穩(wěn)態(tài)

(調(diào)控鐵離子濃度)。鐵離子是所有真核細胞所必需的礦物元素，但高濃度的鐵離子對細胞有毒害。細胞須精確調(diào)節(jié)鐵離子濃度。哺乳動物細胞通過調(diào)節(jié)兩個蛋白質(zhì)的量來調(diào)節(jié)鐵離子濃度，一個是離子運輸?shù)鞍祝Q為轉(zhuǎn)鐵蛋白受體(transferrinreceptor,TfR)，另一個是離子儲存蛋白，又稱鐵蛋白(ferritin)。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1285轉(zhuǎn)鐵蛋白是離子耐受蛋白，可通過細胞表面的轉(zhuǎn)鐵蛋白受體TfR進入細胞。一旦進入細胞便將離子傳遞給胞內(nèi)的其它蛋白，如需要鐵離子的細胞色素。另一種情況:若細胞吸收了過多鐵離子，就以鐵蛋白的形式將其儲存下來。當細胞需要較多鐵離子時，就會增加轉(zhuǎn)鐵蛋白受體濃度，使更多鐵離子進入細胞，同時減少鐵蛋白濃度，使鐵離子不要儲存太多，能夠利用的更多。此外，如果一個細胞有太多的鐵離子，就會減少轉(zhuǎn)鐵蛋白受體濃度并增加鐵蛋白濃度。生物細胞采用轉(zhuǎn)錄后的基因表達調(diào)控來完成這兩項工作，即調(diào)節(jié)鐵蛋白mRNA的翻譯效率和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)鐵蛋白受體mRNA的穩(wěn)定性。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1286快速周轉(zhuǎn)決定子(rapidturnoverdeterminant)能引起mRNA不穩(wěn)定。已知鐵離子通過控制mRNA的穩(wěn)定性來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)鐵蛋白受體TfR基因的表達，一個蛋白質(zhì)結(jié)合到TfRmRNA3-UTR的一個或多個鐵應答元件（IRE）上，IRE結(jié)合蛋白能保護mRNA免受降解。這種調(diào)節(jié)要求TfRmRNA本身就是不穩(wěn)定的。因為如果它是穩(wěn)定的mRNA，那么通過進一步提高穩(wěn)定性所得到的相對增益就很少。Harford等人證明這種不穩(wěn)定性由快速周轉(zhuǎn)決定子（位于3-UTR）引起。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1287已知細胞內(nèi)TfRmRNA的水平受鐵離子濃度的調(diào)節(jié)，這一應答由3'-UTR決定，而非啟動子，是鐵離子調(diào)節(jié)了TfRmRNA的半衰期而非mRNA的合成速率。在鐵螯合劑去鐵胺有或無的情況下，檢測TfRmRNA的降速率發(fā)現(xiàn):鐵濃度低時

TfRmRNA非常穩(wěn)定；而在高鐵濃度時TfRmRNA降解很快。這兩種情況下的TfRmRNA半衰期分別是30h和1.5h，因此鐵離子能使TfRmRNA的穩(wěn)定性下降為原先的約1/20。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1288順烏頭酸酶(aconitase)是一種既可作為轉(zhuǎn)鐵蛋白受體mRNA的鐵應答元件IRE，又可結(jié)合鐵蛋白mRNA中IRE的蛋白質(zhì)(IRP1)，它在檸檬酸循環(huán)中可將檸檬酸轉(zhuǎn)化為異檸檬酸。順烏頭酸酶的活化形式是含鐵蛋白，不能結(jié)合到IRE上，但缺乏鐵的順烏頭酸酶的脫輔基形式(apoprotein)可以與mRNA的IRE結(jié)合。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.128911.7.1細胞對轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子是真核RNA聚合酶在轉(zhuǎn)錄中所需要的各種蛋白質(zhì)因子。

轉(zhuǎn)錄因子的生化本質(zhì)是蛋白質(zhì)和多肽，可以正或負向調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄因子通常受上一級信號或轉(zhuǎn)錄因子被修飾的調(diào)控，歸納為：①核受體(如糖皮質(zhì)激素受體)與其配體(如糖皮質(zhì)激素)的結(jié)合可促使胞質(zhì)內(nèi)受體與抑制性蛋白解離，當該受體轉(zhuǎn)移到核中，就可激活轉(zhuǎn)錄因子；②核受體與配體的結(jié)合能使核受體從轉(zhuǎn)錄阻遏物轉(zhuǎn)變?yōu)榧せ钜蜃?；③當激活因子被磷酸化后，能與輔激活因子互作，激活轉(zhuǎn)錄；④當轉(zhuǎn)錄因子被泛素化(ubiquitylation)(使其附加泛素多肽)后可激活轉(zhuǎn)錄；⑤轉(zhuǎn)錄因子被泛素化后，將其標記的蛋白水解，從而對轉(zhuǎn)錄實施負調(diào)控；⑥對轉(zhuǎn)錄因子的SUMO修飾(sumoylation，使其附加SUMO多肽)，能使其轉(zhuǎn)入細胞核內(nèi)，導致其活性不能發(fā)揮；⑦當轉(zhuǎn)錄因子被甲基化后其活性就能被調(diào)節(jié)；⑧當轉(zhuǎn)錄激活因子被乙?；?，能使其活性得到調(diào)節(jié)。11.7轉(zhuǎn)錄因子對基因表達的調(diào)控2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1290總結(jié)前人研究，與轉(zhuǎn)錄因子有關(guān)的調(diào)控如下：1）輔激活因子某些Ⅱ類激活因子（RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄激活因子）通過結(jié)合一種或多種通用轉(zhuǎn)錄因子或RNApolⅡ?qū)崿F(xiàn)調(diào)控。

在體外轉(zhuǎn)錄實驗中，當增加一個激活因子的濃度來抑制另一個激活因子活性時(前提是兩種激活因子必須競爭第三種因子)就會發(fā)生壓制現(xiàn)象，表明體系中必定存在為前兩種激活因子所必需第三種因子，一般都是通用轉(zhuǎn)錄因子。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1291RKornberg部分純化了一種能解除激活因子抑制作用的酵母蛋白，證明它有輔激活因子(coactivator)活性。即在體外可刺激被激活的轉(zhuǎn)錄，但不是本底水平的轉(zhuǎn)錄。稱這種因子為中介物(mediator)，它能介導激活因子的激活效應。利用酵母CYCl基因啟動子和一個GAL4結(jié)合位點驅(qū)動的無G框轉(zhuǎn)錄進行轉(zhuǎn)錄分析發(fā)現(xiàn)：在激活因子GAL4-VP16(一種嵌合激活因子，帶有GAL4的DNA結(jié)合域及VP16的轉(zhuǎn)錄激活域)存在或不存在條件下，不斷增加中介物的濃度，在無激活因子條件下，中介物對轉(zhuǎn)錄無影響；有激活因子時中介物對轉(zhuǎn)錄有極大促進作用。說明中介物能與不止一個具有酸性激活域的激活因子協(xié)作。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1292將酵母CYC1啟動子置于GAL4結(jié)合位點的下游及無G框的上游，此無G框的轉(zhuǎn)錄取決于CYC1啟動子和GAL4。然后在無GTP并加入不同濃度中介物，或無/有激活因子GAL4-VP16條件下，體外轉(zhuǎn)錄以上重組載體。用一種標記核苷酸標記體外轉(zhuǎn)錄物。檢測標記的RNA發(fā)現(xiàn)，當有激活因子時中介物極大地刺激了轉(zhuǎn)錄，但對本底轉(zhuǎn)錄無激活效果。(引自：Nature350）2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1293類中介復合物(mediator-likecomplex)已從高等真核生物中純化出來，包括：SRB和含MED的輔因子SMCC以及甲狀腺素受體相關(guān)蛋白(TRAP)。SMCC/TRAP是已知的哺乳動物類中介復合物中最多的一種。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1294已知環(huán)腺苷酸(cAMP)刺激細菌操縱子的轉(zhuǎn)錄是通過結(jié)合激活因子CAP，并使CAP與位于操縱子調(diào)控區(qū)的激活因子靶位點結(jié)合而實現(xiàn)，cAMP也間接參與真核生物的基因轉(zhuǎn)錄激活，它通過一系列信號轉(zhuǎn)導途徑發(fā)揮作用，當真核細胞中cAMP水平升高時，能激活蛋白激酶A(PKA)的活性，使PKA進入細胞核，在核內(nèi)PKA使cAMP應答元件結(jié)合蛋白(CREB)磷酸化，之后CREB與cAMP應答元件(CRE)結(jié)合，激活相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1295cAMP應答元件結(jié)合蛋白CREB的磷酸化是轉(zhuǎn)錄激活所必需的，它定位在細胞核，在磷酸化或未磷酸化情況下都能很好地結(jié)合CRE，CREB磷酸化使轉(zhuǎn)錄能被激活是因為CREB結(jié)合蛋白(CBP)的作用。當CREB被蛋白激酶A磷酸化后，CBP能與CREB更好地結(jié)合而導致CBP召集基本轉(zhuǎn)錄因子的各元件或以整體形式召集聚合酶全酶，通過偶聯(lián)CREB到轉(zhuǎn)錄裝置上，在此CBP發(fā)揮輔激活因子作用。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1296(1)未磷酸化的CREB與CRE結(jié)合，但大量的基本組份(如RNA聚合酶與通用轉(zhuǎn)錄因子)不與啟動子結(jié)合，甚至可能還未組裝，基因未被激活；(2)PKA將CREB磷酸化并使其結(jié)合CBP。之后CBP與基本組份中至少一個組份結(jié)合，召集基本組份結(jié)合到啟動子上，此時轉(zhuǎn)錄被激活。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.12972）激活因子的泛素化被激活的基因有時會因轉(zhuǎn)錄激活因子的降解而失活，如同源結(jié)構(gòu)域(LIMhomeodomain,LIM-HD)家族的轉(zhuǎn)錄因子與輔阻遏物及輔激活因子結(jié)合，這些輔激活因子稱為CLIM，輔阻遏物稱為RLIM。CLIM蛋白和RLIM蛋白兩者競爭結(jié)合LIM-HD激活因子。RLIM蛋白具有使LIM-HD結(jié)合的CLIM蛋白降解并取而代之的作用，RLIM蛋白降解CLIM蛋白的方法是先結(jié)合CLIM再對其Lys殘基附加多拷貝的泛素(ubiquitin)小分子蛋白質(zhì)，形成泛素化蛋白（biquitylatedprotein)。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1298一旦附加的泛素分子鏈足夠長時，該蛋白質(zhì)被送到胞質(zhì)的蛋白酶體（proteasome）。蛋白酶體可降解任何被送入的泛素化蛋白。與泛素相關(guān)的蛋白酶體行使控制蛋白質(zhì)質(zhì)量的功能，約有20%的細胞蛋白質(zhì)由于轉(zhuǎn)錄或翻譯錯誤而不正常，這些異常蛋白質(zhì)對細胞有潛在破壞性。因此在它們造成危害之前就被泛素標記并送至蛋白酶體進行降解。其它正確合成的蛋白質(zhì)也能被氧化或高溫等脅迫所變性。此時細胞有一種分子伴侶(chaperoneprotein)能夠去折疊，使變性蛋白質(zhì)重新正確折疊。有時變性太嚴重以致不能重新正確折疊時，變性蛋白質(zhì)將被泛素化后再由蛋白酶體降解。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.12993）激活因子的SUMO修飾SUMO修飾(sumoylation)是在目標蛋白的Lys殘基上附加1個或多個拷貝的101個氨基酸的多肽SUMO(smallubiquitin-relatedmodifier)，即小泛素相關(guān)修飾因子。這個過程的機制類似于泛素化，但結(jié)果卻大相徑庭。SUMO修飾的激活因子不被降解，而是被送入特定細胞核區(qū)室，保持穩(wěn)定但不與其靶基因作用。例如：某些轉(zhuǎn)錄激活因子包括早幼粒細胞白血病因子(PMLF）就是SUMO修飾后被隱蔽在稱為PML致癌基因域(POD)的細胞核體中(nuclearbody)。在早幼粒細胞白血病細胞中POD受到干擾，釋放的轉(zhuǎn)錄因子到達并激活靶基因，導致白血病。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.121004）激活因子的乙?；?/p>

已知組蛋白（堿性蛋白）與DNA結(jié)合能夠抑制轉(zhuǎn)錄。組蛋白的Lys殘基可被組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HAT)乙?；鴾p弱組蛋白的抑制活性。已證明HAT可使非組蛋白激活因子和阻遏物乙?；?，這將對乙?；鞍椎幕钚援a(chǎn)生正向或負向調(diào)節(jié)作用。腫瘤抑制蛋白p53就是乙酰化刺激轉(zhuǎn)錄活性的一種轉(zhuǎn)錄激活因子。輔激活因子p300具有HAT活性使p53乙?；?，其活性的增加刺激了該激活因子對靶基因的強烈轉(zhuǎn)錄。p300的HAT活性也使抑制劑BCL6（一種抑制蛋白）乙酰化，結(jié)果也是激活了轉(zhuǎn)錄。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.121015）信號轉(zhuǎn)導途徑已知cAMP應答元件結(jié)合蛋白CREB的磷酸化是信號轉(zhuǎn)導途徑(signaltransductionpathway)的結(jié)果，信號轉(zhuǎn)導途徑對轉(zhuǎn)錄調(diào)控起重要作用。信號轉(zhuǎn)導途徑提供了使細胞能感受周圍環(huán)境條件變化并做出應答的機制。通常細胞對環(huán)境的應答需要基因表達的改變，而信號轉(zhuǎn)導途徑在轉(zhuǎn)導過程中，最終會導致轉(zhuǎn)錄因子的激活，進而激活一系列基因的表達。概括3種信號轉(zhuǎn)導途徑：蛋白激酶A途徑、Ras-Raf途徑及核受體途徑。蛋白激酶A、Ras-Raf兩種途徑主要通過蛋白質(zhì)磷酸化的級聯(lián)放大激活各組分，并最終激活轉(zhuǎn)錄，這些途徑中的異常組分能夠使細胞生長失控而并轉(zhuǎn)為癌細胞。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.12102

3種利用CBP/p300介導的信號轉(zhuǎn)導途徑3種利用CBP/p300介導轉(zhuǎn)錄激活的信號轉(zhuǎn)導途徑均以CBP/p300為交匯中心。各組分的箭頭僅表示在途經(jīng)中所處的位置(如MAPK作用于AP-l)，未細述反應的本質(zhì)如磷酸化等)。為簡潔起見，該圖還省略了各途經(jīng)的許多分支。如MAPK和PKA也使核受體磷酸化。(引自：Nature383CBP是CREB結(jié)合蛋白MAPK是分裂素激活蛋白激酶真核基因表達調(diào)控2011.12103Ras-Raf途徑始于胞外因子(如與細胞膜受體互作的生長因子)的誘導。當胞外因子如表皮生長因子（EGF)與其受體胞外域結(jié)合后，刺激兩個相鄰的受體靠近形成二聚體，同時引起受體內(nèi)有酪氨酸激酶活性的胞內(nèi)域彼此磷酸化?？缒な荏w將信號通過胞膜傳入細胞內(nèi)。一旦受體的胞內(nèi)域被磷酸化，磷酸酪氨酸分子就吸引有特異磷酸酪氨酸結(jié)合位點(SH2域)的適配體蛋白，如GRB2，以后不再贅述。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.12104一個起始于生長因子與細胞表面相互作用，終止于促生長基因轉(zhuǎn)錄增強的信號轉(zhuǎn)導途徑簡要描述為：生長因子→受體→GRB2→Sos→Ras→Raf→MEK→ERK→Elk-1→轉(zhuǎn)錄增強→更多細胞分裂。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.12105Ras和Raf信號轉(zhuǎn)導途徑中編碼許多組分的基因都是原癌基因（proto-oncogene)，原癌基因突變將導致細胞生長失控及癌癥發(fā)生。如果這些基因產(chǎn)生了過多的蛋白產(chǎn)物或其產(chǎn)物活性過高，整個途徑將加快，導致細胞生長異常加速，最終引發(fā)癌癥。Ras和Raf信號轉(zhuǎn)導途徑中的信號有放大功能。一個EGF分子能激活若干個Ras分子，而每個Ras分子又激活若干個Raf分子，Raf及隨后的組份都是激酶，每種酶能激活許多下一個分子。最終一分子EGF將激活大量轉(zhuǎn)錄因子，從而引發(fā)新的轉(zhuǎn)錄。值得注意的是，這僅是由一個Ras途徑產(chǎn)生的效果。事實上主途徑還有許多分支點，由此形成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。不同信號途徑組份之間的這種相互作用稱作信號交流（crosstalk)。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.12106當生長因子或其它胞外信號分子與受體結(jié)合后，信號轉(zhuǎn)導開始：受體結(jié)合配體后發(fā)生二聚化。每個受體單體的胞內(nèi)蛋白酪氨酸激酶域彼此磷酸化。新的磷酸酪氨酸被適配體分子GRB2識別，

GRB2再與Ras交換因子Sos結(jié)合。Sos被激活后將Ras蛋白上的GDP置換為GTP，從而激活Ras。Ras將Raf送到細胞膜上變成激活態(tài)。Raf的絲氨酸/蘇氨酸激酶域在膜上被激活，進而使MAPK/ERK激酶（MEK）磷酸化，激活的MEK又使胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)磷酸化。ERK進入細胞核，將激活因子Elk1磷酸化。被激活的Elk1刺激了某些基因的轉(zhuǎn)錄，最終導致細胞分裂加速。Ras和Raf信號轉(zhuǎn)導途徑2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.1210711.7.2轉(zhuǎn)錄激活因子的類型與結(jié)構(gòu)已知轉(zhuǎn)錄因子能與順式作用元件中的上游激活元件、應答元件、啟動子、增強子、隔離子以及沉默子等序列特異性結(jié)合，對真核生物基因的轉(zhuǎn)錄表達分別起促進和阻遏作用。通用轉(zhuǎn)錄因子能將3種RNA聚合酶與對應的啟動子聯(lián)系起來，但這并不足以完成轉(zhuǎn)錄，它雖能識別轉(zhuǎn)錄起始位點并協(xié)同啟動子指示轉(zhuǎn)錄方向，但它自身只能激活本底水平的轉(zhuǎn)錄，細胞中活躍基因的轉(zhuǎn)錄一般都要高于本底轉(zhuǎn)錄。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.12108為了能增強轉(zhuǎn)錄，真核細胞另有一類基因特異性轉(zhuǎn)錄因子，即轉(zhuǎn)錄激活因子，由轉(zhuǎn)錄激活因子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)錄激活也使細胞能夠調(diào)控基因的表達。轉(zhuǎn)錄激活因子可以激活也可抑制RNA聚合酶Ⅱ的轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄激活因子至少有三個結(jié)構(gòu)域：①DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域(DNA-bindingdomain)；②轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域(transcriptionactivationdomain)；③二聚化結(jié)構(gòu)域(dimerizationdomain)。有些激活因子還有結(jié)合像類固醇激素這種效應分子的結(jié)合位點。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.12109（1）DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域

DNA結(jié)合域含一個DNA結(jié)合基序，結(jié)構(gòu)域的一部分，有特定的形狀以結(jié)合特定的DNA。大多數(shù)DNA結(jié)合基序都又歸納為以下幾類：第1類：含鋅組件

有3類含鋅組件(zinc-containingmodule)，它們利用一個或多個鋅離子形成合適的構(gòu)象，使結(jié)合DNA基序的α螺旋能進入DNA雙螺旋的大溝的特定位置上，包括：①鋅指（Zincfinger），存在于TFIIIA和Sp1轉(zhuǎn)錄因子；②鋅組件，存在于糖皮質(zhì)激素受體和其它的細胞核受體中；③含2個鋅離子和6個半胱氨酸組件，存在于酵母轉(zhuǎn)錄激活因子GAL4及其家族成員中。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.12110第2類：同源結(jié)構(gòu)域同源結(jié)構(gòu)域(homeodomain,HD)是一類在激活因子大家族中發(fā)現(xiàn)的DNA結(jié)合域，由于其編碼基因的區(qū)域為同源盒(homeobox)而得名。HD含有大約60aa，與原核生物的DNA結(jié)合蛋白質(zhì)(如λ噬菌體阻遏物)中的螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋的DNA結(jié)合域在結(jié)構(gòu)與功能上類似。同源結(jié)構(gòu)域廣泛存在于各類激活因子中，最早在調(diào)控果蠅發(fā)育的激活因子同源框蛋白（homeoboxprotein)中發(fā)現(xiàn)。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.12111同源框蛋白基因突變會引起果蠅肢體移位畸形。如觸角足(antennapedia)的突變體，腿長在原來觸角所在的位置(頭部原來生長觸角的位置長出了足。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.12112同源結(jié)構(gòu)域蛋白是DNA結(jié)合蛋白中的螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋家族成員。每個同源結(jié)構(gòu)域蛋白包括3個α螺旋，第二、三螺旋形成螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋基序，第三個螺旋作為識別螺旋起作用。大多數(shù)同源結(jié)構(gòu)域蛋白的N端還有一個不同于螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋的臂，可插入DNA小溝。右圖顯示來自果蠅的一個典型同源框與DNA靶序列之間的作用。此圖是TKomberg等人對engrailed蛋白同源結(jié)構(gòu)域與含有其對應結(jié)合位點的寡核苷酸復合物共結(jié)晶的X射線衍射分析結(jié)果。2023/9/23真核基因表達調(diào)控2011.12113第3類：bZIP和bHLH基序

bZIP是堿性亮氨酸拉鏈基序(leucinezipper)bHLH是堿性螺旋-環(huán)-螺旋基序(helix-loop-helix,HLH)。都屬于強堿性DNA結(jié)合基序（結(jié)合DNA），存在于CCAAT框/增強子結(jié)合蛋白(