分子遺傳學基礎(chǔ)—基因的表達與調(diào)控(普通遺傳學課件)匯報人：AA2024-01-27目錄contents基因表達基本概念與過程基因調(diào)控機制與策略DNA損傷修復(fù)與基因組穩(wěn)定性維護非編碼RNA在基因表達中作用表觀遺傳學在基因表達中作用實驗技術(shù)與方法在分子遺傳學中應(yīng)用01基因表達基本概念與過程基因表達是指基因所攜帶的遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄和翻譯等一系列過程，最終合成具有特定生物學功能的蛋白質(zhì)分子或其他產(chǎn)物的過程?；虮磉_是生物體生長發(fā)育、代謝調(diào)節(jié)、免疫應(yīng)答等生命活動的基礎(chǔ)，對于理解生物體的生命現(xiàn)象和疾病發(fā)生發(fā)展機制具有重要意義。基因表達定義及意義基因表達的意義基因表達定義轉(zhuǎn)錄是以DNA為模板，在RNA聚合酶的催化下，合成RNA的過程。轉(zhuǎn)錄過程包括啟動、延伸和終止三個階段。轉(zhuǎn)錄過程轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物是RNA，包括mRNA（信使RNA）、tRNA（轉(zhuǎn)運RNA）和rRNA（核糖體RNA）。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄過程及產(chǎn)物翻譯過程翻譯是以mRNA為模板，在核糖體的參與下，將氨基酸按照mRNA上的遺傳信息合成蛋白質(zhì)的過程。翻譯過程包括起始、延長和終止三個階段。翻譯產(chǎn)物翻譯的產(chǎn)物是蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)，具有催化、運輸、免疫、調(diào)節(jié)等多種生物學功能。翻譯過程及產(chǎn)物蛋白質(zhì)在合成后需要經(jīng)過一系列后加工過程才能成為具有生物學活性的成熟蛋白質(zhì)，包括去除信號肽、二硫鍵形成、糖基化等。蛋白質(zhì)后加工蛋白質(zhì)在合成或后加工過程中還可以發(fā)生各種修飾，如磷酸化、乙?；?、甲基化等，這些修飾可以影響蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性、活性以及與其他分子的相互作用。蛋白質(zhì)修飾蛋白質(zhì)后加工與修飾02基因調(diào)控機制與策略通過改變RNA聚合酶的活性或選擇性來影響基因轉(zhuǎn)錄的速率和特異性。轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控翻譯水平調(diào)控操縱子模型通過控制mRNA的穩(wěn)定性和翻譯效率來調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的合成。原核生物中一種常見的基因調(diào)控模型，涉及多個基因的協(xié)同表達調(diào)控。030201原核生物基因調(diào)控機制真核生物中，轉(zhuǎn)錄因子通過與DNA結(jié)合，激活或抑制特定基因的轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控通過DNA甲基化、組蛋白修飾等方式影響基因的表達，而不改變DNA序列本身。表觀遺傳學調(diào)控一種通過雙鏈RNA介導(dǎo)的基因沉默現(xiàn)象，可特異性地降解目標mRNA，從而下調(diào)基因表達。RNA干擾真核生物基因調(diào)控機制

表觀遺傳學在基因調(diào)控中應(yīng)用DNA甲基化通過影響DNA的甲基化狀態(tài)來調(diào)控基因的表達，參與發(fā)育過程、X染色體失活等。組蛋白修飾組蛋白的乙酰化、甲基化等修飾可改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)，進而影響基因的可及性和表達。非編碼RNA包括miRNA、lncRNA等，可通過與靶mRNA結(jié)合或影響染色質(zhì)結(jié)構(gòu)等方式參與基因表達的調(diào)控。單個堿基的改變可能導(dǎo)致蛋白質(zhì)功能喪失或獲得新的功能，從而影響表型。點突變可能導(dǎo)致移碼突變，影響蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能。插入和缺失包括倒位、易位等，可能導(dǎo)致基因表達的異常和疾病的發(fā)生?；蛑嘏呕蛲蛔儗Ρ磉_影響03DNA損傷修復(fù)與基因組穩(wěn)定性維護氧化性損傷烷基化損傷DNA鏈斷裂堿基錯配DNA損傷類型和來源01020304由活性氧自由基引起，如堿基氧化、脫氧核糖氧化等。由烷基化試劑引起，如甲基化、乙基化等，可導(dǎo)致堿基錯配。包括單鏈斷裂和雙鏈斷裂，可由輻射、化學物質(zhì)等引起。DNA復(fù)制過程中發(fā)生的堿基錯誤配對，如A-T堿基對變?yōu)镚-C堿基對。DNA損傷修復(fù)途徑和機制針對某些特定類型的DNA損傷，如光復(fù)活作用、堿基切除修復(fù)等。通過DNA重組機制進行修復(fù)，如同源重組、非同源末端連接等。針對DNA復(fù)制過程中出現(xiàn)的堿基錯配進行修復(fù)，如甲基導(dǎo)向的錯配修復(fù)。在DNA損傷部位進行特殊的DNA合成，以繞過損傷部位。直接修復(fù)重組修復(fù)錯配修復(fù)跨損傷合成細胞具有一套完整的DNA損傷檢測機制，能夠及時發(fā)現(xiàn)并傳導(dǎo)DNA損傷信號。DNA損傷檢測與信號傳導(dǎo)在細胞周期的關(guān)鍵節(jié)點設(shè)置檢查點，確保DNA損傷得到修復(fù)后再進行下一步細胞分裂。細胞周期檢查點細胞通過表達特定的DNA修復(fù)蛋白來應(yīng)對不同類型的DNA損傷。DNA修復(fù)蛋白的表達與調(diào)控對于無法修復(fù)的DNA損傷，細胞會啟動凋亡或自噬程序，以防止基因組不穩(wěn)定性的傳遞。細胞凋亡與自噬基因組穩(wěn)定性維護策略癌癥神經(jīng)退行性疾病免疫系統(tǒng)疾病衰老人類疾病中DNA損傷修復(fù)異常DNA損傷修復(fù)異常導(dǎo)致基因組不穩(wěn)定性增加，進而促進腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。DNA損傷修復(fù)異?？赡苡绊懨庖呒毎恼９δ?，導(dǎo)致免疫系統(tǒng)疾病的發(fā)生。如帕金森病、阿爾茨海默病等，與DNA氧化性損傷及其修復(fù)異常有關(guān)。隨著年齡的增長，DNA損傷累積和修復(fù)能力下降，導(dǎo)致細胞功能逐漸衰退。04非編碼RNA在基因表達中作用miRNA是一類長度為20-24個核苷酸的非編碼RNA，通過與mRNA的3'UTR區(qū)域結(jié)合來抑制基因表達。miRNA在細胞分化、發(fā)育和凋亡等過程中發(fā)揮重要作用，參與調(diào)控多個基因的表達。miRNA的異常表達與多種疾病的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)，如癌癥、心血管疾病和神經(jīng)退行性疾病等。microRNA（miRNA）功能介紹lncRNA可通過與DNA、RNA或蛋白質(zhì)相互作用來調(diào)控基因表達，參與染色質(zhì)修飾、轉(zhuǎn)錄調(diào)控和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控等過程。lncRNA在細胞分化、發(fā)育和免疫應(yīng)答等過程中發(fā)揮重要作用，其異常表達與多種疾病相關(guān)。lncRNA是一類長度超過200個核苷酸的非編碼RNA，具有多種生物學功能。長非編碼RNA（lncRNA）功能介紹circRNA是一類具有共價閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)的非編碼RNA，具有穩(wěn)定性和組織特異性等特點。circRNA可作為miRNA海綿或參與蛋白質(zhì)翻譯等過程來調(diào)控基因表達。circRNA在疾病發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮作用，如作為生物標志物或治療靶點等。環(huán)狀RNA（circRNA）功能介紹非編碼RNA的異常表達與多種疾病相關(guān)，如癌癥、心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病和自身免疫性疾病等。非編碼RNA可作為疾病的生物標志物，用于疾病的診斷、預(yù)后和治療監(jiān)測等。針對非編碼RNA的治療方法正在開發(fā)中，如通過抑制或激活特定非編碼RNA來治療疾病。非編碼RNA在疾病中作用05表觀遺傳學在基因表達中作用表觀遺傳學定義研究基因核苷酸序列不發(fā)生改變的情況下，基因表達的可遺傳的變化的一門遺傳學分支學科。表觀遺傳學的研究內(nèi)容包括DNA甲基化、組蛋白修飾、非編碼RNA調(diào)控等多個層面，它們通過影響染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和基因轉(zhuǎn)錄活性來調(diào)控基因的表達。表觀遺傳學概述及研究內(nèi)容包括乙?；?、甲基化、磷酸化、泛素化等。組蛋白修飾類型通過改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)和招募特定的轉(zhuǎn)錄因子來調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄活性。例如，組蛋白乙?；ǔＥc基因活化相關(guān)，而組蛋白甲基化則可以抑制或激活基因表達。組蛋白修飾對基因表達的影響組蛋白修飾在表觀遺傳學中作用DNA甲基化定義在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的催化下，以S-腺苷甲硫氨酸為甲基供體，將甲基基團添加到DNA分子中的特定堿基上的過程。DNA甲基化對基因表達的影響通過影響DNA的構(gòu)象和穩(wěn)定性以及招募特定的甲基化結(jié)合蛋白來調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄活性。DNA甲基化通常與基因沉默相關(guān)。DNA甲基化在表觀遺傳學中作用表觀遺傳學在疾病中作用許多疾病的發(fā)生和發(fā)展都與表觀遺傳學的異常密切相關(guān)，如癌癥、神經(jīng)退行性疾病、自身免疫性疾病等。表觀遺傳學與疾病的關(guān)系通過靶向表觀遺傳學修飾來恢復(fù)正常的基因表達模式，從而達到治療疾病的目的。例如，使用DNA甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑或組蛋白去乙酰化酶抑制劑來治療癌癥等疾病。表觀遺傳學在疾病治療中的應(yīng)用06實驗技術(shù)與方法在分子遺傳學中應(yīng)用聚合酶鏈式反應(yīng)（PCR）技術(shù)原理及應(yīng)用PCR技術(shù)原理PCR是一種基于DNA聚合酶的酶促反應(yīng)，通過特定的引物和DNA模板，在體外快速擴增特定DNA片段的方法。PCR反應(yīng)包括三個基本步驟：退火、延伸和變性，通過循環(huán)這三個步驟，可以實現(xiàn)DNA片段的指數(shù)級擴增。PCR技術(shù)應(yīng)用PCR技術(shù)在分子遺傳學中應(yīng)用廣泛，包括DNA片段的克隆、突變分析、基因表達分析、DNA序列測定等。此外，PCR技術(shù)還可以應(yīng)用于法醫(yī)鑒定、病原體檢測、基因診斷等領(lǐng)域。Southern印跡雜交技術(shù)原理Southern印跡雜交是一種將DNA片段轉(zhuǎn)移到固相支持物上，再與特異性探針進行雜交的技術(shù)。該技術(shù)利用DNA片段在瓊脂糖凝膠電泳中的遷移率不同，將不同大小的DNA片段分離，然后通過轉(zhuǎn)移和固定，形成DNA印跡。特異性探針與靶DNA片段雜交后，可以通過放射自顯影或化學發(fā)光等方法進行檢測。Southern印跡雜交技術(shù)應(yīng)用Southern印跡雜交技術(shù)主要用于基因組DNA的定性和定量分析，如基因突變、基因重排、基因拷貝數(shù)變化等的檢測。此外，該技術(shù)還可以應(yīng)用于病毒、細菌等微生物的鑒定和分型。Southern印跡雜交技術(shù)原理及應(yīng)用Northern印跡雜交技術(shù)原理Northern印跡雜交是一種將RNA分子轉(zhuǎn)移到固相支持物上，再與特異性探針進行雜交的技術(shù)。該技術(shù)利用RNA分子在瓊脂糖凝膠電泳中的遷移率不同，將不同大小的RNA分子分離，然后通過轉(zhuǎn)移和固定，形成RNA印跡。特異性探針與靶RNA分子雜交后，可以通過放射自顯影或化學發(fā)光等方法進行檢測。要點一要點二Northern印跡雜交技術(shù)應(yīng)用Northern印跡雜交技術(shù)主要用于基因表達的研究，包括基因轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后加工和修飾等方面的分析。通過比較不同組織、不同發(fā)育階段或不同生理狀態(tài)下基因表達的差異，可以揭示基因的功能和調(diào)控機制。Northern印跡雜交技術(shù)原理及應(yīng)用Western印跡雜交技術(shù)原理Western印跡雜交是一種將蛋白質(zhì)分子轉(zhuǎn)移到固相支持物上，再與特異性抗體進行雜交的技術(shù)。該技術(shù)利用蛋白質(zhì)分子在聚丙烯酰胺凝膠電泳中的遷移率不同，將不同大小的蛋白質(zhì)分子分離，然后通過轉(zhuǎn)移和固定，形成蛋白質(zhì)印跡。特異性抗體與靶蛋白質(zhì)