第九章Euk.基因表達(dá)調(diào)控一、Prok.與Euk.基因表達(dá)上的遺傳差異RepetitivegeneOverlappinggene

非編碼區(qū)SplittinggenePost-transcriptiontranscription&translationRNAprocessing偶聯(lián)EukaryoteProkaryoteDNADNA+histonchromatinNakedDNAEnhancer&silencer弱化子Attenuater

Monocistron

polycistron(operon)m5C

geneoff

乙酰化磷酸化甲?；?/p>

糖基化轉(zhuǎn)錄因子transfactor活性形式EukaryoteProkaryoteHousekeepinggene(constitutive)Basicpromoter+T.F.Luxurygene(inducible)

多種組合的Trans-FactorPositivecontrol(mostly)

嚴(yán)謹(jǐn)性，?；裕瑥?fù)雜性(cAMP+CAP)site+－35+－10

單一類型保險(xiǎn)性NegativecontrolEukaryoteProkaryote基因表達(dá)上的主要異同以轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控為主真核生物染色質(zhì)的狀態(tài)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控m5C與基因表達(dá)的相關(guān)轉(zhuǎn)錄后多種方式的加工調(diào)節(jié)TransF+CisF.Geneon/off相異：相似：個(gè)體發(fā)育的階段調(diào)控以positivecontrol為主Positivecontrol的必要性與優(yōu)越性a)真核生物genome大，某一種cis-factor出現(xiàn)的機(jī)率高但隨機(jī)出現(xiàn)5setof(trans-F+cis-F.)

完全相同的機(jī)率小靈活性可與多個(gè)(種)trans-Factor結(jié)合空間密碼的簡(jiǎn)并性嚴(yán)謹(jǐn)性b)特異基因表達(dá)

細(xì)胞分化如果10k/100k(10%)基因表達(dá)（90k基因關(guān)閉）Negativecontrol;90krepressorrequiredPositivecontrol;

停止合成90k特異tran-factor

即只合成10k特異expresser經(jīng)濟(jì)合理有效二、Euk.DNA水平的調(diào)控1、基因拷貝數(shù)的改變a)基因的丟失（DNAfragmentorchromosomelose）蛔蟲(chóng)胚胎發(fā)育過(guò)程中有27%DNA的丟失

細(xì)胞分化過(guò)程中，可以通過(guò)丟失掉某些基因而去除這些基因的活性

某些低等Euk.：原生動(dòng)物、線蟲(chóng)、昆蟲(chóng)和甲殼類動(dòng)物

體細(xì)胞內(nèi)丟失整條或部分染色體

將來(lái)分化產(chǎn)生生殖細(xì)胞的細(xì)胞內(nèi)….

高等Euk.內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)b)基因的擴(kuò)增(特定基因在特定階段的選擇性擴(kuò)增)

在沒(méi)有發(fā)生細(xì)胞分裂情況下，細(xì)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

?細(xì)胞短期內(nèi)為滿足某種需要而產(chǎn)生足夠的基因產(chǎn)物的一種調(diào)控手段（外界因素）

?兩棲類和昆蟲(chóng)卵母細(xì)胞rDNA的擴(kuò)增

例：非洲爪蟾體細(xì)胞rDNA約500copies

卵母細(xì)胞200萬(wàn)copies（4000倍）?

chromatin狀況與基因表達(dá)相關(guān)證據(jù)1：轉(zhuǎn)錄活化區(qū)/非轉(zhuǎn)錄活化區(qū)染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)差異

活躍轉(zhuǎn)錄區(qū)

DnaseS

核小體結(jié)構(gòu)不完整沒(méi)有連接的H1常染色質(zhì)geneon異染色質(zhì)geneoff2、轉(zhuǎn)錄區(qū)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化對(duì)基因表達(dá)的控制量大，進(jìn)化保守，與DNA無(wú)專一性結(jié)合區(qū)H2A,H2B,H3,H4modifiedby乙?；⒘姿峄?/p>

表達(dá)非?；钴S的rDNA

轉(zhuǎn)錄區(qū)無(wú)nucleosome

結(jié)構(gòu)

凡被Trans-factor結(jié)合的區(qū)域均能阻止nucleosome

形成降低組蛋白的正電荷組蛋白解聚核小體松弛

活躍轉(zhuǎn)錄區(qū)的組蛋白確實(shí)被乙?；?、磷酸化證據(jù)2；體外重建染色質(zhì)改變轉(zhuǎn)錄效率NakedDNADNA+H2A,H2B,H3,H4轉(zhuǎn)錄速度

＞

轉(zhuǎn)錄速度轉(zhuǎn)錄速度＞＞轉(zhuǎn)錄速度completenucleosomeaddH13、m5C對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控a)m5C是真核生物DNA中的主要修飾成分

多發(fā)生在CpG序列中,不同細(xì)胞間m5C相差甚大胚胎細(xì)胞與特化體細(xì)胞相差106b)m5C對(duì)基因轉(zhuǎn)錄抑制的表現(xiàn)m5C在大溝內(nèi)影響與T.F.間氫鍵的形成

大溝內(nèi)m5C導(dǎo)致空間的擁擠,破壞構(gòu)象的平衡

使B-DNA

Z-DNA

T.F.結(jié)合空間的改變

降低轉(zhuǎn)錄因子與DNA的結(jié)合三、Euk.的基因重排啤酒酵母（Saccharomyces

cerevisiae）接合型的決定

接合型ａα

MATα1、單倍體酵母細(xì)胞：a或α結(jié)合型接合型互變需要HO基因－－編碼內(nèi)切酶單倍體接合型分別受MATaMATα控制結(jié)合型細(xì)胞的相互識(shí)別（靠分泌激素）：

MATa細(xì)胞產(chǎn)生a因子；

MATα細(xì)胞產(chǎn)生α因子；同結(jié)合型不能接合，異結(jié)合型能接合產(chǎn)生孢子由ＭＡT位點(diǎn)活躍匣子MATa2、接合型互變的匣子模型a、單倍體細(xì)胞中同時(shí)存在

MATa和MATα的遺傳信息b、活躍匣子MATa或MATα

沉寂匣子HMLα、HMRa

在同一條染色體上c、接合型互變

HMLα、HMRa能取代活躍匣子而改變接合型（不同型）原HM位置仍保留一個(gè)拷貝的沉寂匣子3、沉寂匣子的表達(dá)受阻遏蛋白亞基基因sir1、sir2、sir3、sir4的產(chǎn)物Sir蛋白的反式作用控制Sir(silentinformationregulator)結(jié)合在HML和HMR的啟動(dòng)子上游,而MAT上無(wú)結(jié)合位點(diǎn)四、Euk.轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控?

起始轉(zhuǎn)錄－－RNA聚合酶與啟動(dòng)子相互作用決定若干TransF+CisF.的作用所決定?

Euk.啟動(dòng)子的定義：包括所有那些位于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)附近的序列，這些序列都是啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄所必需的（實(shí)用角度）?

轉(zhuǎn)錄因子：轉(zhuǎn)錄所必需的蛋白質(zhì)（決定性功能指標(biāo)）識(shí)別并結(jié)合在啟動(dòng)子序列上并非嚴(yán)格定義－－未包括增強(qiáng)子a、

基本水平轉(zhuǎn)錄的

cis-factor

(promoterorbasicfactor)

Corepromoter

(Capsite,TATAbox必需因子)

UPE

(UpstreamPromoterElement)(CAATbox,GCbox)

對(duì)于housekeepinggene

(constitutiveexpression)

（1）啟動(dòng)子的組成

b、

特異誘導(dǎo)高效表達(dá)的cis-factor

Enhancer

對(duì)于luxurygene

(inducibleexpression)

1、RNApolⅡ的啟動(dòng)子和轉(zhuǎn)錄因子（2）轉(zhuǎn)錄因子的分類a、基本轉(zhuǎn)錄水平的轉(zhuǎn)錄因子(Trans-factor)

基礎(chǔ)因子－－－Corepromoter上游因子－－－UPE所有啟動(dòng)子表達(dá)所必須-------基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄復(fù)合體每個(gè)元件都有相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子元件名稱共有序列結(jié)合DNA長(zhǎng)度因子TATAboxTATAAAA~10bpTBPCAATboxGGCCAATCT~22bpCTF/NF1GCboxGGGCGG~20bpSP1OctamerATTTGCAT~20bpOct-1OctamerATTTGCAT~23bpOct-2kBGGGACTTTCC~10bpNFkBATFGTGACGT~20bpATF★

真核生物必須有與基本轉(zhuǎn)錄相關(guān)的trans-factor在啟動(dòng)子處的先期結(jié)合,RNApol才能啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄l

TF(I,II,III)轉(zhuǎn)錄因子l

TAF(TBP輔助因子)l

RAP(RNApol.結(jié)合蛋白)●TIC(轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物)等等……….此外b、誘導(dǎo)型因子

特定時(shí)間、條件、或特定組織中合成或被活化

調(diào)控基因在不同時(shí)間、條件或不同地點(diǎn)表達(dá)應(yīng)答元件----enhancer（3）轉(zhuǎn)錄因子的DNA結(jié)合域和活化結(jié)構(gòu)域是獨(dú)立的

結(jié)合結(jié)構(gòu)域和活化結(jié)構(gòu)域之間的連接物是足夠柔性的l

多為變構(gòu)蛋白DNA-結(jié)合domain二聚化domain(在一些二聚體因子中)活化domain轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)域aDNA結(jié)合:HTH、鋅指、堿性區(qū)域b蛋白質(zhì)結(jié)合：Leu拉鏈、HLH、c活化：一段包括酸性AA的保守序列（4）Enhancer的結(jié)構(gòu)與功能

雙方向性，組織特異性，位點(diǎn)非專一性

a、由兩個(gè)以上的增強(qiáng)子成分(EnhancerElement)組成

b、EnhancerElement必需由兩個(gè)緊密相連,具有間距效應(yīng)的

增強(qiáng)子元

(Enhanson）組成

c、各個(gè)Enhanson(cis-factor)與激活蛋白(trans-factor)結(jié)合

增強(qiáng)特異性轉(zhuǎn)錄

促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的復(fù)合體

+UPE+corepromoter基本轉(zhuǎn)錄復(fù)合體Enhancer

特異的

transc.Factor(tran-factor)

特異的transc.Factor(tran-factor)

……..++增強(qiáng)子復(fù)合物的激活區(qū)增強(qiáng)子復(fù)合物的激活區(qū)……..EnhancerElementEnhancerElement……..

(<100bp)

Enhanson(cis-factor)

Enhanson(cis-factor)

……..(<5bp)

e.g.SV40Enhancer(-107~-178，

-179~-250)

En.Elem.En.ElemEn.Elem.

-250-180

coreCTCIITCIsphII

sphI

Ap3Ap2Ap1

遠(yuǎn)距離控制，無(wú)方向性

mRNA

+1GCCAATTATA

促進(jìn)轉(zhuǎn)錄復(fù)合體基本轉(zhuǎn)錄復(fù)合體d、增強(qiáng)子復(fù)合物與近啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物構(gòu)型契合，而不與RNApolymerase結(jié)合

e、Enhancer的兩位點(diǎn)二元組織方式f、特化細(xì)胞內(nèi)，具全部特異轉(zhuǎn)錄因子（trans-factor）才表現(xiàn)增強(qiáng)效應(yīng)即增強(qiáng)子的組織特異性

g、增強(qiáng)子的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，以正控制方式防止基因表達(dá)的紊亂

能利用有限的trans-factor提供更多基因的表達(dá)調(diào)控因子類型一位點(diǎn)的二元結(jié)構(gòu)：A,Bfactor→AA,BB,AB,BA

兩位點(diǎn)的二元結(jié)構(gòu)：AA-AA,AA-BB,AA-AB,AA-BABB-BB,BB-AA,BB-AB,BB-BAAB-BB,AB-AA,AB-AB,BA-BA……（5）不同部位的反式因子相互作用假說(shuō)

擰轉(zhuǎn)學(xué)派、滑動(dòng)學(xué)派、接力學(xué)派和嚕噗學(xué)派（6）可誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子活性的調(diào)控方式a、合成轉(zhuǎn)錄因子

b、蛋白質(zhì)磷酸化c、蛋白質(zhì)脫磷酸化

d、結(jié)合配基

f、抑制劑釋放

g、改變不同伴侶五、Euk.轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控1、hnRNA的選擇性加工某些基因序列在hnRNA和mRNA中的相對(duì)豐度差異很大e.g.海膽中該調(diào)控水平的體現(xiàn)海膽細(xì)胞hnRNA

成熟mRNA胚胎時(shí)期胚囊約2萬(wàn)種約13000種成體腸約2.5萬(wàn)種約3000種且－－胚中存在而腸細(xì)胞中沒(méi)有的mRNA極大多數(shù)可在腸細(xì)胞的hnRNA中發(fā)現(xiàn)說(shuō)明：不同組織轉(zhuǎn)錄水平差異不大加工運(yùn)輸機(jī)制目前了解很少2、mRNA前體的選擇性拼接(alternativesplicing)（1）概念：有些基因產(chǎn)生的mRNA前體可按不同的方式剪接，產(chǎn)生出兩種或更多種mRNA?

兩種結(jié)果：結(jié)果1---差異在5‘和3’非翻譯區(qū)，產(chǎn)生相同的蛋白質(zhì)結(jié)果2---產(chǎn)生不同的mRNA編碼區(qū)，產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)結(jié)果2又有幾種情況：?

情況1---同一細(xì)胞中產(chǎn)生多種蛋白質(zhì)?

情況2---同一基因在不同細(xì)胞中產(chǎn)生不同蛋白質(zhì)

組織特異性?

情況3---不同發(fā)育時(shí)期或條件下表達(dá)出不同的蛋白質(zhì)以上情況均受特定調(diào)控（2）選擇性拼接方式a、不同的加尾位點(diǎn)（免疫球蛋白）b、不同的拼接位點(diǎn)

SV40的T（100KD）和t抗原（18KD）的產(chǎn)生等t抗原的mRNA內(nèi)有一UAAc、結(jié)合前兩種機(jī)制的方式d、可能還存在不同啟動(dòng)子處轉(zhuǎn)錄的機(jī)制

果蠅中選擇性拼接可決定其性別（3）選擇性拼接的調(diào)控機(jī)制拼接因子SF2(拼接體組裝所需)導(dǎo)致不同的5‘拼接點(diǎn)的選擇SF2濃度高時(shí)----選擇離3’拼接點(diǎn)最近的5‘拼接點(diǎn)3、RNA編輯（RNAediting）（1）概念：mRNA在轉(zhuǎn)錄后因核苷酸的插入、缺失或替換

而改變DNA模板原來(lái)的遺傳信息，從而翻譯出

AA不同的多種蛋白質(zhì)來(lái)（2）機(jī)制a、核苷酸的替換

C→UA→GA→I或U→C

如:哺乳動(dòng)物的載脂蛋白(apo-lipoproteinBapoB)基因組中只有一個(gè)apoB基因肝中apoB-100512KD小腸中apoB-48240KD原因—轉(zhuǎn)錄過(guò)程中或完成后第6666位的C→U使CAA→UAAb、可讀框改變

核苷酸的插入或缺失插入或缺失U，以及插入G或C

如：錐蟲(chóng)coxⅡ(細(xì)胞色素氧化酶亞基)基因的mRNA與其DNA相比有－1移碼，由4個(gè)U插入產(chǎn)生

?插入U(xiǎn)需要指導(dǎo)RNA的參與

指導(dǎo)RNA與被編輯RNA的編碼區(qū)域被其它基因分散開(kāi)

?編輯前的的RNA中編輯區(qū)兩側(cè)與一個(gè)指導(dǎo)RNA配對(duì),

指導(dǎo)RNA作為插入U(xiǎn)的模板

?指導(dǎo)RNA有5~24個(gè)U的poly(U)尾

是插入U(xiǎn)的給體

?反應(yīng)與RNA的自我拼接類似（轉(zhuǎn)酯），且方向?yàn)?‘→5’4、RNAi干涉RNAi干涉是通過(guò)雙鏈RNA的介導(dǎo),特異性地降解相應(yīng)序列的mRNA,從而阻斷相應(yīng)基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄后水平的基因沉默機(jī)制.RNAi

作用機(jī)理AdsRNA核酸內(nèi)切酶Dicer被激活,它把dsRNA加工成21-25

個(gè)核苷酸長(zhǎng)的RNA鏈;B這些小片段RNA(siRNA)作為另一個(gè)核糖核酸復(fù)合體RISC(RNA-inducesilencingcomplex,RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體)的指引物,結(jié)合到RISC上,使之識(shí)別并降解mRNA,從而導(dǎo)致與雙鏈RNA同源的基因沉默;1、翻譯因子可逆性磷酸化對(duì)翻譯的調(diào)節(jié)GDPGTPeIF2b(GEF)(GTP-GDPExchangeFactor)重復(fù)使用e.g.+40s小亞基+mRNA+Met~tRNAmetI

eIF2~GTPeIF2~GDP＋六、Euk.翻譯水平的調(diào)控eIf-2因子