1、基因的表達(dá)與調(diào)控（下）,真核基因表達(dá)調(diào)控的一般規(guī)律,張建勇 山東理工大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,分子生物學(xué),真核基因表達(dá)調(diào)控,特征：在特定的時(shí)間和特定的細(xì)胞中激活特定的基因，從而實(shí)現(xiàn)“預(yù)定”、有序的、不可逆轉(zhuǎn)的分化、發(fā)育過程，使生物的組織和器官保持正常功能。,什么是調(diào)控基因表達(dá)的信號(hào)？ 基因的調(diào)控主要是在哪一步？（轉(zhuǎn)錄、mRNA的成熟或蛋白質(zhì)合成） 不同水平基因調(diào)控的分子機(jī)制是什么？,核小體：a.無調(diào)控蛋白時(shí)，基因表達(dá)減少。b.修飾改變核小體，讓DNA結(jié)合蛋白與DNA的結(jié)合易于進(jìn)行。 重復(fù)序列和內(nèi)含子。 DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合，構(gòu)象的變化，調(diào)節(jié)序列的增多。 轉(zhuǎn)錄和翻譯的間隔，RNA的合成與轉(zhuǎn)運(yùn)，RNA的剪接

2、和加工。,1、影響真核基因表達(dá)調(diào)控的因素,2、真核基因表達(dá)的調(diào)節(jié)特點(diǎn),（1）多層次 （2）無操縱子和衰減子 （3）個(gè)體發(fā)育復(fù)雜 （4）受環(huán)境影響較小,染色體 基因結(jié)構(gòu)的激活 轉(zhuǎn)錄起始 轉(zhuǎn)錄物加工 向胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn) mRNA 的翻譯（產(chǎn)物加工）,3、分兩大類,1.瞬時(shí)調(diào)控或可逆調(diào)控： 相當(dāng)于原核生物對(duì)環(huán)境的變化作出的反應(yīng)，象某種底物或激素水平升降時(shí)，或細(xì)胞周期不同階段酶活性的調(diào)節(jié)。 2.發(fā)育調(diào)控或不可逆調(diào)控： 調(diào)控發(fā)生的主要水平： 轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控 轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控：RNA加工成熟過程的調(diào)控 翻譯水平的調(diào)控 蛋白質(zhì)加工水平的調(diào)控,一、真核生物的基因結(jié)構(gòu)與表達(dá)活性,單順反子 結(jié)合組蛋白和非組蛋白 重復(fù)序列和內(nèi)

3、含子 DNA片段重排和增加基因拷貝數(shù) 基因調(diào)節(jié)區(qū)的位置和大小 空間間隔 有剪接成熟的過程,1、基因家族,真核細(xì)胞中許多相關(guān)的基因常按功能成套組合，被稱為基因家族（gene family） 家族成員可以成簇存在，或者分散在不同的染色體中(或兩者都有)。 基因簇(Gene cluster) 少則可以是由重復(fù)產(chǎn)生的兩個(gè)相鄰相關(guān)基因所組成，多則可以是幾百個(gè)相同基因串聯(lián)排列而成。,基因簇通過重復(fù)和變異形成,多數(shù)重復(fù)都在基因第一個(gè)拷貝附近產(chǎn)生第二個(gè)拷貝。有時(shí)這些拷貝保持聯(lián)系，進(jìn)一步重復(fù)可以產(chǎn)生相關(guān)基因的一個(gè)基因簇。 突變可以在一個(gè)拷貝中積累而不會(huì)使自然選擇向不利的方向進(jìn)行。然后這個(gè)突變的拷貝可以進(jìn)化形成一

4、種新功能，也許和第一個(gè)拷貝在不同時(shí)期或地點(diǎn)表達(dá)，也許獲得不同的活性。,（1）簡單多基因家族,串連方式前后相連。E.coli中有七個(gè)拷貝，每個(gè)拷貝中tRNA基因的種類、數(shù)量和部位發(fā)生變化。,原核生物,真核生物,前體為45S 100處被甲基化（2-OH） 需要snoRNAs的參與(核仁小RNA，研究熱點(diǎn)，由內(nèi)含子編碼。反義snoRNA指導(dǎo)rRNA核糖甲基化。),snRNA,snRNA(核小RNA)：指任何一個(gè)限制在核內(nèi)的小分子RNA，一些snRNA在涉及剪接過程，另一些涉及RNA 合成反應(yīng)。 核內(nèi)RNA （U1， U2， U4， U5， U6 ）與核蛋白組成snRNPs 剪接裝置中的snRNPs和

5、大量的附加蛋白，常稱為剪接因子,非編碼RNA: non-coding RNA(ncRNA) 能被轉(zhuǎn)錄但不編碼蛋白質(zhì)且具有特定功能的RNA分子。DNA序列中專門轉(zhuǎn)錄成非編碼RNA的部分稱為RNA基因或非編碼RNA基因。,ncRNA,tRNA、 rRNA,siRNAs、 microRNAs、piRNAs,小分子ncRNA,大分子ncRNA： Xist、Evf、Air、CTN、PINK lincRNAs （大型插入性非編碼RNA）,snoRNA、snRNA、scRNA、gRNA、 pRNA、tmRNA、RNase P RNA、 Signal recognition particle RNA,（gui

6、de RNA）,（small cytoplasmic RNA）,（small nuclear RNA）,（transfer-messenger RNA）,（small nucleolar RNA）,（packaging RNA）,（核酶）,（2）復(fù)雜多基因家族,復(fù)雜多基因家族一般由幾個(gè)相關(guān)基因家族構(gòu)成，基因家族之間由間隔序列隔開，作為獨(dú)立的轉(zhuǎn)錄單位。,（3）發(fā)育調(diào)控的多基因家族,血紅蛋白基因基本結(jié)構(gòu) 但在生物個(gè)體發(fā)育的不同階段，卻出現(xiàn)不同形式的和亞基。,哺乳動(dòng)物血紅蛋白類-珠蛋白基因家族、類-珠蛋白基因家族都是由功能基因和假基因形成的一個(gè)基因簇。 ：16chr ：11chr,人類中，和是兩條類

7、似鏈，、和是類似鏈。這些鏈在不同的發(fā)育階段表達(dá)。 在基因家族中，基因的排列順序是它們?cè)诎l(fā)育階段的表達(dá)順序。 無功能基因是指沒有編碼蛋白質(zhì)能力的基因，沒有活性的原因很多，可能是由于在轉(zhuǎn)錄或翻譯(或兩種中都有)過程中有缺失。它們被稱為假基因(Pseudogenes)，用符號(hào)表示。,在脊椎動(dòng)物-珠蛋白的基因簇中普遍存在基因和假基因，小鼠的基因簇有7 個(gè)基因：2個(gè)早期胚胎表達(dá)基因；1個(gè)晚期胚胎表達(dá)基因，2 個(gè)成體表達(dá)基因，剩下2 個(gè)為假基因。雞和兔的-珠蛋白基因簇有4 個(gè)成員。,當(dāng)前的珠蛋白基因簇是從一個(gè)原祖珠蛋白基因進(jìn)化而來的,植物的豆血紅蛋白(Leghemoglobin)基因可代表此基因的原始結(jié)構(gòu)

8、 一些“原始”魚類僅有珠蛋白鏈 非洲爪蟾 (X. laevis) 珠蛋白基因的結(jié)構(gòu)是一個(gè)連鎖的 - 對(duì)的內(nèi)部重復(fù) 和珠蛋白基因的分開一定是由于哺乳動(dòng)物/鳥類祖先的基因發(fā)生轉(zhuǎn)座的結(jié)果,我們可以把一個(gè)編碼區(qū)的核苷酸序列分為潛在的置換位點(diǎn)(Replacement sites) 和沉默位點(diǎn)(Silent sites)。 置換位點(diǎn)上的突變應(yīng)該引起相應(yīng)氨基酸的趨異,基因的趨異,兩個(gè)核酸或蛋白質(zhì)之間的差異可以用趨異度(Divergence) 表示，即差異的位點(diǎn)的百分比。,人-珠蛋白基因置換位點(diǎn)的多樣性使我們能夠再現(xiàn)其進(jìn)化歷史，圖中樹狀進(jìn)化圖解釋了一系列珠蛋白基因逐漸分離過程。,Sequence diverg

9、ence is the basis for the evolutionary clock,假基因,假基因：它們具有與功能基因非常類似的序列，但這些序列不能翻譯成有功能的蛋白質(zhì)。 假基因與功能基因一樣的結(jié)構(gòu)：有相當(dāng)于外顯子和內(nèi)含子的序列。 基因表達(dá)過程中的突變，會(huì)使這些基因失去活性。 突變幾種形式：如消除起始轉(zhuǎn)錄的信號(hào)，阻止在外顯子-內(nèi)含子的連接點(diǎn)進(jìn)行剪接或過早的終止翻譯。,假基因是進(jìn)化的死角,許多系統(tǒng)中(包括珠蛋白、免疫球蛋白和組織相容性抗原)有些假基因只當(dāng)作活性基因的失活形式。在這些系統(tǒng)中，假基因位于基因簇附近，往往中間還夾雜著活性基因,突變成為新的功能基因或成為失去功能的假基因等過程，在基

10、因簇中不斷地進(jìn)行。,大多數(shù)基因家族都有一些假基因。通常假基因在總基因數(shù)目中只占一小部分。 我們所看到的那些基因都是在目前種群中幸存下來的基因，其他一些假基因在過去可能早已被清除。 假基因的清除可以通過突然發(fā)生的序列缺失，或通過某個(gè)位點(diǎn)上累積突變，只是假基因不再被認(rèn)作原有序列家族的一員而發(fā)生的(這可能是一切不被清除掉的假基因的最終歸宿)。,2、真核基因的斷裂結(jié)構(gòu),在各級(jí)生物中都存在斷裂基因(Interrupted genes)。在低等真核生物的基因中斷裂基因僅占很小的一部分，但是在高等真核生物基因組中絕大部分都是斷裂基因。,剪接需要在內(nèi)含子與外顯子結(jié)合處產(chǎn)生斷裂，然后將外顯子末端相連。從圖中的放

11、大演示可以看到RNA加工的基本流程。,外顯子,DNA序列中外顯子部分可能還不到10 少數(shù)基因如組蛋白及型、型干擾素基因，根本沒有內(nèi)含子。 不清楚內(nèi)含子的功能。 斷裂基因的結(jié)構(gòu)形式為編碼區(qū)域提供了進(jìn)行重組的潛在位點(diǎn)，有利于基因的進(jìn)化。,邊界順序,連接區(qū)的保守序列幾乎存在于所有高等生物基因中，表明可能存在共同的剪接加工機(jī)制。 線粒體和酵母tRNA基因中不存在類似保守序列，還有其它加工剪接過程。,外顯子與內(nèi)含子的可變調(diào)控,組成型剪接：一個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物通過組成型剪接只能產(chǎn)生一種成熟的mRNA分子，編碼一個(gè)多肽。 選擇性剪接：hnRNA通過不同的剪接方式，產(chǎn)生不同的mRNA，并翻譯成不同的蛋白。,選擇

12、性剪接,二、真核生物基因表達(dá)多層次的調(diào)控,染色體水平的調(diào)控 染色體丟失等 染色質(zhì)水平調(diào)控 異染色質(zhì)化 組蛋白的影響 DNA水平的調(diào)控 DNA的甲基化與去甲基化 基因的擴(kuò)增 基因的重排 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 轉(zhuǎn)錄起始和加工的調(diào)節(jié) 翻譯的調(diào)控 細(xì)胞周期的調(diào)控,（一）染色質(zhì)水平調(diào)控,染色質(zhì)的丟失：不可逆 異染色質(zhì)化 組蛋白的影響,1、異染色質(zhì)化,異染色質(zhì)(Heterochromatin)是用以描述染色體區(qū)域的術(shù)語，這類區(qū)域永久性的卷曲并呈惰性，致密。與代表大多數(shù)基因組的常染色質(zhì)不同。 異染色質(zhì)經(jīng)常位于著絲粒和端粒上。 哺乳動(dòng)物細(xì)胞中50%的基因組是以異染色質(zhì)形式存在 異染色質(zhì)中也有少量基因，活性基因轉(zhuǎn)移到

13、異染色質(zhì)區(qū)，該基因通常會(huì)被關(guān)閉。,染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)轉(zhuǎn)錄的影響,遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)與其活性是相對(duì)應(yīng)的。在S 期晚期被復(fù)制；異染色質(zhì)不被轉(zhuǎn)錄。這表明遺傳物質(zhì)的壓縮狀態(tài)是與其失活相關(guān)聯(lián)的。 活性基因包含在常染色質(zhì)內(nèi)，所以定位在常染色質(zhì)上是基因表達(dá)的必要而非充分條件。,染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)轉(zhuǎn)錄的影響,常染色質(zhì)解旋，形成自由DNA，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)基因暴露，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)區(qū)DNA結(jié)合，誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄。 用DNA酶I處理各種組織的染色質(zhì)時(shí)，處于活躍狀態(tài)的基因比非活躍狀態(tài)的DNA更容易被酶所降解。 含有一個(gè)或幾個(gè)DNA酶I超敏感位點(diǎn)，大多位于基因5端啟動(dòng)區(qū)。,（1）燈刷染色體的伸展?fàn)顟B(tài),燈刷染色體在特別長的減數(shù)分裂期內(nèi)形成，

14、可能會(huì)存在幾個(gè)月！此期間，染色體在光鏡下可看到染色體呈現(xiàn)向外伸出的燈刷伸展?fàn)顟B(tài)存在。 表達(dá)的染色體呈高度伸展?fàn)顟B(tài),燈刷染色體是二價(jià)體，姐妹染色單體幾乎完全分離，它們之間僅由幾個(gè)交叉相連。,染色體在某些位置上染色線以突環(huán)(Lateral loop)的形式伸出，形狀很像燈刷。 突環(huán)被核糖核蛋白圍繞，包含一些新生RNA 鏈。一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位能被定義為沿突環(huán)移動(dòng)的RNP的長度。 突環(huán)是被活躍轉(zhuǎn)錄突出的DNA片段。,突環(huán)成對(duì)伸展，且都源于同一姊妹染色單體。在軸線上突環(huán)是連續(xù)的。 轉(zhuǎn)錄時(shí)核小體伸展和壓縮狀態(tài)時(shí)可逆的。 進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，遺傳物質(zhì)需要從其更加緊密的包裝狀態(tài)變?yōu)橄鄬?duì)松散的開放狀態(tài)。,（2）轉(zhuǎn)錄破壞多線染色

15、體的結(jié)構(gòu),條帶的線性排布代表基因的線性排布。 果蠅基因的總數(shù)似乎多于帶的數(shù)目，大多數(shù)帶中可能有多個(gè)基因。,這種染色體與間期染色質(zhì)或分裂期染色體相比，遺傳物質(zhì)呈充分伸展?fàn)顟B(tài)。,多線染色體的一個(gè)內(nèi)在特征是活性位點(diǎn)能夠直接觀察。有些帶暫時(shí)形成一個(gè)漲泡(稱為Balbiani環(huán))，染色體物質(zhì)從軸上突出出來。 漲泡(Buff)的本質(zhì)是什么？在組成漲泡區(qū)域里，染色體纖維從其正常包裝狀態(tài)解螺旋，纖維連續(xù)地染色體軸伸出。漲泡經(jīng)常從單個(gè)帶里解放出來。,昆蟲(C. tentans 搖蚊 )唾腺的IV 染色體有三個(gè)巴爾比亞尼環(huán)。,漲泡狀態(tài)與基因表達(dá)相關(guān)。 在組成漲泡區(qū)域里，染色體纖維從其正常包裝狀態(tài)解螺旋，纖維連續(xù)地

16、染色體軸伸出。 漲泡是RNA 合成的位置。,燈刷和多線染色體這些性質(zhì)表明了一個(gè)普遍的結(jié)論，為進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，遺傳物質(zhì)需要從其更加緊密的包裝狀態(tài)變?yōu)橄鄬?duì)松散的開放狀態(tài)。,2、組蛋白的影響,核小體的轉(zhuǎn)錄阻遏作用。 組蛋白的轉(zhuǎn)錄阻遏作用。 H1的轉(zhuǎn)錄阻遏作用：能穩(wěn)定核小體的結(jié)構(gòu)。競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合DNA上某些位點(diǎn)，轉(zhuǎn)錄因子抗H1。H1能引導(dǎo)核小體進(jìn)一步壓縮。,2、組蛋白的影響,組蛋白密碼子（histone code）假說：組蛋白尾部（N端）不同形式的修飾可以被“閱讀”，具有一定的內(nèi)涵（打開或關(guān)閉基因）。 修飾：乙酰化（激活），甲基化（激活或抑制）,Methylation of histone or of DNA

17、usually turns a gene off. Acetylation of histone usually turns a gene on. Phosphorylation - were not sure what that does.,修飾需要特定的酶,組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶、組蛋白脫乙酰化酶和組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶。 機(jī)制：a.修飾改變了組蛋白的電荷分布，影響了DNA高級(jí)結(jié)構(gòu)的形成。 b.提高調(diào)節(jié)蛋白與修飾位點(diǎn)的結(jié)合（核小體會(huì)被釋放），提高了DNA的易接近性。,乙?；纳锕δ?促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄活性：電荷分布改變，影響核小體結(jié)構(gòu)。 促進(jìn)轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的裝配：修飾后與DNA結(jié)合能力下降。 去乙?；瘜?dǎo)致

18、基因沉默：,（二）DNA水平上基因表達(dá)調(diào)控,DNA模板發(fā)生規(guī)律性的變化，從而控制基因的表達(dá)和生物的發(fā)育。 DNA發(fā)生永久性的變化：成熟的紅細(xì)胞與前體細(xì)胞 DNA水平的調(diào)控：基因丟失、擴(kuò)增、重排和移位、甲基化等。 基因組發(fā)生了改變。,DNA水平的調(diào)控,基因擴(kuò)增(gene amplification)：增加基因的拷貝數(shù) 非洲爪蟾卵母細(xì)胞rRNA基因，擴(kuò)增4000倍，1012個(gè)核糖體 藥物：誘導(dǎo)抗藥性基因的擴(kuò)增；腫瘤細(xì)胞：原癌基因拷貝數(shù)異常增加 基因重排(gene rearrangement)： 如免疫球蛋白基因重排，多樣性 重排可能會(huì)產(chǎn)生在特定環(huán)境中需要表達(dá)的新基因 重排可能會(huì)關(guān)閉一個(gè)基因而打開另

19、一基因。 基因轉(zhuǎn)換 DNA的甲基化,1、基因擴(kuò)增,基因擴(kuò)增：指某些基因的拷貝數(shù)專一性大量增加的現(xiàn)象，可使細(xì)胞在短期內(nèi)產(chǎn)生大量的基因產(chǎn)物以滿足生長發(fā)育的需要，是基因活性調(diào)控的一種方式。 例如：非洲爪蟾的rRNA基因。 例如：果蠅卵殼蛋白基因的擴(kuò)增。,rRNA基因,核糖體RNA是最主要的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，在真核和原核生物中它們構(gòu)成了細(xì)胞RNA總量的大約8090%。 rRNA基因數(shù)目變動(dòng)很大，從大腸桿菌的7個(gè)到低等真核生物的100200個(gè)，高等真核生物中有幾百個(gè)。大的和小的編碼rRNA的基因(分別存在于核糖體大亞基和小亞基中)經(jīng)常串聯(lián)排列(唯一例外的是酵母線粒體)。,rDNA,在大多數(shù)真核生物的細(xì)胞核中，r

20、RNA基因包含在一些串聯(lián)基因簇中。有時(shí)把這些區(qū)域稱為rDNA 判斷一個(gè)串聯(lián)基因簇的重要特征是它能產(chǎn)生一個(gè)環(huán)狀的限制圖譜。,核仁(Nucleolus),細(xì)胞核中rRNA合成的區(qū)域具有特殊的形態(tài)：它有一個(gè)纖維狀核心，外面包被著一層顆粒狀皮層。這個(gè)纖維狀核心是以DNA 為模板轉(zhuǎn)錄rRNA 的區(qū)域，而顆粒狀皮層是由裝配了rRNA 的核糖核蛋白顆粒形成的。整個(gè)區(qū)域稱為核仁(Nucleolus),核仁組織區(qū)(Nucleolar organizers),特殊的染色體區(qū)域與核仁相聯(lián)，這些區(qū)域稱為核仁組織區(qū)(Nucleolar organizers)。 核仁組織區(qū)相當(dāng)于一個(gè)串聯(lián)重復(fù)的rRNA基因簇。 串聯(lián)重復(fù)r

21、RNA基因的濃縮及其強(qiáng)烈轉(zhuǎn)錄造成了核仁的特殊形態(tài)。,2、基因重排,基因重排：將一個(gè)基因從遠(yuǎn)離啟動(dòng)子的地方移到距它很近的位點(diǎn)從而啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。 例如：免疫球蛋白基因（B淋巴細(xì)胞） T-細(xì)胞受體基因（T淋巴細(xì)胞）,（1）免疫反應(yīng),免疫反應(yīng)是白細(xì)胞：B 淋巴細(xì)胞、T 淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞(Macrophage)的職責(zé)。 淋巴是根據(jù)產(chǎn)生它們的組織命名的。在哺乳動(dòng)物中，B淋巴細(xì)胞在骨髓中成熟，而T淋巴細(xì)胞在胸腺中成熟。 每一類淋巴細(xì)胞產(chǎn)生蛋白質(zhì)來特異性應(yīng)答的機(jī)制都是DNA 重排（重組）。,免疫應(yīng)答典型的特征是無論在什么時(shí)候遇到抗原，機(jī)體都能產(chǎn)生相應(yīng)的抗體。對(duì)于每個(gè)不能預(yù)料的抗原，機(jī)體是如何產(chǎn)生那些能夠特異性識(shí)

22、別這些抗原的抗體呢？ 通常情況下，哺乳動(dòng)物能夠產(chǎn)生106108種不同的抗體。每一種抗體都是免疫球蛋白四聚體，有兩個(gè)輕鏈(L)和兩個(gè)重鏈(H)組成。如果任何一個(gè)輕鏈都能夠和任何重鏈組合，那么產(chǎn)生106108種不同的抗體需要103104個(gè)不同的輕鏈和重鏈。,（2） 免疫球蛋白的基本結(jié)構(gòu),四肽鏈結(jié)構(gòu)：所有Ig的基本單位都是四條肽鏈的對(duì)稱結(jié)構(gòu)。兩條重鏈（H）和兩條輕鏈（L）。每條重鏈和輕鏈分為氨基端和羧基端。,根據(jù)氨基酸排列順序的不同分為可變區(qū)（V）和恒定區(qū)（C）。,Table Each immunoglobulin family consists of a cluster of V genes li

23、nked to its C gene(s).,在這里，基因的意義是一段編碼免疫球蛋白一部分肽鏈(輕鏈或重鏈)的DNA序列。 V 基因編碼可變區(qū)，C基因編碼恒定區(qū)，它們都不能單獨(dú)的表達(dá)。 構(gòu)建一個(gè)能夠表達(dá)的真正的輕鏈或重鏈基因，一個(gè)V 基因必須和一個(gè)C 基因連接起來。在這個(gè)系統(tǒng)中，我們用基因片段而不用基因來指這些單位。,輕鏈和重鏈相對(duì)應(yīng)的區(qū)域結(jié)合產(chǎn)生免疫球蛋白中不同的結(jié)構(gòu)域(Domain)： 可變結(jié)構(gòu)域(V)是由輕鏈和重鏈的可變區(qū)結(jié)合而成。V 區(qū)負(fù)責(zé)對(duì)抗原的識(shí)別。 恒定區(qū)的數(shù)量比可變區(qū)數(shù)量少很多，典型情況下對(duì)于特殊的蛋白質(zhì)鏈只有110個(gè)C區(qū)。,編碼輕鏈的基因和編碼重鏈的基因，其組合方式是一樣的：

24、 許多V 基因片段中的一個(gè)和幾個(gè)C基因片段中的一個(gè)連接。 這種體細(xì)胞基因的重組(Somatic recombination)發(fā)生在B淋巴細(xì)胞中。數(shù)量巨大的可變V基因片段是免疫球蛋白多樣性的主要原因。,（3）輕鏈基因的重排與連接,Lambda型輕鏈 V基因片段包含前導(dǎo)序列(Leader) ，它被一個(gè)內(nèi)含子和V 基因片段分開。 C 基因片段由J片段和恒定區(qū)(C)組成，中間被一個(gè)內(nèi)含子分開。 V片段和C片段的連接時(shí)，實(shí)際上是V-JC 連接。,輕鏈基因的重排與連接,Kappa型輕鏈 V與J的重排和連接：是通過之間的識(shí)別序列來完成的。形成的莖環(huán)結(jié)構(gòu)被切除，形成連續(xù)的VJ片段。 V與J重排是隨機(jī)的和不精確

25、的，造成重排后的多樣性。,（4）重鏈基因的重排與連接,重鏈的結(jié)構(gòu)包含一個(gè)附加片段：D 片段(Diversity，負(fù)責(zé)多樣性的) V基因與D、J片段組合，能產(chǎn)生4000個(gè)不同的V區(qū)，都能與CH結(jié)合。 CH基因簇：有10個(gè)基因，在同一細(xì)胞內(nèi)只有一個(gè)基因得到表達(dá),3、酵母的交配型轉(zhuǎn)換,釀酒酵母既能夠以單倍體(Haploid)繁殖也能以雙倍體(Diploid)繁殖。 兩種狀態(tài)的改變是通過接合(單倍體孢子融和產(chǎn)生雙倍體)和孢子形成(雙倍體有絲分裂產(chǎn)生單倍體孢子)進(jìn)行的。,酵母的交配型轉(zhuǎn)換,帶有MATa 等位基因的細(xì)胞為a類型。相反，攜帶MAT等位基因的細(xì)胞為型。類型相反的細(xì)胞能夠接合；同型的則不能接合。

26、 當(dāng)雙倍體是雜合子時(shí)，才能發(fā)生重組并能產(chǎn)生單倍體孢子。,HML負(fù)責(zé)MAT類型，HMRa負(fù)責(zé)MATa 型。這些基因和MAT位于同一條染色體上，HML位于左邊，HMR位于右端。,當(dāng)沉默的基因座取代了活躍的基因座時(shí)，酵母的接合型就會(huì)發(fā)生改變，相同類型基因座之間互相易位，接合型不變。,HO內(nèi)切酶能夠在MAT基因一個(gè)24bp序列（ Y）的右端切開。酶切產(chǎn)生一個(gè)4 個(gè)堿基的粘末端，內(nèi)切酶不能作用于突變的MAT基因座,24bp 的大部分或者全部對(duì)內(nèi)切酶的識(shí)別是必須的。對(duì)內(nèi)切酶來說，這個(gè)靶序列相對(duì)很大。,供體位點(diǎn)和受體位點(diǎn)區(qū)域的轉(zhuǎn)換反應(yīng)與普通的反應(yīng)類似，主要與單鏈DNA 相互作用，酶切后是重組的一系列步驟；酶

27、切后的步驟所需要的酶和普通重組酶相同。 就像復(fù)制型轉(zhuǎn)座，供體位點(diǎn)沒有受到影響，但在受體上序列卻發(fā)生了變化,酵母能改變接合型,攜帶顯性基因HO，能改變接合型，甚至一代就能改變一次。攜帶隱性基因HO的菌株具有穩(wěn)定的接合型，改變得頻率約為10-6。 HO引起酵母基因型的改變。無論開始是什么類型，幾代之后，就會(huì)產(chǎn)生這兩種接合型的細(xì)胞，最后導(dǎo)致產(chǎn)生MATa/MAT型的雙倍體占據(jù)整個(gè)種群。,4、DNA甲基化與基因活性的調(diào)控,DNA甲基化(DNA methylation)： 甲基化(methylated)程度高：基因表達(dá)降低； 去甲基化(undermethylated)：基因表達(dá)增加 DNA甲基化的作用：改

28、變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)、DNA構(gòu)象、DNA的穩(wěn)定性及DNA與蛋白質(zhì)的相互作用，從而控制基因表達(dá)。,（1）DNA的甲基化,DNA甲基化廣泛存在。 甲基化類型：5甲基胞嘧啶（5mC），N6甲基腺嘌呤（N6mA）和7甲基鳥嘌呤（7mG）。 5甲基胞嘧啶（5mC）主要出現(xiàn)在CpG序列、CpXpG、CAA/TGG和GATC中。,CpG島,哺乳動(dòng)物基因組中5%的C為甲基化(mC)，mC主要存在于CpG二核苷酸序列中。 CpG二核苷酸序列常成簇聚集并零散地分布于人基因組中，形成CpG島(CpG islands)。人基因組中約每10Kb就有一個(gè)CpG島 CpG島常與基因相連(可作為尋找基因的標(biāo)記)。,甲基化酶,日常型甲

29、基轉(zhuǎn)移酶：主要在甲基化母鏈（模板鏈）指導(dǎo)下使處于半甲基化的DNA雙鏈分子上與甲基胞嘧啶相對(duì)應(yīng)的胞嘧啶甲基化。催化特異性極強(qiáng)，速度快。 從頭合成甲基轉(zhuǎn)移酶：催化未甲基化的CpG成為mCpG，不需要母鏈指導(dǎo)，速度慢。,去甲基化酶(Demethylase)則去除甲基。,這樣的位點(diǎn)稱為完全甲基化位點(diǎn)(Fully methylated)。這些位點(diǎn)在復(fù)制時(shí)，每個(gè)子代雙鏈有一條鏈甲基化而另一條未甲基化，這樣的位點(diǎn)稱為半甲基化位點(diǎn)(Hemimethylated)。,識(shí)別,限制性內(nèi)切酶Hpa II 和Msp I 都識(shí)別CCGG序列，Msp I 無論是否甲基化均能切割，但Hpa II只能切未甲基化的位點(diǎn)。,甲基基

30、團(tuán)的分布可用限制酶來檢測(cè)。,（2）DNA甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)制,基因中，甲基化狀態(tài)在大多數(shù)位點(diǎn)都是恒定的，但另一些位點(diǎn)是可變的。這些位點(diǎn)中的一部分被甲基化，而另一些位點(diǎn)不被甲基化。 在基因不表達(dá)的組織中有少數(shù)位點(diǎn)被甲基化，在基因具有活性的組織中卻未被甲基化?；钚曰虮环Q為低甲基化基因(Undermethylated gene)。,甲基集團(tuán)的缺失與基因的表達(dá)有關(guān)。然而在推測(cè)甲基化狀態(tài)是如何提供控制基因表達(dá)方式時(shí)存在一些困難。 例如，果蠅中沒有任何DNA甲基化。激活和失活染色質(zhì)之間的其它區(qū)別和顯現(xiàn)甲基化的物種中情況一樣。所以在果蠅中，脊椎動(dòng)物中的任何甲基化作用均被一些其它機(jī)制取代。,甲基化達(dá)到一

31、定程度會(huì)導(dǎo)致B-DNA向Z-DNA的過渡。 Z-DNA結(jié)構(gòu)收縮，螺旋加深，與蛋白因子結(jié)合的元件縮入大溝而不利于轉(zhuǎn)錄的起始。,啟動(dòng)子附近的甲基化阻止轉(zhuǎn)錄發(fā)生，是影響啟動(dòng)子活性的幾種調(diào)控之一。,基因5末端的甲基化與表達(dá)直接相關(guān)。許多基因在被表達(dá)時(shí)5端不甲基化，盡管3端仍被甲基化。 -珠蛋白基因中，在起點(diǎn)區(qū)域的甲基化(-22 到+90bp 之間)抑制轉(zhuǎn)錄。,（3）DNA甲基化提高突變率,5-mC脫氨后生成胸腺嘧啶（T），不易被識(shí)別和矯正。造成基因表達(dá)的紊亂。 轉(zhuǎn)錄所需要的是（活性基因中的三種改變）： 在啟動(dòng)子附近建立了一個(gè)超敏位點(diǎn)。(實(shí)際上是一段長約200bp的DNA序列特異暴露的染色質(zhì)區(qū)域，甲基化

32、程度較低，富含HMG14，HMG17蛋白。一般在轉(zhuǎn)錄起始附近或者相關(guān)部位。) 含轉(zhuǎn)錄區(qū)的結(jié)構(gòu)域中核小體變得對(duì)DNAaseI更加敏感。 相同DNA結(jié)構(gòu)域低甲基化。,（4）DNA甲基化與X染色體失活,X染色體失活是發(fā)育過程中獨(dú)特的調(diào)節(jié)機(jī)制,哺乳動(dòng)物，雌性兩條X 染色體中的一條完全沒有活性。與在雄性中基因表達(dá)水平情況相同。 果蠅，雄性單條X 染色體的表達(dá)水平是雌性的兩倍。 秀麗隱線蟲(C.elegans)，雌性每條X 染色體的表達(dá)水平是雄性的一半。,劑量補(bǔ)償平衡兩性中X染色體相關(guān)基因的表達(dá),雌性中X 染色體的失活服從n-1 規(guī)律： 通常雌性有2X 染色體，但在偶然染色體不分離的情況下，能產(chǎn)生3X 或

33、更大的基因型，僅有一個(gè)X染色體保持活性。 這表明一個(gè)通常的模型，即特殊的事件被限定在一條X染色體上，并且保護(hù)它不受其它染色體失活的影響。,X染色體失活中心,X 染色體上的單一基因座足以導(dǎo)致失活。稱為X染色體失活中心(X-inactivation center，Xic)。 一個(gè)450kb的克隆區(qū)域包含所有的Xic 特性。定位在Xq13區(qū)（Barr氏小體）。 當(dāng)此序列作為轉(zhuǎn)基因被插入常染色體，常染色體將被失活(在細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)中)。 失活染色體高度甲基化。,Xic是一個(gè)順式作用座位，包含計(jì)數(shù)X染色體和失活除一個(gè)以外所有X染色體的必須信息。 Xic包含一個(gè)基因，稱為Xist，它僅在非活性X染色體中表達(dá)

34、。該基因的活動(dòng)與染色體上其它被關(guān)閉的基因座相反刪除Xist能阻止X染色體被失活。,含有8個(gè)外顯子，基因中存在多個(gè)串聯(lián)重復(fù)序列。 基因產(chǎn)物是功能性RNA分子，不含ORF，含有大量終止密碼子，不編碼蛋白質(zhì)只存在于細(xì)胞核。,Xist表達(dá)的沉默對(duì)活性X是必須的。刪除DNA甲基化酶基因則阻止Xist的沉寂，可能是因?yàn)閄ist啟動(dòng)子的甲基化對(duì)轉(zhuǎn)錄中止是必須的。 Xist的甲基化,（三）真核基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控,已發(fā)現(xiàn)基因具有兩種結(jié)構(gòu)狀態(tài)，從而證實(shí)了第一層面確實(shí)存在?！盎罨苯Y(jié)構(gòu)的產(chǎn)生是基因表達(dá)所必須的第一步。 活性基因的轉(zhuǎn)錄在起始階段受RNA 聚合酶和啟動(dòng)子間相互作用的調(diào)控。,基因結(jié)構(gòu)的激活 轉(zhuǎn)錄起始 轉(zhuǎn)錄

35、物加工 向胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn) mRNA 的翻譯,轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控,順式作用元件 反式作用因子,順式作用：不轉(zhuǎn)變?yōu)槿魏纹渌问降腄NA序列，只在原位發(fā)揮DNA序列的作用，僅影響與其在物理上相連的DNA。(同一染色體上的DNA序列直接調(diào)控其他鄰近基因的表達(dá)) 順式作用元件：是指對(duì)基因表達(dá)有調(diào)節(jié)活性的DNA序列，其活性影響與其自身同處在一個(gè)DNA分子上的基因；這種序列通常不編碼蛋白質(zhì)，多位于基因傍側(cè)或內(nèi)含子中。,反式作用：游離的基因產(chǎn)物擴(kuò)散至目標(biāo)場(chǎng)所的過程。反式作用因子的編碼基因與其識(shí)別或結(jié)合的靶序列一般不在同一個(gè)DNA分子上。(DNA通過其產(chǎn)物(mRNA或蛋白質(zhì))間接調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。) 反式作用因子：通過直接

36、結(jié)合或間接作用于DNA、RNA等核酸分子，對(duì)基因表達(dá)發(fā)揮不同調(diào)節(jié)作用(激活或抑制)的各類蛋白質(zhì)因子。,核心啟動(dòng)子成分 ， 如 TATA 框 ； 上游啟動(dòng)子元件（UPE），如 CAAT框 ,GC框 ; 遠(yuǎn)端調(diào)控區(qū) ：如增強(qiáng)子，減弱子、沉默子，酵母的UAS（ upstreamactivator sequences）等。 特殊細(xì)胞中的啟動(dòng)子成分 ：如淋巴細(xì)胞中的 Oct (octamer）和B。 轉(zhuǎn)錄模板,1、順式作用元件,增強(qiáng)子,特征： 增強(qiáng)效應(yīng)十分明顯 增強(qiáng)效應(yīng)與其位置和取向無關(guān) 大多為重復(fù)序列，核心序列：(G)TGGA/TA/TA/T(G) 增強(qiáng)效應(yīng)有組織和細(xì)胞特異性 沒有基因?qū)Ｒ恍?受外部信

37、號(hào)的調(diào)控,2、RNA聚合酶II,由1012個(gè)亞基組成 最大亞基的羧基末端有七個(gè)氨基酸殘基（Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser）組成的多磷酸化位點(diǎn)重復(fù)序列，稱為羧基端結(jié)構(gòu)域（CTD）,TFII,通用轉(zhuǎn)錄因子(General transcription factors)。通用轉(zhuǎn)錄因子又稱為TFX。 TFD結(jié)合到TATA序列 TFA 可以激活TBP TFB結(jié)合TATA盒的下游 TFF、TFE和TFH,RNA 聚合酶從啟動(dòng)子上釋放，進(jìn)入轉(zhuǎn)錄延伸階段。TFH是一個(gè)特別的因子，在延伸中也發(fā)揮作用。 TFH有多種酶活性：ATP酶、螺旋酶和RNA聚合酶的CTD尾磷酸化激酶活性；它還涉及DN

38、A的損傷修復(fù)。 CTD磷酸化可能是釋放聚合酶、起始轉(zhuǎn)錄所必需的。,RNA聚合酶II指導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)錄過程,反式作用因子可以分為4類： RNA聚合酶亞基 通用反式作用因子，識(shí)別啟動(dòng)子的核心成分，如TBP； 特殊組織與細(xì)胞中的反式作用因子，如淋巴細(xì)胞中的Oct-2； 與應(yīng)答元件（response elenents）相結(jié)合的反式作用因子。,應(yīng)答元件,應(yīng)答元件(response element)是位于基因上游能被反式作用因子識(shí)別和結(jié)合，調(diào)控基因?qū)Ｒ恍员磉_(dá)的DNA序列。 如熱激應(yīng)答元件(heat shock response element，HSE)、金屬應(yīng)答元件(metal response elemen

39、t，MRE)、糖皮質(zhì)激素應(yīng)答元件(glucor-ticoid response element，GRE)和血清應(yīng)答元件(serum response element，SRE)等。 基因?qū)@種因子產(chǎn)生反應(yīng),應(yīng)答元件含有短重復(fù)序列，不同基因中應(yīng)答元件的拷貝數(shù)不相等。 應(yīng)答元件通常位于轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)上游200bp內(nèi)。應(yīng)答元件也有位于啟動(dòng)子或增強(qiáng)子內(nèi)。如HSE位于啟動(dòng)子內(nèi)，GRE則在增強(qiáng)子內(nèi)。 各種應(yīng)答元件的作用原理是相同的：特定的蛋白因子識(shí)別應(yīng)答元件并與其結(jié)合，調(diào)控基因的表達(dá)。,反式作用因子,廣泛被研究的是識(shí)別TATA區(qū)的TF IID，識(shí)別CAAT區(qū)的CTF，識(shí)別GC區(qū)的SP1，以及識(shí)別熱激蛋白啟動(dòng)區(qū)的H

40、SF。 基因受位于啟動(dòng)子或增強(qiáng)子上被特異性蛋白質(zhì)識(shí)別的序列調(diào)控。蛋白質(zhì)可以作為一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子參與RNA 聚合酶的起始。 活性蛋白質(zhì)只有在基因?qū)⒈槐磉_(dá)時(shí)才存在。,控制轉(zhuǎn)錄因子活性的機(jī)制有多種，可以是蛋白質(zhì)合成，蛋白質(zhì)共價(jià)修飾，配體結(jié)合，也可以是影響轉(zhuǎn)錄因子與DNA 結(jié)合甚至是將蛋白與DNA隔離的各種抑制劑。,轉(zhuǎn)錄因子和調(diào)控蛋白需要兩種能力,它們能識(shí)別位于增強(qiáng)子、啟動(dòng)子的特異靶序列或其它影響特定基因的調(diào)控元件。 與DNA結(jié)合之后，轉(zhuǎn)錄因子或正調(diào)控蛋白通過與轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的其它成分結(jié)合來行使功能。,3、反式作用因子中的DNA結(jié)合域,通過比較許多轉(zhuǎn)錄因子的序列，發(fā)現(xiàn)有多種共同基序(Motif)類型負(fù)責(zé)與DN

41、A結(jié)合。這些基序通常很短。 基序還通過與轉(zhuǎn)錄復(fù)合體的蛋白質(zhì)之間的相互作用激活轉(zhuǎn)錄。 基序（motif）：在許多蛋白質(zhì)分子中，二個(gè)或三個(gè)具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個(gè)具有特殊功能的空間結(jié)構(gòu)。一個(gè)基序總有其特征性的氨基酸序列，并發(fā)揮特殊的功能。,（1）螺旋轉(zhuǎn)角螺旋,螺旋轉(zhuǎn)角螺旋(Helix-turn-helix)：最早在噬菌體阻遏蛋白質(zhì)的DNA 結(jié)合域發(fā)現(xiàn)的。 此類結(jié)構(gòu)的相關(guān)形式還存在于“同源域(Homeodomain)”中。這是在果蠅發(fā)育調(diào)控基因編碼的幾種蛋白質(zhì)序列中發(fā)現(xiàn)的。它也存在于哺乳動(dòng)物轉(zhuǎn)錄因子基因中。,Helix-Turn-Helix,三個(gè)螺旋被兩個(gè)轉(zhuǎn)角分開 C端Heli

42、x為DNA結(jié)合必需，其它兩個(gè)Helix參與形成二聚體 作用于DNA鏈的大溝 LacO的R蛋白，涉及酵母交配型的a1和a2蛋白，真核生物中的Oct-1和Oct-2,Sample of Helix-Turn-Helix,Interaction between the l repressor dimer and DNA. Each l repressor contains a helix-turn-helix motif. One of helices fits into the major groove of DNA. PDB ID = 1LMB,（2）同源域蛋白,同源框(Homebox)是一段6

43、0個(gè)氨基酸組成的結(jié)構(gòu)域序列，該結(jié)構(gòu)域存在于許多甚至所有真核生物的蛋白質(zhì)中。其名稱來源于它最早是在果蠅的同源異形基因座(Homeotic loci)中發(fā)現(xiàn)的(它們的基因決定身體結(jié)構(gòu)的特性)。 同源結(jié)構(gòu)域(Homoedomain)識(shí)別(或至少普遍存在)與發(fā)育調(diào)節(jié)有關(guān)的基因。,三種同源框，果蠅觸角足基因(Antp)、鋸齒(En 基因)和哺乳類因子Oct-2 則代表了一組關(guān)系較遠(yuǎn)的轉(zhuǎn)錄因子。同源結(jié)構(gòu)域氨基酸殘基從1-60 被標(biāo)出，開始于N 端的臂，三個(gè)螺旋區(qū)分別位于10-22，28-38，42-58。 同源率8090,同源框的螺旋3 結(jié)合到DNA的大溝上，螺旋1、2 露在雙螺旋之外。螺旋3 與磷酸骨架

44、和特異性堿基同時(shí)接觸，其N 端的臂位于小溝中，也結(jié)合在DNA上。,C末端存在螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋的結(jié)構(gòu): 具有轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能,（3）鋅指結(jié)構(gòu),鋅指基序(Zinc finger motif)：包含一個(gè)DNA結(jié)合域(DNA-binding domain)。在因子TFIIIA中發(fā)現(xiàn)，該因子是RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄5S rRNA基因所必須的。在其它幾種轉(zhuǎn)錄因子中也發(fā)現(xiàn)了該結(jié)構(gòu)。在類固醇受體中也發(fā)現(xiàn)了此結(jié)構(gòu)的一種形式。 鋅指結(jié)構(gòu)家族蛋白分類：鋅指、鋅鈕和鋅簇。,鋅指的共有序列為Cys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X3-His 。Zn位于由保守的Cys和His殘基所組成的四面體內(nèi)

45、。指身包含約23個(gè)氨基酸，指間由78個(gè)氨基酸相連。Cys2/His2鋅指,分類：經(jīng)典的“鋅指”蛋白質(zhì)和類固醇受體。,鋅指的C 末端都形成螺旋與DNA結(jié)合；N末端形成-折疊(圖的下部分并末顯示折疊和鋅離子的位置)。三個(gè)螺旋恰好適合大溝的一圈；每個(gè)螺旋都與DNA兩個(gè)特異序列接觸(如箭頭所示)。據(jù)推測(cè)，每個(gè)鋅指C 末端的非保守氨基酸負(fù)責(zé)識(shí)別特異的靶位點(diǎn)。,類固醇受體(Steroid receptor)：每個(gè)受體與一個(gè)特定類固醇結(jié)合而被激活。與其它受體如甲狀腺素(Thyroid)受體或視黃酸(Retinoic acid)受體相同，都是同一轉(zhuǎn)錄因子超家族中的一員。 類固醇受體含有另一種類型的鋅指。同源序

46、列為：Cys-X2-Cys-X13-Cys-X2-Cys。Cys2/Cys2鋅指 具有Cys2/Cys2鋅指的蛋白質(zhì)通常都含非重復(fù)的鋅指，相反Cys2/His2鋅指則串聯(lián)重復(fù)。,類固醇受體的第一個(gè)鋅指控制著DNA結(jié)合特異性(相關(guān)位置用紅色表示)，第二個(gè)鋅指控制著二聚體化特異性(相關(guān)位置用藍(lán)色表示)。 從第一個(gè)鋅指放大圖來看，鋅指是以GRE（糖）為靶序列還是以ERE（雌）為靶序列取決于底部的兩個(gè)氨基酸。,（4）堿性-亮氨酸拉鏈,結(jié)構(gòu)：羧基端35個(gè)氨基酸形成螺旋，每隔6個(gè)氨基酸就有一個(gè)亮氨酸殘基，導(dǎo)致第七個(gè)亮氨酸都在螺旋的同一方向出現(xiàn)。 二聚體的形式出現(xiàn)，兩個(gè)蛋白螺旋上的亮氨酸一側(cè)是形成拉鏈型二聚

47、體的基礎(chǔ)。,堿性-亮氨酸拉鏈,在一個(gè)雙元亮氨酸拉鏈基序中，當(dāng)兩個(gè)相鄰拉鏈的疏水面以互相平行的方向作用時(shí)，所產(chǎn)生的二聚體化作用會(huì)將各自的堿性區(qū)連在一起。,這種結(jié)構(gòu)是如何與DNA 的結(jié)合相關(guān)的呢？ 每個(gè)拉鏈蛋白質(zhì)中鄰近亮氨酸重復(fù)的區(qū)域都是高度堿性的，能成為結(jié)合DNA 的一個(gè)位點(diǎn)。兩個(gè)亮氨酸拉鏈形成一個(gè)丫形結(jié)構(gòu)，其中，拉鏈形成干，兩個(gè)堿性區(qū)對(duì)稱地形成DNA結(jié)合臂。這就解釋了為什么這些蛋白質(zhì)的靶序列是無間隔的反向重復(fù)序列。,（5）螺旋-環(huán)-螺旋,基序序列：羧基端100200個(gè)氨基酸的序列中含有兩個(gè)雙親性的螺旋，兩螺旋被一個(gè)連接區(qū)(環(huán))分開。 環(huán)的作用可能僅僅是使兩個(gè)螺旋區(qū)自由獨(dú)立的作用。 特點(diǎn)：存在結(jié)

48、合DNA的螺旋區(qū)和形成蛋白質(zhì)二聚體的能力。 這種蛋白通過兩個(gè)螺旋相應(yīng)表面的疏水殘基的相互作用，可形成同源二聚體和異源二聚體。,Basic-Helix-Loop-Helix,大多數(shù)HLH 蛋白質(zhì)在HLH基序附近有一個(gè)非常堿性的、對(duì)DNA結(jié)合非常重要的區(qū)域。 堿性HLH(bHLH protein) 。bHLH又分為兩類 A類是可以廣泛表達(dá)的蛋白，包括哺乳動(dòng)物的E12/E47（可和免疫球蛋基因增強(qiáng)子中的元件結(jié)合）和果蠅da（daughterless,性別控制的總開關(guān)基因）的產(chǎn)物； B類是組織特異性表達(dá)的蛋白，包括哺乳動(dòng)物的MyoD( 肌漿蛋白myogen)基因的轉(zhuǎn)錄因子，果蠅的AC-S（achaet

49、e-scute 無剛毛基因的產(chǎn)物）,當(dāng)兩個(gè)亞單位都是HLH(DNA 結(jié)合型HLH，含有堿性區(qū))時(shí)， HLH 二聚體可以結(jié)合DNA，但只要一個(gè)亞單位缺乏堿性區(qū)，二聚體就不能與DNA結(jié)合。,4、轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域,活化其他調(diào)控因子和RNA聚合酶。 并不是每個(gè)轉(zhuǎn)錄因子都直接與DNA結(jié)合。 特點(diǎn)： 帶負(fù)電荷的螺旋結(jié)構(gòu) 富含谷氨酰胺的結(jié)構(gòu) 富含脯氨酸的結(jié)構(gòu),兩個(gè)結(jié)合域的關(guān)系,DNA 結(jié)構(gòu)域?qū)⒌鞍踪|(zhì)帶到正確的位置。精確地將它與DNA 結(jié)合。結(jié)合是無關(guān)緊要的，但是一旦它能在那里存在，轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域就能發(fā)揮作用。,轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控,反式作用因子的活性調(diào)節(jié) 合成后即有活性：需要時(shí)合成，可迅速降解 共價(jià)修飾：磷酸化-去

50、磷酸化，糖基化 配體結(jié)合：如激素與受體的結(jié)合 蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用：二聚體 反式作用因子與順式作用元件的結(jié)合 反式作用因子間的相互作用,（四）真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的主要模式,蛋白質(zhì)磷酸化、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及基因表達(dá) 激素及其影響 熱激蛋白誘導(dǎo)的基因表達(dá) 金屬硫蛋白基因的多重調(diào)控,不用修剪的草,荷爾蒙控制細(xì)胞發(fā)育，是植物生長的指揮控制系統(tǒng)，改變指揮鏈將會(huì)使植物以特定方式生長。 植物類固醇激素油菜素內(nèi)酯是控制植物生長的關(guān)鍵因素。沒有它們，植物就是長不大的侏儒，并且不能繁殖后代。 自然,1、激素及其影響,類固醇激素以及一般代謝性激素的調(diào)控作用都是通過啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄而實(shí)現(xiàn)的。 糖皮質(zhì)激素通過使其受體與增強(qiáng)子結(jié)合實(shí)

51、現(xiàn)基因調(diào)控，增強(qiáng)子為啟動(dòng)子行使功能所必需。,常見的激素種類,腎上腺(Adrenal gland)可分泌30多種類固醇 ，主要的兩組是糖皮質(zhì)(Glucocorticoid)激素和鹽皮質(zhì)(Mineralocorticoid)激素。 生殖激素如雄激素(Androgen)和雌激素(Esdrugen)。 維生素D 是骨骼發(fā)育所必須的。 甲狀腺激素調(diào)控動(dòng)物的基礎(chǔ)代謝率 視黃酸(維生素A)是一種形態(tài)建成因子(Morphogen)，負(fù)責(zé)小雞翼芽發(fā)育過程中前后軸的生長。,受體,游離受體的位置還不完全清楚，它們可能在核與胞質(zhì)之間形成平衡。 但當(dāng)激素結(jié)合到受體上時(shí)，蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變成活性形式，對(duì)非特異DNA 的親合力增加

52、了10 倍。激素-受體復(fù)合物通常位于核內(nèi)。 一般認(rèn)為激素結(jié)合域妨礙了DNA結(jié)合區(qū)及轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)發(fā)揮作用，只有與激素結(jié)合后，才能打破這種障礙。,中心的DNA結(jié)合域在各種類固醇受體都有較強(qiáng)的相關(guān)性，且在其它受體中也被證實(shí)。 序列的保守性可能反映了結(jié)合到DNA的共同需求，而其差異則決定不同靶序列的選擇。,類固醇受體是如何激活轉(zhuǎn)錄的？,不直接作用于基本轉(zhuǎn)錄機(jī)構(gòu)，而是通過一個(gè)共激活復(fù)合體(Coactivating complex)行使功能。共激活體有各種活性，包括共同組分CBP/p300，其功能是通過乙?；瘉硇揎椊M蛋白。,2、熱激蛋白誘導(dǎo)的基因表達(dá),能與某一類蛋白因子結(jié)合，從而控制基因特異表達(dá)的DNA上游

53、序列稱為“應(yīng)答元件(Response element)”。 例如熱激應(yīng)答元件(Heat shock response element，HSE)、糖皮質(zhì)激素應(yīng)答元件(Glucocorticoid response element，GRE)、血清應(yīng)答元件(Serum response element，SRE)等。,應(yīng)答元件與細(xì)胞內(nèi)專一的轉(zhuǎn)錄因子相互作用，協(xié)調(diào)相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄。,Response elements identify genes under common regulation,佛波酯是一類能促進(jìn)腫瘤生長的有機(jī)化合物。,熱休克蛋白,熱休克蛋白（heat shock protein,HSP）是

54、指細(xì)胞在應(yīng)激原特別是環(huán)境高溫誘導(dǎo)下所生成的一組蛋白質(zhì)。HSP又稱應(yīng)激蛋白（stress protein, SP）。 生成：熱激因子（HSF）與hsp70基因的TATA 區(qū)上游60bp處的HSE結(jié)合，誘發(fā)轉(zhuǎn)錄起始。,基因結(jié)構(gòu)特點(diǎn),hsp70基因中沒有內(nèi)含子，而人hsp90、果蠅hsp82、人hsp27、雞hsp108和泛素等只有少量內(nèi)含子。 保證它們一旦起始轉(zhuǎn)錄不需要剪接就可以產(chǎn)生成熟mRNA以適應(yīng)hsp大量快速表達(dá)的需要。,機(jī)制,正常環(huán)境，HSF是單體，無DNA結(jié)合能力，hsp70參與維持HSF單體形式。 熱激或環(huán)境脅迫，變性蛋白與hsp70結(jié)合，HSF形成三體，能與HSE結(jié)合，促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄。

55、 HSF還會(huì)迅速被磷酸化。 Hsp70大量表達(dá)。 脅迫消失，出現(xiàn)游離的hsp70，又與HSF結(jié)合。,3、金屬硫蛋白基因的多重調(diào)控,金屬硫蛋白質(zhì)(Metallothionein，MT)基因：多余重金屬離子的螯合蛋白。 MT 蛋白質(zhì)保護(hù)細(xì)胞免受過多重金屬損傷。它與重金屬結(jié)合，并將其排出細(xì)胞。 受重金屬離子（鎘）或糖皮質(zhì)激素的誘導(dǎo)而高效表達(dá)。 金屬硫蛋白(metallothionein)基因則是單一基因受多種不同的調(diào)控機(jī)制的調(diào)控。不同元件中的任何一種，無論位于啟動(dòng)子內(nèi)，還是位于增強(qiáng)子內(nèi)，都能單獨(dú)激活基因表達(dá)，這是調(diào)控的通用原理。,Response elements identify genes un

56、der common regulation,人類金屬硫蛋白(MT)基因調(diào)控區(qū)的啟動(dòng)子含有對(duì)金屬誘導(dǎo)應(yīng)答的序列，增強(qiáng)子含有對(duì)糖皮質(zhì)激素應(yīng)答的序列。 基礎(chǔ)水平的組成型表達(dá)還需要兩個(gè)基礎(chǔ)水平元件(Basic level element，BLE)， 適用于啟動(dòng)子的常規(guī)轉(zhuǎn)錄。,初始轉(zhuǎn)錄物通過5端加帽(Capping) ，3 末端多腺苷化(Polyadenylation)進(jìn)行修飾。內(nèi)含子從割裂基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中去除。成熟RNA從核內(nèi)運(yùn)輸?shù)桨|(zhì)。 在核RNA水平上進(jìn)行序列選擇完成基因表達(dá)調(diào)控，可以發(fā)生在任何一個(gè)階段，但證據(jù)最充分的是剪接(Splicing)中的變化。 基因是通過可變剪接(Alternative

57、splicing)方式表達(dá)的，可變剪接調(diào)控控制著蛋白質(zhì)產(chǎn)物的類型。,四、轉(zhuǎn)錄后水平上的基因調(diào)控,RNA加工成熟 翻譯水平的調(diào)控,（一）RNA的加工成熟,rRNA和tRNA的加工及化學(xué)修飾： rRNA的化學(xué)修飾主要是甲基化。 mRNA的加工成熟： 前體RNA（hnRNA）的剪接。 剪接發(fā)生在核內(nèi)，與其它一些修飾同時(shí)進(jìn)行，以產(chǎn)生成熟的RNA。 核內(nèi)RNA 內(nèi)含子的去除和RNA 的自我剪接。,轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控,5端加帽(cap)和3端多聚腺苷酸化(polyA)的調(diào)控意義 使mRNA穩(wěn)定，在轉(zhuǎn)錄過程中不被降解 mRNA的選擇剪接(alternative splicing)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控 外顯子選擇(optional exon)、內(nèi)含子選擇(optional intron)、互斥外顯子、內(nèi)部剪接位點(diǎn) mRNA 運(yùn)輸?shù)目刂?轉(zhuǎn)錄后加工的多樣性,按轉(zhuǎn)錄方式分為兩類： 簡單轉(zhuǎn)錄單位：編碼產(chǎn)生一個(gè)多肽，加工方式簡單。 復(fù)雜轉(zhuǎn)錄單位：編碼組織和發(fā)育特異性蛋白，含有數(shù)量不等的內(nèi)含子，原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物能加工成兩個(gè)或兩個(gè)以上的mRNA。,1、簡單轉(zhuǎn)錄單位,三種形式： 組蛋白基因。無內(nèi)含子，無poly (A) ，轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)是回文結(jié)構(gòu)。 酵母蛋白質(zhì)基因。無內(nèi)含子，不需要剪接，但