荊楚理工學(xué)院《細(xì)胞生物學(xué)》ppt課件

1、第三節(jié) 真核基因表達(dá)調(diào)控,真核細(xì)胞基因組全能性的實(shí)驗(yàn)證據(jù),不同組織器官中表達(dá)不同的蛋白質(zhì)組 （2D-gel）,從DNA到蛋白質(zhì)的可能的調(diào)控步驟,真核基因表達(dá)的多級(jí)控制,主要調(diào)控水平： *－轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控（transcriptional control） *－轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控（post-transcriptional control） RNA加工水平調(diào)控（RNA processing control）

2、 翻譯水平調(diào)控（translational control） －蛋白質(zhì)的翻譯后修飾（post-translational modification）,一、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 基本概念： 事件：DNA/protein, protein/protein 相互作用； 順式作用元件（cis-acting element）：與轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白特異 結(jié)合的DNA序列； 反式作用因子（trans-

3、acting factor）：與特定DNA序列結(jié) 合的調(diào)控蛋白因子； “模體”結(jié)構(gòu)（motif）：蛋白質(zhì)中的小結(jié)構(gòu)域，由一小段保 守的氨基酸構(gòu)成，用以識(shí)別特定的DNA序列或其他蛋白質(zhì)； e.g., helix-turn-helix, zinc-finger, ß-sheet, leucin-zip, etc.,共有序列（consensus sequence）：DNA中一小段保守序列（有時(shí)也

4、指蛋白質(zhì)中的氨基酸序列），能夠被特定的蛋白結(jié)構(gòu)域所識(shí)別，在轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控中起重要作用；e.g., TATA-box, CAAT-box, GC-box, etc. 通用轉(zhuǎn)錄因子（general transcription factor）：與核心啟動(dòng)子元件相結(jié)合（如TATA-box），啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄； 特異轉(zhuǎn)錄因子（specific transcription factor ）：與基因的特異調(diào)控元件相結(jié)合，起調(diào)節(jié)作用（促進(jìn)或阻抑）；,（一

5、）、轉(zhuǎn)錄的激活（transcriptional activation） 1，轉(zhuǎn)錄的起始 涉及一系列的DNA/protein, protein/protein 相互作用；轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合體（pre-initiation complex）的形成，etc.,RNA polymerase II (side cutway) Aaron Klug, 2001, Science, 292:1844-46,真核基因的結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)錄的起始

6、,2，激活因子（activator）和輔激活因子（co-activator） 特異性的轉(zhuǎn)錄因子，能在DNA序列上形成復(fù)合體，激活轉(zhuǎn)錄；e.g., 腎上腺（糖）皮質(zhì)激素的作用：glucocorticoid/GRE,輔激活因子在特定的DNA元件上形成復(fù)合體，激活轉(zhuǎn)錄,轉(zhuǎn)錄因子（通用轉(zhuǎn)錄因子和特異轉(zhuǎn)錄因子）的功能結(jié)構(gòu)域： - DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域（DNA-binding domain）：與基因的 調(diào)控區(qū)域的

7、特定DNA序列識(shí)別并結(jié)合 - 激活結(jié)構(gòu)域（activation domain）：招募其他激活因子 和蛋白質(zhì)，共同啟動(dòng)或激活轉(zhuǎn)錄,真核基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控（gene control regions）,3，基因遠(yuǎn)端的調(diào)控元件 — 增強(qiáng)子（enhancer）特點(diǎn)： 距離基因的起始點(diǎn)較遠(yuǎn) 位置不定：上游、下游、內(nèi)含子內(nèi)部 方向性：正反方向均有作用作用機(jī)制： 間隔DNA可以形成環(huán)狀 通過與enhan

8、cer結(jié)合的特異因子起作用 染色質(zhì)構(gòu)型的改變（重塑）,基因遠(yuǎn)端的增強(qiáng)子促進(jìn)轉(zhuǎn)錄復(fù)合體的裝配,（二）、轉(zhuǎn)錄的阻抑（transcriptional repression）1，順式作用元件／反式作用因子 阻抑物（repressor）：負(fù)調(diào)控的特異性轉(zhuǎn)錄因子 沉默子（silencer）：負(fù)調(diào)控的DNA元件作用機(jī)制： 阻抑轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合體的組裝（與通用轉(zhuǎn)錄因子作用） 與轉(zhuǎn)錄激活因子競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合DNA 與轉(zhuǎn)錄激活因

9、子相互作用，影響其活性 改變?nèi)旧|(zhì)構(gòu)型（招募重塑復(fù)合體、組蛋白修飾酶）,阻抑因子（repressor）抑制基因轉(zhuǎn)錄的可能機(jī)制,2，DNA甲基化（DNA methylation） CG島（CG island）：基因組DNA中富含GC堿基的區(qū)域， 其中一些對(duì)稱序列中的 5’-CG-3’ 二核苷酸的胞嘧啶（C） 常被甲基化修飾；與基因的失活有關(guān)。 DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNA methyltransferase, DNMT

10、） – 維持性DNMT（maintenance DNMT）：使DNA甲基化 的模式（pattern）在細(xì)胞分裂中得以保持（可遺傳性） – 構(gòu)建性DNMT（establishment DNMT; de novo DNMT）： 使非甲基化的DNA模板甲基化 DNA甲基化是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，又是相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)；受精 卵和早期胚胎細(xì)胞中甲基化程度低，隨分化進(jìn)程逐漸建立。,胞嘧啶C的甲基化修飾,D

11、NA甲基化 pattern 維持的方式（維持性DNMT的作用）,DNA甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)制： – 干擾轉(zhuǎn)錄因子對(duì)DNA元件的識(shí)別和結(jié)合 – 將轉(zhuǎn)錄因子的DNA識(shí)別序列轉(zhuǎn)變?yōu)樽枰治锏淖R(shí)別序列 – DNA甲基化有利于招募染色質(zhì)重塑或修飾因子 DNA甲基化的普遍性： 脊椎動(dòng)物（包括哺乳類和人）、植物中普遍存在；低等 生物（果蠅、酵母等）中未發(fā)現(xiàn)。,DNA甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)制,基因組印記（genomic

12、 imprinting）和甲基化現(xiàn)象： 在二倍體動(dòng)物中，有些基因（～100個(gè)）的表達(dá)，依賴于其是來自于父本還是母本染色體，如同印上了“印記”； 印記是由DNA甲基化標(biāo)記來實(shí)現(xiàn)區(qū)分的；印記的基因在受精后不受“去甲基化波”的影響，從而“記憶”住了親本所標(biāo)記的表達(dá)方式（阻抑或促進(jìn)）。e.g., 鼠的 Igf2 基因。 這是DNA的“狀態(tài)”，而不是其序列決定可遺傳性狀的證據(jù)（表觀遺傳）。,鼠中基因“印記”的傳遞方式,

13、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控的步驟和方式,基因的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控 （post-transcriptional control ）,選擇性剪接的不同形式＊深藍(lán)：均保留的exon; 淺藍(lán)：僅在一個(gè)mRNA 中 保留的exon; 黃色：intron; 紅線：被剪切去的區(qū)域。,選擇性剪接的實(shí)際例子：α - 原肌球蛋白 mRNA (α-tropomyosin),剪接位點(diǎn)的選擇和識(shí)別： 剪接增強(qiáng)子（spl

14、icing enhancer） 剪接因子（splicing factors） 形成“剪接子”（spliceosome）,RNA剪接的機(jī)制,2，RNA 編輯（RNA editing） 改變成熟的 mRNA 的序列，從而改變其“含義”（meaning）的機(jī)制；如：插入一個(gè)或多個(gè) “U”。 由 “guide RNA” 引導(dǎo)編輯過程。,三、翻譯水平的調(diào)控（translational control）

15、 成熟mRNA 的結(jié)構(gòu)： 5’帽子（5’-cap, metG），5’－UTR，編碼區(qū)，3’－UTR，多聚（A）尾部。,（一）、mRNA 的細(xì)胞定位 mRNA 在細(xì)胞質(zhì)中的不均一性（見前）：如何定位？ 決定：3’-UTR 中的信息，可能涉及蛋白質(zhì)的參與； 轉(zhuǎn)運(yùn)：微管（microtubule）的作用； 錨定：微絲（microfilaments）的作用。,mRNA 定位的幾種方式:Left: tr

16、avel by associateion with cytoskeleton motor;Center: random diffusion;Right: degradation of unanchored mRNAs;Black open circus: anchor complex,（二）、mRNA 的翻譯調(diào)控 翻譯的負(fù)調(diào)控（negative translational control） 翻譯阻抑蛋白（transl

17、ational repressor）：與 mRNA 的 5’-UTR 和 3’-UTR 中的特定序列相識(shí)別、相互作用，并抑制翻譯水平。,翻譯的負(fù)調(diào)控機(jī)制e.g., ferritin,翻譯起始點(diǎn)的調(diào)控 翻譯通常從第一個(gè)AUG起始，但有時(shí)會(huì)因第一個(gè)AUG周圍的、能被核糖體亞基識(shí)別的信號(hào)序列太弱而被錯(cuò)過，從而由以下的AUG開始翻譯（“l(fā)eaky scanning”）,（三）、mRNA 的穩(wěn)定性（mRNA stability）

18、 mRNA的半衰期（half-life）：從幾分鐘到十幾個(gè)小時(shí)不等， 多數(shù)mRNA 的半衰期不超過30分鐘； 影響mRNA穩(wěn)定性的因素： – 多聚（A）尾部的長(zhǎng)短：poly(A)/PABP，< 30 nt 時(shí)降解 – 5’-帽子的解除（de-capping）引起mRNA 降解（通常與 3’-poly(A) 的降解過程相伴） – 3’-UTR序列的不同可影響mRNA 降解，可能與pol