真核生物的基因表达调控

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并不就是所有得转录因子都能够与DNA结合, 也不就是所有得转录因子都就是激活基因得转 录。
转录因子得结构
绝大多数转录因子至少具有以下三种不同得结构域得 一种: (1)DNA结合结构域,直接与顺式作用元件结合得转录因子 都具有此结构域。转录因子通常使用此结构域之中得 特殊α-螺旋与顺式作用元件内得大沟接触,通过螺旋上 得特殊氨基酸残基得侧链基团与大沟中得特殊碱基对 之间得次级健(主要就是氢键)相互识别而产生特异性。 许多转录因子在此结构域上富含碱性氨基酸,这可能有 利于她和DNA骨架上带负电荷得磷酸根发生作用; (2)效应器结构域,这就是转录因子调节转录效率(激活或阻 遏)、产生效应得结构域; (3)多聚化结构域,此结构域得存在使得转录因子之间能够 组装成二聚体或多聚体(同源或异源)。下面将集中介绍 前两种结构域,特别就是DNA结合结构域。
在转录水平上得基因表达调控
真核生物得蛋白质基因得转录除了启动子、RNA聚合酶II和基础 转录因子以外,还需要其她顺式作用元件和反式作用因子得参与。 参与基因表达调控得主要顺式作用元件有:增强子、沉默子、绝缘 子和各种反应元件;参与基因表达调控得反式作用因子也称为转录 因子,她们包括激活蛋白、辅激活蛋白、阻遏蛋白和辅阻遏蛋白。 激活蛋白与增强子结合激活基因得表达,而阻遏蛋白与沉默子结合, 抑制基因得表达,某些转录因子既可以作为激活蛋白也可以作为阻 遏蛋白其作用,究竟就是起何种作用取决于被调节得基因。辅激活 蛋白缺乏DNA结合位点,但她们能够通过蛋白质与蛋白质得相互作 用而行使功能,作用方式包括:招募其她转录因子和携带修饰酶(如 激酶或乙酰基转移酶)到转录复合物而刺激激活蛋白得活性;辅阻 遏蛋白也缺乏DNA结合位点,但同样通过蛋白质与蛋白质得相互作 用而起作用,作用机理包括:掩盖激活蛋白得激活位点、作为负别构 效应物和携带去修饰酶去中和修饰酶(如磷酸酶或组蛋白去乙酰基 酶)得活性。
真核生物的基因表达调控
在染色质水平上得基因调控
原核生物得DNA绝大多数处于完全暴露和可接近得状态,而真核生 物DNA大部分被遮挡并组织成染色质。因此,原核生物DNA转录 得“默认状态”就是开放,其调控机制主要就是通过阻遏蛋白进行 得负调控,而真核生物DNA转录得“默认状态”就是关闭,其调控 机制主要就是通过激活蛋白进行得正调控。 染色质得结构就是一种动态可变得结构,其结构得变化能直接影响 到基因得表达。已有众多证据表明,一个基因在表达前后,其所在位 置得染色质结构会发生重塑或重建。由于染色质得组成单位就是 核小体,因此,染色质结构得改变就是从核小体得变化开始得,而核 小体得变化就是从组蛋白得共价修饰和去修饰开始得。 组蛋白能够经历得共价修饰包括乙酰化、甲基化、磷酸化、泛酰 化和ADP-核糖基化等,其中乙酰化对染色质结构得影响最大。 组蛋白得乙酰化修饰至少具有三个功能:(1)中和Lys残基上得正电 荷而减弱组蛋白与DNA得亲和力;(2)招募其她刺激转录得激活蛋 白和辅激活蛋白;(3)启动染色质重塑。以上三个方面均有利于基因 转录得发生。
阻遏蛋白与沉默子结合以后抑制基因表达得三种可能方式
转录水平调控得实例
酵母细胞半乳糖代谢相关基因得表达调控 热休克蛋白得基因表达调控 激素诱导得基因表达调控 金属硫蛋白得基因表达调控 生物发育过程中得组织特异性基因表达
酵母细胞半乳糖代谢相关基因得表达调控
酵母细胞内参与利用半乳糖代谢得3个基因GAL1(半乳糖激酶基 因)、GAL7(半乳糖转移酶基因)和GAL10(半乳糖差向异构酶基因), 受到半乳糖可得性得协同调节,这3个基因尽管相互靠得很近,但并 不象原核生物那样组成操纵子。 在GAL1和GAL10之间有一段上游激活子序列(UAS),她为转录因 子GAL4蛋白得结合位点。 在没有半乳糖时,GAL4蛋白二聚体与GAL80蛋白组成得复合物与 UAS结合,这时GAL80作为阻遏蛋白阻止GAL4激活GAL基因得转 录;在有半乳糖(同时无葡萄糖)时,半乳糖得代谢物与GAL80上得结 合位点结合,改变了GAL80得构象,并导致GAL4得磷酸化从而激活 GAL4,GAL基因因此被诱导表达
组蛋白乙酰化或去乙酰化与染色质转录活性得关系
组蛋白乙酰化与染色质重塑得关系
组蛋白得修饰与染色质构象变化得关系
在DNA水平上得基因表达调控
DNA扩增 DNA重排 DNA甲基化 基因丢失 DNA印记 启动子得选择使用
DNA扩增
就是通过增加基因得拷贝数来提高基因表达效率得一 种手段,使用这种手段来进行调控得基因通常就是细胞 在较短得时间内或在特定得发育阶段大量需要得基因。 当其她调控手段已到达极限得时候,DNA扩增就显得尤 为重要。 实例:果蝇得绒毛膜基因;两栖动物得成熟卵细胞得 rRNA基因;哺乳动物细胞得DHFR基因。
真核生物在转录水平进行基因表达调控得主要方式
激活蛋白激活基因表达得可能机制
绝缘子作用得分子模型
ICR绝缘子对小鼠Igf2和H19基因表达得控制
转录因子
转录因子就是泛指除RNA聚合酶以外得一系列 参与DNA转录和转录调节得蛋白质因子,分为 基础转录因子和调节转录因子,其中前者又称为 一般转录因子或普遍转录因子,专指从核心启动 子开始进行精确转录所必需得一组最低数量得 蛋白质得总称,其她转录因子参与转录得调节, 激活或阻遏基因得转录,因此属于调控转录因子。
DNA重排
B淋巴细胞在成熟过程Ig基因经历得重排 锥体虫主要得表面抗原基因发生得重排 酿酒酵母在交配类型转换过程中发生得 基因重排
抗体基因多样性产生得分子机制
VJ和VDJ得重组连接 连接得多样性,重排过程中得连接就是不精确得, 这种“故意”得不精确连接可导致氨基酸得变 化或缺失,从而影响到抗原结合位点得结构,实 际上她就是抗体上出现高变区得原因 插入得多样性,TdT作用导致DJ连接或V-DJ连接 中随机插入若干个核苷酸到V基因、D基因或J 基因得末端 体细胞超突变,主要发生在V基因 选择性剪接和选择性加尾
激活蛋白得效应器结构域
激活蛋白得效应器结构域即就是激活基因转录得激活 结构域。转录因子上得DNA结合结构域只能让转录因 子与特定得顺式作用元件结合,以“锁定”被调节得目 标基因,激活基因表达得功能由转录因子上专门得激活 结构域承担。 已发现三种常见得激活结构域:(1)酸性结构域——富含 酸性氨基酸残基,但常有1个疏水得氨基酸残基镶嵌在其 中。(2)富含Gln结构域;(3)富含Pro结构域。
锥体虫主要表面抗原基因得重排
酿酒酵母在交配类型转换过程中发生得基因重排
DNA甲基化与基因表达
DNA甲基化就是一种复制后加工反应。真核生物和原核生物得甲 基化位点和甲基化得功能完全不同。 真核生物DNA得甲基化位点主要就是CpG 二核苷酸(少数就是 CpNpG三核苷酸序列)之中得C,甲基供体为SAM,由DNA甲基化酶 催化,C甲基化后成为5-甲基胞嘧啶。 CpG序列在基因组中得分布并不均一,她们通常成簇存在,形成所谓 得CpG岛。每一个CpG岛长度在1kb~2kb左右,通常位于基因得启 动子附近或内部,并有可能延伸到基因得第一个外显子。 甲基化样式与基因表达有关:活性基因得CpG岛处于去甲基化状态, 非活性基因得CpG岛处于甲基化状态。管家基因得CpG岛在所有 得细胞都呈去甲基化状态,而组织特异性基因得CpG岛只就是在表 达她得细胞才处于去甲基化状态。
DNA物得某些基因而言,在一个发育得个体之中,两个等位 基因中只有一个才表达,而哪一个被表达就是由亲代决定得:有得就 是来自父本得基因才能表达,如IGF-2基因,有得就是来自母本得基 因才表达。这种由亲代决定得等位基因得选择性表达得机制被称 为印记。印记得手段就是甲基化,不表达得等位基因得CpG岛上得 C被甲基化,表达得等位基因得CpG岛上得C没有被甲基化。 在配子形成时期,许多基因就开始以性别特异性得方式进行甲基化 反应,性别特异性得甲基化导致胚胎内来自不同亲本得等位基因得 区别表达。 尽管在胚胎发育得早期,其胚性细胞内得甲基化样式重新设定,需要 经历一波又一波得去甲基化和新甲基化反应,但这并不影响到印记 基因得甲基化。 在个体发育得整个阶段,由于组织特异性甲基化酶得作用,不同类型 得细胞其甲基化样式会发生改变,但被印记得基因始终得到维持,这 要归功于细胞内一种维持甲基化酶得作用。
酵母细胞半乳糖代谢相关基因得表达调控
热休克蛋白得基因表达调控
与原核生物一样,真核生物在温度骤然升高或其她不良因素得刺 激下,体内热激蛋白基因被诱导表达以帮助细胞度过难关。 热激蛋白得基因表达除了启动子以外还受到HSE和热激因子 (HSF)得控制,其中HSE位于热休克基因得上游,其一致序列就是 GAANNTTCNNGAA,HSF就是与HSE结合得转录因子。 就哺乳动物而言,在正常得条件下,其细胞内得HSF以单体得形式 存在,缺乏结合DNA得活性;在细胞受热或受其她不良因素得刺 激下,HSF从单体变成三聚体后进入细胞核,并与HSE结合,上调 热休克基因得表达。然而,HSF得三聚体化和与DNA结合还不足 以诱导转录,因为在酵母细胞内,HSF一直以三聚体得形式存在并 始终与DNA结合,因此,HSF在与DNA结合以后还应该有第二步 激活步骤。已有实验证明,酵母和果蝇HSF得第二步激活由超氧 阴离子负责。
金属硫蛋白得基因表达调控
金属硫蛋白(MT)就是一种富含Cys残基得小分子蛋白,在细胞内能 够与重金属离子结合,以清除细胞内过量得重金属,从而保护细胞免 受重金属毒害。此外,还发现她参与细胞防护活性氧以及调节体内 锌离子得稳定。 MT基因平常以较低得水平表达,但遇到过量得重金属离子或在糖 皮质激素得作用下,可大量表达。重金属离子可诱导MT得表达就 是因为MT得上游存在MRE,但MRE需要金属反应性转录因子1(MTF-1)得结合。 酵母细胞与MTF-1相当得就是ACE-1,该转录因子调节依赖于铜得 MT基因得表达。 ACE-1在N-端一半含有与MT 相似得成簇得Cys 残基。铜与成簇得Cys残基结合改变了ACE-1得构象,ACE-1因此被 激活而与MRE结合,从而上调MT基因得表达。至于其她生物内得 MTF-1如何被重金属离子激活得机制尚不十分清楚。
DNA结合结构域
DNA结合结构域一般会含有以下几种结 构基序中得一种: (1)α-螺旋-转角-α-螺旋 (2)锌指结构 (3)碱性拉链 (4)α-螺旋-环-α-螺旋 (5)与小沟接触得β-支架因子
转录因子四种DNA结合结构域
碱性拉链结构域与DNA得结合
含有α-螺旋-突环-α-螺旋结 构域得MyoD与DNA得结合
DNA甲基化与印记
多个启动子得选择性使用
某些真核生物得基因不止一个启动子,例如,抗肌营养不 良蛋白有8个启动子,通过使用不同得启动子可转录出不 同长度得mRNA,她们经过翻译可产生不同性质或功能 得蛋白质产物。
人谷胱甘肽还原酶得基因具有两个启动子,这两个启动 子分别指导定位于细胞质和线粒体得谷胱甘肽还原酶 得合成。指导线粒体谷胱甘肽还原酶得启动子在指导 细胞质谷胱甘肽还原酶启动子得上游。显然,上游启动 子转录出来得mRNA要比下游启动子转录出来得 mRNA要长。分析她们得核苷酸序列以后发现,长 mRNA得起始密码子位置前移,因而会多翻译一段指导 进入线粒体得信号肽序列。
大家应该也有点累了,稍作休息
大家有疑问的,可以询问和交流
10
抗体轻链基因得重排机制
胚性细胞内轻链基因得结构
抗体重链基因重排、转录、后加工和翻译
D基因和J基因连接得多样性
锥体虫主要表面抗原基因得重排
锥体虫就是由一种叫采采蝇得吸血蝇传播得血液寄 生性原生动物,她就是非洲昏睡病得病原体。在应付 宿主细胞得免疫系统方面,锥体虫可谓就是魔高一丈, 她会不断而有序地改变其表面抗原,以逃避免疫系统 对她得攻击,因此,一旦人被感染锥体虫,患者极容易进 入慢性感染状态,最后可能发展到严重得神经损伤、 昏迷或死亡。 锥体虫得表面抗原性质与其可变得表面糖蛋白(VSG), 由她形成一种保护性得外被。锥体虫基因组约有 1000拷贝得VSG基因,但并不就是所有得VSG基因都 能表达。只有处于表达偶联位点得拷贝(ELC)才有可 能被转录,其她位点上得VSG被称为基本拷贝(BC),无 转录活性。
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