中山大学硕士研究生生物医学课程 转录调控基本方法共61页
转录及转录调控
（二）转录延长 1. 与原核生物大致相似，
没有转录与翻译同步的现象。 2. RNA-pol前移,核小体移位和解聚现象。
8/3/2020
核小体
RNA-Pol
转
转录方向
录
延
长
中
的
核
RNA-Pol
小
体
移
位
RNA-Pol
8/3/2020
（三）转录终止 —— 和转录后修饰密切相关。
转录终止修饰点: DNA读码框架下游的一组AATAAA和GT共同
原核生物启动子保守序列
8/3/2020
转录起始点
1、 转录开始的位置
超过90%的转录起始点为嘌呤核苷酸，在转录 起始点有一保守序列：MCATMM，A是转录 始点。 M：A或C或G
8/3/2020
—10序列
2、 —10序列，位于转录起始位点上游— 10bp左右，有一个6个碱基组成的保守 序列TATAAT，是RNA聚合酶结合的部 位，又称为TATA盒或Pribnow盒。
8/3/2020
转录起始过程：
2. DNA局部解链 RNA聚合酶挤入DNA双链中，解链长度约
12~17个核苷酸， 拓扑异构酶参与。 形成开放转录复合物(二元复合物)
8/3/2020
转录起始过程：
3. 在RNA聚合酶作用下发生第一次聚合反应， 形成转录起始复合物。
5-pppG -OH + NTP 5-pppGpN - OH 3 + ppi
8/33/42020
发夹式结构和寡聚U的共同作用使RNA从三元 复合物中解离出来。
8/33/52020
终止效率与 二重对称序列 （至少6bp）和 寡聚U（至少4个 U）的长短有关， 长度↑，终止效 率↑。
细胞的转录与转录调控
细胞的转录与转录调控转录是生物体中基因表达的重要过程之一。
通过转录过程，DNA 序列将被转录成RNA分子，从而实现基因信息的转换和传递。
转录调控作为机体对基因表达的精细调节机制，不仅控制着细胞内各种生物过程的进行，还决定了细胞发育、分化以及应对环境变化的能力。
本文将从细胞的转录机制以及转录调控的重要性两个方面进行探讨。
一、细胞的转录机制细胞的转录是指在DNA模板的指导下，通过RNA聚合酶酶的催化作用，将DNA主链上的一段编码或非编码的基因序列转录成RNA分子的过程。
具体而言，转录的主要过程可分为如下几个步骤：1. 酶的结合：RNA聚合酶通过特异性与DNA结合，形成RNA聚合酶-DNA复合物。
这种结合形式通常是依赖于酶与DNA特定的序列结合而发生的。
2. 脱氧核苷酸的加入：RNA聚合酶将脱氧核苷酸（dNTP）与DNA 携带的模板链上的核苷酸进行互补配对，并将其加入到新合成的RNA 链中。
3. 转录起始：在DNA的启动子区域，RNA聚合酶会寻找具有特殊序列的基因，以确定转录起始点。
4. 转录终止：当RNA聚合酶通过识别特定的转录终止信号而停止在DNA上的移动时，转录过程达到终止点，生成的RNA链被释放。
通过上述步骤，细胞内的DNA信息得以转录成为RNA分子。
这些RNA分子代表着细胞中特定基因的表达水平，可进一步在蛋白质合成过程中发挥重要的作用。
二、转录调控的重要性转录调控是细胞内对基因转录过程进行精细调控的重要机制。
转录调控的主要目的是在不同发育阶段、组织和环境条件下，使细胞能够选择性地激活或抑制特定基因的转录，从而实现细胞功能和特性的调节。
以下是转录调控的几个重要类型：1. 转录因子：转录因子是一类能够结合到DNA上的蛋白质，可以促进或阻止RNA聚合酶与转录起始复合物的形成，从而调控基因的转录。
转录因子在转录调控中起到关键作用，可以通过结合启动子区域和共激活蛋白相互作用，激活或阻止转录的进行。
2. 表观遗传调控：表观遗传调控是指通过对DNA和组蛋白修饰状态的改变，来调节基因的转录过程。
简述真核生物基因的转录过程和调控方式
简述真核生物基因的转录过程和调控方式生物基因是组成生物体的基本结构，可以被视为生物的基本构成单位。
它们的转录和调控是生物体的发育、进化和功能的主要驱动力。
真核生物基因的转录过程是指，含有信息的DNA分子由转录因子催化其转录成另一种碱基序列的核酸分子，如mRNA，而调控方式是指DNA 转录产生的mRNA是否以及如何有效地被表达，从而影响有效基因表达。
因此，真核生物基因的转录过程和调控方式对研究生物体的发育、进化和功能具有重要意义。
首先，真核生物基因的转录是由转录因子酶催化完成的。
发现DNA序列中的转录因子酶结合位点后，可以触发转录过程。
一般情况下，转录因子可以分为强相关转录因子和弱相关转录因子。
强相关转录因子可以直接结合基因起始子，而弱相关转录因子是可以互相协同作用的，只有多个弱相关转录因子聚集起来，才能结合基因起始子，激活转录过程。
其后，RNA聚合酶结合到基因起始子，并开始从DNA 模板复制RNA产物，并在新复制体上完成除去框架。
一旦翻译完成，mRNA可以被分泌到细胞外或运输到另一个细胞，在那里充当蛋白质模板结构。
其次，真核生物基因的调控方式是指DNA转录产生的mRNA是否以及如何有效地被表达。
重要的是要将mRNA表达调节到正确的水平，以确保细胞以有效的方式表达指定的基因。
真核生物基因的调控方式包括转录和转录后调控，分别由转录因子和调控因子来实现。
转录有两种形式，一种是基因质量调控，它控制基因的转录速率；另一种是基因转录路径调控，它控制基因表达特定蛋白质的转录路径，并可能与遗传学相关。
此外，转录后调控可以分为翻译调控和信使RNA修饰调控，它们可以识别和处理mRNA的表达，改变mRNA的稳定性以及调节蛋白质表达水平。
最后，真核生物基因的转录过程和调控方式是研究生物体发育、进化和功能中重要的因素之一。
转录过程和调控方式可以控制基因的表达水平，从而影响有效基因的表达，对细胞的发育和功能有重要的作用。
例如，基因的转录和调控可以影响基因组的结构变化，这可以帮助研究生物体的发育和进化过程。
转录调控的基本机制与研究方法
转录调控的基本机制与研究方法转录调控是生物学中一个重要的研究领域，它涉及基因表达的调控机制，尤其是转录过程中的调控。
本文将介绍转录调控的基本机制和研究方法。
一、转录调控的基本机制转录调控的基本机制是在基因表达过程中调节RNA聚合酶的选择和结合，从而控制基因转录的速度和效率。
RNA聚合酶是开链酶，它可以将DNA分子的两条链分离，然后加入新的核苷酸，从而合成RNA。
RNA聚合酶在转录时，需要与调控因子一起联合作用，才能在某些区域上停留和转录，而在其他区域上则避免转录。
转录调控的机制有几种：1. 转录因子转录因子是蛋白质，它可以控制RNA聚合酶在DNA上的结合位置和转录速度。
转录因子有许多类别，包括激活子、抑制子、组蛋白修饰因子等。
激活子可以促进转录过程的进行，而抑制子则可以扼杀转录活动。
组蛋白修饰因子则可以改变DNA的化学信息，从而影响RNA聚合酶的选择和结合。
2. RNA剪接RNA剪接是指，在RNA分子合成的过程中，剪去不必要的结构，并将不同的RNA片段组合成一个已知的顺序。
剪接的目的是产生不同类型的mRNA分子，这些分子可以编码不同类型的蛋白质。
RNA剪接的过程对调控基因表达和转录发挥了重要作用。
3. RNA降解RNA降解是指，由于某些成因或外部原因，RNA分子发生了错误或变异，从而被分解成较小的片段。
降解的RNA片段可以对基因表达和转录产生不同程度的影响。
二、转录调控的研究方法转录调控的研究方法多样，具体包括以下几种：1. ChIP-Seq技术ChIP-Seq是测定蛋白质结合到某一具体DNA区域的技术。
该技术利用大量的DNA片段测定特定蛋白质结合的位置和频率，从而确定蛋白质在基因表达中的作用。
2. RNA-Seq技术RNA-Seq是测定RNA中所有的转录产物和表达谱的技术。
利用RNA-Seq技术，可以测定某个组织中基因的表达量和转录利用率。
该技术可广泛应用于基因功能研究、癌症早期诊断和开发新药等领域。
转录调控讲义-Transcriptional Regulation
Most master regulators in cell fate determination are transcription factors
iPS cells
Oct4 Sox2 Myc Klf4
Fibroblasts Differentiated cells
GENES MUST BE EXPRESSED TO REVEAL THEIR BIOLOGICAL ACTIVITIES
Sex determination
Growth defects
Cell memory
Ageing
Speciation
What control these gene expression?
Cis-acting control elements of a gene
(a) Genes of multicellular organisms contain both promoter-proximal elements and enhancers (collectively referred to as cic-acting control elements) as well as a TATA box or other core promoter element(s).
RNA viruses: Influenza [high mutation rates] HIV [reverse transcription]
Protein as genetic information (Protein conformation: prions--mad cow disease)
Advantage: sensitive
Disadvantage: requires stable complex; little information about where protein is binding on DNA
中山大学硕士研究生生物医学课程 转录调控基本方法
感染细胞类型
表达丰度 表达时间
滴度 克隆容量
高水平表达 快（1-2 天）
滴度高达1012pfu/ml
中水平表达 慢 ( 2-4天 )
滴度最高可达109 TU/ml
高水平表达 慢
滴度最高可达105 TU/ml 可插入不超过5kb的 外源片段，滴度随 插入片段长度增加 而降低 低免疫原性
可插入高达8kb的外源 可插入不超过10kb的 片段，滴度随插入片 外源片段，滴度 段长度增加而降低 随插入片段长度 增加而降低 高免疫原性 低免疫原性
Chang-Deng Hu et al. 2002, Mol Cell
凋亡时BiFC增多
Fos↑→BiFC↓, Fos↓→BiFC↑
53
Fos抑制c-Jun/ATF2二聚体形成
54
Fos保护神经元
55
56
转录调控研究常用方法
1. 检测基因的表达水平： mRNA：RT-PCR
Protein：WB，ICC，IHC，IF
黑质多巴胺神经元凋亡 ……
6
7
c-Jun的靶基因是什么？
Fas L
Mol Cell Biol 1999
Mol Cell Neurosci 2001
J Cell Biol 2003
Bim
Neuron 2001
Neuron 2001
Neurosci Lett 2005
8
9
寻找c-Jun促凋亡靶基因 －基因芯片方法
Dp5启动子上有c-Jun结合的ATF位点
dp5启动子上的ATF位点对其转 录活性是否重要？
报道基因
ATF位点是dp5上调的关键位点
23
c-Jun是否直接结合在dp5启动 子的ATF位点上？
生命科学中的转录调控研究
生命科学中的转录调控研究随着科技的不断进步，生命科学领域的研究也在不断深入。
其中，转录调控研究是生命科学中非常重要的一个领域。
转录调控研究的目标是探究基因表达的调控机制，揭示基因调控网络的组成和工作原理，为基因治疗、肿瘤治疗等提供重要的理论依据和实践指导。
一、转录调控的基本概念所谓转录调控，就是指在转录过程中，通过内部或外部信号的调控，控制基因启动子的结构和功能，诱导或抑制转录因子的结合，从而调节基因表达的发生。
在人类体内，几乎所有的细胞都具有相同的基因组，但每种细胞的表观基因组特征却因此而不同，这主要得益于转录调控的作用。
转录调控的具体机制包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA等。
二、转录调控的研究方法目前，转录调控的研究方法主要包括基因组学、转录组学、蛋白质组学等。
其中，基因组学是一门研究基因组特征、基因组组装和基因组进化规律的学科，同时也是转录调控研究的重要方法之一。
在基因组学的研究中，我们可以采用ChIP-Seq、ATAC-Seq 等技术，快速地鉴定出基因调控元件的位置、计算基因组修饰水平等。
这样，我们就可以更好地了解基因组的结构和功能，从而为基因调控的研究提供良好的基础条件。
三、转录调控的应用前景基因表达的变化与很多疾病的发生发展密切相关，如某些肿瘤的发生就与基因的异常表达有关。
可以说，探究基因表达的调控机制是肿瘤发生机制研究的重点和热点之一。
在以往的肿瘤基因组学领域，我们主要关注的是散在的突变点，但只靠基因突变，并不能真正探究疾病的本质。
而随着近年来科技的不断更新以及方法的拓展，我们逐渐认识到了更深层次的问题。
如果我们能够理解转录因子网络的调控机制，再结合基因突变信息，就有可能对肿瘤发生机制的研究作出更深入的贡献。
总之，转录调控研究是生命科学领域中的一个重要领域。
通过对转录调控的深入研究，我们不仅能够了解基因的组成和功能，还可以深入探究基因的表达调控机制，为基因治疗等领域的实践提供重要的理论指导。
miRNA调控和转录调控的生物学机制
miRNA调控和转录调控的生物学机制在细胞的生物学过程中，miRNA调控和转录调控起着至关重要的作用。
两种调控机制在细胞的基因表达中都起到了至关重要的作用，而且是相互作用的。
这两种调控机制都可通过生物技术手段进行驯化，已经成为生命科学研究中的一个重要领域。
miRNA调控的生物学机制是：miRNA是一种长度为20-25小的RNA分子，它可以与mRNA相结合，抑制靶基因翻译，从而影响其表达。
miRNA调节基因表达是通过RNA干扰途径来实现的: miRNA结合到靶基因RNA上，与靶基因RNA蛋白合成的核心体相结合，使该基因RNA失去翻译能力并催化裁剪过程。
这样，基因的表达量在RNA的水平上被调控。
miRNA在细胞分化、增殖和凋亡中起着重要的调节作用，因此它们的失调与一系列疾病的发生有关。
与miRNA调控相对应的是转录调控，它可以透过质控效应与miRNA调节互动，影响基因的表达。
转录调控基本上可以分为两种方式：转录因子对启动子的结合，以及与辅助因子的相互作用。
转录因子是一种结构多样、大小不等的蛋白质，它可以依靠特定的区域与特定的DNA序列结合，形成蛋白质-DNA复合物，同时还包括泛素化修饰、乙酰化修饰等。
辅助因子的任务是与转录因子配合，帮助转录因子在基因的启动子区域依附形成更稳定的复合物。
转录调控的研究领域本质上就是分析细胞的基因识别和维持生物平衡的系统。
值得一提的是，miRNA调控和转录调控都在对各种疾病的发生、发展和治疗佐证。
举个例子，一些miRNA的表达水平异常会导致人类癌症的发生和发展，甚至会影响患者的预后。
此外，转录因子的因子突变和缺失可能导致遗传性和染色体异常性疾病的发生。
基于以上分析，可得出结论：在整个生物过程中，miRNA调控和转录调控是相互作用的，在维持细胞内生物平衡方面起到了至关重要的作用。
虽然这些调控机制存在着很多未知的方面，但研究这些未知领域可以为疾病治疗和生物技术驯化提供指导。
转录调控的基本概念与方法
转录调控的基本概念与方法转录调控是指在基因转录过程中通过多种调节机制来控制基因表达的过程。
基因的表达水平是由多个阶段调控的，其中包括转录过程的调节。
基因的转录调控是细胞生命活动中的一个重要部分，而其对生物体的正常发育和对合适环境中适应能力的维持有着至关重要的影响。
在本文中，我们将着重介绍转录调控的基本概念与方法。
一、概念基因在转录过程中，DNA双链经RNA聚合酶翻译成mRNA单链，mRNA单链最终被翻译成不同的蛋白质。
转录调控是指在这一过程中，通过调节转录起始和终止、核苷酸的翻译、RNA剪切和稳定性等一系列机制的调节，从而调节基因表达水平的过程。
简言之，转录调控是指通过各种控制机制来影响基因表达，从而控制细胞也就是生物体的生命活动。
二、转录调控的方法转录调控的方法包括以下三个过程：1、启动子识别和转录起始转录起始是指RNA聚合酶在启动子区域识别核心启动子及其包含的转录起始位点（TSS），从而决定基因的转录起始点和表达水平。
核心启动子区域包括4-6个核苷酸序列motif，如TATA-box、Inr、DPE、MTE、BRE和DCE等。
其中TATA-box位点是RNA聚合酶在解旋DNA双链时所结合的位点。
该位点在基因转录起始的过程中的作用很重要。
2、转录因子和共同调节转录因子是指具有DNA结合域的蛋白质，这种蛋白质能够与特异性和/或通用性转录因子协同作用，寻找并与特定位点结合，信号通路和正常的生理调节都会影响蛋白质的合成与功能。
这一过程被称为共同调节。
转录因子可以激活或静默启动子序列，以调整启动子的活性。
动物RNA聚合酶II的启动转录因子集合依次为TFIID、TFIIB、TFIIE、TFIIH、TFIIA及TFIIF。
共同调节同样是非常重要的调控机制，其中所涉及的转录因子根据不同基因的特点而异，有的是其自身结合，有的是与其他独立性转录因子互相结合。
3、RNA处理和稳定性RNA的加工包括剪切、剪裁、拼接和修饰。
转录调控基本方法-马珊珊
预测启动子上的转录因子结合位点
6. 证明转录因子结合在启动子上： EMSA，ChIP 7. 蛋白质与蛋白质相互作用 Co-IP, GST-pull down, BiFC, FRET，PLA…
5
JNK/c-Jun是神经元凋亡的关键通路
•
撤NGF处理交感神经元
•
•
撤钾处理小脑颗粒神经元
β淀粉样蛋白处理大脑皮质神经元
•
黑质多巴胺神经元凋亡
……
6
7
c-Jun的靶基因是什么？
Fas L
Mol Cell Biol 1999
Mol Cell Neurosci 2001 J Cell Biol 2003
15
c-Jun直接调控dp5
直接调控: c-Jun结合dp5启动子 触发dp5表达
确立dp5启动子核心区
分析dp5启动子上的TF位点
TRANSFAC：
/pub/databases.html
GenomatixSuite：需注册
ALGGEN：
Dp5启动子上有c-Jun结合的ATF位点
dp5启动子上的ATF位点对其转 录活性是否重要？
报道基因
ATF位点是dp5上调的关键位点
23
c-Jun是否直接结合在dp5启动 子的ATF位点上？
24
Electrophoretic Mobility Shift Assay (EMSA)
25
c-Jun与dp5启动子ATF位点直接结合
http://alggen.lsi.upc.es/cgi-bin/promo_v3/promo/promo.cgi?dirDB=TF_8.3&idCon=135804298400&getFile=resumSearchRes.html http://alggen.lsi.upc.es/cgi-bin/promo_v3/promo/promoinit.cgi?dirDB=TF_8.3
真核生物基因的转录调控方式
真核生物基因的转录调控方式细胞中转录调控是真核生物基因表达的重要环节，它能使每个基因起到预期的功能。
真核生物基因的转录调控主要有以下几类：一、前体RNA调控1. 终止核糖体调控。
终止核糖体结合蛋白在前体RNA的3'末端可以抑制RNA启动子的功能，从而阻止mRNA的生成和翻译，实现终止的作用。
2. 内源性核小体调控。
除了内源性核小体对前体RNA的调控，其还和终止核糖体及非终止核糖体形成复合物，在前体mRNA的转录前期，延长mRNA的保留时间，促进表达蛋白的合成。
3. 干扰素调控。
干扰素是一种由 RNA 结构构成的多肽，可以和 mRNA 或其前体结合，实现调控效果，从而对 mRNA 的合成起到调节作用。
二、转录因子调控1. 单钩螺旋蛋白调控。
这类蛋白在细胞内以巨噬细胞因子的形式表现出来，可以直接结合 DNA，起到调控基因组的作用。
2. 二聚体蛋白调控。
二聚体蛋白可以将 DNA 上的高等水平信息转化为转录因子和 DNA 直接相互作用，从而调控基因组的表达。
3. 转录因子激活。
转录因子可以通过多种化学反应产生激活，从而激活该基因的转录和转录调控因子本身的转录，从而调控基因表达。
三、转录起始调控1. 启动子调控。
启动子位于 DNA 前体或基因的 5' 末端，可以与转录因子结合，影响RNA合成和翻译的起始，并调节其强度。
2. 增强子调控。
增强子是RNA调控的另一种重要机制，它可以将转录因子和 DNA 结合，从而促进转录的开始和调节的强度。
3. 转录抑制子调控。
转录抑制子是一种抑制基因表达的调控机制，它可以限制转录启动子的激活，从而达到抑制基因表达的作用。
以上就是真核生物基因转录调控的几类方式。
转录调控在真核生物细胞起到了重要的作用，其不仅可以影响基因的转录，而且还能影响基因表达的开始、中止和转录水平，从而控制机体中蛋白质的数量、形态和功能，对人类健康和疾病的发病机制和治疗具有重要的借鉴意义。
转录和翻译过程在生物学中的调控
转录和翻译过程在生物学中的调控在生物学中，转录和翻译过程是生物体中基因表达的重要步骤。
在这一过程中，DNA的信息被转录成为mRNA（messenger RNA），然后被翻译成为蛋白质。
这一过程的调控对于生物体的生长、发育、适应环境、维持生命等方面具有重要作用。
转录和翻译过程中的调控主要有两种方式：基因调控和后转录调控。
基因调控是在DNA转录为mRNA之前对基因进行的调控，而后转录调控则是在mRNA转录后对mRNA和蛋白质的生物合成过程进行的调控。
基因调控主要通过DNA序列上的转录起始位点和调控元件来进行。
其中，转录起始位点是RNA聚合酶在DNA上结合并开始转录的位置，而调控元件则是与RNA聚合酶结合并调控基因表达的DNA序列。
基因调控的机制主要包括正向和负向调控。
正向调控通常是指调控元件能够增强RNA聚合酶与DNA结合并促进基因表达的机制；而负向调控则通常是指调控元件能够抑制RNA聚合酶与DNA结合并减弱基因表达的机制。
这些调控机制可以通过转录因子的结合，DNA甲基化和组蛋白修饰等方式实现。
后转录调控主要包括RNA剪接、RNA修饰、转运和降解等过程。
RNA剪接是指在mRNA前体转录出来的RNA链中去除不需要的序列，并将剩余的序列连接成连续的序列的过程。
这一过程可以通过剪接因子来调控。
RNA修饰是指对mRNA链进行的化学修饰，如甲基化、表观修饰等。
这些修饰可以影响mRNA的稳定性、翻译效率和定位等方面。
而转运和降解则是指将mRNA分子从细胞核转运到细胞质，并在细胞质中被分解的过程。
这一过程可以通过RNA绑定蛋白（RNA-binding protein）和RNA酶来调控。
此外，近年来的研究表明，非编码RNA也可以通过调控转录和翻译过程来影响基因表达，这为后转录调控带来了新的机制和调控因子。
综上所述，转录和翻译过程在生物学中的调控是一个复杂的过程。
这一过程的调控可以通过基因调控和后转录调控两种方式来实现。
转录和转录水平的调控要点说明
转录和转录水平的调控要点说明SECTION 5转录和转录水平的调控重点：转录的反应体系，原核生物RNA聚合酶和真核生物中的RNA聚合酶的特点，RNA的转录过程大体可分为起始、延长、终止三个阶段。
真核RNA的转录后加工，包括各种RNA前体的加工过程。
基因表达调控的基本概念、特点、基本原理。
乳糖操纵子的结构、负性调控、正性调控、协调调节、转录衰减、SOS反应。
难点：转录模板的不对称性极其命名，原核生物及真核生物的转录起始，真核生物的转录终止，mRNA前体的剪接机制（套索的形成及剪接），第Ⅰ、Ⅱ类和第Ⅳ类含子的剪接过程，四膜虫rRNA前体的加工，核酶的作用机理。
真核基因及基因表达调控的特点、顺式作用元件和反式作用因子的概念、种类和特点. 以及它们在转录激活中的作用。
一．模板和酶：要点1．模板RNA的转录合成需要DNA做模板，DNA双链中只有一股链起模板作用，指导RNA合成的一股DNA链称为模板链（template strand），与之相对的另一股链为编码链（coding strand），不对称转录有两方面含义:一是DNA链上只有部分的区段作为转录模板(有意义链或模板链),二是模板链并非自始至终位于同一股DNA单链上。
2．RNA聚合酶转录需要RNA聚合酶。
原核生物的RNA聚合酶由多个亚基组成:α2ββ'称为核心酶,转录延长只需核心酶即可。
α2ββ'σ称为全酶,转录起始前需要σ亚基辨认起始点,所以全酶是转录起始必需的。
真核生物RNA聚合酶有RNA-polⅠ、Ⅱ、Ⅲ三种,分别转录45s-rRNA; mRNA(其前体是hnRNA);以及5s-rRNA、snRNA 和tRNA。
3.模板与酶的辨认结合转录模板上有被RNA聚合酶辨认和结合的位点。
在转录起始之前被RNA聚合酶结合的DNA部位称为启动子。
典型的原核生物启动子序列是-35区的TTGACA 序列和-10区的Pribnow盒即TATAAT序列。
2转录水平的调控
（一）原核生物的操纵子模型 1.乳糖操纵子
酶合成调节的遗传机制—操 纵子学说
Jacob和Monod在研究 大肠杆菌β-半乳糖苷酶合成 的遗传基础上，提出了控制 基因表达的操纵子学说。
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1965
François Jacob
ห้องสมุดไป่ตู้
CLASS II
CLASS II CRP-activated promoters require only CRP for activation and the CRP binding site overlaps the promoter. In these promoters, the CRP binding site appears to replace the usual -35 region of the promoter.
基中加入乳糖，酶的浓度很快达到 细胞总蛋白量的6%或7%，每个细 胞中可有超过105个酶分子。
科学家把大肠杆菌细胞放在加有
放射性35S标记的氨基酸但没有任何
半乳糖诱导物的培养基中繁殖几代，
然后再将这些带有放射活性的细菌转 移到不含35S、无放射性的培养基中 ，随着培养基中诱导物的加入，β-半 乳糖苷酶便开始合成。分离β-半乳糖 苷酶，发现这种酶无35S标记。说明
翻译过程对转录的调节 衰减作用(弱化作用)
E. Coli 的色氨 酸合成
翻译过程对转录的调节
衰减作用(弱化作用)
色氨酸mRNA的5’端有162核苷酸 的前导序列，当RNA的合成启动后除 非缺乏色氨酸，否则大部分mRNA仅 合成140核苷酸即停止。前导肽能编码 一小段14肽，其终止区具有潜在的茎 环构象和成串的U，表现出转录终止位 点的特征。前导RNA链有4个区域彼此 互补，可形成奇特的二级结构，有些 情况下出现终止子结构。
生物化学与分子生物学：基因表达调控-转录调控1
诱导表达
在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活， 基因表达产物增加，这种基因称为可诱导基因。
可诱导基因在特定环境中表达增强的过程，称 为诱导(induction)。
e.g.DNA Damage
DNA Repair Enzyme gene （induction）
阻遏表达
如果基因对环境信号应答是被抑制，这种基因 是可阻遏基因。可阻遏基因表达产物水平降低的过 程称为阻遏(repression)。
需要掌握的知识点
一，定义： 基因表达的时空特异性；组成性表达及协调表达；转录；模板链；编码链； 不对称转录；单顺反子；多顺反子；启动子
二，问题： 1.原核生物的启动子序列是包括哪几个部分？序列上的数字编码是如何定 义的？
2.大肠杆菌RNA聚合酶由哪几个部分组成？它们在转录中的作用是什么呢？
3.转录的过程包括哪几个阶段？其中延伸阶段有哪些特点？
RNA在细胞核内合成， 并且能够转移至细胞质中
1956年，E. volkin和L. Astrachan： -用同位素脉冲——追踪标记 -表明T2噬菌体新合成的RNA的碱基比和自身 的DNA碱基比相似，而和细菌的碱基比不同。
结论
由于T2感染细菌时注入的是DNA， 而在细胞里合成的是RNA，可见 DNA是合成RNA的模板
（四）转录体系的组成
１．DNA 模板 ２．底物：四种核糖核苷酸三磷酸(NTP) ３．RNA聚合酶 ４．蛋白质因子及无机离子
（五）转录的三个阶段
启动(initiation):RNA聚合酶识别并 结合DNA模板上的启动子，形成转录复 合体，转录复合体中的DNA的部分双螺 旋解开，形成转录泡(transcription bubble)。
启动子(Promoters)
转录调控基本方法-马珊珊共62页文档
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
62
Байду номын сангаас
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
转录调控基本方法-马珊珊
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
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寻找c-Jun促凋亡靶基因 －基因芯片方法
促凋亡靶基因： 1 凋亡时上调 2 Ad-169抑制 3 促凋亡作用
25K,5K,5K+ Ad-169 提RNA cDNA
Affymetrix gene chip
Δ169结构示意图
腺病毒技术
基因组外，瞬时表达
分裂和不分裂细胞
自主复制
病毒基因组整合于宿 主基因组，长时 间、稳定表达
分裂和不分裂细胞
复制缺陷
病毒基因组整合于宿 主基因组，长时间、 稳定表达
分裂和不分裂细胞
高水平表达
中水平表达
高水平表达
快（1-2 天）
慢 ( 2-4天 )
慢
滴度高达1012pfu/ml
可插入高达8kb的外源 片段，滴度随插入片 段长度增加而降低
• 撤NGF处理交感神经元 • 撤钾处理小脑颗粒神经元 • β淀粉样蛋白处理大脑皮质神经元 • 黑质多巴胺神经元凋亡
……
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c-Jun的靶基因是什么？
Fas L Mol Cell Biol 2019
Mol Cell Neurosci 2019 J Cell Biol 2019
Bim Neuron 2019
转录调控研究常用方法
1. 检测基因的表达水平： mRNA：RT-PCR Protein：WB，ICC，IHC，IF Transcription：报道基因
2. 证明转录因子的功能： 增强: overexpression, constitutively activate 抑制: inhibitor，dominant negative, siRNA，KO mice
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c-Jun异二聚体的靶序列
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c-Jun/ATF2形成二聚体
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Immunoprecipitation (IP)
c-Jun/ATF2介导ATF活性
抑制c-Jun或ATF2保护神经元凋亡
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干扰c-Jun、ATF2抑制神经元凋亡
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atf-decoy抑制神经元凋亡
alggen.lsi.upc.es/cgi-bin/promo_v3/promo/promo.cgi?dirDB=TF_8.3&idCon=135804298400&getFile=resumSearchRes.html alggen.lsi.upc.es/cgi-bin/promo_v3/promo/promoinit.cgi?dirDB=TF_8.3
2. 证明转录因子的功能： 增强: overexpression, constitutively activate 抑制: inhibitor，dominant negative, siRNA，KO mice
3. 导入外源基因方法： 质粒转染，病毒感染，稳定细胞株
转录调控研究常用方法
4. 从源头寻找差异基因方法： gene chip, ChIP on chip, ChIP sequence
5. 启动子分析： 确立启动子核心区 预测启动子上的转录因子结合位点
6. 证明转录因子结合在启动子上： EMSA，ChIP
感染率80％
病毒 表达系统 病毒基因组
复制 是否整合
感染细胞类型 表达丰度 表达时间 滴度 克隆容量
免疫原性
各类病毒比较见下表
腺病毒 Adenovirus
慢病毒 Lentivirus
双链DNA病毒
RNA病毒
腺相关病毒 Ad-associated virus
单链DNA 病毒
自主复制 病毒基因组游离于宿主 Nhomakorabea滴度最高可达109 TU/ml
可插入不超过10kb的 外源片段，滴度 随插入片段长度 增加而降低
高免疫原性
低免疫原性
滴度最高可达105 TU/ml
可插入不超过5kb的 外源片段，滴度随 插入片段长度增加 而降低
低免疫原性
c-Jun靶基因：dp5, puma, caspase-3, atf3, drak2
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JNK/c-Jun介导dp5 表达上调
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c-Jun直接调控dp5
直接调控: c-Jun结合dp5启动子 触发dp5表达
确立dp5启动子核心区
分析dp5启动子上的TF位点
❖ TRANSFAC：
gene-regulation/pub/databases.html
❖ GenomatixSuite：需注册 ❖ ALGGEN：
7. 蛋白质与蛋白质相互作用 Co-IP, GST-pull down, BiFC, FRET，PLA…
c-Jun靶基因及其对神经元凋亡的调控
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意义
❖ 神经元凋亡 → AD、PD等神经退行性疾病 ❖ 信号转导与基因调控研究－寻找调控凋亡的关键分子 ❖ 揭示神经退行性疾病机制并确立新的防治靶点
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JNK/c-Jun是神经元凋亡的关键通路
Dp5启动子上有c-Jun结合的ATF位点
dp5启动子上的ATF位点对其转 录活性是否重要？
报道基因
ATF位点是dp5上调的关键位点
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c-Jun是否直接结合在dp5启动 子的ATF位点上？
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Electrophoretic Mobility Shift Assay (EMSA)
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c-Jun与dp5启动子ATF位点直接结合
p12ATF -( TTACATCA )- c-Jun/ATF2 p12ATF -(GGACATCG)-mut
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c-Jun 、ATF2协同促凋亡
constitutively activate
c-Jun/ATF2二聚体促进神经元凋亡
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BiFC (Bimolecular Fluorescence Complementation Assay)
Chromatin Immunoprecipitation (ChIP)
c-Jun与dp5启动子ATF位点直接结合
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dp5上调是神经元凋亡所必需
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siRNA
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Jonathan Ham Lab
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ATF位点介导c-Jun靶基因上调
ATF site TTACCTCA
反式作用因子 c-Jun/ATF2
Chang-Deng Hu et al. 2019, Mol Cell
凋亡时BiFC增多
Fos↑→BiFC↓, Fos↓→BiFC↑
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Fos抑制c-Jun/ATF2二聚体形成
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Fos保护神经元
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转录调控研究常用方法
1. 检测基因的表达水平： mRNA：RT-PCR Protein：WB，ICC，IHC，IF Transcription：报道基因