真核生物的表达调控
真核生物基因表达的调控
4、DNA甲基化与基因组印迹 （1）基因组印迹：来源于父母本的一对等位基因
表达不同（如X染色体失活） （2）基因组印迹的机制--DNA高度甲基化
5、DNA甲基化与X染色体的失活 X染色体DNA序列高度甲基化，基因被关闭
（1）与X染色体的失活有关的序列：
AP2
??
结合蛋白 (protein binding)
AP2 AP1
? SP1
? TF IID +
RNApol
BLE basal level element MRE metal response element AP activator protein
应答元件的特点：
1. 具有与启动子、增强子同样的一般特性. 2. 与起始点的位置不固定（多在-200以内;单个功能充分,
非洲爪蟾的卵母细胞 rDNA的拷贝数目： 500份 2×106份，可装配1012个核糖体 当胚胎期开始，增加的rDNA便失去功能并逐渐消失
二、基因丢失
有的生物在个体发育的早期在体细胞中要丢 失部分染色体，而在生殖细胞中保持全部的 基因组。
小麦瘿蚊（染色丢失了32条，只保留8条）
马蛔虫
三、基因重排(gene rearrangement)
的下游起作用。 4、与它结合的转录因子是GCN4和GAL4，识别位
点为 ATGACTCAT。
（四）绝缘子(Insulator)
阻止激活或失活效应的元件
举例：
1、当绝缘子位于增强子和启动子间时，能阻止 增强子激活启动子作用。
2、当绝缘子位于一个活化基因和异染色质之间 时，它保护基因免受由异染色质扩展造成的失 活效应影响。
Constant
真核生物的基因表达调控
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。
真核生物基因表达的调控
mRNA前体的加工、剪接、RNA编辑等。
1. 5’端加帽(cap)和3′端多聚腺苷酸化(polyA)的调控意义： 使mRNA稳定，在转录过程中不被降解；
2. mRNA的选择剪接(alternative splicing)对基因表达的调控：
外显子选择(optional exon)、内含子选择(optional intron)、互斥外显子、内部剪接位点； 3. mRNA 运输的控制。
2. 转录水平的调控
1. 顺式作用元件(cis-acting element) （1）启动子(promoter): TATA盒、CAAT盒和GC盒，3种类型；TATA盒决定转录起始的 位点，CAAT盒和GC盒决定RNA聚合酶转录基因的效率。 （2）增强子(enhancer)：在真核细胞中通过启动子来增强转录的一种远端遗传性控制元件。 （3）沉默子(silencer )：负性调节元件，起阻遏作用。
（4）真核生物是多细胞的，在生物的个体发育过程中其基因表达在时间和空间上具有特异性，
即细胞特异性或组织特异性表达。
• 转录前水平调控（基因结构激活）（DNA structure level regulation）
• 转录水平调控（transcriptional regulation） • 转录后水平的调控（post transcriptional regulation） • 翻译水平调控（translational regulation） • 蛋白质加工水平的调控（regulation of protein maturation）
真核生物基因表达的调控
同原核生物一样，转录依然是真核生物基因表达调控的主要环节。但真核基因转录发生在
细胞核(线粒体基因的转录在线粒体内)，翻译则多在胞浆，两个过程是分开的，因此其调控增
真核生物基因表达调控的多种方式
真核生物基因表达调控的多种方式真核生物基因表达包括转录、翻译和蛋白修饰等复杂过程，其中涉及多种调控方式。
以下是真核生物基因表达的各种表达调控方式的简述:1. 转录前调控转录前调控是指在 DNA 复制后被转录成 RNA 的过程中，通过调控 RNA 聚合酶 (RNA polymerase) 的亲和力、移动速度和活性等方式来控制基因的表达。
其中一些调控因子可以与启动子区域中的特定序列结合，从而抑制或增强 RNA 聚合酶的活性。
此外，一些转录因子还可以与 RNA 聚合酶结合，促进 RNA 聚合酶的移动，从而加快转录速率。
2. 转录调控转录调控是指通过调控 RNA 聚合酶结合到特定基因的启动子上，来控制基因的表达。
转录调控可以通过调节转录因子的数量、亲和力和活性等方式来实现。
一些转录因子可以与启动子区域中的特定序列结合，从而抑制或增强 RNA 聚合酶的活性。
此外，一些转录因子还可以与 RNA 聚合酶结合，促进 RNA 聚合酶的活性，从而加快转录速率。
3. 转录后调控转录后调控是指在基因被转录后，通过调控 RNA 剪接、RNA 编辑、RNA 降解等方式来控制基因的表达。
这些调控方式可以影响 RNA 的稳定性、可用性和转录本的多样性。
例如，一些调控因子可以与 RNA 剪接因子结合，从而改变 RNA 剪接的速率和方向。
一些 RNA 编辑酶可以编辑 RNA，改变基因表达。
此外，RNA 降解酶可以降解 RNA，从而抑制基因的表达。
4. 翻译调控翻译调控是指通过调控 mRNA 的稳定性、可用性和翻译速率等方式来控制基因的表达。
例如，一些调控因子可以与 RNA 聚合酶结合，从而抑制或增强 RNA 聚合酶的活性。
此外，一些翻译调控因子可以与 mRNA 结合，从而改变 mRNA 的稳定性和翻译速率。
5. 蛋白修饰调控蛋白修饰调控是指通过调控蛋白质的修饰方式来控制蛋白质的活性、稳定性和可用性等方式来控制基因的表达。
例如，一些修饰因子可以与蛋白质结合，从而改变蛋白质的修饰方式。
真核生物的基因表达调控
31
• 锌指结构域The zinc finger domain
锌指结构有2种形式： C2H2 zinc finger和C4 zinc finger •C2H2 zinc finger：由12个氨基酸组成的环，通过2个半胱氨 酸（C，Cys）和2个组氨酸（H，His）残基固定，这4个残基 与Zn2+在空间上形成一个四面体结构。 一般情况下需要3个 或更多的C2H2型锌指才能与DNA结合，如在TFIIA有9个重复， 转录因子SP1有3个重复。 •C4 zinc finger： Zn2+与4个半胱氨酸（C，Cys）结合，存 在于类固醇激素受体转录因子中。
限定于结构域之内。
26
反式作用因子的结构与功能
（1）概念：为DNA结合蛋白，核内蛋白，可使邻近基因开 放（正调控）或关闭（负调控）。
（2）通用或基本转录因子—RNA聚合酶结合启动子所必需 的一组蛋白因子。如：TFⅡA、 TFⅡB、 TFⅡD、 TFⅡE 等。 （3）特异转录因子( special transcription factors)—个别 基因转录所必需的转录因子.如：OCT-2：在淋巴细胞中特 异性表达，识别Ig基因的启动子和增强子。
(2) 动态模型（dynamic model）：认为转录因子与组 蛋白处于动态竞争之中，基因转录前染色质必须经 历结构上的改变，即染色质重塑。在染色质重塑过 程中，某些转录因子可以在结合DNA的同时使核小 体解体。
6
组蛋白的乙酰化-去乙酰化 蛋白的乙酰化和去乙酰化是蛋白活性调节的一种 重要的形式，通过乙酰化或去乙酰化，改变了染色质 结构或是转录因子的活性，可以调节基因转录的活性。 组蛋白的乙酰化和去乙酰化能打开或关闭某些基因， 增强或抑制某些基因的表达。 组蛋白的8个亚基上有32个潜在的乙酰化位点。组 蛋白的乙酰化过程由组蛋白乙酰转移酶催化完成。
第十三章 真核生物基因表达调控
在染色质中的DNA潜在活性区域核小体组装较为
松弛且某些位点用DNaseⅠ处理时DNA极易断裂，
为高敏感位点（HS）
染色质上对DNaseⅠ的敏感区域有一定的界限 即使在一个基因内，各个区段对DNaseⅠ敏感
程度也不同，基因编码转录大范围表现一般 的敏感性，而在基因调控区的少数区域则显 示高度敏感性
真 核 生 物 基 因 表 达 调 控 七 个 层 次
染色质 DNA 染色质水平调控
DNA
转录调控
细胞核 细胞质
转录初产物 （RNA） 转录后加工调控
转运调控
mRNA
翻译调控
蛋白质前体
翻译后加工调控
mRNA降 解物
mRNA降解调 控
活性蛋白质
三、染色体水平上的调控
主要有：
染色质结构
DNA在染色体上的位臵
人的β-珠蛋白基因簇上、下游两个远侧区域就是 超敏感位点 LCR是一种远距离顺式调控元件（基因座调控区）， 具有增强子和稳定活化染色质的功能，也是特异 性反式调控因子的结合位点
组蛋白的乙酰化能使染色质对DNaseⅠ和微球
菌核酸酶的敏感性显著增强
非组蛋白
与染色质松散结合，或者在某些条件下才能
被阻遏状态
有活性状态
被激活状态
异染色质化
— DNA结构高度致密，处于阻
遏状态，无转录活性
组成型异染色质：染色质在整个细胞周期一直
保持压缩状态，不具转录活性
兼性异染色质：只在一定的发育阶段或者生理
条件下由常染色质凝聚而成，无持久活性
组蛋白对基因活性的影响
是基因活性的重要调控因子，当与裸露DNA混
真核生物基因表达的调控
真核生物基因表达的调控09中西七2班 032009225 丁雪菲真核生物的基因表达可以随细胞内外环境条件的改变以及生长发育的不同阶段而在不同表达水平上加以精确的调节，这是真核生物基因表达调控的多层次性。
真核生物基因表达的调控可以发生在以下各个水平：1、染色质水平真核生物基因组DNA以致密的染色质形式存在，在DNA和染色质水平上发生的改变包括：染色质丢失（某些序列的删除）、基因扩增、基因重排、染色体DNA的修饰和异染色质化等。
发生在染色质水平的基因表达调控，也称转录前水平的调控。
真核生物中的基因组DNA与组蛋白形成复合物，组蛋白在细胞内含量丰富，几乎与ＤＮＡ的含量相当。
真核生物中大多数编码蛋白质的基因为简单重复序列，但是组蛋白基因是中度重复序列，其中多数拷贝是完全相同的，有一些则差异较大。
导致组蛋白不均一性的另一个原因是组蛋白的修饰，最常见的组蛋白修饰是乙酰化，一般发生在Ｎ端氨基或者赖氨酸的ε-氨基上。
这种修饰可以影响染色质的结构和功能，调控基因活性。
2、转录起始水平组蛋白对基因转录活性的影响例子：爪蟾卵母细胞５ＳｒＲＮＡ基因只在卵母细胞中转录实验证明：转录因子和组蛋白可以竞争基因的转录调控区，去过转录因子与调控区亲和力低，则基因的调控区与组蛋白形成核小体，并由Ｈ１将核小体交联成有序的紧密结构，抑制基因的转录活性；反之如果转录因子先与基因控制区结合，则不能与组蛋白形成核小体，基因具有转录活性。
3、转录后水平真核生物可以通过选择不同的5’-起始点或者3’-加尾位点产生不同的成熟mRNA，最终合成不同的蛋白；也可以进行组织特异性的选择性拼接，表达具有不同生物活性的蛋白。
3.1可变拼接mRNA前体可以选择不同的拼接途径产生不同的成熟mRNA，称为可变拼接。
例子：大鼠的免疫球蛋白μ重链基因大鼠的免疫球蛋白μ重链有两种存在形式：分泌型和膜结合型。
两种蛋白的区别在于羧基末端，膜结合型的羧基末端为疏水区，可以锚定在膜上；分泌型羧基端为亲水区，不能锚定在膜上而称为分泌型蛋白。
分子生物学课件--真核生物表达调控
（4）DNA拓扑结构变化 天然双链DNA的构象大多 是负性超螺旋。当基因活跃转录时，RNA聚合酶转 录方向前方DNA的构象是正性超螺旋，其后面的 DNA为负性超螺旋。正性超螺旋会拆散核小体，有 利于RNA聚合酶向前移动转录；而负性超螺旋则有 利于核小体的再形成。
（5）DNA碱基修饰变化：真核DNA中的胞嘧啶约有 5%被甲基化为5甲基胞嘧啶(5methylcytidine,m5C)， 而活跃转录的DNA段落中胞嘧啶甲基化程度常较低。 这种甲基化最常发生在某些基因5′侧区的CpG序列中， 实验表明这段序列甲基化可使其后的基因不能转录。 甲基化可能阻碍转录因子与DNA特定部位的结合从而 影响转录。
分子生物学课件--真核生物表达 调控
1
一、转录前调控
1、DNA水平的调控：是真核生物发育调控的一种形式,它包括：基因
丢失、甲基化、扩增、重排、等方式。 (1) 基因丢失：目前认为这种调节方式主要是在较低等的真核生物中。如
马蛔虫，只有在生殖细胞核中保持个体发育的全部基因，而体细胞核 中却失去了一部分基因。在原生动物和昆虫中也有类似现象，体细胞 不具有全能性。高等生物没有发现类似的现象，可进行体细胞核移植。
③碱性-亮氨酸拉链（basic leucine zipper，bZIP）
这结构的特点是蛋白质分子的肽链上 每隔6个氨基酸就有一个亮氨酸残 基，结果就导致这些亮氨酸残基都 在α螺旋的同一个方向出现。两个 相同的结构的两排亮氨酸残基就能 以疏水键结合成二聚体，这二聚体 的另一端的肽段富含碱性氨基酸残 基，借其正电荷与DNA双螺旋链上 带负电荷的磷酸基团结合。若不形 成二聚体则对DNA的亲和结合力明 显降低。
(1) 启动子
真核启动子间不像原核那样有明显共同一致的序列，而且单靠RNA聚合 酶难以结合DNA而起动转录，而是需要多种蛋白质因子的相互协调作 用。
真核生物基因表达调控的机制
真核生物基因表达调控的机制
真核生物基因表达调控的机制
真核生物中的基因表达调控是一个复杂而且受多种影响的过程，其机制也极为复杂，主要包括以下七个方面。
一、基因结构调控
基因的结构调控可以通过改变基因的翻译或者转录起始点，改变基因的拷贝数量，改变基因的外显子结构等，从而调节基因表达。
这种机制也称为“结构调控”。
二、编码序列调控
基因编码序列可以用来调节基因表达。
包括基因内部的种类多样性，基因突变等，都会影响基因编码序列，从而影响基因表达。
三、转录因子调控
转录因子可以调节基因转录的开始时间，结束时间，影响基因转录的效率，从而影响基因表达。
四、mRNA加工调控
当mRNA处于加工过程中，其加工过程也会受到调控，这种调控会影响mRNA的翻译效率，从而影响基因的表达。
五、mRNA翻译调控
翻译调控是一种比较常见的调控机制，它可通过影响mRNA的结构、翻译初始效率以及翻译开始时间来调节基因的表达。
六、蛋白质稳定性调控
蛋白质稳定性的调控是指通过改变蛋白质的稳定性，来影响基因
的表达。
七、基因激活与抑制
基因激活与抑制是指通过外界影响，改变激活因子或者抑制因子的表达，来影响基因表达。
以上就是真核生物基因表达调控的七个机制，同时，也是基因组学研究中需要重点关注的重要机制。
真核生物的基因表达调控
3. 真核基因转录水平的调控
4. 翻译水平的调节因素及其调节
真核生物基因表达的调控是当前分子 生物学中最活跃的研究领域之一。人们已 经能够利用许多过去不曾具备的先进仪器
设备等手段来研究许多分子生物学方面的
重大问题，使我们能从分子水平上认识许
④真核生物大都为多细胞生物，在个体发育 过程中发生细胞分化后，不同细胞的功能 不同，基因表达的情况也就不一样，某些 基因仅特异地在某种细胞中表达，称为细 胞特异性或组织特异性表达，因而具有调 控这种特异性表达的机制。
11.2 DNA染色体水平的调控 每个真核细胞所携带的基因数量及总基 。 因组中蕴藏的遗传信息量都大大高于原核生
物。
基因组 DNA 中基因之间存在许多重复序列、 基因内部有大量不编码蛋白质的序列、真核生 物的 DNA 常与蛋白质 ( 包括组蛋白和非组蛋白 ) 结合形成十分复杂的染色质结构、染色质构象 的变化、染色质中蛋白质的变化以及染色质对 DNA 酶敏感程度的不同等，都直接影响着真核 基因的表达调控。
真核细胞基因表达调控在DNA和染色 体水平上主要有以下几个方面： 染色质的结构、DNA在染色体上的位 置、基因拷贝数的变化、基因重组、基因 扩增、基因丢失、基因重排、DNA修饰等。
DNase I、II和微球菌核酸酶等非特 异性内切酶可用于检测核小体构象的变 化。染色质能被DNaseI降解为酸溶性小 片段，但由于核小体结构的保护，其对 酶的攻击仍具有一定的耐受性，敏感区 仅相当于染色质全长的1/10。
当用极低浓度的DNase I处理染色质时，
切割首先发生在少数特异性位点，其敏感hypersemitiveske)。
DNaseI超敏感位点(100~200bp)的存在是活 性染色质的重要特征，具有组织特异性，并 同基因的表达密切相关。 每个活跃表达的基因都有一个或几个超敏感 位点。大部分位于5′端启动子区域，少数 位于转录单位下游，为RNA聚合酶、转录因 子或其他调节蛋白提供结合位点。
第八章真核生物基因表达调控
hMLH1
缺损DNA错配修复,基因点突变
结肠癌[32]、胃癌[27]、子宫内膜瘤[33]、 卵巢癌[34]
MGMT
p53-相关基因，与DNA 修复及耐药性有关 肺癌[24]、脑瘤[35]
P15
细胞的过度激活与增殖
非白血性白血病[36]、淋巴瘤[37, 38]、鳞 状细胞癌、肺癌
RASSF1A
失去了对G1/S负调控抑制作用
③ The CTD may coordinate processing of RNA with transcription.
4. Many Transcriptional Activators
i.e. CAAT GC-box
Factors involved in gene expression include RNA polymerase and the basal apparatus, activators that bind directly to, co-activators that bind to both activators and the basal apparatus, and regulators that act on chromatin structure (chromatin remodeling complex).
1.马蛔虫受精卵的早期分裂 马蛔虫2n＝2，但染色体上有多个着丝粒。第一 次卵裂是横裂，产生上下2个子细胞。第二次卵 裂时，一个子细胞仍进行横裂，保持完整的基 因组，而另一个子细胞却进行纵向分裂，丢失 部分染色体。
体细胞 生殖细胞
2.四膜虫： 大核： 营养核 可转录 小核： 生殖核 无转录活性 大核由小核发育而来，发育过程中有多处 染色质断裂，并删除约10%的基因组DNA， 被删除序列的存在可能抑制了基因的正常 表达。
真核生物基因的表达调控
细胞周期与基因表达
G1期
细胞在G1期主要合成与DNA 复制有关的蛋白质，如复制因 子等。
G2期
G2期细胞主要合成与分裂期有 关的蛋白质，如微管蛋白等。
细胞周期
真核生物细胞周期分为间期和 分裂期，不同时期基因表达DNA的复制，同 时合成组蛋白等与染色体组装 有关的蛋白质。
翻译和后翻译修饰
翻译
mRNA在细胞质中被核糖体读取并翻译成蛋白质。翻译的效率受到多种因素的 影响，包括mRNA的浓度、核糖体的数量、以及各种翻译调控因子。
后翻译修饰
新合成的蛋白质经常需要进行翻译后修饰，如磷酸化、乙酰化、糖基化等，以 增加其活性和稳定性。这些修饰通常由特定的酶催化，并受到细胞内环境和信 号通路的调节。
肾上腺素
02
03
甲状腺激素
肾上腺素可以激活糖原分解和脂 肪分解相关基因的表达，提高能 量供应。
甲状腺激素可以促进细胞代谢， 提高基础代谢率，同时还可以影 响神经系统的发育。
神经递质对基因表达的调控
多巴胺
01
多巴胺可以影响奖赏和愉悦相关基因的表达，与成瘾行为和心
理健康有关。
5-羟色胺
02
5-羟色胺可以影响情绪和行为，与抑郁症和精神分裂症等精神
染色质重塑
染色质重塑是基因表达调控的另一重要机制，通过改变染色质的结构和组成，影响转录因 子的结合和RNA聚合酶的活性。
microRNA的调节
microRNA通过与mRNA结合，调控靶基因的表达水平，参与多种生物学过程，如发育、 代谢和应激反应等。
02
转录水平的调控
转录因子
1 2 3
转录因子概述
葡萄糖
葡萄糖水平可以影响胰岛素的分 泌，进而影响与胰岛素相关的基 因表达。
真核生物基因表达调控的层次
真核生物基因表达调控的层次引言：基因表达调控是指基因转录和翻译过程中的调节机制，它决定了细胞在不同时间和环境中产生不同功能的蛋白质。
真核生物基因表达调控具有多个层次，包括染色质结构调控、转录水平调控、RNA加工和转运调控、翻译调控以及蛋白质修饰和定位调控。
本文将就这些层次进行详细介绍。
一、染色质结构调控：染色质结构调控是指通过改变染色质的结构和组织方式来调控基因表达。
染色质的结构包括开放的区域和紧密的区域，开放的区域便于转录因子的结合和启动子的访问，从而促进基因的转录。
染色质结构调控包括DNA甲基化、组蛋白修饰以及非编码RNA的参与等。
DNA甲基化是一种常见的染色质结构调控方式，通过甲基化酶催化DNA上的甲基化反应，使得某些基因的启动子区域被甲基化，从而阻止转录因子的结合。
组蛋白修饰包括乙酰化、甲基化、磷酸化等，这些修饰可以改变染色质的结构，影响基因的转录水平。
非编码RNA是一类不编码蛋白质的RNA分子，它可以通过与染色质相互作用来调控基因的表达。
二、转录水平调控：转录水平调控是指在转录过程中对RNA合成的调控。
转录调控涉及到转录因子的结合、启动子的可访问性以及转录复合物的组装等。
转录因子是一类蛋白质，它们可以通过与DNA结合来调控基因的转录。
转录因子的结合位点通常位于启动子区域，它们可以通过激活或抑制转录的方式来调控基因的表达。
启动子的可访问性是指转录复合物能否顺利结合到启动子上，这涉及到染色质的开放程度以及转录因子的作用。
转录复合物的组装包括RNA聚合酶与转录因子的结合以及其他辅助因子的参与，这些因子的作用可以影响基因的转录速度和效率。
三、RNA加工和转运调控：RNA加工和转运调控是指在RNA合成后对RNA分子的修饰和定位调控。
RNA加工包括剪接、剪切和多聚腺苷酸化等过程，这些过程可以改变RNA的结构和功能。
剪接是指将RNA前体分子中的内含子剪切掉，从而形成成熟的mRNA分子。
剪切的方式和位置不同，可以产生不同的转录产物。
分子遗传学4章真核生物基因的表达调控
基因剪接调控
预mRNA剪接
预mRNA剪接是基因表达的重 要调控过程，通过剪接酶体复 合物对转录产物进行剪接去除 内含子。
可变剪接
可变剪接是在剪接过程中选择 性地包含或排除外显子，产生 不同的mRNA剪接异构体，从 而调控基因表达。
RNA编辑调控
RNA编辑是通过改变RNA分子 中的碱基序列，例如腺嘌呤去 氨酶（ADAR）对腺嘌呤进行 去氨基反应。
分子遗传学4章真核生物基因 的表达调控
本章将探讨真核生物基因的表达调控机制，从转录调控到表观遗传调控，深 入了解生物基因活性的细节。
分子遗传学简介
分子遗传学研究基因如何传递、表达和调控。它涉及DNA、RNA和蛋白质的 相互作用，以及遗传信息的复制和遗传变异。
真核生物基因的表达调控概述
真核生物的基因表达调控机制非常复杂而多样化，包括转录调控、基因剪接调控、RNA后转录调控、表 观遗传调控和激素调控。
RNA后转录调控
非编码RNA
非编码RNA在转录后起重要作用，如长链非 编码RNA（lncRNA）和小核RNA （snRNA）。
RNA降解和稳定性
RNA的降解和稳定性受多种因素调控，确保 RNA分子在合适的时机和地点进行降解和稳 定。
RNA剪切调控
RNA剪切调控是RNA后转录调控的一种重要 机制，通过调整可剪切RNA的相对剪切位点 来调控基因表达。
RNA编辑调整
通过RNA编辑，已转录的RNA分子的核苷酸 序列可以发生改变，扩大RNA的多样性。
表观遗传调控
表观遗传调控通过改变染色质结构和DNA甲基化状态，调节基因的可及性和 表达。
激素调控
激素在基因表达调控中起着至关重要的作用，通过与核受体结合来调节基因 表达。
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2. 反式作用因子(trans-acting factor)-转录因子
(1) 概念：为DNA结合蛋白，核内蛋白，可使邻近基因开放 （正调控）或关闭（负调控）
(2) 通用或基本转录因子(general transcription factors)—RNA聚 合酶结合启动子所必需的一组蛋白因子。
基本概念:
1. 顺式作用元件 (cis-acting element)
(1) 影响自身基因表达活性的DNA序列 (2) 非编码序列 (3) 包括启动子、增强子、沉默子
增强子(沉默子)特点
无方向, 位置, 距离的限制; 具有组织、细胞特异性, 无基因特异性; 有时两者可相互转换（与结合的反式作用因子有关） 不属于启动子, 能调节基因的转录；
RNAi （RNA干扰）
1.线虫、昆虫、哺乳动物、植物和真菌
3.生物学功能：细胞内免疫，阻止外源病毒 和核酸的入侵，阻断逆转作子的作用。
2.机制：dsRNA诱导产生的细胞内同源基因表达阻断 4.应用:
反相遗传工具， 研究基因功能
基因治疗
四.翻译水平的调控
1. 翻译起始的调控 2. mRNA稳定性调节 3. 小分子RNA对翻译水平的影响
去甲基化，转录 失活 甲基化，失活
•常染色质:结构松散， 基因表达
•异染色质:结构紧密， 基因不表达
•有基因表达活性的染 色质DNA对 DNaseⅠ 更敏感，即DnaseⅠ的 敏感性可作为该基因 的转录活性的标志。
二. 转录水平的调控---最重要
转录起始--反式作用因子活性调节 顺式作用元件 和 反式作用因子的相互作用; 以正调控为主
DNA甲基化与X染色体失活
雌性胎生哺乳动物细胞中两条X染色体之一在 发育早期随机失活
X染色体失活中心(X-chromosome inactivation center,Xic):Xist基因(Xi-specific transcript)
Xist
X染色体 其他位点
甲基化，不转录细胞核内保存了个体发育所必需的全部 基因
2. 基因扩增(gene amplification)：增加基因的拷贝数
非洲爪蟾卵母细胞rRNA基因卵裂时，扩增2000倍，达 1012个核糖体
药物：诱导抗药性基因的扩增；肿瘤细胞：原癌基因 拷贝数异常增加
3. 基因重排(gene rearrangement)：
能识别并结合顺式作用元件 正调控与负调控
顺式作用元件 和 反式作用因子的 相互作用, 及与基因表达的关系
功 能
结 构 域
反式作用因子结构域的模式
DNA结合域
(1) 锌指结构 (2) 螺旋-转角-螺旋(HTH) (3) 亮氨酸拉链 (4) 螺旋-环-螺旋(HLH) (5) 碱性α螺旋
螺旋-环-螺旋(helix-loop-helix,HLH)
真核生物基因多层次表达调控
一. DNA水平的调控* 二. 转录水平的调控----最重要 三. 转录后水平的调控* 四. 翻译水平的调控 五. 翻译后水平的调控*
一. DNA水平的调控
(1) 染色质的丢失 (2) 基因扩增 (3) 基因重排 (4) DNA甲基化 (表达降低, X染色体失活中心) (5) 染色体结构 (常染色质 和 异染色质)
转录起始
转录起始的调控
反式作用因子的活性调节
(1) 合成后即有活性：需要时合成，可迅速降解 (2) 共价修饰：磷酸化-去磷酸化，糖基化 (3) 配体结合：如激素与受体的结合 (4) 蛋白质与蛋白质相互作用：二聚体
反式作用因子与顺式作用元件, 通过成环、扭曲、滑动 等方式调控。
反式作用因子间存在组合式调控
２. mRNA 运输的控制
3. 转录后的基因沉默（RNA干涉）
Posttranscriptional gene silencing (PTGS) = RNA interference(RNAi)
1. mRNA的选择性剪接
(1)内含子和外选子的选择
1. mRNA的选择性剪接
(2) 转录终止信号的选择
转录活化结构域
(1) 酸性α-螺旋结构域 (2) 富含谷氨酰胺结构域 (3) 富含脯氨酸结构域
锌指结构(zinc finger motif)
C2H2 zinc finger R
R DNA binding
R H
Zinc fingers
螺旋-转角-螺旋(helix-turn-helix)
亮氨酸拉链(leucine zipper)
1. 翻译起始的调控
(1) 未受精卵, 隐蔽mRNA (masked mRNA)；受精：招 募因子(recruitment factor)，激活隐蔽mRNA
(2) 阻遏蛋白的调控：铁结合调节蛋白 (3) 翻译起始因子的调控：eIF-2磷酸化对活性的调节 (4) 5′AUG对翻译的调控作用：减少正常AUG启动翻
TFⅡA、 TFⅡB、 TFⅡD、 TFⅡE等 (3) 特异转录因子( special transcription factors)—个别基因转录
所必需的转录因子. OCT-2：在淋巴细胞中特异性表达，识别Ig基因的启
动子和增强子。
(4) 反式作用因子特点
三个功能结构域：
(1) DNA识别结合域； (2) 转录活性域; (3)* 结合其他因子或蛋白的结合域.
如免疫球蛋白基因重排，多样性
4. DNA甲基化(DNA methylation)：
mCpG，即“CpG岛(CpG-rich islands)” 甲基化(methylated)程度高，基因表达降低；
去甲基化(undermethylated)：基因表达增加
5. 染色质(chromatin)或染色体(chromosome) 结构对基因表达的调控：
（使有限的反式作用因子可以调控不同基因的表达） .
反式作用因子与顺式作用元件的结合
组合式调控作用
信号转导对转录因子活性的影响
CRE –binding protein
cAMP response element
三. 转录后水平的调控
1. mRNA的选择性剪接
(1)内含子和外显子的选择 (2)转录终止信号的选择