分子生物学-基因表达调控

• 酪氨酸蛋白激酶（Tyrosine protein kinase，TPK)
a) 经典的src激酶家族 b) JAK激酶家族
➢ 蛋白磷酸酶(Protein phosphatase， PPase) • 丝氨酸／苏氨酸蛋白磷酸酶
（主要成员： PPl， PP2A， PP2B， PP2C等。）
• 酪氨酸蛋白磷酸酶(PTP)及双重特异性蛋白磷酸 酶（DSP）
蛋白的翻译后加工
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蛋白质的磷酸化与脱磷酸化在细胞内的信 号传导过程中具有重要意义
• 活性受到信号分子的间接调节（共价修饰), 因此应答的特异性高；
• 存在放大效应； • 反应迅速； • 几乎涉及所有的生理过程
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➢ DNA甲基化转移酶:
➢ DNA甲基化的功能：
一. 转录激活因子的结构 二. 转录激活因子的作用机制
转录水平/转录起始水平
一. 转录激活因子的结构
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转录起始
顺式作用元件
反式作用因子
启动子
(Promoter)
基础/通用转录因子
（basal /general transcription factors）
例：小鼠免疫球蛋白 μ重链基因的选择性拼接
分泌型
膜结合型
反式拼接（Trans-Splicing）
顺式拼接： 涉及的外显子在同一个基因中; 反式拼接： 涉及的外显子不在同一个基因中，甚至不在同一个染色体中。
二. RNA的编辑
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RNA编辑(RNA editing): 指的是转录后的RNA上发生的碱基插入，缺失，替换等现象。
பைடு நூலகம்
翻译后水平
蛋白的翻译后加工
蛋白的翻译后加工
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翻译过程中， 一旦多肽链从核糖体中伸出， 就开始多肽链折叠和翻译后修饰。
N端氨基酸的去除
翻
共价修饰
译
后
多肽链的拼接
加
工
多肽链的折叠
剪切和修剪
磷酸化、 乙酰化、 甲基化、 γ-羧基化、 羟基化、 糖基化、 脂化、 泛素化等多种方式
一级结构决定高级结构； 分子伴侣molecular chaperone、二硫键异构酶 (PDI)、脯氨酰顺反异构酶(PPI)；
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网织红细胞中血红蛋白mRNA的翻译调节：
（以保证血红蛋白的量与血红素/铁的含量相当 ）
三. RNA干扰
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RNA干扰(RNA Interference)
是指由双链RNA(dsRNA)诱发的同源mRNA高效特异性降解的现象。
RNA干扰的作用机制为：
• Dicer酶属于RNase III家族的一种核糖核酸内切酶，识别dsRNA， 将其切割为21～23核苷酸长度的siRNA。
转录激活因子中各结构域彼此独立地发挥作用
二. 转录激活因子的作用机制
增强子（Enhancer）：
无位置的限制（可近可远） ； 无方向性（倒转后仍有效） ；
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✓ 增强子的远距离作用：DNA环出机制
多个增强子之间的协同作用 许多基因有多个增强子； 使基因对激活因子的不同组合做出不同的应答， 使
细胞对不同组织、不同发育时期的基因表达进行精细的 调控，决定基因在不同时间、 不同部位表达。
蛋白的翻译后加工
磷酸化
• 主要发生在Ser、 Thr、 Tyr残基上； • 由蛋白激酶催化； • 可逆过程： 磷酸酶催化去磷酸化
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➢ 蛋白激酶(Protein kinase， PK) • 丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶(Ser／Thr PK）
① 蛋白激酶A（PKA)： cAMP依赖性蛋白激酶； ② cGMP依赖的蛋白激酶(PKG)： 调节胞内钙离子； ③ 丝裂原激活的蛋白激酶(MAPK)等 。
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DNA结合结构域BD
转
录
激
转录激活结构域AD
活
因
子
结
二聚化结构域
构
效应分子结合位点
锌指模块 同源结构域 bZIP和bHLH模体
• 模体（motif）：每一个DNA结合结构域都 含有一个DNA结合模体；结构域的一部分， 具有特定的形状以保证和特定的DNA序列特 异结合；
• 依靠α螺旋中的氨基酸残基与DNA 大沟中的 碱基直接作用
• siRNA在细胞质内与RNA诱导沉默复合体 (RISC)结合，其中RISC中 包含两种酶，即解旋酶与核苷酸内切酶。
• 解旋酶使siRNA双链打开并使其处于活化状态，其中与靶序列 mRNA互补的siRNA称为反义siRNA。
• 反义siRNA通过碱基互补配对识别目的mRNA ，利用核酸内切酶对 靶序列的mRNA进行剪切而起调控功能。
识别和结合核心启动子； 招募RNA pol II； 仅支持本底水平的转录
增强子
(Enhancer)
转录激活因子
(transactivators)
辅激活因子
(coactivators )
与增强子结合； RNA pol及基础转录因子相互作用； 促进转录起始复合物形成； 提高转录的特异性
一. 转录激活因子的结构
未乙酰化的组蛋白可以抑制转录； 乙酰化的组蛋白抑制转录的能力减弱；
酶：组蛋白乙酰转移酶（HAT） 组蛋白去乙酰化酶（HDAC）
• 甲基化修饰（主要发生在H3、H4的精氨酸和赖氨
酸残基上）
例：H3(K4、K9、K27、K36)
酶：组蛋白甲基转移酶（HMT） 组蛋白去甲基酶（HDM）
➢ DNA甲基化:
✓ 增强子的近距离作用：结构转录因子
二. 转录激活因子的作用机制
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➢ 介导因子（mediator）
➢ 转录激活因子的活性受到多种方式的调节 又称辅激活因子（coactivator） ；
与配体结合； 多数转录激活因子需要通过介导因子与基础转录复合物相互作用；
磷酸化与去磷酸化的调节； 介导因子的作用依赖于转录激活因子
分子生物学
—基因表达调控
目 录
CONTENTS
染色质水平 转录水平/转录起始水平 转录后水平 翻译水平 翻译后水平
染色质水平
01
组蛋白： ➢ 真核生物有5种组蛋白： H1、H2A、
H2B、H3、H4； ➢ 富含Arg、Lys的碱性蛋白质； ➢ 在中性PH条件下带正电荷； ➢ 重复基因、 连续基因、 不加poly A； • 染色质经过不同层次的折叠形成高度压缩的规则结构。 ➢ 可以被修饰： 乙酰化、 甲基化等；
例： • 催乳素选择性稳定酪蛋白的mRNA； • 哺乳动物细胞内铁离子的动态平衡；
转铁蛋白受体（铁输入蛋白） 铁蛋白（铁贮存蛋白） 细胞内铁离子浓度变化可以调节铁蛋白mRNA的翻译速度， 调节转铁蛋白受体mRNA的稳定性。
二. 翻译的起始调控
翻译起始
起始因子的磷酸化调节翻译起始： 例： • 起始因子eIF2的磷酸化调节； • 起始因子eIF4E的磷酸化调节等
在mRNA水平改变遗传信息。
➢ 碱基的缺失和插入
例：锥体虫动质体(kinetoplastid)中 mRNA的编辑,涉及上百个U的缺失和添加
➢ 碱基的替换
• 腺嘌呤核苷酸的脱氨： A转变为I， 导致密码子 含义的改变，如ACG (Thr) → ICG=GCG (Ala) 催化脱氨反应的酶：ADAR
• Guide RNA（ gRNA ）可以直 接指导UMP的插入或者删除；
➢ 反式作用因子 ① snRNP
② 拼接因子(splicing factor); 负责3’拼接位点的选择； 负责拼接的定向（commitment）
一. mRNA的选择性拼接
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选择性拼接(Alternative splicing )：是指从一个mRNA前体中通过不同的剪接方式(选择不同的剪
接位点组合)产生不同的mRNA剪接异构体的过程。
按锯齿状排列，形成染色质纤维； ➢ 没有H1时，不能形成30nm纤维
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➢ 组蛋白本身的影响：
• 组蛋白与转录因子竞争基因的转录调控区
如果转录因子优先结合，则基因保持活性； 如果组蛋白优先结合， 则基因活性被抑制；
• 组蛋白H1对基因活性有抑制作用
➢ 组蛋白修饰的影响 ：
• 乙酰化修饰（主要发生在H3、H4的赖氨酸残基上）
与抑制蛋白的结合或解离；
外界刺激通常并不直接改变转录激活因子的 活性，而是通过一系列的蛋白质将信号逐级传 递， 构成信号传导途径。
转录后水平
一. mRNA的选择性拼接 二. RNA的编辑
一. mRNA的选择性拼接
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RNA拼接:
➢ 顺式作用元件：
➢ 拼接过程
① 5’拼接点为GU， 3’拼接点为AG，称GU-AG规则。 ② 3’拼接点上游的一段富含嘧啶的序列； ③ 分支点（branch point）序列中高度保守的A。
• RNA pol与启动子的结合受染色质结构的限制。 • 基因转录的活化依赖于染色质重塑（remodeling）。
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核心组蛋白： ➢ H2A、H2B、H3、H4各2分子形成八聚体核心； ➢ 中心结构域：参与组蛋白之间的相互作用、与
DNA的相互作用； ➢ 氨基末端结构域：富含Lys、共价修饰位点 组蛋白H1： ➢ 结合在DNA进出核小体的位置附近，使核小体
• 编辑由 3’→5’ 方向进行
• 胞嘧啶核苷酸的脱氨： C 转变为 U, 导致密码子 含义的改变； 催化脱氨反应的酶:CDAR （在某些肿瘤中存在这种 C→U editing 的缺陷）
一. mRNA的稳定性 二. 翻译的起始调控 三. RNA干扰
翻译水平
一. mRNA的稳定性
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mRNA转录速度不变但稳定性改变， 也可以改变蛋白质的表达量：