第八章真核基因表达调控
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现代分子生物学第八章
序列中对应于外显子的部 分可能还不到10% 图8-1是哺乳动物二氢叶酸还原酶基因，全长25一31 kb,但6 个外显子总长只有2kb。少数基因根本不带内含子。前尚 不清楚内含子的生理功能。某些基因完全除去内含子
以后，照样可以产生有活性的mRN A; 另一些基因， 如SV40 T抗原基因，一旦除去内含子，成熟mRNA运 人细胞质基质的过程就完全被阻断。
10
8.1.3基因家族 • 真核细胞的DNA是单顺反子结构，很 • 少出现置于一个启动子控制之下的操纵子。 真核细胞中许多相关的基因常按功能成套 组合，被称为基因家族。 • 同一家族的成员有时紧密地排列在一起， 成为一个基因簇;但更多的时候，它们分散 在同一染色体的不同部位.甚至位于不同的 染色体上。具有各自不同的表达调控模式。
8
• 选择性剪接：同一基因的转录产物由于不同的剪接方式形成不同 mRNA的过程。 • 选择性剪接的典刑例子：小鼠淀粉酶基因表达的组织特异性变化
9
• 在小鼠肝和唾液腺这两种组织中，淀粉酶mRNA的编码 序列完全相同，但5‘端起始部分长度不同。 • 事实上,L外显子只是唾液腺淀粉酶基因中内含子序列的 一部分，将在mRNA成熟过程中被切除。 • 有实验证明，由S外显子起始的转录产物是由L外显子起 始转录产物的100倍以上。 • 由于一个基因的内含子成为另一个基因的外显子，形成 基因的差异表达，这是真核基因断裂结构的一个重要特 点。
现代分子生物学
指导老师：杨林松 演绎人：徐楸能
1
8.1真核基因表达调控相关概念和一 般规律
•
• 8.1.1基因表达的基本概念 基因组： 一个细胞或病毒所携带的全部遗传 信息或整套基因。 基因：指能产生一条肽链或功能RNA所必需的 DNA片段。它包括编码区和其上下游区域。以 及在编码片段间(外显子)的间断切割序列（内 含子) 基因表达：基因经过转录、翻译，产生具有特 异生物学功能的蛋自质分子或RNA分子的过程。 基因表达调控：受内源及外源信号调控的这个 调控的过程。
以后，照样可以产生有活性的mRN A; 另一些基因， 如SV40 T抗原基因，一旦除去内含子，成熟mRNA运 人细胞质基质的过程就完全被阻断。
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8.1.3基因家族 • 真核细胞的DNA是单顺反子结构，很 • 少出现置于一个启动子控制之下的操纵子。 真核细胞中许多相关的基因常按功能成套 组合，被称为基因家族。 • 同一家族的成员有时紧密地排列在一起， 成为一个基因簇;但更多的时候，它们分散 在同一染色体的不同部位.甚至位于不同的 染色体上。具有各自不同的表达调控模式。
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• 选择性剪接：同一基因的转录产物由于不同的剪接方式形成不同 mRNA的过程。 • 选择性剪接的典刑例子：小鼠淀粉酶基因表达的组织特异性变化
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• 在小鼠肝和唾液腺这两种组织中，淀粉酶mRNA的编码 序列完全相同，但5‘端起始部分长度不同。 • 事实上,L外显子只是唾液腺淀粉酶基因中内含子序列的 一部分，将在mRNA成熟过程中被切除。 • 有实验证明，由S外显子起始的转录产物是由L外显子起 始转录产物的100倍以上。 • 由于一个基因的内含子成为另一个基因的外显子，形成 基因的差异表达，这是真核基因断裂结构的一个重要特 点。
现代分子生物学
指导老师：杨林松 演绎人：徐楸能
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8.1真核基因表达调控相关概念和一 般规律
•
• 8.1.1基因表达的基本概念 基因组： 一个细胞或病毒所携带的全部遗传 信息或整套基因。 基因：指能产生一条肽链或功能RNA所必需的 DNA片段。它包括编码区和其上下游区域。以 及在编码片段间(外显子)的间断切割序列（内 含子) 基因表达：基因经过转录、翻译，产生具有特 异生物学功能的蛋自质分子或RNA分子的过程。 基因表达调控：受内源及外源信号调控的这个 调控的过程。
《生物化学》-第八章
➢ 与前述操纵子的基本组成一样，乳糖操纵子也是由结构基因和调控区组成的 ➢ 乳糖操纵子包括Z、Y和A三个结构基因 ➢ Z结构基因编码β-半乳糖苷酶，催化乳糖转变为别乳糖 ➢ Y结构基因编码半乳糖透过酶，促使半乳糖透过酶进入细菌内 ➢ A结构基因编码乙酰转移酶，催化半乳糖形成乙酰半乳糖 ➢ 调控区包括调节基因（I）、启动子（P）、操纵基因（O）及启动子上游的一个CAP结合位点，
第一节 基因表达的调控
二、基因表达调控的概念和意义
（一）基因表达调控的概念
➢ 基因表达调控是指细胞或生物体在接收内外环境信号刺激 或适应环境变化的过程中，在基因表达水平上所做出的应 答，即基因组内的基因如何被表达、表达多少等
➢ 基因表达调控大致可以在5个层次上进行，即转录前、转 录、转录后、翻译和翻译后
➢ 基因表达是指在一定的调节机制的控制下，基因组DNA经 转录、翻译等一系列过程，合成具有特异生物学功能的蛋 白质的过程
➢ 并非所有基因表达过程都产生蛋白质，rRNA、tRNA编码 基因转录生成功能型RNA的过程也属于基因表达
第一节 基因表达的调控
一、基因表达的概念、特点及方式
（二）基因表达的特点--时间特异性
5′-侧上游，主要控制整个结构基因群的转录
第一节 基因表达的调控
三、原核生物基因表达的调控
（一）操纵子的基本组成
➢ 3．操纵基因 ➢ 操纵基因是指能被阻遏蛋白特异性识别并结合
的一段DNA序列，常与启动子邻近或与启动子 序列重叠 ➢ 当阻遏蛋白结合在操纵基因上，阻遏蛋白会阻 碍RNA聚合酶与启动子结合或使RNA聚合酶 不能沿DNA链向前移动，从而阻遏转录的进行
（一）操纵子的基本组成
➢ 1．结构基因 ➢ 操纵子中被调控的编码蛋白质的基因称为结构基因 ➢ 一个操纵子中含有2个以上的结构基因，多的可达20个以上 ➢ 各结构基因头尾衔接、串联排列，组成结构基因群
第8章 真核生物基因的表达调控
* 基本转录因子(general transcription factors)
是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋 白 因 子 ， 决 定 三 种 RNA(mRNA 、 tRNA 及 rRNA)转录的类别。
11
* 特异转录因子(special transcription factors) 为个别基因转录所必需，决定该基因的
第8章 真核基因转录调节
Regulation of Eukaryotic Gene Transcription
1
第一节 概述
2
一、真核基因组结构特点
（一）真核基因组结构庞大
哺乳类动 物基因组 DNA 约 3 × 10 9 碱基对
编码基因约 有 40000 个，占总长的6 % rDNA等重复基因约 占 5% ~ 10%
1. 对核酸酶敏感
活化基因常有超敏位点，位于调节蛋 白结合位点附近。
5
2. DNA拓扑结构变化
天然双链DNA均以负性超螺旋构象存在；
基因活化后
转录方向
负超螺旋 RNA-pol 正超螺旋
3. DNA碱基修饰变化
真核DNA约有5%的胞嘧啶被甲基化， 甲基化范围与基因表达程度呈反比。
6
4. 组蛋白变化
CAAT box：起点上游-75附近的小段保守序列。
增强子（enhancer）：可增强启动子效率的序列，可 位于启动子上游或下游；可远距离作用。
28
起点第一个碱基通常为A，两边为嘧啶， 通式为
Py2CAPy5
这一区域称为起始子（initiator，Inr）， 通常位于 – 3 ～ + 5 之间；
时间、空间特异性表达。 转录激活因子
转录抑制因子
12
是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋 白 因 子 ， 决 定 三 种 RNA(mRNA 、 tRNA 及 rRNA)转录的类别。
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* 特异转录因子(special transcription factors) 为个别基因转录所必需，决定该基因的
第8章 真核基因转录调节
Regulation of Eukaryotic Gene Transcription
1
第一节 概述
2
一、真核基因组结构特点
（一）真核基因组结构庞大
哺乳类动 物基因组 DNA 约 3 × 10 9 碱基对
编码基因约 有 40000 个，占总长的6 % rDNA等重复基因约 占 5% ~ 10%
1. 对核酸酶敏感
活化基因常有超敏位点，位于调节蛋 白结合位点附近。
5
2. DNA拓扑结构变化
天然双链DNA均以负性超螺旋构象存在；
基因活化后
转录方向
负超螺旋 RNA-pol 正超螺旋
3. DNA碱基修饰变化
真核DNA约有5%的胞嘧啶被甲基化， 甲基化范围与基因表达程度呈反比。
6
4. 组蛋白变化
CAAT box：起点上游-75附近的小段保守序列。
增强子（enhancer）：可增强启动子效率的序列，可 位于启动子上游或下游；可远距离作用。
28
起点第一个碱基通常为A，两边为嘧啶， 通式为
Py2CAPy5
这一区域称为起始子（initiator，Inr）， 通常位于 – 3 ～ + 5 之间；
时间、空间特异性表达。 转录激活因子
转录抑制因子
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真核生物基因表达调控
非编码区较多 多于编码序列(9:1)
含有大量重复序列
二、真核生物基因表达调控的特点 1、多层次 2、个体发育复杂 3、正性调节占主导 4、转录与翻译间隔进行
真核生物基因表达调控的种类：
根据其性质可分为两大类： 一是瞬时调控或称为可逆性调控，它相当于原核细胞 对环境条件变化所做出的反应。瞬时调控包括某种底 物或激素水平升降时，及细胞周期不同阶段中酶活性 和浓度的调节。 二是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的精 髓部分，它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部 进程。 根据基因调控在同一事件中发生的先后次序又可分为： DNA水平调控－－转录水平调控－－转录后水平调 控－－翻译水平调控－－蛋白质加工水平的调控
三． 活泼转录区染色质的结构变化：
1. 染色质的两种状态：
① 非活性状态【inactive (silent) state 】:如异染色质 ② 活化状态【active state 】：
活泼转录区对核酸酶的敏感性提高 正在转录的DNA甲基化程度降低； 活泼转录的染色质常常缺乏组蛋白H1，其他核心组蛋白 则被乙酰化或与泛素相结合而修饰 非常活泼的转录区，如许多真核生物的rRNA基因处，没 有核小体结构
cAMP的作用机理
PKA的激活 R 调节亚基 C 催化亚基
目录
蛋白激酶A
（cAMP-dependent protein kinase，PKA）
cAMP
R R
Ｃ Ｃ
R： 调节亚基 C： 催化亚基
PKA的作用
1） 对物质代谢的调节作用 通过对效应蛋白的磷酸化作用，实现其调 节功能。
肾上腺素 ＋受体
二 、转录因子：
（一）、转录因子的类型： 1. 转录基础因子：basal factor
含有大量重复序列
二、真核生物基因表达调控的特点 1、多层次 2、个体发育复杂 3、正性调节占主导 4、转录与翻译间隔进行
真核生物基因表达调控的种类：
根据其性质可分为两大类： 一是瞬时调控或称为可逆性调控，它相当于原核细胞 对环境条件变化所做出的反应。瞬时调控包括某种底 物或激素水平升降时，及细胞周期不同阶段中酶活性 和浓度的调节。 二是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的精 髓部分，它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部 进程。 根据基因调控在同一事件中发生的先后次序又可分为： DNA水平调控－－转录水平调控－－转录后水平调 控－－翻译水平调控－－蛋白质加工水平的调控
三． 活泼转录区染色质的结构变化：
1. 染色质的两种状态：
① 非活性状态【inactive (silent) state 】:如异染色质 ② 活化状态【active state 】：
活泼转录区对核酸酶的敏感性提高 正在转录的DNA甲基化程度降低； 活泼转录的染色质常常缺乏组蛋白H1，其他核心组蛋白 则被乙酰化或与泛素相结合而修饰 非常活泼的转录区，如许多真核生物的rRNA基因处，没 有核小体结构
cAMP的作用机理
PKA的激活 R 调节亚基 C 催化亚基
目录
蛋白激酶A
（cAMP-dependent protein kinase，PKA）
cAMP
R R
Ｃ Ｃ
R： 调节亚基 C： 催化亚基
PKA的作用
1） 对物质代谢的调节作用 通过对效应蛋白的磷酸化作用，实现其调 节功能。
肾上腺素 ＋受体
二 、转录因子：
（一）、转录因子的类型： 1. 转录基础因子：basal factor
第八章 真核基因转录调控(共84张PPT)
(一) 基因表达是基因经过转录、翻译、产生有生物活 性的蛋白质的整个过程。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，因此其调控增加了更多的环节和复杂性，转 录后的调控占有了更多的分量。
• (二)真核基因的转录与染色质的结构变化相 关。
❖ ④增强子的作用机理虽然还不明确，但与其他顺 式调控元件一样，必须与特定的蛋白质结合后才 能发挥增强转录的作用。
❖ 增强子一般具有组织或细胞特异性，许多增强子只在 某些细胞或组织中表现活性，是由这些细胞或组织中 具有的特异性蛋白质因子所决定的。
• ①影响模板附近的DNA双螺旋结构，导 致DNA双螺旋弯折或在反式因子的参与 下，以蛋白质之间的相互作用为媒介形 成增强子与启动子之间“成环”连接，活 化基因转录；
• 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
。
• 如果用基因打靶的方法除去主要的DNA甲基化酶，小鼠的 胚胎就不能正常发育而死亡，可见DNA的甲基化对基因表 达调控是重要的。
• 由此可见，染色质中的基因转录前先要有一个被激活的过程， 但目前对激活机制还缺乏认识。
• 真核启动子一般包括转录起始点及其上游约100－ 200bp序列，包含有若干具有独立功能的DNA序列元 件，每个元件约长7－30bp。
• 最常见的哺乳类RNA聚合酶Ⅱ启动子中的元件
哺乳类RNA聚合酶Ⅱ启动子中的元件序列
元件名称 共同序列
名称
结合的蛋白因子 分子量 结合DNA长度
TATAbox TATAAAA
• 三、真核基因转录水平的调控
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，因此其调控增加了更多的环节和复杂性，转 录后的调控占有了更多的分量。
• (二)真核基因的转录与染色质的结构变化相 关。
❖ ④增强子的作用机理虽然还不明确，但与其他顺 式调控元件一样，必须与特定的蛋白质结合后才 能发挥增强转录的作用。
❖ 增强子一般具有组织或细胞特异性，许多增强子只在 某些细胞或组织中表现活性，是由这些细胞或组织中 具有的特异性蛋白质因子所决定的。
• ①影响模板附近的DNA双螺旋结构，导 致DNA双螺旋弯折或在反式因子的参与 下，以蛋白质之间的相互作用为媒介形 成增强子与启动子之间“成环”连接，活 化基因转录；
• 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
。
• 如果用基因打靶的方法除去主要的DNA甲基化酶，小鼠的 胚胎就不能正常发育而死亡，可见DNA的甲基化对基因表 达调控是重要的。
• 由此可见，染色质中的基因转录前先要有一个被激活的过程， 但目前对激活机制还缺乏认识。
• 真核启动子一般包括转录起始点及其上游约100－ 200bp序列，包含有若干具有独立功能的DNA序列元 件，每个元件约长7－30bp。
• 最常见的哺乳类RNA聚合酶Ⅱ启动子中的元件
哺乳类RNA聚合酶Ⅱ启动子中的元件序列
元件名称 共同序列
名称
结合的蛋白因子 分子量 结合DNA长度
TATAbox TATAAAA
• 三、真核基因转录水平的调控
讲第八章真核基因的表达调控(讲稿)
（2）由两条同源染色体组成， 在交叉处结合，每条同源染色 体含2条染色单体。
（3）轴上有一些染色粒，代 表染色质紧密螺旋化的部位。 同时两条染色单体向两边伸出 许多侧环，侧环是RNA活跃转 录的区域。
29
2、基因扩增
定义：是某基因的拷贝数专一性大量增加的现 象，可短时间内产生大量基因产物满足生长需 要。基因活性调控的一种方式。
同的剪接方式形成不同mRNA。
23
PS
DNA
初始转录本： 在唾腺中转录
外显子 S
PL 外显子 L
外显子 2 外显子 3
50b 2800bp
161bp 4500bp 205bp 327bp
初始转录本： 在肝中转录
成熟 mRNA： 成熟 mRNA：
1663nt 1773nt
图 18-57 小鼠淀粉酶(amy) 基因利用不同启动子产生两个不同的 mRNA
24
三、真核生物DNA水平上的基因表达调控
1、染色质结构对转录的影响 2、基因扩增 3、基因重排与变换—免疫球蛋白 4、DNA甲基化与基因活性的调控
25
1、染色质结构对转录的影响
在细胞分裂间期的细胞核中，染色质的形 态不均匀。根据其形态及染色特点可分为 常染色质和异染色质两种类型。
常染色质：折叠疏松、凝缩程度低，处于 伸展状态，碱性染料染色时着色浅。
47
PS
DNA
初始转录本： 在唾腺中转录
外显子 S
PL 外显子 L
外显子 2 外显子 3
50b 2800bp
161bp 4500bp 205bp 327bp
初始转录本： 在肝中转录
成熟 mRNA： 成熟 mRNA：
1663nt 1773nt
（3）轴上有一些染色粒，代 表染色质紧密螺旋化的部位。 同时两条染色单体向两边伸出 许多侧环，侧环是RNA活跃转 录的区域。
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2、基因扩增
定义：是某基因的拷贝数专一性大量增加的现 象，可短时间内产生大量基因产物满足生长需 要。基因活性调控的一种方式。
同的剪接方式形成不同mRNA。
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PS
DNA
初始转录本： 在唾腺中转录
外显子 S
PL 外显子 L
外显子 2 外显子 3
50b 2800bp
161bp 4500bp 205bp 327bp
初始转录本： 在肝中转录
成熟 mRNA： 成熟 mRNA：
1663nt 1773nt
图 18-57 小鼠淀粉酶(amy) 基因利用不同启动子产生两个不同的 mRNA
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三、真核生物DNA水平上的基因表达调控
1、染色质结构对转录的影响 2、基因扩增 3、基因重排与变换—免疫球蛋白 4、DNA甲基化与基因活性的调控
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1、染色质结构对转录的影响
在细胞分裂间期的细胞核中，染色质的形 态不均匀。根据其形态及染色特点可分为 常染色质和异染色质两种类型。
常染色质：折叠疏松、凝缩程度低，处于 伸展状态，碱性染料染色时着色浅。
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PS
DNA
初始转录本： 在唾腺中转录
外显子 S
PL 外显子 L
外显子 2 外显子 3
50b 2800bp
161bp 4500bp 205bp 327bp
初始转录本： 在肝中转录
成熟 mRNA： 成熟 mRNA：
1663nt 1773nt
真核生物基因转录调控(修改)
精选2021版课件
2
序言(introduction)
Central dogma
精选2021版课件
3
序言(introduction)
精选2021版课件
4
第一节 基本概念与原理
Basic Conceptions and Principle
一、基因表达的概念
基因表达:从DNA到蛋白质的过程,就是基 因转录及翻译的过程。
顺式作用及顺式作用蛋白。
精选2021版课件
30
DNA mRNA
蛋白质A C
顺式调节
a
反式调节
A
B
A
c
C
精选2021版课件
DNA mRNA
蛋白质C
31
３．DNA-蛋白质、蛋白质－蛋白质 相互作用
DNA-蛋白质相互作用（DNA-protein interaction）
反式作用因子与顺式作用元件之间 的特异识别及结合。
精选2021版课件
21
真核生物基因转录激活调节的DNA序 列——顺式作用元件
真核生物基因转录激活调节的DNA序列,由若干DNA序 列元件组成，由于它们常与特定的功能基因连锁在一起， 因此被称为——顺式作用元件（cis-acting element） （P257）：可影响自身基因表达活性的DNA序列。
表达按特定的时间顺序发生。
基因表达的时间特异性与分化、
发育的阶段相一致，又称阶段 特异性（stage specificity）。
精选2021版课件
6
空间特异性（spatial specificity）
在个体生长全过程，某种 基因产物在个体按不同组 织空间顺序出现。
基因表达的空间特异性又 称 细 胞 特 异 性 （ cell specificity ） 或 组 织 特 异 性（tissue specificity）。
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。
molecular-biology-20081115-10
特异性(temporal specificity)。
多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶
段特异性(stage specificity)。
人体发育过程中不同类型β -珠蛋白的含量变化
（二）空间特异性
在个体生长全过程，某种基因产物在个体 按不同组织空间顺序出现，称之为基因表达的
空间特异性(spatial specificity)。
(一) RNA聚合酶
启动子、调节序列和调节蛋白通过DNA-蛋白质相互作
用、蛋白质-蛋白质相互作用影响RNA聚合酶活性。
RNA Pol I: rRNA, 相对活性50-70% RNA Pol II: mRNA,相对活性20-40% RNA Pol III: tRNA,相对活性10% RNA Pol IV: small ncRNA,相对活性??
常见转录因子的结构域 (domain)
TF
DNA结合域 （DNA binding domain)
Basic AA (K/R) rich, positively charged 酸性激活域 (D/E-rich) 谷氨酰胺(Q)富含域 脯氨酸(P)富含域
转录激活域
(trans-activation domain)
这类基因表达又称为组成性基因表达
(constitutiຫໍສະໝຸດ e gene expression)。
（二）诱导和阻遏表达
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 (inducible genes)。
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 (repressible genes)。
--highly sequence-dependent --varied regulation for different genes
多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶
段特异性(stage specificity)。
人体发育过程中不同类型β -珠蛋白的含量变化
（二）空间特异性
在个体生长全过程，某种基因产物在个体 按不同组织空间顺序出现，称之为基因表达的
空间特异性(spatial specificity)。
(一) RNA聚合酶
启动子、调节序列和调节蛋白通过DNA-蛋白质相互作
用、蛋白质-蛋白质相互作用影响RNA聚合酶活性。
RNA Pol I: rRNA, 相对活性50-70% RNA Pol II: mRNA,相对活性20-40% RNA Pol III: tRNA,相对活性10% RNA Pol IV: small ncRNA,相对活性??
常见转录因子的结构域 (domain)
TF
DNA结合域 （DNA binding domain)
Basic AA (K/R) rich, positively charged 酸性激活域 (D/E-rich) 谷氨酰胺(Q)富含域 脯氨酸(P)富含域
转录激活域
(trans-activation domain)
这类基因表达又称为组成性基因表达
(constitutiຫໍສະໝຸດ e gene expression)。
（二）诱导和阻遏表达
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 (inducible genes)。
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 (repressible genes)。
--highly sequence-dependent --varied regulation for different genes
真核生物基因表达的调控
真核⽣物基因表达的调控课次：19教案⽬的：使学⽣了解真核基因表达调控的特点、转录前的调控，掌握增强⼦的作⽤特点和反式作⽤因⼦的DNA结合域的结构花式。
重点：增强⼦和反式作⽤因⼦的DNA结合域的结构花式。
难点：反式作⽤因⼦的DNA结合域的结构花式。
复习旧课：提问2⼈，了解教案效果。
导⼊新课：第⼋章真核⽣物基因表达的调控第⼀节概述真核⽣物细胞中由核膜将核和细胞质分隔开，转录和翻译并不偶联；基困组是由多条染⾊体组成。
真核基因的调节分为：真核基因表达调控的特点：第⼆节转录前的调控⼀. DNA的甲基化与去甲基化真核DNA中的胞嘧啶约有5%被甲基化为5-甲基胞嘧啶(5-methylcytidine,m5C>，⽽活跃转录的DNA段落中胞嘧啶甲基化程度常较低。
b5E2RGbCAP甲基化可使基因失活，去甲基化⼜可使基因恢复活性。
⼆染⾊质结构对真核基因转录的调控1.染⾊质结构影响基因转录常染⾊质中的基因可以转录，异染⾊质(heterochromatin>，⽆基因转录表达。
2. 组蛋⽩的作⽤组蛋⽩扮演了⾮特异性阻遏蛋⽩的作⽤，⾮组蛋⽩成分起到特异性的去阻遏促转录作⽤。
核⼩体结构影响基因转录。
三基因重排和基因扩增对基因表达的影响基因重排(gene rearrangement>，即原胚性基因组中某些基因会再组合变化形成第⼆级基因。
p1EanqFDPw基因扩增(gene amplification>，即基因组中的特定段落在某些情况下会复制产⽣许多拷贝。
DXDiTa9E3d基因丢失：在细胞分化过程中，丢掉某些基因⽽去除其活性。
例如某些原⽣动物，线⾍、昆⾍、甲壳类动物，体细胞常丢掉部分或整条染⾊体，只保留将来分化产⽣⽣殖细胞的那套染⾊体。
例如在蛔⾍胚胎发育过程中，有27％DNA丢失。
在⾼等动植物中，尚未发现类似现象。
RTCrpUDGiT第三节真核基因转录⽔平的调控1 顺式作⽤元件(cis-acting elements>顺式作⽤元件：对基因表达有调节活性的DNA序列，其活性只影响与其⾃⾝同处在⼀个DNA分⼦上的基因；通常不编码蛋⽩质，多位于基因旁侧或内含⼦中。
真核基因表达调控
• Fields建立了一个双杂交系统;DB与X蛋白融合 ;AD与Y蛋白融合;如果X Y之间形成蛋白蛋白复合 物;使GAL4两个结构域重新构成;启动特异基因序 列的转录
• 该实验的结果表明由X和Y相互作用使得AD和BD 在空间上接近;激活了报告基因LacZ的转录 一般 地;将DBX的融合蛋白称作诱饵bait;X往往是已知 蛋白;ADY称作猎物prey;能显示诱饵和猎物相互作 用的基因称报告基因;通过对报告基因的检测;反过 来可判断诱饵和猎物之间是否存在相互作用
种细胞中;在整个细胞周期内都处于凝聚状态的染色质 ;如着丝粒;端粒;核仁形成区等 • 兼性异染色质facultative heterochromatin指在某些特 定的细胞中;或在一定的发育时期和生理条件下凝聚; 由常染色质变成异染色质;这本身也是真核生物的一种 表达调控的途经
莱昂假说Lyon hypothesis
基因家族gene family
基因家族gene family：真核细胞中许多相 关的基因常按功能成套组合;被称为基因 家族
假基因
• 假基因pseudogene具有与功能基因相似的序列; 但由于有许多突变以致失去了原有的功能;所以假 基因是没有功能的基因;常用ψ表示
• 是基因组中因突变而失活的基因;无蛋白质产物 一 般是启动子出现问题
沉默子silencer
• 沉默子是可降低基因启动子转录活性的一 段DNA顺式元件 与增强子作用相反 沉默 子的DNA序列被调控蛋白结合后阻断了转录 起始复合物的形成或活化;使基因表达活性 关闭
绝缘子insulator
• 绝缘子insulator长约几百个核苷酸对;是通 常位于启动子同正调控元件增强子或负调控 因子为异染色质之间的一种调控序列 绝缘子 本身对基因的表达既没有正效应;也没有负效 应;其作用只是不让其他调控元件对基因的活 化效应或失活效应发生作用
真核生物基因表达调控
(3) 转录起始子（Inr）
a
12
真核启动子含有不同的序列，不同序列的位置、种类、 距离和方向都不完全相同； SV40 早期启动子 胸苷激酶 组蛋白H2B
-140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 +1
Oct
CAAT
GC
a
TATA
13
•Ⅰ型启动子
－170 －160 －150 －140 －130 －120 －110………..－60 －50 －40 －30 －20 －10 ＋1 ＋10 ＋20
胞）
TATA box TATAAAA
～10bp TBP
27,000 ?
普遍
CAAT box GGCCAATCT ～22bp CTF/NF1 60,000 300,000 普遍
GC box Octamer Octamer
GGGCGG ATTTGCAT ATTTGCAT
～20bp ～20bp
23bp
SP1 Oct-1 Oct-2
100倍。 组成：100-200bp，单拷贝或多拷贝串连形式
存在。 正性调控元件，转录因子结合，促进转录。
a
15
增强子的作用特点：
促进基因的转录效率远距离发挥作用 (100~500bp，10Kb)
促进转录，不具有启动子专一性 功能与方向、位置无关 具有组织或细胞特异性
对同源或异源基因均有功能。
第八章 真核生物基因 表达调控
a
1
教学目的：
了解真核基因表达调控的特点 了解转录前的调控， 掌握增强子的作用特点 掌握反式作用因子的DNA结合域的结构花式； 了解转录后加工水平的调控方式， 掌握可变剪接、反式剪接、RNA编辑的概念； 了解翻译水平的调控方式及特点。
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真核启动子含有不同的序列，不同序列的位置、种类、 距离和方向都不完全相同； SV40 早期启动子 胸苷激酶 组蛋白H2B
-140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 +1
Oct
CAAT
GC
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TATA
13
•Ⅰ型启动子
－170 －160 －150 －140 －130 －120 －110………..－60 －50 －40 －30 －20 －10 ＋1 ＋10 ＋20
胞）
TATA box TATAAAA
～10bp TBP
27,000 ?
普遍
CAAT box GGCCAATCT ～22bp CTF/NF1 60,000 300,000 普遍
GC box Octamer Octamer
GGGCGG ATTTGCAT ATTTGCAT
～20bp ～20bp
23bp
SP1 Oct-1 Oct-2
100倍。 组成：100-200bp，单拷贝或多拷贝串连形式
存在。 正性调控元件，转录因子结合，促进转录。
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15
增强子的作用特点：
促进基因的转录效率远距离发挥作用 (100~500bp，10Kb)
促进转录，不具有启动子专一性 功能与方向、位置无关 具有组织或细胞特异性
对同源或异源基因均有功能。
第八章 真核生物基因 表达调控
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1
教学目的：
了解真核基因表达调控的特点 了解转录前的调控， 掌握增强子的作用特点 掌握反式作用因子的DNA结合域的结构花式； 了解转录后加工水平的调控方式， 掌握可变剪接、反式剪接、RNA编辑的概念； 了解翻译水平的调控方式及特点。
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(三)假基因
是基因组中因突变而失活的基因，无蛋白质产 物。一般是启动子出现问题。
第二节 真核生物基因表达调控的特点和种类 一、真核生物基因表达调控的特点 1、多层次 2、个体发育复杂 3、活性染色体结构变化：对核酸酶敏感 、DNA拓扑
结构变化 、DNA碱基修饰变化 、组蛋白变化 4、正性调节占主导 5、转录与翻译间隔进行 6、转录后修饰、加工
二、真核生物基因表达调控的种类：
根据其性质可分为两大类：
一是瞬时调控或称为可逆性调控，它相当于原核细胞 对环境条件变化所做出的反应。瞬时调控包括某种底 物或激素水平升降时，及细胞周期不同阶段中酶活性 和浓度的调节。
二是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的精 髓部分，它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部 进程。
内含子(Intron) ：真核细胞基因DNA中的间插序列，这 些序列被转录成RNA，但随即被剪除而不翻译。
1、外显子与内含子的连接区
指外显子和内含子的交界或称边界序列，它有两个 重要特征： • 内含子的两端序列之间没有广泛的同源性 • 连接区序列很短，高度保守，是RNA剪接的信号序列
5‘GT——AG 3‘-------- GT——AG 法则
2、复杂多基因家族
复杂多基因家族一般由几个相关基因家 族构成，基因家族之间由间隔序列隔开， 并作为独立的转录单位。现已发现存在 不同形式的复杂多基因家族。
Repeating unite
Repeating unite
Organization of histone genes in the animal genome
有些DNA序列可编码一条以上的蛋白质
相同密码子、不同起 始位点产生长度不同
的蛋白质
不同起始位点、不 同读码顺序产生不
同蛋白质
2、外显子与内含子的可变调控
• 组成型剪接：一个基因的转录产物通过剪接只能 产生一种成熟的mRNA。肌红蛋白重链基因41个 外显子，但能精确的剪接成一个成熟的mRNA.
• 选择性剪接：同一基因的转录产物由于不同的剪 接方式形成不同mRNA。小鼠淀粉酶基因表达的 组织特异性变化： 唾液腺和肝脏
人类血红蛋白基因
基因家族成员 的发育阶段特 异性表达是通 过基因重排的 方式决定的， 这种变化是不 可逆的。
PS
DNA
初始转录本： 在唾腺中转录
外显子 S
PL 外显子 L
外显子 2 外显子 3
50b 2800bp
161bp 4500bp 205bp 327bp
初始转录本： 在肝中转录
成熟 mRNA： 成熟 mRNA：
1663nt 1773nt
图 18-57 小鼠淀粉酶(amy) 基因利用不同启动子产生两个不同的 mRNA
如：编码组蛋白、免疫球蛋白和血红蛋白的基因都 属于基因家族
同一家族中的成员有时紧密地排列在一起，成为 一个基因簇(gene cluster) 。
1、简单多基因家族 简单多基因家族中的基因一般以串联方式前后相连。
非转录间隔序列 外转录间隔序列 内转录间隔序列
The eukaryotic ribosomal DNA repeating unit
真核基因表达调控
Contents
• 真核生物的基因组 • 真核生物基因表达调控的特点和种类 • 真核生物DNA水平上的基因表达调控 • 真核生物转录水平上的基因表达调控 • 真核基因转录后水平上的调控
第一节 真核生物的基因组 一、真核基因组结构特点
• 真核基因组结构庞大 3×109bp、染色质、核膜 • 单顺反子 • 基因不连续性 断裂基因（interrupted gene）、
根据基因调控在同一事件中发生的先后次序又可分为： DNA水平调控－－转录水平调控－－转录后水平调 控－－翻译水平调控－－蛋白质加工水平的调控
第三节 真核生物DNA水平上的基因表达调控
● 基因丢失—马蛔虫
● 基因扩增—rDNA 抗体分子的形成
● 基因重排
Ti质粒
转座子
● DNA甲基化状态与调控
● 染色体结构与调控
一、基因丢失：
在细胞分化过程中，可以通过丢失掉某些基因而去除这些 基因的活性。某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物在 个体发育中，许多体细胞常常丢失掉整条或部分的染色体， 只有将来分化产生生殖细胞的那些细胞一直保留着整套的 染色体。 目前，在高等真核生物（包括动物、植物）中尚未发现类 似的基因丢失现象。
三、基因重排：
• 将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位 点从而启动转录，这种方式被称为基因重排。
• 通过基因重排调节基因活性的典型例子是免疫球蛋 白结构基因的表达。
免疫球蛋白及其基因重排
免疫球蛋白由两条重链 （可变区V、连接区J、 恒定区C）和两条轻链
（V、C）组成；
淋巴细胞
• 实例二： 人类血红 蛋白；
内含子(intron)、 外显子(exon) • 非编码区较多 多于编码序列(9:1) • 含有大量重复序列
原核生物基因组结构特点
● 基因组很小，大多只有一条染色体 ● 结构简炼 ● 存在转录单元多顺反子 ● 有重叠基因
三、Байду номын сангаас本概念
（一）基因家族（gene family)
真核生物的基因组中有很多来源相同、结构相似、 功能相关的基因，将这些基因称为基因家族。
发育调控的复杂 多基因家族：
血红蛋白基因家族
有功能的血红蛋白基因的 基本结构：三个外显子被 两个内含子隔开
类和类珠蛋 白基因家族
人在发育过程中的 血红蛋白类型
（二）断裂基因
基因的编码序列在DNA分子上是不连续的，为非编码 序列所隔开，其中编码的序列称为外显子，非编码 序列称内含子。
外显子(Exon) ：真核细胞基因DNA中的编码序列，这 些序列被转录成RNA并进而翻译为蛋白质。
二、基因扩增：
基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性增多的现 象，它使得细胞在短期内产生大量的基因产物以 满足生长发育的需要，是基因活性调控的一种方 式。 如非洲爪蟾体细胞中rDNA的基因扩增是因发育 需要而出现的基因扩增现象。
发育或系统发生中的倍性增加在植物中普 遍存在
基因组拷贝数增加，即多倍性，在植物中是非常 普遍的现象。基因组拷贝数增加使可供遗传重组 的物质增多，这可能构成了加速基因进化、基因 组重组和最终物种形成的一种方式。 小麦、大 豆都是多倍体植物。