第六章真核基因表达调控2011课件

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3、发育调控的复杂多基因家族 血红蛋白是所有动物体内输送分子氧的主要载体，
由两条链和两条链组成的四聚体加上一个血红素 辅基（结合铁原子）后形成功能性血红蛋白。
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。
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类和类珠蛋 白基因家族
人在发育过程中 的血红蛋白类型
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真核基因和原核相比表达调控的一些特点
1、在原核中正、负调控同等重要，真核中主要是正 调控。
2、真核基因的调控序列多，必须有多个激活物同时 特异地结合上去才能启动基因的转录。
3、在真核中染色质的结构对基因的表达有明显的调 控作用。
4、真核基因的表达有多种转录后的调控机制，其中 许多机制是原核所没有的。
用的性质; ⑥ 转录和翻译过程在时间和空间上的差别; ⑦ mRNA的加工。
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一、基因家族 (gene family)
原核生物中，功能相关的基因组成操纵子，以多 顺反子mRNA进行转录，整个体系在一个启动子的 控制之下。
真核生物中，DNA是以单顺反子的形式存在。 单顺反子(monocistronic mRNA) ：只编码一个 蛋白质的mRNA称为单顺反子mRNA。
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1、“开放型”活性染色质结构对转录的影 响 HMG（high – mobility group) 蛋白，高速泳动族蛋
白，是染色体上一类低分子量非组蛋白。
转录之前，染色质
解旋或松弛
自由DNA
结构基因暴露
HMG蛋白
结合
启动子
导致
单链区形成，启动子暴露， 产生DNaseⅠ超敏感位点
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DNA 与RNA聚合酶和其它 转录调控因子结合
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真核基因表达调控根据性质分为两种类型：
瞬时调控或称可逆性调控： 相当于原核细胞对环境变化所做出的反应。
包括：某种底物或激素水平升降时，表现出细胞内酶 或某些蛋白质合成的变化；细胞周期不同阶段中酶活 性或浓度的调节。
发育调控或称不可逆调控：
是真核基因调控的精髓部分，决定了真核细胞生 长、分化、发育的全部进程。
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2、DNA甲基化抑制基因转录的机理
DNA甲基化 导致
DNA构象变化 影响
蛋白质与DNA的作用 抑制
转录因子与启动区DNA 的结合
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3、甲基化与X染色体失活
雌性胚生哺乳类动物细胞中含有的两条X染色体之 一在发育早期随机失活。并不是卵原细胞、卵母细胞。
人们将与X染色体失活有关的核心区命名为X染色 体失活中心（X-chromosome inactivation center , Xic)。在X染色体失活中心发现一个基因Xist ( Xi specific transcript )。该基因在失活的染色体上表达， 而在具有活性的染色体上不表达。
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外显子（exon）：基因中与mRNA一致的序列， 即编码序列，称为外显子。一个基因总是以外显子 为起点和终点。
内含子（intron）：基因中编码序列之间的介入 序列，在原初转录物加工为mRNA时被去除，即非 编码序列，称为内含子。
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2、外显子与内含子的连接区 特点: 1）内含子两端序列不能互补；
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① 核心启动子（core promoter)：是指保证RNA聚 合酶II转录正常起始所必需的、最少的DNA序列， 包括转录起始点及转录起始位点上游 – 25 ～ 30bp 处TATA盒。功能：确定转录起始位点并产 生基础水平的转录。
② 上游启动子元件（upstream promoter element)： 包括通常位于-70bp附近的CAAT盒和GC盒等，通 过 TFII D复合物调节转录起始的频率，提高转录 的效率。
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三、真核生物DNA水平上的基因表达调控
在个体发育过程中，用来合成RNA的DNA模板 也会发生规律性变化，从而控制基因表达和生物的 发育。它包括了基因丢失、扩增、重排和移位等方 式，可以消除或变换某些基因并改变他们的活性。 调控方式与转录及翻译水平的调控是不同的，因为 它使基因组发生了改变。
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poly(A)及AATAAA序列对于基因的转 录和成熟意义重大，但RNA聚合酶II却不 在该位点终止转录，而是在其下游0.5~2 kb 序列。
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真核基因的结构
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二、增强子及其对转录的影响
真核启动子不总是单独执行功能，在一些情况 下，启动子活性被另一组元件——增强子大幅提高。
例如：非洲爪蟾卵母细胞中的 rRNA基因 ( rDNA )
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rDNA以简单多基 因家族形式形成 中度重复序列
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3、基因重排与变换 基因重排：将一个基因从远离启动子的地方移到距
离很近的位点从而启动转录，这种方式称为基因重排。 例如：小鼠免疫球蛋白
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
失活染色体上大多数基因都处于关闭状态，DNA 序列都呈高度甲基化。
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X 染色体失活的机理： Xist基因位点去甲基化
表达
Xist 的RNA分子
结合
Xic区，使Xic区构象变化
结合
各种蛋白因子
导致
X 染色体失活
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Xist基因
去甲基化 甲基化
表达 不表达
失活 有活性
增强子（enhancer）：真核生物中提高启动子 效率的顺式作用元件，可以不同的方向，在相对于 启动子的任何位置发挥作用。 最显著的特点：可在很远的距离起作用。
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2、转录模板 包括从转录起始位点到RNA聚合酶II转 录终止处的全部DNA序列。
3、RNA聚合酶II 由至少10—20个亚基组成，有些亚 基也在I、Ⅲ中共用。其中2.4×105最大亚基的羧 基末端含有由7个氨基酸残基（Tyr-Ser-Pro-ThrSer-Pro-Ser）组成的多磷酸化位点重复序列，称 为羧基末端结构域（CTD）。
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真核基因表达调控的主要步骤
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第一节 真核生物的基因结构与转录活性
真核细胞和原核细胞在基因转录、翻译、DNA空 间结构方面的主要差别：
① mRNA与多肽链的数量关系; ② 基因组DNA存在的形式; ③ 基因组DNA的结构; ④ DNA片段的重排及拷贝数的增加; ⑤ 转录调节区的大小，距离转录起始位点的距离及作
前rRNA（45S）
甲基化
主要在核糖的2-OH甲基化
RNA酶降解
5S rRNA
18S、28S、5.8S rRNA
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由RNA聚合酶III转录完成
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2、复杂多基因家族 由几个相关的多基因构成，基因家族间由间隔
序列隔开，并作为独立的转录单位。
6000 bp, 重复1000次左右
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二、真核基因的断裂结构
1、外显子与内含子
断裂基因（interrupted gene）：真核生物基因除 了与mRNA相对应的编码序列外，还含有一些不编 码的序列插在编码序列之间，这些非编码序列在加 工为成熟的mRNA时被去除。这样的结构基因称为 断裂基因。
2）连接区序列高度保守（GT-AG法则）；
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5，GT 左剪接位点
donor site
AG 3, 右剪接位点 acceptor site
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3、外显子与内含子的可变性
组成性剪接：在高等真核生物中，内含子通常是有 序或组成性地从mRNA前体中被剪接，这种剪接方 式称为组成性剪接。 选择性剪接：又叫变位剪接，指在剪接过程中可以 有选择性地越过某些外显子或某个剪接位点进行变 位剪接，产生出不同mRNA的过程，这种剪接方式 称为变位剪接。
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顺式作用元件一般位于基因附近，与之相连； 一般通过与反式作用因子结合发挥功能。
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1、真核基因的启动子
真核基因的启动子由核心启动子和上游启动子两 个部分组成，是在基因转录起始位点(+1)及其5′上游 大约100-200 bp以内的一组具有独立功能的DNA序列， 每个元件长度约7-20 bp，是决定RNA聚合酶II转录 起始点和转录频率的关键元件。
CpG通常成串出现在DNA上，这段序列往往被 称为CpG岛。
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甲基化酶
日常型甲基化酶：在甲基化母链指导下使处于 半甲基化的DNA双链分子上与甲基胞嘧啶相对应 的胞嘧啶甲基化。
从头合成型甲基转移酶：催化未甲基化的 CpG成为 mCpG, 它不需要母链指导，但速度很 慢。
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பைடு நூலகம்
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4、RNA聚合酶II基础转录所需的蛋白质因子（以 “TFII”表示）
RNA聚合酶II需与20种以上的蛋白质因子结合 形成转录起始复合物。
RNA聚合酶II起始的基因转录的终止位点的3′ 端都存在一个poly(A) 位点，该位点上游15~30 bp处 的保守序列AATAAA对于初级转录产物的切割及加 poly(A)是必需的。
第七章 真核基因表达调控
原核生物基因表达调控的特点：原核生物是单细 胞生物，环境因子往往是调控的诱导物，每个细 胞对环境变化的反应都是直接和一致的。