真核基因表达调控

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。 • 绝缘子的作用是有方向性的，
作用因子（transacting factor）调控。真核生物的
转录调控大多数是通过顺式作用元件和反式作用因
子复杂的相互作用来实现的。
（2）增强子：指能提高转录起始频率的DNA序列。
SV40的转录单元上发现，转录起始位点上游约200
bp处有两段长72 bp的正向重复序列。
增强子特点：（P89）
• eg: β-半乳糖苷酶
• 意义：适应环境
基因表达的时空特异性
1、时间特异性（temporal specificity）
按功能需要，某一特定基因的表达严 格按特定的时间顺序发生，称之为基因表
达的时间特异性。
2、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，称之为基 因表达的空间特异性，又称细胞或组织特 异性(cell or tissue specificity)。
第八章 真核基因的表达与调控
基因
基因表达 (mRNA)
基因表达调控 (蛋白)
多 层 次 调 控
1.真核生物基因组
断裂基因
1.外显子与内含子的连接区
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。
• 选择性剪接：同一基因的转录产物由于不同的
在空间上充分接近时，则呈现完整的GAL4转录因子活性并可
激活UAS下游启动子,使启动子下游基因得到转录。
• 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
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。
在空间上接近，激活了报告基因LacZ的转录. 一般
地，将DB-X的融合蛋白称作诱饵(bait),X往往是
已知蛋白，AD-Y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.
DNA结合结构域：
模体
螺旋-转折-螺旋（Helix-turn-helix，H-T-H） 锌指结构（zinc finger）
构域整体作为基础的。
定义：出现在DNA结合蛋白质和其它蛋白质中的一种结构基元 （motif）。当来自同一个或不同多肽链的两个α-螺旋的 疏水面（常常含有亮氨酸残基）相互作用形成一个圈对圈 的二聚体时就形成了亮氨酸拉链。
4、碱性-螺旋-环-螺旋
在免疫球蛋白κ轻链基因的 增强子结合蛋白E12与E47 中，羧基端100～200个氨 基酸残基可形成两个两性α 螺旋，被非螺旋的环状结 构所隔开，蛋白质的氨基 端则是碱性区，其DNA结 合特性与亮氨酸拉链类蛋 白相似。
真核生物基因调控可分为两大类：
• 第一类是瞬时调控或称可逆性调控，它相当于原 核细胞对环境条件变化所做出的反应，包括某种 底物或激素水平升降，或细胞周期不同阶段酶活 性的调节； • 第二类是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：
通常被称为管家基因(housekeeping gene)。
eg:DNA聚合酶、RNA聚合酶、肌动蛋白
意义：维持生命
适应性表达(adaptive expression）
指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因 表达。 • 可诱导的基因(inducible gene)：表达水平增高
• 可阻遏的基因(repressible gene) ：表达水平降低
真核基因的表达调控的特点：
原核细胞——环境因素对调控起决定性的作用。群体 中每一个细胞对环境变化的反应是直接的和一致的。
真核细胞——基因表达调控最明显的特征是在特定时 间，特定的细胞中特定的基因被激活，实现“预定” 的、有序的、不可逆转的分化、发育，并使生物的组 织和器官保持正常功能。这是生命活动规律决定的， 环境因素在其中作用不大。
• 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。
假基因的产生有两种方式
• 1.复制（duplication）即复制后基因发生序列变化
而失去功能，这样产生的假基因带有内含子，称为
non-processed或duplicatedpseudogenes • 2.返座（retrotransposition），即mRNA转录本经过 反转录为cDNA,再插入基因组，由于插入位点不合
共调节因子
通过蛋白质-蛋白质相互作用，协调调控
• 转录因子：激活因子、阻遏因子 • 共调节因子：共激活因子、共阻遏因子
2、结构
DNA结合结构域 结构域 转录活化结构域 结构域是指蛋白质亚基结构中明显分开的紧密 球状结构区域，又称为辖区。
• 酵母双杂交由Fields在1989年提出. 他的产生是基于对真核细胞 转录因子特别是酵母转录因子GAL4性质的研究. GAL4包括两 个彼此分离的但功能必需的结构域. 位于N端1-174位氨基酸残 基区段的DNA结合域(DNA binding domain，DNA-BD)和位于
碱性-亮氨酸拉链（basic - leucine zipper）
碱性-螺旋-环-螺旋（basic – helix /loop /helix，bHLH）
1、螺旋-转折-螺旋（HTH）
这类蛋白质分子中有至少两个α螺旋，中间由短侧链氨基酸残 基形成“转折”
蛋白质能识别DNA，主要是靠着蛋白质氨基酸侧链与DNA的 碱基之间形成氢键以及疏水性作用来完成；识别时不必打开 双螺旋。红色部分为识别螺旋，蓝色部分则起帮助识别螺旋 定位到DNA大沟上的作用。
增强子对转录的影响
• 增强子的功能受DNA双螺旋空间构象的影响。增强子可能有 如下3种作用机制: ▫ 影响模板附近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。 ▫ 将模板固定在细胞核内特定位置，如连接在核基质上，有
适或序列发生变化而导致失去功能。这种类型的假
基因不含内含子，被称为processedpseudogenes，或 retropseudogene。
真核基因表达方式
• 组成性表达
（管家基因）
• 选择性表达
(可诱导基因 可阻遏基因）
组成型表达(constitutive expression)
基因表达不受时期、部位、环境影响，没有时空特 异性。 某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，
Cys2 / His2锌指
见于甾体激素受体 见于SP1，TF ⅢA等 TFIIIA
TF III A
•344aa，N端与DNA结合
•9个锌指，每个～30aa
•与5s rRNA基因内启动子
（50bp)结合
转录因子SP1 （GC盒） 、连续 的3个锌指重复结 构。
3、碱性-亮氨酸拉链
即bZIP结构。蛋白中每隔6个氨基酸就有一个亮氨酸残基， 导致第7个亮氨酸残基都在螺旋的同一方向出现。 •二聚体 •亮氨酸之间相互作用形成二聚 体，形成“拉链” 。 •肽链氨基端 20 ～ 30 个富含碱性 氨基酸结构域与DNA结合。 •这类蛋白质的 DNA 结合结构域 实际是以碱性区和亮氨酸拉链结
利于 DNA 拓扑异构酶改变 DNA 双螺旋结构的张力，促进
RNA聚合酶在DNA链上的结合和滑动。 ▫ 增强子区可以作为反式作用因子或RNA聚合酶进入染色质
结构的 “入口”。
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
C端768-881 位氨基酸残基区段的转录激活域(Activation
domain,AD).DNA-BD能够识别位于GAL4效应基因(GAL4responsivegene)的上游激活序列(Upstream activating
sequence,UAS),并与之结合. 而AD则是通过与转录机构中的其
他成分之间的结合作用，以启动UAS下游的基因进行转录. DNA-BD和AD单独分别作用并不能激活转录反应，但是当二者
在各种细胞中，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。
在不同的转录活化域有下列特征性结构：
▫ 带负电荷的螺旋结构。哺乳动物细胞中糖皮质激素受体
的两个转录活化域都有酸性的螺旋结构，它们可能与TFIID 复合物中某个通用因子或RNA聚合酶II本身结合，具有稳定 转录起始复合物的作用。
▫ 富含谷氨酰胺的结构。 SP1 是启动子 GC 盒的结合蛋白，
共有 4 个参与转录活化的区域，其中最强的转录活化域含 25%左右的谷氨酰胺
▫ 富含脯氨酸的结构 。 CTF-NF1 因子羧基端富含脯氨酸
（达20%～30%）。在Oct2、Jun、AP2、SRF等哺乳动物 因子中也有富含脯氨酸的结构域。
3.染色体及DNA水平的调控
异染色质化p327
异染色质是包装成20-30nm，不具有转录活性的染色质 • 组成性异染色质（constitutive heterochromatin）是指
2、锌指结构
由大约30个氨基酸残基的 肽段与锌螯合形成的指形 结构。锌以四个配位键与 肽链的Cys或His残基结合， 指形突起的肽段含12-13 个氨基酸残基，嵌入DNA的 大沟中，由指形突起或其 附近的某些氨基酸侧链与 DNA的碱基结合而实现蛋白 质与DNA的结合。
2-9个
配位键
Cys2 / Cys2锌指
反式作用因子
1、定义：能直接或间接地识别或结合在各类顺 式作用元件核心序列上，参与调控靶基因转录效
率的蛋白质。
TFⅡD（TATA）、CTF（CAAT）、
SP1（GGGCGG）、HSF（热激蛋白启动区）
1.分类 基本转录因子
识别启动子，通过DNA-蛋白质相互作用。
转录调节因子
识别增强子、沉默子等。通过DNA-蛋白质相 互作用，
bHLH 类蛋白只有形成同源或 异源二聚体时，才具有足够的 DNA 结合能力。当这类异源二 聚体中的一方不含有碱性区（如 Id 或 E12 蛋白）时，该二聚体明 显缺乏对靶DNA的亲和力。
亮氨酸拉链（leucine zipper）
螺旋-环-螺旋（H-L-H）结构
转录活化结构域
• 转录激活结构域（transcription activation domains）一般由30-100个氨基酸残基组成，负 责结合并激活别的转录调控蛋白。如GAL4分子中 有2个这种结构域，分别位于多肽链的第147-196 位和第768-881位.
剪接方式形成不同mRNA。（变位剪接）
PS DNA
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： 在唾腺中转录 成熟 mRNA： 1663nt 初始转录本： 在肝中转录 成熟 mRNA： 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
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
2.பைடு நூலகம்核基因转录水平表达调控
一、真核基因转录 （一）真核基因结构
“基因”的分子生物学定义：产生一条多肽链或 功能RNA所必需的全部核苷酸序列。
真核基因调控主要在转录水平上进行，受大量
特定的顺式作用元件（cis-acting element）和反式