真核基因的表达和调控方法

真核基因组结构特点
① 在真核细胞中，一条成熟的mRNA链只 能翻译出一条多肽链，不存在原核生物中 常见的多基因操纵子形式。 ② 真核细胞DNA都与组蛋白和大量非组蛋 白相结合，只有一小部分DNA是裸露的。 ③ 高等真核细胞DNA中很大部分是不转录 的，大部分真核细胞的基因中间还存在不 被翻译的内含子。 ④ 真核生物能够有序地根据生长发育阶段 的需要进行DNA片段重排，还能在需要时 增加细胞内某些基因的拷贝数。
• ——克隆羊、克隆牛……
8.1.1 遗传物质的丢失：不可逆
– 某些低等真核生物，在其发育早期卵裂阶段， 所有分裂细胞除一个之外，均将异染色质部 分删除掉，从而使染色质减少约一半。而保 持完整基因组的细胞则成为下一代的生殖细 胞。
– 哺乳类的红细胞，在整个成熟过程中整个核 都丢失了。
8.1.2 基因扩增(gene amplification)：某些基因拷贝数转 移性大量增加的现象.在卵裂期，非洲爪蟾卵母细胞中 rRNA基因(rDNA)的拷贝数扩增近4000倍，可用于合成 1012个核糖体。
• 由RNA聚合酶II负责转录的II类基因包括所有蛋白质编码基因和部 分snRNA基因，后者的启动子结构与III类基因启动子中的第三种类 型相似，编码蛋白质的II类基因启动子在结构上有共同的保守序列。
转录起始位点没有广泛的序列同源性，但第一个碱基为腺嘌呤，而 两侧是嘧啶碱基。这个区域被称为起始子（initiator， Inr），序列 可表示为Py2CAPy5。Inr元件位于-3—+5。仅由Inr元件组成的启动 子是具有可被RNA聚合酶II识别的最简单启动子形式。
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
8.1.3 基因重排(gene rearrangement)
• 将一个基因从远离启动子的地方移到距它 • 很近的位点启动转录，这种方式被称为基
因重排。 • 通过基因重排调节基因活性的例子是免疫
球蛋白结构基因和T-细胞受体基因的表达。
8.1.3 基因重排(gene rearrangement)： 如免疫球蛋白基因重排，多样性
不同层次真核生物基因表达的调控
• DNA水平的调控 • 转录水平的调控(transcriptional regulation) • 转录后水平的调控(post transcriptional
regulation) RNA加工成熟过程的调控 (RNA processing) 翻译水平的调控 (translational regulation) 蛋白质加工和成熟过程的调控(protein maturation and processing)
8.1 DNA水平的调控
• 通过改变DNA序列和染色质结构从而影响基因 表达的过程都属于DNA水平的调控。
• 核的全能性（totipotency）：细胞核内携带了为早期胚 胎发育所需的全部DNA，并且细胞质中存在决定分化状 态的某些控制因子。
• ——非洲爪蟾成体的表皮细胞分离出细胞核，注射到去 核的受精卵中，少数存活的细胞可发育成正常的蝌蚪；
抗体的结构
8.1.4 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
DNA甲基化抑制基因转录的机制
• DNA甲基化导致某些区域DNA构象变化， 从而影响了蛋白质与DNA的相互作用， 抑制了转录因子与启动区DNA的结合效 率。
真核基因的表达和 调控方法
• 真核基因表达调控的最显著特征是能在特定时 间和特定的细胞中激活特定的基因，从而实现 “预定”的、有序的、不可逆转的分化、发育 过程，并使生物的组织和器官在一定的环境条 件范围内保持正常功能。
• 原核生物的调控系统就是要在一个特定的环境 中为细胞创造高速生长的条件，或使细胞在受 到损伤时，尽快得到修复，所以，原核生物基 因表达的开关经常是通过控制转录的起始来调 节的。
8.2 转录水平的调控
• 最重要 • 顺式作用元件(cis-acting element) • 反式作用因子(trans-acting factor) • 转录起始的调控
8.2.1 顺式作用元件 (cis-
acting element)
• 影响自身基因表达活性的DNA序列 • 非编码序列 • 包括启动子、增强子、沉默子等
真核生物基因调控，根据其性质可分为两大类：
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及细胞周期不同阶段中酶 活性和浓度的调节。
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，它决定了真核细胞生长、分 化、发育的全部进程。
研究基因调控主要应回答3个问题： ① 什么是诱发基因转录的信号？ ② 基因调控主要是在哪一步（模板DNA的转录、 mRNA的成熟或蛋白质合成）实现的？ ③ 不同水平基因调控的分子机制是什么？
由RNA聚合酶Ⅲ负责转录的是5SrRNA、tRNA和某 些核内小分子RNA（snRNA），其启动子（Ⅲ类）组成 较复杂，又可被分为三个亚类。两类5S rRNA和tRNA基 因的启动子是内部启动子（internal promoter），位于转
录起始位点的下游，都由两部分组成。第三类启动子由三
个部分组成，位于转录起始位点上游。
8.1.5 染色质(chromatin)或染色体 (chromosome)结构对基因表达的调控
•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。
Chromatin remodeling and Histone modification
真核基因启动子
真核生物有பைடு நூலகம்类RNA聚合酶，负责转录3类不同的启动子。
由RNA聚合酶I负责转录的rRNA基因，启动子（I类）
比较单一，由转录起始位点附近的两部分序列构成。第一 部分是核心启动子（core promoter），由-45—+20位核苷 酸组成，单独存在时就足以起始转录。另一部分由-170— -107位序列组成，称为上游调控元件，能有效地增强转录 效率。