人类基因表达的转录和调控
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人类基因表达调控 发生在：
（1）转录水平 （2）转录后水平 （3）翻译水平 （4）epigenetic机制
1
一、基因调控序列----
顺式作用元件
人类基因具有一套复杂顺式作用转录控制DNA或RNA序 列，并与特异蛋白质转录因子——反式作用元件识别和特异 地结合。
顺式作用元件：是指与靶基因处在同一条染色体（DNA） 上，起调控作用的DNA序列。通常不编码蛋白质，位于基因 的旁侧或内含子中。
7
顺式和反式作用元 件
8
9
转录因子识别并结合顺式作用元件
（1）亮氨酸拉链基序（Leucine zipper）
为一富含亮氨酸的氨基酸拉链。典型的为每七个氨基酸组成一个单 体，两个单体形成双聚体呈Y形结构。
10
（2）螺旋-环-螺旋基序（Helix-Loop-Helix，HLH）
HLH：两个-Helix（一长一短）由可塑性的环结合，环可使两个螺旋 折叠而相反结合，亦可形成异源的二聚体。这一结构可与特异基因调节 蛋白相互作用。
11
（3）螺旋-转-螺旋（Helix-Turn-Helix，HTH）基序
HTH基序见于同源盒和另外一些转录因子的共同基序。由一短 氨基酸分开的两个-Helix组成。两个-Helix朝不同方向转， 故与HLH不同，在不同平面，主要由其C-末端helix特异识别 并结合于DNA大沟，控制所识别的DNA序列。
转录因子含有与DNA结合的保守结构基序。转录因子识别并 结合于蛋白质表面和双螺旋表面结合区之间，用-螺旋 （偶有-片层）结合到DNA的大沟。
6
转录因子
RNA聚合酶Ⅰ 、Ⅱ和Ⅲ是转录需要的通常转录因子。 RNA聚合酶Ⅰ： 编码18S、5.8S和28S rRNA基因 RNA聚合酶Ⅱ： 编码小RNA如5S rRNA。 RNA聚合酶Ⅲ ： 编码tRNA、snRNA的看家基因
激
素
信
号wk.baidu.com
CREB: cAMP response element binding
17
由
磷脂酰肌醇4,5二磷酸
蛋
白 激
三磷酸肌醇
甘油二酯
钙离子释放
酶
信 号 激 活
C
NF-B
18
四、转录与选择加工 单个基因或转录单位,在转录中特异活动将产生不同 的基因产物。 一般认为一个基因编码单一RNA或单一多肽，人类基 因组中大的基因是单个被转录。 此外，在转录中有各种选择加工事件，产生不同的 基因产物
负调节元件 在基因中紧靠启动子，在内含子上游或其内。
5
二、 基因调控序列-----反式作用元件/因子
一个基因编码的产物----蛋白质或RNA（tRNA、rRNA等）调 控另一个基因表达，称为反式作用。这些转录因子为反式作 用元件，能特异地结合靶基因的顺式调控元件，如启动子等。 编码反式作用因子的基因与受调控的基因多半不在同一条染 色体上，
在甲状腺合成降钙素 在下丘脑合成降钙素基因相关肽——CGRP
21
甲状腺 降钙素
下丘脑 降钙素基因相关肽
选择剪接和多聚腺苷化 22
五、转录后加工形式 （2）RNA剪辑（RNA editing）
是一种在mRNA前体的碱基序列的改变，由酶 中介核苷酸的插入、缺失或单核苷酸替换。 多见于线粒体和叶绿体系统。 亦见于Wilm’s瘤的易感基因WT1和apoB。
23
RNA剪辑----碱基插入或缺失
赖苏丝 KTS:赖苏丝
24
RNA剪辑----碱基替换
25
六、某些人类基因表达主要在转译水平调控
如：铁蛋白 增加铁水平时刺激铁蛋白合成而无相应铁蛋白mRNA
增加；减少铁水平刺激运铁蛋白受体合成而无相应mRNA 增加。
原因： 在铁蛋白mRNA的5’非翻译序列和运铁蛋白受体3’
19
选择启动子
人的某些基因含2个或更多的选择启动子，具有细胞的特异 表达模式。如人的抗肌营养不良蛋白基因有不同的基因产 物，就是不同的选择启动子的作用结果。
20
五、后转录加工形式 （1）选择剪接和多聚腺苷化
人的许多单个基因进行选择剪接产生不同的mRNA 序列，编码组织特异性的蛋白，并与多聚腺苷化结 合产生不同的蛋白。 如：降钙素基因
（2）反应元件（response element, RE）
位于启动子上游短距离 只见于选择性基因（受内外因子控制，使有关基因高水平表达）
4
Cis作用元件
（3）增强子（enhancer）
正调节元件，位于转录起始点上游或下游一定范围起作用。 可被任意转录因子和组织特异转录因子所识别，提高转录水平。
（4）沉默子（silencer）
人类基因有三类以上的cis作用调节元件，由几百bp的 短序列元件构成，包括启动子、增强子、反应元件和沉默子。
2
Cis作用元件
（1）启动子（promoter） 通常位于基因上游区，转录起始点的200bp内，
具有启动转录作用。 组成：CAAT box、TATA box、GC box等
3
Cis作用元件
含有六核苷酸——AGNNCA（NN：GT、AA或AC） （2）由信号传导激活转录因子
信号由细胞表面受体传递到细胞核，蛋白质磷酸化 （3）通过cAMP途径的信号激活：G蛋白 （4）由蛋白激酶C信号激活NF-B（转录因子）
15
糖 皮 质 激 素 介 导 的 转 录 调 控
16
通 过
cAMP
途
径
的
CREB (cAMP response element binding)
12
（4）锌指（Zinc Finger）基序
由四个保守的氨基酸结合一个锌离子形成一个环，通常是串联重复。 一般由2个丝氨酸和2个组氨酸或4个丝氨酸结合一个Zn 2+。组成一Helix和一-片层或2个螺旋，由Zn2+协调，结合于DNA大沟。
13
14
三、外界刺激与基因表达的调控
（1）配体可诱导转录因子 类固醇激素、甲状腺素和视黄酸等受体的反应元件，均
非翻译序列均含有一个或某些铁反应元件，以进行特异 组织表达。
26
铁反应元件（IRE）具有 高度保守的RNA颈环结构， 是细胞质中IRE结合铁蛋 白（IRE-BP）的结合位 点。IRE与IRE-BP结合受 细胞内铁含量的调控， 与铁代谢有关。
27
在铁蛋白5’UTR和运铁蛋白3’UTR都存在IRE。IRE在 5’UTR调节着翻译的起始。IRE与IRE-BP结合可稳定 mRNA并预防其降解。
（1）转录水平 （2）转录后水平 （3）翻译水平 （4）epigenetic机制
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一、基因调控序列----
顺式作用元件
人类基因具有一套复杂顺式作用转录控制DNA或RNA序 列，并与特异蛋白质转录因子——反式作用元件识别和特异 地结合。
顺式作用元件：是指与靶基因处在同一条染色体（DNA） 上，起调控作用的DNA序列。通常不编码蛋白质，位于基因 的旁侧或内含子中。
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顺式和反式作用元 件
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转录因子识别并结合顺式作用元件
（1）亮氨酸拉链基序（Leucine zipper）
为一富含亮氨酸的氨基酸拉链。典型的为每七个氨基酸组成一个单 体，两个单体形成双聚体呈Y形结构。
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（2）螺旋-环-螺旋基序（Helix-Loop-Helix，HLH）
HLH：两个-Helix（一长一短）由可塑性的环结合，环可使两个螺旋 折叠而相反结合，亦可形成异源的二聚体。这一结构可与特异基因调节 蛋白相互作用。
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（3）螺旋-转-螺旋（Helix-Turn-Helix，HTH）基序
HTH基序见于同源盒和另外一些转录因子的共同基序。由一短 氨基酸分开的两个-Helix组成。两个-Helix朝不同方向转， 故与HLH不同，在不同平面，主要由其C-末端helix特异识别 并结合于DNA大沟，控制所识别的DNA序列。
转录因子含有与DNA结合的保守结构基序。转录因子识别并 结合于蛋白质表面和双螺旋表面结合区之间，用-螺旋 （偶有-片层）结合到DNA的大沟。
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转录因子
RNA聚合酶Ⅰ 、Ⅱ和Ⅲ是转录需要的通常转录因子。 RNA聚合酶Ⅰ： 编码18S、5.8S和28S rRNA基因 RNA聚合酶Ⅱ： 编码小RNA如5S rRNA。 RNA聚合酶Ⅲ ： 编码tRNA、snRNA的看家基因
激
素
信
号wk.baidu.com
CREB: cAMP response element binding
17
由
磷脂酰肌醇4,5二磷酸
蛋
白 激
三磷酸肌醇
甘油二酯
钙离子释放
酶
信 号 激 活
C
NF-B
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四、转录与选择加工 单个基因或转录单位,在转录中特异活动将产生不同 的基因产物。 一般认为一个基因编码单一RNA或单一多肽，人类基 因组中大的基因是单个被转录。 此外，在转录中有各种选择加工事件，产生不同的 基因产物
负调节元件 在基因中紧靠启动子，在内含子上游或其内。
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二、 基因调控序列-----反式作用元件/因子
一个基因编码的产物----蛋白质或RNA（tRNA、rRNA等）调 控另一个基因表达，称为反式作用。这些转录因子为反式作 用元件，能特异地结合靶基因的顺式调控元件，如启动子等。 编码反式作用因子的基因与受调控的基因多半不在同一条染 色体上，
在甲状腺合成降钙素 在下丘脑合成降钙素基因相关肽——CGRP
21
甲状腺 降钙素
下丘脑 降钙素基因相关肽
选择剪接和多聚腺苷化 22
五、转录后加工形式 （2）RNA剪辑（RNA editing）
是一种在mRNA前体的碱基序列的改变，由酶 中介核苷酸的插入、缺失或单核苷酸替换。 多见于线粒体和叶绿体系统。 亦见于Wilm’s瘤的易感基因WT1和apoB。
23
RNA剪辑----碱基插入或缺失
赖苏丝 KTS:赖苏丝
24
RNA剪辑----碱基替换
25
六、某些人类基因表达主要在转译水平调控
如：铁蛋白 增加铁水平时刺激铁蛋白合成而无相应铁蛋白mRNA
增加；减少铁水平刺激运铁蛋白受体合成而无相应mRNA 增加。
原因： 在铁蛋白mRNA的5’非翻译序列和运铁蛋白受体3’
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选择启动子
人的某些基因含2个或更多的选择启动子，具有细胞的特异 表达模式。如人的抗肌营养不良蛋白基因有不同的基因产 物，就是不同的选择启动子的作用结果。
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五、后转录加工形式 （1）选择剪接和多聚腺苷化
人的许多单个基因进行选择剪接产生不同的mRNA 序列，编码组织特异性的蛋白，并与多聚腺苷化结 合产生不同的蛋白。 如：降钙素基因
（2）反应元件（response element, RE）
位于启动子上游短距离 只见于选择性基因（受内外因子控制，使有关基因高水平表达）
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Cis作用元件
（3）增强子（enhancer）
正调节元件，位于转录起始点上游或下游一定范围起作用。 可被任意转录因子和组织特异转录因子所识别，提高转录水平。
（4）沉默子（silencer）
人类基因有三类以上的cis作用调节元件，由几百bp的 短序列元件构成，包括启动子、增强子、反应元件和沉默子。
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Cis作用元件
（1）启动子（promoter） 通常位于基因上游区，转录起始点的200bp内，
具有启动转录作用。 组成：CAAT box、TATA box、GC box等
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Cis作用元件
含有六核苷酸——AGNNCA（NN：GT、AA或AC） （2）由信号传导激活转录因子
信号由细胞表面受体传递到细胞核，蛋白质磷酸化 （3）通过cAMP途径的信号激活：G蛋白 （4）由蛋白激酶C信号激活NF-B（转录因子）
15
糖 皮 质 激 素 介 导 的 转 录 调 控
16
通 过
cAMP
途
径
的
CREB (cAMP response element binding)
12
（4）锌指（Zinc Finger）基序
由四个保守的氨基酸结合一个锌离子形成一个环，通常是串联重复。 一般由2个丝氨酸和2个组氨酸或4个丝氨酸结合一个Zn 2+。组成一Helix和一-片层或2个螺旋，由Zn2+协调，结合于DNA大沟。
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三、外界刺激与基因表达的调控
（1）配体可诱导转录因子 类固醇激素、甲状腺素和视黄酸等受体的反应元件，均
非翻译序列均含有一个或某些铁反应元件，以进行特异 组织表达。
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铁反应元件（IRE）具有 高度保守的RNA颈环结构， 是细胞质中IRE结合铁蛋 白（IRE-BP）的结合位 点。IRE与IRE-BP结合受 细胞内铁含量的调控， 与铁代谢有关。
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在铁蛋白5’UTR和运铁蛋白3’UTR都存在IRE。IRE在 5’UTR调节着翻译的起始。IRE与IRE-BP结合可稳定 mRNA并预防其降解。