反式作用因子的作用特点和规律

反式作用因子的作用特点和规律

(1)一种反式因子能与一种以上的顺式元件结合：真核生物的转录因子不像原核生物的调控蛋白与顺式调控元件的结合有高度的专一性，有些反式因子可以和同源性很小的顺式元件结合。

(2)一种顺式元件能和一种以上的反式因子结合：与CAAT框结合的反式因子有好几类，如CTF类反式因子、CAAT结合蛋白(CP)类反式因子等。多种反式因子识别同一顺式元件，能加强这些反式因子单独或协同调节基因表达的精确性和灵活性。

(3)有些反式因子以二聚体或多聚体与顺式元件作用：反式因子二聚体形成的机制已在前文提及，二聚体以不同因子形成的异二聚体为主。

(4)有些反式因子的活性通过化学修饰来调节：有些反式因子激活基因转录的活性，是在修饰(磷酸化、乙酰化等)后才具有的。

(5)有些反式因子之间的相互作用对其发挥功能是必需的：在RNA聚合酶Ⅱ发挥转录作用时，几种转录因子如TF—ⅡA、TF—ⅡB、TF—ⅡD、TF—ⅡE的相互作用是必需的。几种反式因子和RNA聚合酶Ⅱ按一定的时间和空间顺序，形成具有活性的转录起始复合物。

真核基因转录调控

真核细胞的3种RNA聚合酶(1、Ⅱ和Ⅲ)中，只有RNA聚合酶Ⅱ能转录生成mRNA，以下主要讨论RNA 聚合酶Ⅱ的转录调控。

(一)顺式作用元件

顺式作用元件是指可影响自身基因表达活性的DNA序列，为特异转录因子的结合位点，J顷式作用元件通常是非编码序列。顺式作用元件并非都位于转录起点上游(5’端)。根据顺式作用元件在基因中的位置、转录激活作用的性质及发挥作用的方式，可将真核基因的这些功能元件分为启动子、增强子及沉默子等。

1．启动子

2．增强子

3．终止子

在3’端终止密码的下游有一段AATAAA的核苷酸序列，它可能对mRNA的加尾有重要作用。这个序列的下游有一个反向重复序列，转录后可形成一个发卡结构。该发卡结构可以阻碍RNA聚合酶的移动。发卡结构末尾的一串U与转录模板DNA中的一串A之间形成的氢键结合力较弱，使mRNA与DNA杂交部分的结合不稳定，mRNA容易从模板上脱落下来，同时RNA聚合酶也从DNA上解离下来，转录终止。AATAAA 序列和其下游的反向重复序列合称为终止子，是转录终止信号。

4．沉默子

某些基因含有负性调节元件——沉默子，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。沉默子最早在酵母中发现，以后在T细胞的T抗原受体基因上也被发现。沉默子的作用可不受序列方向的影响，也能远距离发挥作用，并可对异源基因的表达起作用。

5．绝缘子

绝缘子(insulator)长约数百个核苷酸，通常位于启动子与增强子或沉默子之间，其明显特征是能够绝缘或保护启动子免受上游增强子的影响。

(二)反式作用因子

反式作用因子又称转录因子(transcriptionfactors，TF)。绝大多数真核转录调节因子由某一基因表达后，通过与特异的顺式作用元件相互作用反式激活另一基因的转录，故称反式作用因子。有些基因产物可特异识别、结合自身基因的调节序列，调节自身基因的开启或关闭，这就是顺式作用。具有这种调节方式的调节蛋白称为顺式作用蛋白。

转录调节因子分为两类：①基本转录因子是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组因子，为所有mRNA 转录启动共有。②特异转录因子为个别基因转录所必需，决定该基因的时间、空间特异性表达，包括转录激活因子和抑制因子。

所有转录因子至少包括两个结构域：DNA结合域和转录激活域。此外，很多转录因子还包含一个介导蛋白质—蛋白质相互作用的结构域，最常见的是二聚化结构域。

1．转录激活域

2．二聚化结构域

与DNA结合的转录因子大多以二聚体形式起作用，与亮氨酸拉链、螺旋—环—螺旋结构有关。

3．DNA结合域

DNA结合域(DNA binding domain)通常由60～100个氨基酸残基组成。最常见的DNA结合域结构形式是锌指结构和碱性。螺旋。类似的碱性DNA结合域多见于碱性亮氨酸拉链和碱性螺旋—环—螺旋。

真核基因的转录与染色质的结构变化相关

真核基因组DNA绝大部分都在细胞核内与组蛋白等结合成染色质，染色质的结构、染色质中DNA和组蛋白的结构状态都影响转录。

1．染色质结构影响基因转录

细胞分裂时染色体的大部分到间期时松开分散在核内，称为常染色质(euchromatin)，松散的染色质中的基因可以转录。染色体中的某些区段到分裂期后不像其他部分解旋松开，仍保持紧凑折叠的结构，在间期核中可以看到其浓集的斑块，称为异染色质(heterochromatin)，其中从未见有基因转录表达，原本在常染色质中表达的基因如移到异染色质内也会停止表达。哺乳类雌体细胞2条X染色体，到间期一条变成异染色质者，这条X染色体上的基因就全部失活。所以，紧密的染色质结构阻止基因表达。

2．组蛋白的作用

早期体外实验观察到组蛋白与DNA结合阻止DNA上基因的转录，去除组蛋白基因又能够转录。组蛋白是碱性蛋白质，带正电荷，可与DNA链上带负电荷的磷酸基相结合，从而遮蔽了DNA分子，妨碍了转录，可能扮演了非特异性阻遏蛋白的作用。染色质中的非组蛋白成分具有组织细胞特异性，可能消除组蛋白的阻遏，起到特异性的去阻遏促转录作用。

活跃转录的染色质区段，富含赖氨酸的组蛋白(H1组蛋白)水平降低，组蛋白2A／2B(H2A／H2B)二聚体不稳定性增加、组蛋白发生乙酰化(acetylation)、泛素化(ubiquitination)和组蛋白3(H3)巯基化等现象，这些都是核小体不稳定或解体的因素或指征。转录活跃的区域也常缺乏核小体的结构。这些都表明核小体结构影响基因转录。

3．转录活跃区域对核酸酶作用敏感度增加

染色质DNA经DNase I作用后，通常会被降解成100bp和400bP的片段，反映了完整的核小体规则的重复结构。但活跃进行转录的染色质区域受DNase I消化后，常出现100～200bp的DNA片段，且长短不均一，说明其DNA受组蛋白掩盖的结构有变化，出现了对DNase I的高敏感点(hypersensitivesite)。这种高敏感点常出现在转录基因的5’端、3’端或在基因上，多在调控蛋白结合位点附近。该区域核小体的结构发生变化，可能有利于调控蛋白结合而促进转录。

4．DNA拓扑结构变化

天然双链DNA的构象大多是负性超螺旋。当基因活跃转录时，RNA聚合酶转录方向前方DNA的构象是正性超螺旋，其后面的DNA为负性超螺旋。正性超螺旋会拆散核小体，有利于RNA聚合酶向前移动转录，而负性超螺旋则有利于核小体的再形成。

5．DNA碱基修饰变化

真核DNA中的胞嘧啶约有5％被甲基化为5—甲基胞嘧啶(5—methylcytosine，m5C)，而活跃转录的DNA 片段中胞嘧啶甲基化程度常较低。这种甲基化最常发生在某些基因5’侧区的CpG序列中，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。

基因表达的概念及特点

真核基因组比原核基因组复杂得多，至今人类对真核基因组的认识还很有限。要搞清楚人的全部基因的功能及其相互关系，特别是要明了基因表达调控的全部规律，还需要经历很长期艰巨的研究过程。

(一)基因表达的概念

基因表达就是基因转录及翻译的过程。在一定调节机制控制下，大多数基因经历基因激活、转录及翻译等过程，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子。但并非所有基因表达过程都产生蛋白质，tRNA、rRNA 编码基因转录合成RNA的过程也属于基因表达。

(二)基因表达的时间性及空间性

基因表达的时间、空间特异性由特异基因的启动子(序列)和(或)增强子与调节蛋白相互作用所决定。

1．时间特异性

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，这是基因表达的时间特异性。多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性。

2．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，这就是基因表达的空间特异性，又称细胞特异性或组织特异性。

(三)基因表达的方式

1．组成性表达