_真核生物基因表达调控

Nanos mRNA也是由滋养细胞合成，后转运至卵细胞中， 定位于卵细胞的后极。
四种形态发生素在 果蝇受精卵和胚胎 中沿前后轴分布的 浓度变化。
母源性hunchback蛋白浓度梯度的建立
真核生物转录水平上的基因表达调控 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。
生增强效应时所必需的； ④ 增强效应有严密的组织和细胞特异性，说明
增强子只有与特定的蛋白质（转录因子）相互作
用才能发挥其功能；
⑤ 没有基因专一性，可以在不同的基因组合上表 现增强效应；
⑥ 许多增强子还受外部信号的调控， 如金属硫蛋白的基因启动区上游所带的增强子，
就可以对环境中的锌、镉浓度做出反应。
•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结
构时就形成了亮氨酸拉链。
4、碱性-螺旋-环-螺旋
率的蛋白质。
TFⅡD（TATA）、CTF（CAAT）、SP1（GGGCGG）、
HSF（热激蛋白启动区）
2、结构
DNA结合结构域 结构域 连接区 转录活化结构域
（1）DNA结合结构域：
– 螺旋-转折-螺旋（Helix-turn-helix，H-T-H） – 锌指结构（zinc finger） – 碱性-亮氨酸拉链（basic - leucine zipper）
增强子特点： ① 增强效应十分明显，一般能使基因转录频率 增加10-200倍 ② 增强效应与其位置和取向无关，不论增强子 以什么方向排列（5‘→3’或3‘→5’），甚 至和靶基因相距3 kb，或在靶基因下游，均表 现出增强效应；
③大多为重复序列，一般长约50bp，适合与某 些蛋白因子结合。其内部常含有一个核心序 列：（G）TGGA/TA/TA/T（G），该序列是产

真核生物转录的起始是基因表达调控最主 要的步骤。真核生物基因的表达能在几个 连续步骤中的任一步以基因特有（gene specific）的方式受到调控。 真核生物体内各种细胞表型的差异主要是 编码蛋白质的基因的表达不同引起的。


真核生物基因表达调控的主要 控制点
1. 基因结构的激活（转录前调控） 细胞中处于“活化”状态的基因才得到 表达，变成“活化”结构是基因表达的 第一步。核心组蛋白N末端乙酰化修饰 与基因表达调控有关。
(b) Activator-directed hyperacetylation of histone N-terminal tails. The DNA-binding domain of Gcn4 interacts with specific upstream-activating sequences (UAS) of the genes it regulates. The Gcn4 activation domain (AD) then interacts with a multiprotein histone acetylase complex that includes the Gcn5 catalytic subunit. Subsequent hyperacetylation of histone N-terminal tails on nucleosomes in the vicinity of the Gcn4binding site facilitates access of the general transcription factors required for initiation. Repression and activation of some genes in higher eukaryotes occurs by similar mechanisms.
赖氨酸的乙 酰化或丝氨 酸的磷酸化 会降低核心 组蛋白的阳 性净电荷。
Role of deacetylation and hyperacetylation of histone N-terminal tails in yeast transcription control. (a) Repressor-directed deacetylation of histone N-terminal tails. The DNA-binding domain (DBD) of the repressor Ume6 interacts with a specific upstream control element (URS1) of the genes it regulates. The Ume6 repression domain (RD) binds Sin3, a subunit of a multiprotein complex that includes Rpd3, a histone deacetylase. Deacetylation of histone N-terminal tails on nucleosomes in the region of the Ume6-binding site inhibits binding of general transcription factors at the TATA box, thereby repressing gene expression.
受的信号正确无误地放大并传递到细胞内部，
进而引起生物学效应的特殊蛋白质，个别是
糖脂。
能与受体呈特异性结合的生物活性分子 则称 配体(ligand)。
1、膜受体(membrane receptor) 存在于细胞质膜上的受体，根据其结构和
转换信号的方式又分为三大类：离子通道受体，
G蛋白偶联受体和跨膜蛋白激酶受体。
– 碱性-螺旋-环-螺旋（basic – helix /loop /helix，bHLH）
1、螺旋-转折-螺旋
2、锌指结构
定义：是一种常 出现在DNA结合 蛋白中的结构基 元。是由一个含 有大约30个氨基 酸的环和一个与 环上的4个Cys或 2个Cys和2个His 配位的Zn构成， 形成的结构像手 指状。
（1）G 蛋白偶联受体
又称七个跨膜螺旋受体/蛇型受体
目录
※ G蛋白(guanylate binding protein) 是一类和GTP或GDP相结合、位于细胞膜 胞浆面的外周蛋白，由、、 三个亚基组成。 有两种构象：非活化型；活化型
两种G蛋白的活性型和非活性型的互变
霍乱毒素能催化ADP核糖基共价结合到Gs的α亚基上， 致使α亚基丧失GTP酶的活性，结果GTP永久结合在 Gs的α亚基上，使α亚基处于持续活化状态，腺苷酸环 化酶永久性活化。导致霍乱病患者细胞内Na+和水持 续外流，产生严重腹泻而脱水。 目录
（二）信号传导途径
1、膜受体介导的信息传递
（1） cAMP - 蛋白激酶Ａ途径/（P269）
A激酶（PKA）：依赖于cAMP的蛋白激酶。
cAMP调控的A激酶活性
不同细胞对cAMP信号途径的反应速度不同：
●在肌肉细胞1秒钟之内可启动糖原降解为葡糖
1-磷酸（图），而抑制糖原的合成
cAMP活化糖原磷酸化酶示意图
2-9个
配位键
Cys2 / Cys2锌指
Cys2 / His2锌指
见于甾体激素受体
见于SP1，TF ⅢA等
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
•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。

―活化基因”与核心组蛋白乙酰化的增强有密 切关系。普遍认为，其N端尾链的正电荷性很 可能与转录因子发生竞争，夺取DNA磷酸骨
架的负电荷性，因此特定赖氨酸残基的乙 酰化大大降低了组蛋白-DNA的相互作用，把 染色体从抑制状态下释放出来，激活转录。 因此，对核心组蛋白乙酰化的调节，是基因 调控的一个控制点 。
（四）转录起始复合物
真核生物转录水平上的基因表达调控 一、真核基因转录 二、真核基因转录调控的主要模式 信号转导
（一）概 述
外界环境变化时 单细胞生物 —— 直接作出反应 多细胞生物 ——通过细胞间复杂的信号传递 系统来传递信息，从而调控机体活动。
跨膜信号转导的一般步骤 特定的细胞释放信息物质 信息物质经扩散或血循环到达靶细胞 与靶细胞的受体特异性结合 受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统 靶细胞产生生物学效应
●在某些分泌细胞，需要几个小时，激活的PKA 进入细胞核，将CRE结合蛋白磷酸化，调节相
关基因的表达。
CRE（cAMP response element， cAMP应答元
（二）顺式作用元件
定义：影响自身基因表达活性的非编码DNA序列。 例： 启动子、增强子、沉默子等 （1）启动子：在DNA分子中，RNA聚合酶能够识别、 结合并导致转录起始的序列。 核心启动子和上游启动子
（2）增强子：指能使与它连锁的基因转录频率明 显增加的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。
2、胞内受体(membrane receptor)
高度可变区
DNA结合区
位于N端，具有转录活性 含有锌指结构 位于C端，结合激素、热休克蛋 白，使受体二聚化，激活转录
激素结合区
配体：类固醇激素、甲状腺素等 功 能：多为反式作用因子，当与相应配 体结合后，能与DNA的顺式作用元件结 合，调节基因转录。
增强子作用机理：
（3）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。
Insulators block activation by enhancers
（三）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
解聚和乙酰化过程的继续
酵母HO基因的转录起始-5
SWI5从DNA上释放，SWI/SNF继续保持在DNA上 激活物SBF与中介蛋白启动子区的结合
酵母HO基因的转录起始-6
基础转录因子和聚合酶的顺序结合
2. 处于活化状态基因的转录由转录起始阶段 控制。 3. 转录过程中的调控 4. 转录产物的后加工 除了加帽、加尾、去除内含子和连接外显子 以外，在核RNA水平上，真核生物还可以通 过改变剪接类型实现调控蛋白质产物的类型。 5. 胞浆中一个特定的mRNA是否被翻译仍被 调控。
※细胞间信息物质是由细胞分泌的
调节靶ห้องสมุดไป่ตู้胞生命活动的化学物质的统称，
又称作第一信使。
如生长因子、细胞因子、胰岛素等
※第二信使(secondary messenger) 在细胞内传递信息的小分子物质，如：
Ca2+、IP3、DAG、cAMP、cGMP等。
受体的定义 是细胞膜上或细胞内能特别识别生物活 性分子并与之结合的成分。它能把识别和接
酵母HO基因的转录起始-1
转录激活物SWI5与转 录起始点上游1200-1400 碱基对区域的结合。
酵母HO基因的转录起始-2
SWI5与染色质重组装复合 物SWI/SNF的相互作用导致染色质的解凝聚，组蛋白尾巴暴露。
酵母HO基因的转录起始-3
GCN5与SWI5相互作用，并乙酰化组蛋白
酵母HO基因的转录起始-4
真核生物基因表达调控
I II III IV V 真核生物基因表达调控概述 真核生物转录水平的调控 真核生物转录后加工的调控 真核生物翻译水平的调控 真核生物翻译后水平的调控
I 真核生物基因表达调控概述
真核生物和原核生物在基因表达 调控上的不同：
（1）染色体结构不同； （2）原核生物具有正调控和负调控并重的特点，真核生 物目前已知的主要是正调控； （3）原核生物的转录和翻译是相偶联的，真核生物的转 录和翻译在时空上是分开的； （4）真核生物是多细胞的，在生物的个体发育过程中其 基因表达在时间和空间上具有特异性，即细胞特异性或 组织特异性表达。