9真核生物基因表达调控

其它远距离调控区—进一步阅读材料


LCR 基因座控制区 MAR 基质附着区 Insulator 绝缘子
Chung JH，1993，A 5‘ element of the chicken B-globin domain serves as an insulator in human erythoid cells and protects against position effect in Drosophila. Cell74:505-514 Gdula DA, 1996, Genetic and molecular analysis of the gypsy chromatin insulator of Drosophila. PNAS93:9378
G
9.3.2 基因转录的顺式调控元件
cis-element



由若干可以区分的DNA序列组成，并与特 定的功能基因相连，组成基因转录的调控 区，通过与相应的反式作用因子结合，实 现对基因转录的调控。 按照功能分为启动子、增强子、沉默子 按照调控水平分为基础转录水平的顺式调 控元件，如启动子；特异诱导高效表达的 顺式调控元件，如增强子
AGCCGCCT
*(A/T)6 means six A or T;
N = any.
9.3.2.4

silencer


负调控元件, 不受距离和方向限制，可对异源 基因的表达起作用 对真核生物成簇基因的选择性表达起重要作用 例如 酵母，mating type ß-珠蛋白ε基因簇 T淋巴细胞激活所需要的CD4/CD8基因
9.3.2.1
启动子
UPE: upstream promotor element UAS: upstream activating sequence
9.3.2.2. Enhancer
sv40
增强子的特点




促进转录，不具有启动子专一性 功能与方向，位置无关 远距离发挥作用 (100~500bp，10Kb) 组织或细胞特异性 必须有两个(以上)增强子成份紧密相连， enhanson
9.1.2 基因扩增
在没有发生细胞分裂，整条染色体几乎没有复制的情况 下，细胞内某些特定基因的拷贝数专一性增加的现象
9.1.2.1 为满足正常的生长发育需要
如两栖类和昆虫卵母细胞rRNA基因的扩增: 卵母细胞中 的rDNA拷贝数比体细胞中增加了4000倍，用于转录合 成卵裂期所需要的1012个核糖体。 在果蝇滤泡细胞中，编码卵壳蛋白的卵壳基因的扩增
Sawada S.,1994,A lineage-specific transcriptional silencer regulates CD4 gene expression during T lymphocyte development. Cell 77:917-929

对细胞亚型成熟过程中特异性的选择表达
9.3.3 基因转录的反式作用因子
调控蛋白质包括负调控因子（阻遏蛋白） 正调控因子（转录因子） 原核生物调控蛋白种类较少（由于启动子或 操作子结构简单） 真核生物调控蛋白种类较多，主要是转录因子
9.3.3.1 TF结构特征


DNA binding domain：<100aa，氢键，大沟 transcription active domain：30-100aa regular domain：与其它因子或调控蛋白结合

果蝇头部长触角部位长出脚来
同形异位盒基因(homeobox) :高度保守的一段 核苷酸序列（180bp）,控制胚胎发育的基因

从酵母到人类都存在 homeobox, DNA序列高度保守


有3个—helix, H1与H2平行 H2与H3形成HTH motif H3位于大沟中，与DNA 特异结合 N末端位于小沟中，与 DNA接触


λ阻遏蛋白与cro蛋白 CAP 酵母接合型调控蛋白α1，α2 果蝇的触角足基因 Antp 玉米的Kn1 水稻的OSH1
果蝇的engrailed 果蝇的触角足蛋白 哺乳动物转录因子
Homeodomain

最早在果蝇的homeotic loci（决定身体结构） 中发现.同形异位现象(homeosis):
9.1 DNA水平的调控
9.1.1 基因丢失
在细胞分化过程中，通过丢掉某些基因而去除其 活性。例如某些原生动物，线虫、昆虫、甲壳类 动物，体细胞常丢掉部分或整条染色体，只保留 将来分化产生生殖细胞的那套染色体。 例如在蛔虫胚胎发育过程中，有27％DNA丢失。 在高等动植物中，尚未发现类似现象。 许多生物各类不同的细胞或细胞核都具有全能性 totipotency
Eukaryotic response elements.
Response Element MRE
CRE ERE GRE Transcription Factor Consensus Sequence
metal
CREB (cAMP) Estrogen receptor Glucocorticoid receptor
9.1.2.2 外界环境因素引起基因扩增
基因扩增与肿瘤形成及细胞衰老有关。在原发性的视网 膜细胞瘤中，含myc 原癌基因的DNA区段扩增10－ 200倍。许多致癌剂可诱导DNA扩增。
9.1.3 基因重排


特异性调节，发生在特殊的细胞类型中 例如：酿酒酵母接合型 哺乳动物免疫球蛋白编码区的连接 无序的，发生在肿瘤细胞基因组中
内容介绍
9. 真核基因表达的调控
9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 DNA水平的调控 染色质水平上的基因活化调节 转录水平的调控 转录后水平的调控 翻译水平调控 翻译后水平调控 原核与真核基因表达调控差异
原核与真核生物基因表达的差异 Eukaryote
• DNA + histon
， C - N ， C - C
—螺旋
ß-折叠
ß- turn, 转角

R1的
C=O与R4的 NH形成氢键
（1） HTH, Helix-turn-helix


2个螺旋被一个转角隔开 识别螺旋，与DNA在大沟 中特异结合 穿过大沟，与DNA非特异 结合
S386
许多调控蛋白都有HTH
S395
SP1

zyj271
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

B. Cys2/Cys2 zinc finger


Fra Baidu bibliotek
Cys- X2- Cys-X13—Cys- X2- Cys Zn++与4个Cys结合 DNA结合序列较短，对称 无大量重复性锌指 Cys2/Cys2与 Cys2/His2不同

例如GAL4，酵母的转录因子 哺乳类的固醇类激素受体
糖皮质激素受体

ZYJ272
-COOH，每隔7个氨基酸出现一 个Leu，所有Leu出现在同一侧面， 成直线排列，形成疏水面
(3) Leu zipper
-NH2,富含碱性氨基酸， ＋，碱性DNA结合域 依靠Leu的疏水作用,2个helix 相互缠绕，形成拉链结构
W X 723 704 723 704 723 704 704 Y Z1 747 239 747 239 642 239 642 239 Z2 88 88 88 88 total 2501 2501 2369 1585
匣子 HML MAT MATa HMRa
9.2 染色质水平上的基因活化调节
1 接合型互变的匣子模型 一个单倍体细胞中同时存在MATa和 MAT 在同一染色体上，活跃匣子 MAT 沉寂匣子 HML, HMR
S341
活跃匣子表达，HML和HMR保持沉默？

Sir (silent information regulator)，编码阻遏蛋
白,其结合位点在HML和HMR启动子上游 1500bp以外，在MAT上无结合位点
SV40至少有3个不连续的21bp的增强子成分 A,B,C，6个增强子元
9.3.2.3 Response element


应答元件、效应元件：一组受到共同调控的基因， 都有一个相同的元件（序列），此元件能与某一 个(类)专一蛋白结合，使基因对其作出反应 含有短的共有序列；在不同基因中，拷贝相似， 有时有多个拷贝；与转录起点距离不固定，一般 位于上游元件或增强子内；常是启动子的上游元 件或增强子

sir如何控制转录？ 影响RNA聚合酶的结合 通过染色质浓缩，改变基因转录 DNase I超敏感位点不存在于HML/R上
与活跃匣子不同类型的沉寂匣子可以取代活跃匣子， 改变接合型
3 接和型互变
接合型的改变，实际上是DNA序列的代换， 依赖于序列同源性

与活跃匣子不同类型的沉寂匣子可以取代活 跃匣子，改变接合型
9.2.1 9.2.2 9.2.3 9.2.4 9.2.5 真核染色体的结构 染色体对基因的表达有调控作用 组蛋白和有关蛋白质的改变 转录活跃区对核酸酶的敏感性提高 甲基化程度降低
9.3 转录水平的调控
真核生物细胞中有成千上万个基因表达，不 同类型细胞由不同组合的基因表达。那么，每 种细胞如何保证正确的基因组合表达？ 一种途径是基因重复：基因有多个拷贝，不同 类型细胞表达不同的拷贝，不同拷贝的表达处 于不同调控系统。 另一种途径是复合控制系统：真核生物单拷贝 基因转录调控系统,网络
Homeodomain
（2） Zinc finger
A. Cys2/His2, 经典 ~23aa Cys- X2-4- Cys-X3-Phe- X5 -LeuX2 -His- X3 -His Cys，His与Zn++结合形成4面 体结构，使中部的氨基酸回折 成环，凸出如手指 中部芳香族氨基酸保守，疏水 串联重复排列，两指间7-8aa 锌指数目多少不等
糖皮质激素
CGNCCCGGNCNC
TGACGTCA AGGTCANNNTGACCT AGAACANNNTGTTCT
HSE TRE SRE
ERE
Heat shock factor 佛波酯 Serum response factor
ethylene
GAANNTTCNNGAA TGACTCA CC(A/T)6GG
→chromatin • Repeptitive gene • Splitting gene • Post-transcription RNA processing Naked DNA Overlapping gene no intron
回顾
Prokaryote
transcription & translation
9.1.3.1 酿酒酵母接合型的决定

S341
Saccharomyces cerevisiae
单倍体细胞, a or 接合型 不同接合型的细胞可以接合 相同接合型的细胞不能接合


MATa , MAT
接合型可互变 a←→ 需要HO基因，编码内切酶
9.1.3.2 Cassette model 匣子模型
synchronizely
Eukaryote
• enhancer & silencer • monocistron
• m5C gene off
• acetylation
Prokaryote
Attenuater polycistron (operon)
phosphorylation trans factor methylation glucosylation active form
9.3.1 Britten-Davidson model




Integrator 整合基因：产生激活因子 Sensor感受位点：位于整合基因5‘端，接受 调控信号，激活整合基因表达 Gene 结构基因 Receptor接受位点：位于结构基因5’端，被 激活因子识别 RNA/pro
mRNA
S
I
R
1. motif 基序，基元，花式
构成任何一种特征序列或结构的基本单位， 是超二级结构 已发现4种结构基元在DNA结合中起主要作用 DNA结合结构域数据库 TRANSFAC DNA结合结构域即家族成员 TRRD 转录调控区数据库 COMPEL 混合DNA元件的特性

补充内容
多肽链的构象