中山大学-分子生物学Molecular Biology-徐辉-基因特异转录因子的作用

Cell Biology, Singapore )
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p53 (protein 53, TP53)
Domains:
recognizes specific DNA sequences recognized damaged DNA activates transcription factors responsible for tetramerization（四聚体化）
In this way, the p53 protein, sensing DNA damage, minimizes mistakes in the genetic information and eliminates the appearance of genetically altered cells that lead to cancer.
DNA + 组蛋白，形成的致密结构
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真 核 生 物 染 色 质 各 级 结 构 示 意 图
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1、真核生物染色质结构
DNA + 组蛋白，形成的致密结构 组蛋白：富含精氨酸（Arg）和赖 氨酸（Lys）的碱性蛋白质 组蛋白带正电荷，与DNA具有高 亲和性。 精氨酸和赖氨酸是组蛋白上重要的 修饰位点。
山中伸弥成为第19位获得诺贝尔奖的日本人
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c-Myc, Oct3/4, Sox2, Klf4 (embryonic stem cell enriched TFs)
Induction of Pluripotent Stem Cells
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被引用次数：6256 被引用次数：5071
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G蛋白偶联受体值得关注！
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组蛋白对Ⅱ类基因转录的影响
由核心组蛋白（H2A, H2B, H3, H4）与 DNA构成核小体结构时，即能起到抑制 基因转录的作用（4倍），且一般的转录 激活子不能解除这种抑制；
若核小体结构还含有组蛋白H1，那么其 抑制基因转录的能力更强（25-100倍）， 但H1的这种作用可被转录激活子解除。
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pRb (Retinoblastoma protein, RB1)
“two-hit hypothesis”(1971), hereditary retinoblastoma
Alfred Knudson
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二次突变假说(Knudson's two-hit hypothesis) 认为遗传性肿瘤家族连续传递时，已经携带 了一个生殖细胞系的突变，此时若在体细胞 内再发生一次体细胞突变，即产生肿瘤，这 种事件较易发生，所以发病年龄较早(多灶性 或双侧性)；而散发性肿瘤家族先需要有一个 细胞内发生突变产生杂合体（heterozygous） ，继而再次突变失去杂合结构的两次体细胞 突变而产生的，发生率较低或不易发生，所 以发病年龄一般较晚(单眼发病)。
The Nobel Prize in Chemistry 2012 was awarded jointly to Robert J. Lefkowitz and Brian K. Kobilka "for studies of G-protein-coupled receptors"
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G-protein-coupled receptors and cancer NATURE REVIEWS CANCER 2007
有些转录因子兼具ZIP和HLH 代表：Myc
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英国剑桥大学约翰·格登(John Gurdon) 日本京都大学山中伸弥(Shinya Yamanaka) 共同获得2012年诺贝尔医学生理学奖
"for the discovery that mature cells can be reprogrammed to become pluripotent”
98%只在卵母细胞中表达，称为卵母细胞 5S rRNA基因
2%既在卵母细胞表达，又在体细胞表达， 称为体细胞5S rRNA基因
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2.1 核小体结构对基因转录的影响 组蛋白对5S rRNA基因转录的影响
在某些体细胞染色质制备物中，卵母细 胞的5S rRNA基因意外转录；
检测有转录活性和无转录活性染色质中 组蛋白成分，无活性的染色质中包含五 种组蛋白，而有活性的染色质中只有四 种，不包括H1。
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Chromatin Strucure Model
Chromatin Strucure Model
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Chromatin Strucure Model
2、染色质结构与基因活性
2.1 核小体结构对基因转录的影响 组蛋白对5S rRNA基因转录的影响
爪蟾的5S rRNA基因在单倍体中约有2万 拷贝，分为两类：
Molecular Biology
两大类转录因子：
通用转录因子(general transcription factors，GTFs)
基因特异转录因子(Gene-specific transcription factors，GSTFs)
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3、基因特异转录因子的作用
位于各种pathway下游的关键调控蛋白
"the guardian of the genome” discovered in 1979
Arnold J. Levine
David P. Lane
Princeton University
University of Dundee
(Now: Institute of Molecular and
Q:为什么H1与其它组蛋白不同？
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H1
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转录激活模型
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核小体定位
SV40染色质的无核小体区
Moshe Yaniv Institut Pasteur
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核小体定位
无核小体区 = 启动子区？
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核小体定位
无核小体区位于 Dnase 超敏位点（活跃 基因调控区）
BamH I
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2、染色质结构与基因活性
2.2 组蛋白修饰对基因转录的影响 组蛋白乙酰化（histone acetylation）
乙酰化发生在赖氨酸侧链的氨基上 组蛋白乙酰化与基因活性有关，非乙酰组
蛋白抑制DNA转录
——1964年
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乙酰化酶的发现（1995）
组蛋白乙酰转移酶（histon acetyltransferase, HAT），它催化乙酰 CoA的乙酰基转移到核心组蛋白上
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Robert A.Weinberg MIT
（1942-）
美国科学院院士，世界着名的 Whitehead研究所创始人之一， 他曾发现了第一个人类癌基因 Ras和 第一个抑癌基因Rb，他 的一系列杰出研究工作已经成为 肿瘤研究领域乃至整个医学生物 学领域的重要里程碑。
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the Hallmarks of Cancer
50 x Repression
25,000 x Activation
转录激活的实质是解 除各种抑制因素
Modified from Cell 1999; 99:454
基因表达调控的层次
HOT!
转录
DNA模板 RNA聚合酶 启动子 转录因子
“Epigenetics”
转录后
RNA剪接 加帽、加尾 转录后沉默 翻译调控
James Brownell
David Allis
Now: University of Nottingham, UK Now: Rockefeller University
Syracuse University
Syracuse University
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‘‘People don’t just talk about the genome any more,
HOwk.baidu.com!
“RNA Regulation”
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“open” 的染色质状态是转录起始的先决条件
Inaccessible chromatin
Accessible chromatin
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转录过程中的染色质处于“open” 的状态
Circ Res 2010, 107:324-326
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1、真核生物染色质结构
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“大名鼎鼎”的转录因子
p53 (protein 53, TP53)
pRb (Retinoblastoma protein, RB1)
c-Myc, Oct3/4, Sox2, Klf4
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cell cycle control: G1/S checkpoint
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p53 (protein 53, TP53)
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2.1 核小体结构对基因转录的影响 组蛋白对5S rRNA基因转录的影响
若将H1组蛋白加入到有活性的染色质中， 导致活性逐渐丧失；
若把无活性组蛋白H1除去，则原来在体 细胞不能转录的卵母细胞5S rRNA基因 也变得可转录。
说明：完整的组蛋白组分抑制基因转录
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Ⅲ
转 录 因 子 与 组 蛋 白 竞 争 类 启 动 子 的 模 型
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p53 (protein 53, TP53)
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The p53 Family (Perspectives in Biology)
Cold Spring Harbor Laboratory Press; 1st edition (June 22, 2010)
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pRb (Retinoblastoma protein, RB1)
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p53 (protein 53, TP53)
Chromosome location (17p13.1) Phosphoprotein (393 aa, human) About 60 % of cancers developed in
people over a lifetime contain mutations in the p53 gene.
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p53 (protein 53, TP53)
It now appears that the function of the p53 protein is to respond to damage of DNA, by either moving the cell into a program for death and elimination from the body or permitting cellular repair processes to act prior to duplication of the DNA and the cell.
located on 13q14.1-q14.2 discovered in 1986 最重要抑癌基因之一
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Retinoblastoma protein and cell-cycle progression
Nature Reviews Molecular Cell Biology 8, 667-670 (August 2007)
they talk about the epigenome, something beyond the
DNA.’’
PNAS April 25, 2006
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Allis and postdoctoral associate Sandra B. Hake
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组蛋白的种类 5类：H2A, H2B, H3, H4, H1。 H2A/H2B, H3/H4形成八聚体，是 核小体核心（nucleosome core） H1结合在核小体外围DNA上，稳 定核小体结构
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组蛋白的大小及保守性
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组蛋白的大小与聚合酶的大小比较
12 subunits, 550 kDa, 20nm (diameter) 8 subunits, 200bp DNA, 262kDa, 11nm
Cell 100, January 7, 2000；
被引用次数：14813
Cell 144, March 4, 2011
被引用次数：2346
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The Biology of Cancer Robert Weinberg
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Whitehead Institute的“大牛们”
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c-Myc, Oct3/4, Sox2, Klf4 （三）bZIP & bHLH Motifs
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Ⅳ. 真核生物的基因转录及其调控
五、染色质结构与基因的转录
转录必需因素：
DNA模板
“open” 的染色质状态
RNA聚合酶
启动子
转录因子
基因调控的最根本方式是抑制
Activators
10 x Activation
GTFs
50 x Repression
Epigenetic modulator