7 真核生物基因表达调控 ppt课件
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第八章真核基因表达调控ppt课件
Κ型和λ型轻链的恒定区和可变区的氨基酸序列是 不同的。
在小鼠中，95%的抗体轻链是κ型，而人类抗体 轻链中，κ型和λ型各占50%左右。
人类基因组中免疫球蛋白基因主要片段的数
免疫球蛋白重链基因片段重排与组织特异性表达
酵母交配型转换
8.1.4 DNA甲基化与基因调控
A. DNA的甲基化 DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、
启动区DNA分子上的甲基化密度与基因转录受 抑制的程度密切相关。对于弱启动子来说，稀少的 甲基化就能使其完全失去转录活性。当这一类启动 子被增强时（带有增强子），即使不去甲基化也可 以恢复其转录活性。若进一步提高甲基化密度，即 使增强后的启动子仍无转录活性。
P295, Fig. 8-15
C. DNA甲基化与X染色体失活
A、螺旋-转折-螺旋（helix-turn-helix, H-T-H） 结构。这一类蛋白质分子中有至少两个α螺旋，中 间由短侧链氨基酸残基形成“转折”，近羧基端的 α螺旋中氨基酸残基的替换会影响该蛋白质在DNA 双螺旋大沟中的结合。
同源域蛋白通过其第三个螺旋与双链DNA的大沟 相结合，其N端的多余臂部分则与DNA的小沟相
选择性剪接
➢ 原始转录产物可通过不同的剪接方式，得到不同 的mRNA，并翻译成不同蛋白质； ➢有些基因选择了不同的启动子，或者选择了不同的 多聚（A）位点而使原始转录物具有不同的二级结构， 产生不同的mRNA分子，但翻译成相同蛋白质。 ➢同一基因的转录产物由于不同的剪接方式形成不同 mRNA的过程称为选择性剪接。
本章主要内容提要
1.真核生物的基因结构与转录活性； 2.真核基因转录机器的主要组成； 3.蛋白质磷酸化对基因转录的调控； 4.蛋白质乙酰化对基因表达的影响； 5.激素与热激蛋白对基因表达的影响； 6.其他水平上的表达调控。
在小鼠中，95%的抗体轻链是κ型，而人类抗体 轻链中，κ型和λ型各占50%左右。
人类基因组中免疫球蛋白基因主要片段的数
免疫球蛋白重链基因片段重排与组织特异性表达
酵母交配型转换
8.1.4 DNA甲基化与基因调控
A. DNA的甲基化 DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、
启动区DNA分子上的甲基化密度与基因转录受 抑制的程度密切相关。对于弱启动子来说，稀少的 甲基化就能使其完全失去转录活性。当这一类启动 子被增强时（带有增强子），即使不去甲基化也可 以恢复其转录活性。若进一步提高甲基化密度，即 使增强后的启动子仍无转录活性。
P295, Fig. 8-15
C. DNA甲基化与X染色体失活
A、螺旋-转折-螺旋（helix-turn-helix, H-T-H） 结构。这一类蛋白质分子中有至少两个α螺旋，中 间由短侧链氨基酸残基形成“转折”，近羧基端的 α螺旋中氨基酸残基的替换会影响该蛋白质在DNA 双螺旋大沟中的结合。
同源域蛋白通过其第三个螺旋与双链DNA的大沟 相结合，其N端的多余臂部分则与DNA的小沟相
选择性剪接
➢ 原始转录产物可通过不同的剪接方式，得到不同 的mRNA，并翻译成不同蛋白质； ➢有些基因选择了不同的启动子，或者选择了不同的 多聚（A）位点而使原始转录物具有不同的二级结构， 产生不同的mRNA分子，但翻译成相同蛋白质。 ➢同一基因的转录产物由于不同的剪接方式形成不同 mRNA的过程称为选择性剪接。
本章主要内容提要
1.真核生物的基因结构与转录活性； 2.真核基因转录机器的主要组成； 3.蛋白质磷酸化对基因转录的调控； 4.蛋白质乙酰化对基因表达的影响； 5.激素与热激蛋白对基因表达的影响； 6.其他水平上的表达调控。
真核生物的基因表达调控ppt(共59张PPT)
在转录水平上的基因表达调控
真核生物的蛋白质基因的转录除了启动子、RNA聚合酶II和基础转录因 子以外，还需要其它顺式作用元件和反式作用因子的参与。 参与基因表达调控的主要顺式作用元件有：增强子、沉默子、绝缘 子和各种反应元件；参与基因表达调控的反式作用因子也称为转录 因子，它们包括激活蛋白、辅激活蛋白、阻遏蛋白和辅阻遏蛋白。 激活蛋白与增强子结合激活基因的表达，而阻遏蛋白与沉默子结合 ，抑制基因的表达，某些转录因子既可以作为激活蛋白也可以作为 阻遏蛋白其作用，究竟是起何种作用取决于被调节的基因。辅激活 蛋白缺乏DNA结合位点，但它们能够通过蛋白质与蛋白质的相互作 用而行使功能，作用方式包括：招募其它转录因子和携带修饰酶（ 如激酶或乙酰基转移酶）到转录复合物而刺激激活蛋白的活性；辅 阻遏蛋白也缺乏DNA结合位点，但同样通过蛋白质与蛋白质的相互 作用而起作用，作用机理包括：掩盖激活蛋白的激活位点、作为负 别构效应物和携带去修饰酶去中和修饰酶（如磷酸酶或组蛋白去乙 酰基酶）的活性。
真核生物与原核生物在 调控机制上的主要差异
调控的原因：原核生物基因表达调节的目的是为了更有效 和更经济地对环境的变化做出反应，而多细胞真核生物基 因表达调节的主要目的是细胞分化，它需要在不同的生长 时期和不同的发育阶段具有不同的基因表达样式； 调控的层次：原核生物基因表达调控主要集中在转录水平 ，但真核生物基因表达的转录后水平调节与其在转录水平 上的调节各占“半壁江山”，而某些调控层次是真核生物特有 的，比如染色质水平、RNA后加工水平和mRNA运输等；
调控的手段：原核生物绝大多数的基因组织成操纵子，但真核 生物一般无操纵子结构。
在染色质水平上的基因调控
原核生物的DNA绝大多数处于完全暴露和可接近的状态，而真核生物 DNA大部分被遮挡并组织成染色质。因此，原核生物DNA转录的“默认 状态”是开放，其调控机制主要是通过阻遏蛋白进行的负调控，而真核生 物DNA转录的“默认状态”是关闭，其调控机制主要是通过激活蛋白进行 的正调控。 染色质的结构是一种动态可变的结构，其结构的变化能直接影响到基因 的表达。已有众多证据表明，一个基因在表达前后，其所在位置的染色 质结构会发生重塑或重建。由于染色质的组成单位是核小体，因此，染 色质结构的改变是从核小体的变化开始的，而核小体的变化是从组蛋白 的共价修饰和去修饰开始的。
[课件]真核基因表达与调控PPT
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第三节
真核基因表达的调控
基因表达的多级调控
基因数目 基因激活 转录起始 转录后加工 mRNA降解 蛋白质翻译 翻译后加工修饰 蛋白质降解等
一、DNA和染色体结构对转录的调控
1. DNA碱基修饰变化
真核DNA约有5%的胞嘧啶被甲基化,降低转录 活性；甲基化范围与基因表达程度呈反比。 2. 组蛋白变化
5. 沉默子
• 概念：能抑制启动子活性的DNA序列。
• 特点：与增强子相似；沉默子与增强子的角色可因 调控基因而转换。
二、反式作用因子(trans-acting factor)
由某一基因表达产生的蛋白质因子，通 过与另一基因的特异的顺式作用元件相互作 用，调节其表达。 这种调节作用称为反式作用。 还有个别蛋白质因子可特异识别、结合 自身基因的调节序列，调节自身基因的表达， 称顺式作用。
（二）转录调节因子分类
（按功能特性） * 基本转录因子
是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组
蛋白因子，决定三种RNA(mRNA、tRNA及
rRNA)转录的类别。TF I；TF II；TF III
TFⅡ（转录因子）参与RNA-pol Ⅱ转录
转录因子 TF ⅡD TF ⅡA
TF ⅡB TF ⅡF TF ⅡE
真核基因表达与调 控
第二节 真核基因表达调控的分子机制
一、顺式作用元件(cis-acting element)
概念: 真核生物中能够被基因调控蛋白特异性识别和结 合，并对自身基因转录起始有调节作用的DNA序列。 转录起始点 DNA B A
编码序列
• 真核生物的顺式作用元件包括三类：
Ⅰ类顺式作用元件——Ⅰ类启动子——RNA pol Ⅰ
蛋白质-蛋白质结合域 （二聚化结构域）
真核生物的基因表达调控ppt课件
图：持家基因的CpG岛及其启动子
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•甲基化酶
•构建性甲基化酶：对CpG进行甲基化修饰； •维持性甲基化酶：把甲基化的特性遗传给子代。
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➢DNA甲基化与转录抑制
甲基化(methylated)程度高，对基因转录抑制的 调控能力越强。
去甲基化(undermethylated)：基因转录激活
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组蛋白对基因活性的影响
(1)占先模型（pre-emptive model）:认为基因能否转 录取决于特定位置上组蛋白和转录因子之间的不可 逆竞争性结合。转录因子先结合在DNA的特定位点 上，基因正常转录；反之，组蛋白先与DNA的特 定位点结合，则形成核小体，转录停止。
(2)(2) 动态模型（dynamic model）：认为转录因子
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真核基因转录水平的调控
顺式作用元件( cis-acting element） 反式作用因子 (trans-acting Factor)
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顺式作用元件(cis-acting element)
顺式作用元件是指具有调节功能的特定DNA序列或影 响自身基因表达活性的DNA序列，在基因的同一条DNA 分子上；
子(intron)、 外显子(exon) ▪ 非编码区多于编码序列(9:1)
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多 层 次 调 控
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染色体水平的调控
染色质的结构： ➢基本结构是核小体。 ➢在细胞中的状态： （1）紧密压缩 （2）被阻遏状态 （3）有活性状态 （4）被激活状态 ➢异染色质化
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（4）两个启动子串联在一起时，增强子优先激活距离最近 的那一个
真核生物基因表达调控ppt课件
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，称之为基因表达的 空间特异性(spatial specificity)。
基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分 布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的， 所以空间特异性又称细胞或组织特异性(cell or tissue specificity)。
酸性激活域 (D/E-rich) 谷氨酰胺(Q)富含域 脯氨酸(P)富含域
蛋白质-蛋白质结合域 （dimerization, co-factors）
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1） TF最常见的DNA binding domain
Zinc Finger
bZIP
Homeodomain
bHLH
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(1) 锌指(zinc finger)
如果与转录激活因子有协同作用——共激活因子； 与转录阻遏因子有协同作用——共阻遏因子。
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常见转录因子的结构域 (domain)
DNA结合域 （DNA binding domain) TF
Basic AA (K/R) rich, positively charged
转录激活域
(trans-activation domain)
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，称之为基因表达的时间 特异性(temporal specificity)。
多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶 段特异性(stage specificity)。
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人体发育过程中不同类型β-珠蛋白的含量变化
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（二）空间特异性
TFⅡA TBP
TFⅡBΒιβλιοθήκη TATATBP: TATA-box binding protein
第九讲 真核生物的基因表达调控_PPT幻灯片
RNAi主要有3种形式，即转录水平、翻译水 平和转录后水平。其中转录后水平是RNAi在各 种生物中实现的主要方式。
转录水平上的干扰机制是通过对靶基因染色 质结构的改变，使其基因转录受限，导致表达系 统的关闭。
翻译水平上的干扰机制，是通过抑制相应 mRNA的翻译，使相应的蛋白质表达受阻。
微RNA(miRNAs)的调控
（一）转录的起始和加工的调节
• 5’末端的选择 • 3’末端的选择 • 选择不同外显子
真核基因转录水平的调控
5’末端的选择
真核基因转录水平的调控
3’末端的选择
真核基因转录水平的调控
选择不同外显子
真核基因转录水平的调控
（二）真核生物转录调控的顺式作用元件
顺式作用元件存在于基因旁侧序列中，根据 其在所处的位置在转录中的功能以及作用方式， 可分为启动子、增强子、和沉默子等, 它们的 作用是参与基因表达的调控。
细胞周期的调控
细胞周期是指正常连续分裂的细胞从前一次有丝分 裂结束到下一次有丝分裂完成所经历的连续动态过程， 也是多阶段、多因子参与的精确而有序的调控过程， 可分为5期：即G0期、G1期、S期、G2期、M期，有 两个主要限制点，即G1/S限制点和G2/M限制点。
细胞周期蛋白、细胞周期蛋白依赖激酶和细胞周期 蛋白依赖性激酶抑制因子在真核生物细胞周期调控中 的重要作用。
真核基因转录水平的调控
绝缘子
与绝缘子作用有关的蛋白质因子
真核生物基因的启动子和增强子等调控元件都是通 过和细胞内特定的蛋白质因子相互作用而产生调控效 应的。因此，在讨论绝缘子的作用机理时，也不可忽 视它们的结合蛋白。
绝缘子与其蛋白形成的复合物对绝缘子的生物学功 能至关重要。这些蛋白常常被称为“绝缘子蛋白”。
转录水平上的干扰机制是通过对靶基因染色 质结构的改变，使其基因转录受限，导致表达系 统的关闭。
翻译水平上的干扰机制，是通过抑制相应 mRNA的翻译，使相应的蛋白质表达受阻。
微RNA(miRNAs)的调控
（一）转录的起始和加工的调节
• 5’末端的选择 • 3’末端的选择 • 选择不同外显子
真核基因转录水平的调控
5’末端的选择
真核基因转录水平的调控
3’末端的选择
真核基因转录水平的调控
选择不同外显子
真核基因转录水平的调控
（二）真核生物转录调控的顺式作用元件
顺式作用元件存在于基因旁侧序列中，根据 其在所处的位置在转录中的功能以及作用方式， 可分为启动子、增强子、和沉默子等, 它们的 作用是参与基因表达的调控。
细胞周期的调控
细胞周期是指正常连续分裂的细胞从前一次有丝分 裂结束到下一次有丝分裂完成所经历的连续动态过程， 也是多阶段、多因子参与的精确而有序的调控过程， 可分为5期：即G0期、G1期、S期、G2期、M期，有 两个主要限制点，即G1/S限制点和G2/M限制点。
细胞周期蛋白、细胞周期蛋白依赖激酶和细胞周期 蛋白依赖性激酶抑制因子在真核生物细胞周期调控中 的重要作用。
真核基因转录水平的调控
绝缘子
与绝缘子作用有关的蛋白质因子
真核生物基因的启动子和增强子等调控元件都是通 过和细胞内特定的蛋白质因子相互作用而产生调控效 应的。因此，在讨论绝缘子的作用机理时，也不可忽 视它们的结合蛋白。
绝缘子与其蛋白形成的复合物对绝缘子的生物学功 能至关重要。这些蛋白常常被称为“绝缘子蛋白”。
真核生物基因表达调控ppt
顺式作用元件
Cis-acting element
7.3.3 反式作用因子trans-acting factor
▪ 概念 通过识别和结合顺式作用元件的核心序列, 而调控靶基因的转录效率的一组蛋白因子. 这 些转录因子由其他基因编码,跨域作用. 对基因 表达调控可正(激活)可负(阻遏)
▪ 类别 这些转录因子可作为转录复合物的一部分， 但大部分是与启动区或基因特定部位结合的调 控蛋白。据其作用分为3类 转录阶段RNA聚合酶的亚基 转录起始终止的辅助因子 特异性调控序列结合蛋白
Alternative splicing
7.2 真核基因表达调控的环节
▪ DNA水平:基因数量,结构 ▪ 转录水平:顺式作用元件与反式作用因
子 ▪ 转录后水平:mRNA的加工成熟 ▪ 翻译水平:起始复合物及mRNA稳定性 ▪ 翻译后水平:蛋白质加工修饰
DNA水平的调控
1.开放型活性染色质与基因活性 (结构) 真核基因以核小体组建成染色质和染色体成高度 压缩. 转录发生前,染色质在特定区域被解旋松弛 (核小体结构改变、DNA自身结构改变、右旋型变 构为左旋型B→Z),一方面暴露了结构基因,使启动 区DNA易与RNA聚合酶及其他转录调控因子结合, 从而启动转录;另一方面暴露了DNA酶Ι的超敏感 位点,使活性状态的DNA更易于被核酸酶降解 .
真原核基因结构比较
▪ 原核基因按功能成串排列,组成操纵子单位,转录产物为 polycistron; 真核生物一个结构基因转录为monocistron.
▪ 原核有转录与翻译的偶连,真核表达则有严格的时区间隔 . ▪ 原核大部分基因是编码序列,而真核大部分是调控序列 ▪ 原核为蛋白质编码的大部分是连续基因; 真核为蛋白质编
因子 ▪ 其他水平的调控:mRNA的加工、mRNA的