医用分子遗传学真核基因转录调节
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第三节
真核基因转录调节
Regulation of Eukaryotic Gene Transcription
医学PPT
1
一、真核基因组结构特点
（一）真核基因组结构庞大
哺乳类动 物基因组 DNA 约 3 × 10 9 碱基对
编码基因约 有 40000 个，占总长的1 % rDNA等重复基因约 占 5% ~ 10%
* 基本转录因子(general transcription factors)
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。
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19
* 特异转录因子(special transcription factors)
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2
（二）单顺反子
单顺反子(monocistron) 即一个编码基因转录生成一个mRNA
分子，经翻译生成一条多肽链。
（ 三）基因不连续性
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3
二、真核基因表达调控特点
染色体水平DNA的活化
转录的起始
hnRNA 的剪切和加工
mRNA 转移到胞浆
翻译
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4
二、真核基因表达调控特点
1.在无TAF的情况下，TBP能启动基础转录 水平。
2.TBiblioteka BaiduF将反式作用因子的活性区域与基础转 录复合物连接。
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22
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23
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24
2. 转录调节因子结构
TF
DNA结合域
转录激活域
酸性激活域 谷氨酰胺富含域 脯氨酸富含域
蛋白质-蛋白质结合域
（二聚化结构域）
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25
锌指结构
• RNA pol Ⅲ对tRNA和5S rRNA基因的转录调节，启动 子在转录区内。 tRNA有2种转录因子， 5S rRNA有3 种转录因子，但都只有TFⅢB才是真正的转录起始因 子，在定位RNA pol方面起重要作用。
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14
四、RNA pol II转录起始的调节
1.由10－12个亚基组成
（一）多种RNA聚合酶 （二）活性染色体结构变化 （三）正性调节占主导 （四）转录与翻译分隔进行 （五）转录后修饰、加工
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5
1. 对核酸酶敏感
活化基因常有超敏位点，位于调节蛋 白结合位点附近。
2. DNA拓扑结构变化
天然双链DNA均以负性超螺旋构象存在；
基因活化后
转录方向
负超螺旋 RNA-pol 正超螺旋
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30
甾体类激素受体
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31
甾体类激素受体
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32
转录活化域
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33
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34
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35
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36
（三）mRNA 转录激活及其调节
CpG的密度和启动子强度
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9
DNA Methylation and Transcription
5`
3`
3`
5`
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10
4. 组蛋白变化
① 富含Lys组蛋白水平降低
活性的核小体常缺乏H1，但却结合有非组蛋 白 HMG－14和HMG－17的存在
② H2A, H2B二聚体不稳定性增加
③ 组蛋白修饰
Cys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X3-His
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26
锌指结构
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27
碱性－亮氨酸拉链 Basic-Leucine-Zipper
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28
碱性－螺旋－环－螺旋 Basic-Helix/Loop/Helix
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29
碱性－螺旋－环－螺旋 Basic-Helix/Loop/Helix
15
（一）顺式作用元件
1. 启动子
真核基因启动子是RNA聚合酶结
合位点周围的一组转录控制组件，至
少包括一个转录起始点以及一个以上
的功能组件。 TATA盒
GC盒
CAAT盒
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16
2. 增强子(enhancer)
指远离转录起始点、决定基因的时间、 空间特异性、增强启动子转录活性的DNA序 列。
H1组蛋白磷酸化，对DNA亲和力低 核心组蛋白的修饰，乙酰化，磷酸化
④ H3组蛋白巯基暴露
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11
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12
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13
三、RNA pol I 和pol Ⅲ的转录调节
• RNA pol I转录产物只有rRNA前体，有2个顺式作用元 件（-45~+20bp核心元件，-156~-107bp上游控制元件 UCE），需两种转录因子来正确有效地帮助起始转录 （上游结合因子1和选择性因子1）。
3.TFII－F：1、可直接和聚合酶 II 作用，在激活因子作 用下，将此复合物募集到起始复合物上去。
2、TFII－F还有解旋的活性
4.TFII－E：和TBP相互作用，参与调节TFII－H的酶活 性
5.TFII－H：有解旋酶活性，磷酸化RNA聚合酶 II 大亚 基
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21
TBP Associated Factor (TAF)功能
2.最大亚基的C末端含有可磷酸化位点的氨 基酸残基（Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser） 重 复 序 列 ， 称 为 CTD （ Carboxyl Terminal Domain）
3.CTD 是 TFII － H 的 底 物 ， 磷 酸 化 后 与
RNA链延伸有密切关系
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3. 沉默子(silencer)
某些基因的负性调节元件，当其结合特异 蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。
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17
（二）反式作用因子
定义：是能直接或间接地识别或结合在各 顺式作用元件核心序列上，参与调 控靶基因转录速率的一组蛋白质。
结构：至少含有DNA结合域和转录活性区 域
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18
（二）反式作用因子 1. 转录调节因子分类（按功能特性）
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6
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7
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8
3. DNA碱基修饰变化
真核DNA约有5%的胞嘧啶被甲基化， 甲基化范围与基因表达程度呈反比。
1.mCpG是真核生物甲基化的唯一形式
2.基因表达与CG甲基化程度呈负相关，甲基化 以后可加强阻遏蛋白或降低激活蛋白与DNA 的结合
3.DNA甲基化对转录的抑制主要决定于甲基化
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。
转录激活因子
转录抑制因子
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20
基础转录因子
1.TFII－D：由TBP和8种辅助因子（TAF）结合的复合 物，TBP识别TATA box，并与上游调控元件 调节基础转录速率有关。
2.TFII－B：C末端直接结合在TBP－DNA复合物上，N末端具有结合RNA聚合酶的功能。
真核基因转录调节
Regulation of Eukaryotic Gene Transcription
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1
一、真核基因组结构特点
（一）真核基因组结构庞大
哺乳类动 物基因组 DNA 约 3 × 10 9 碱基对
编码基因约 有 40000 个，占总长的1 % rDNA等重复基因约 占 5% ~ 10%
* 基本转录因子(general transcription factors)
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。
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* 特异转录因子(special transcription factors)
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（二）单顺反子
单顺反子(monocistron) 即一个编码基因转录生成一个mRNA
分子，经翻译生成一条多肽链。
（ 三）基因不连续性
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二、真核基因表达调控特点
染色体水平DNA的活化
转录的起始
hnRNA 的剪切和加工
mRNA 转移到胞浆
翻译
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4
二、真核基因表达调控特点
1.在无TAF的情况下，TBP能启动基础转录 水平。
2.TBiblioteka BaiduF将反式作用因子的活性区域与基础转 录复合物连接。
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2. 转录调节因子结构
TF
DNA结合域
转录激活域
酸性激活域 谷氨酰胺富含域 脯氨酸富含域
蛋白质-蛋白质结合域
（二聚化结构域）
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锌指结构
• RNA pol Ⅲ对tRNA和5S rRNA基因的转录调节，启动 子在转录区内。 tRNA有2种转录因子， 5S rRNA有3 种转录因子，但都只有TFⅢB才是真正的转录起始因 子，在定位RNA pol方面起重要作用。
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四、RNA pol II转录起始的调节
1.由10－12个亚基组成
（一）多种RNA聚合酶 （二）活性染色体结构变化 （三）正性调节占主导 （四）转录与翻译分隔进行 （五）转录后修饰、加工
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5
1. 对核酸酶敏感
活化基因常有超敏位点，位于调节蛋 白结合位点附近。
2. DNA拓扑结构变化
天然双链DNA均以负性超螺旋构象存在；
基因活化后
转录方向
负超螺旋 RNA-pol 正超螺旋
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30
甾体类激素受体
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31
甾体类激素受体
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32
转录活化域
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（三）mRNA 转录激活及其调节
CpG的密度和启动子强度
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9
DNA Methylation and Transcription
5`
3`
3`
5`
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10
4. 组蛋白变化
① 富含Lys组蛋白水平降低
活性的核小体常缺乏H1，但却结合有非组蛋 白 HMG－14和HMG－17的存在
② H2A, H2B二聚体不稳定性增加
③ 组蛋白修饰
Cys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X3-His
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锌指结构
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碱性－亮氨酸拉链 Basic-Leucine-Zipper
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碱性－螺旋－环－螺旋 Basic-Helix/Loop/Helix
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碱性－螺旋－环－螺旋 Basic-Helix/Loop/Helix
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（一）顺式作用元件
1. 启动子
真核基因启动子是RNA聚合酶结
合位点周围的一组转录控制组件，至
少包括一个转录起始点以及一个以上
的功能组件。 TATA盒
GC盒
CAAT盒
医学PPT
16
2. 增强子(enhancer)
指远离转录起始点、决定基因的时间、 空间特异性、增强启动子转录活性的DNA序 列。
H1组蛋白磷酸化，对DNA亲和力低 核心组蛋白的修饰，乙酰化，磷酸化
④ H3组蛋白巯基暴露
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三、RNA pol I 和pol Ⅲ的转录调节
• RNA pol I转录产物只有rRNA前体，有2个顺式作用元 件（-45~+20bp核心元件，-156~-107bp上游控制元件 UCE），需两种转录因子来正确有效地帮助起始转录 （上游结合因子1和选择性因子1）。
3.TFII－F：1、可直接和聚合酶 II 作用，在激活因子作 用下，将此复合物募集到起始复合物上去。
2、TFII－F还有解旋的活性
4.TFII－E：和TBP相互作用，参与调节TFII－H的酶活 性
5.TFII－H：有解旋酶活性，磷酸化RNA聚合酶 II 大亚 基
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TBP Associated Factor (TAF)功能
2.最大亚基的C末端含有可磷酸化位点的氨 基酸残基（Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser） 重 复 序 列 ， 称 为 CTD （ Carboxyl Terminal Domain）
3.CTD 是 TFII － H 的 底 物 ， 磷 酸 化 后 与
RNA链延伸有密切关系
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3. 沉默子(silencer)
某些基因的负性调节元件，当其结合特异 蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。
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（二）反式作用因子
定义：是能直接或间接地识别或结合在各 顺式作用元件核心序列上，参与调 控靶基因转录速率的一组蛋白质。
结构：至少含有DNA结合域和转录活性区 域
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（二）反式作用因子 1. 转录调节因子分类（按功能特性）
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3. DNA碱基修饰变化
真核DNA约有5%的胞嘧啶被甲基化， 甲基化范围与基因表达程度呈反比。
1.mCpG是真核生物甲基化的唯一形式
2.基因表达与CG甲基化程度呈负相关，甲基化 以后可加强阻遏蛋白或降低激活蛋白与DNA 的结合
3.DNA甲基化对转录的抑制主要决定于甲基化
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。
转录激活因子
转录抑制因子
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基础转录因子
1.TFII－D：由TBP和8种辅助因子（TAF）结合的复合 物，TBP识别TATA box，并与上游调控元件 调节基础转录速率有关。
2.TFII－B：C末端直接结合在TBP－DNA复合物上，N末端具有结合RNA聚合酶的功能。