真核基因表达与调控PPT课件
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3，基因远端的调控元件 — 增强子（enhancer） 特点： • 距离基因的起始点较远 • 位置不定：上游、下游、内含子内部 • 方向性：正反方向均有作用 作用机制： • 间隔DNA可以形成环状 • 通过与enhancer结合的特异因子起作用 • 染色质构型的改变（重塑）
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基因远端的增强子促进转录复合体的装配
4
不同组织器官中表 达不同的蛋白质组 （2D-gel）
5
• 真核基因表达的多级控制
从DNA到蛋白质的可能的调控步骤
6
• 主要调控水平： *－转录水平调控（transcriptional control） *－转录后水平调控（post-transcriptional control） RNA加工水平调控（RNA processing control） 翻译水平调控（translational control） －蛋白质的翻译后修饰（post-translational modification）
• DNA甲基化是一个动态过程，又是相对稳定的状态；受精 卵和早期胚胎细胞中甲基化程度低，随分化进程逐渐建立。
21
胞嘧啶C的甲基化修饰 DNA甲基化 pattern 维持的方式 （维持性DNMT的作用）
22
• DNA甲基化抑制基因转录的机制： – 干扰转录因子对DNA元件的识别和结合 – 将转录因子的DNA识别序列转变为阻抑物的识别序列 – DNA甲基化有利于招募染色质重塑或修饰因子
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转录因子（通用转录因子和特异转录因子）的功能结构域： - DNA结合结构域（DNA-binding domain）：与基因的 调控区域的特定DNA序列识别并结合 - 激活结构域（activation domain）：招募其他激活因子 和蛋白质，共同启动或激活转录
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真核基因转录的调控（gene control regions）
11
• 真核基因的结构
12
转录的起始
13
2，激活因子（activator）和辅激活因子（co-activator） 特异性的转录因子，能在DNA序列上形成复合体，激活转
录；e.g., 肾上腺（糖）皮质激素的作用：glucocorticoid/GRE
辅激活因子在特定的DNA元件上形成复合体，激活转录
3
• 真核细胞基因组的复杂性： e.g., human genome: 约30亿 bp DNA；包含约3万个基因； 95％的非编码DNA序列（功能？）； 一生合成总蛋白质的种类约10万种，但在一个典型的分化 细胞中合成约5000种蛋白质；如何调控？ 人类基因组计划（HGP） 功能基因组学：基因及其产物 （蛋白质）的功能。
• DNA甲基化的普遍性： 脊椎动物（包括哺乳类和人）、植物中普遍存在；低等 生物（果蝇、酵母等）中未发现。
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（一）、转录的激活（transcriptional activation） 1，转录的起始 涉及一系列的DNA/protein, protein/protein 相互作用；转录
起始复合体（pre-initiation complex）的形成，etc.
RNA polymerase II (side cutway) Aaron Klug, 2001, Science, 292:1844-46
• “模体”结构（motif）：蛋白质中的小结构域，用以识别特 定的DNA序列或其他蛋白质；e.g., helix-turn-helix, zinc-finger, ß-sheet, leucin-zip, etc.
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• 共有序列（consensus sequence）：DNA中一小段保守序列 （有时也指蛋白质中的氨基酸序列），能够被特定的蛋白结构 域所识别，在转录起始调控中起重要作用；e.g., TATA-box, CAAT-box, GC-box, etc. • 通用转录因子（general transcription factor）：与核心启动 子元件相结合（如TATA-box），启动转录； • 特异转录因子（specific transcription factor ）：与基因的特 异调控元件相结合，起调节作用（促进或阻抑）；
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一、转录水平的调控
基本概念：
• 事件：DNA/protein, protein/protein 相互作用； • 顺式作用元件（cis-acting element）：与转录调控蛋白特异
结合的DNA序列； • 反式作用因子（trans-acting factor）：与特定DNA序列结
合的调控蛋白因子；
第十二章 真核基因表达与调控
1
第三节 真核基因表达调控
背景情况（overview）：
• 关键问题：细胞分化和个体发育中基因组选择性表达的 时空性；分子事件？机制？如何协调？环境因子的作用？ ……
• 基因组的全能性 (totipotency)
细胞的多潜能性 (pluripotency)
2
真核细胞基因组全 能性的实验证据
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Leabharlann Baidu
（二）、转录的阻抑（transcriptional repression） 1，顺式作用元件／反式作用因子
阻抑物（repressor）：负调控的特异性转录因子 沉默子（silencer）：负调控的DNA元件 作用机制： • 阻抑转录起始复合体的组装（与通用转录因子作用） • 与转录激活因子竞争结合DNA • 与转录激活因子相互作用，影响其活性 • 改变染色质构型（招募重塑复合体、组蛋白修饰酶）
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阻抑因子（repressor）抑制 基因转录的可能机制
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2，DNA甲基化（DNA methylation）
• CG岛（CG island）：基因组DNA中富含CG碱基的区域， 其中一些对称序列中的 5’-CG-3’ 二核苷酸的胞嘧啶（C） 常被甲基化修饰；与基因的失活有关。
• DNA甲基转移酶（DNA methyltransferase, DNMT） – 维持性DNMT（maintenance DNMT）：使DNA甲基化 的模式（pattern）在细胞分裂中得以保持（可遗传性） – 构建性DNMT（establishment DNMT; de novo DNMT）： 使非甲基化的DNA模板甲基化
3，基因远端的调控元件 — 增强子（enhancer） 特点： • 距离基因的起始点较远 • 位置不定：上游、下游、内含子内部 • 方向性：正反方向均有作用 作用机制： • 间隔DNA可以形成环状 • 通过与enhancer结合的特异因子起作用 • 染色质构型的改变（重塑）
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基因远端的增强子促进转录复合体的装配
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不同组织器官中表 达不同的蛋白质组 （2D-gel）
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• 真核基因表达的多级控制
从DNA到蛋白质的可能的调控步骤
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• 主要调控水平： *－转录水平调控（transcriptional control） *－转录后水平调控（post-transcriptional control） RNA加工水平调控（RNA processing control） 翻译水平调控（translational control） －蛋白质的翻译后修饰（post-translational modification）
• DNA甲基化是一个动态过程，又是相对稳定的状态；受精 卵和早期胚胎细胞中甲基化程度低，随分化进程逐渐建立。
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胞嘧啶C的甲基化修饰 DNA甲基化 pattern 维持的方式 （维持性DNMT的作用）
22
• DNA甲基化抑制基因转录的机制： – 干扰转录因子对DNA元件的识别和结合 – 将转录因子的DNA识别序列转变为阻抑物的识别序列 – DNA甲基化有利于招募染色质重塑或修饰因子
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转录因子（通用转录因子和特异转录因子）的功能结构域： - DNA结合结构域（DNA-binding domain）：与基因的 调控区域的特定DNA序列识别并结合 - 激活结构域（activation domain）：招募其他激活因子 和蛋白质，共同启动或激活转录
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真核基因转录的调控（gene control regions）
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• 真核基因的结构
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转录的起始
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2，激活因子（activator）和辅激活因子（co-activator） 特异性的转录因子，能在DNA序列上形成复合体，激活转
录；e.g., 肾上腺（糖）皮质激素的作用：glucocorticoid/GRE
辅激活因子在特定的DNA元件上形成复合体，激活转录
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• 真核细胞基因组的复杂性： e.g., human genome: 约30亿 bp DNA；包含约3万个基因； 95％的非编码DNA序列（功能？）； 一生合成总蛋白质的种类约10万种，但在一个典型的分化 细胞中合成约5000种蛋白质；如何调控？ 人类基因组计划（HGP） 功能基因组学：基因及其产物 （蛋白质）的功能。
• DNA甲基化的普遍性： 脊椎动物（包括哺乳类和人）、植物中普遍存在；低等 生物（果蝇、酵母等）中未发现。
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（一）、转录的激活（transcriptional activation） 1，转录的起始 涉及一系列的DNA/protein, protein/protein 相互作用；转录
起始复合体（pre-initiation complex）的形成，etc.
RNA polymerase II (side cutway) Aaron Klug, 2001, Science, 292:1844-46
• “模体”结构（motif）：蛋白质中的小结构域，用以识别特 定的DNA序列或其他蛋白质；e.g., helix-turn-helix, zinc-finger, ß-sheet, leucin-zip, etc.
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• 共有序列（consensus sequence）：DNA中一小段保守序列 （有时也指蛋白质中的氨基酸序列），能够被特定的蛋白结构 域所识别，在转录起始调控中起重要作用；e.g., TATA-box, CAAT-box, GC-box, etc. • 通用转录因子（general transcription factor）：与核心启动 子元件相结合（如TATA-box），启动转录； • 特异转录因子（specific transcription factor ）：与基因的特 异调控元件相结合，起调节作用（促进或阻抑）；
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一、转录水平的调控
基本概念：
• 事件：DNA/protein, protein/protein 相互作用； • 顺式作用元件（cis-acting element）：与转录调控蛋白特异
结合的DNA序列； • 反式作用因子（trans-acting factor）：与特定DNA序列结
合的调控蛋白因子；
第十二章 真核基因表达与调控
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第三节 真核基因表达调控
背景情况（overview）：
• 关键问题：细胞分化和个体发育中基因组选择性表达的 时空性；分子事件？机制？如何协调？环境因子的作用？ ……
• 基因组的全能性 (totipotency)
细胞的多潜能性 (pluripotency)
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真核细胞基因组全 能性的实验证据
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Leabharlann Baidu
（二）、转录的阻抑（transcriptional repression） 1，顺式作用元件／反式作用因子
阻抑物（repressor）：负调控的特异性转录因子 沉默子（silencer）：负调控的DNA元件 作用机制： • 阻抑转录起始复合体的组装（与通用转录因子作用） • 与转录激活因子竞争结合DNA • 与转录激活因子相互作用，影响其活性 • 改变染色质构型（招募重塑复合体、组蛋白修饰酶）
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阻抑因子（repressor）抑制 基因转录的可能机制
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2，DNA甲基化（DNA methylation）
• CG岛（CG island）：基因组DNA中富含CG碱基的区域， 其中一些对称序列中的 5’-CG-3’ 二核苷酸的胞嘧啶（C） 常被甲基化修饰；与基因的失活有关。
• DNA甲基转移酶（DNA methyltransferase, DNMT） – 维持性DNMT（maintenance DNMT）：使DNA甲基化 的模式（pattern）在细胞分裂中得以保持（可遗传性） – 构建性DNMT（establishment DNMT; de novo DNMT）： 使非甲基化的DNA模板甲基化