真核生物基因表达调控
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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)。
人体发育过程中不同类型β -珠蛋白的含量变化
（二）空间特异性
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)。
rRNA, actin, tubulin are commonly used as loading control in RT-PCR or Northern blot
（二）诱导和阻遏表达
在特定环境信号刺激下，相应的基因被激 活，基因表达产物增加，这种基wenku.baidu.com称为可诱导 基因 (inducible genes)。
Regulation of Gene Expression
Chromatin
epigenetic control
Protein degradation RNA silencing
一般而言的基因表达调控范畴
二、基因表达的时间性及空间性
（一）时间特异性
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
单个基因
单个细胞
Genome (cell’s repertoire of DNA)
Transcriptome (cell’s repertoire of RNA transcripts)
中心法则
Proteome (cell’s repertoire of proteins)
一、基因表达的概念
•基因组(genome) 一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整 套基因。 •基因表达(gene expression) 基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学功 能的蛋白质分子或RNA分子的过程。 •基因表达调控(gene regulation, or regulation of gene expression) 基因表达是受内源及外源信号调控的。
(一) RNA聚合酶
启动子、调节序列和调节蛋白通过DNA-蛋白质相互作
用、蛋白质-蛋白质相互作用影响RNA聚合酶活性。
RNA Pol I: rRNA, 相对活性50-70% RNA Pol II: mRNA,相对活性20-40% RNA Pol III: tRNA,相对活性10% RNA Pol IV: small ncRNA,相对活性??
真核基因转录起始的调控
Eukaryotic gene expression is usually controlled at the level of initiation of transcription.
（二）特异DNA序列
真核生物基因组中含有可以调控自身基因表达活性的特异DNA
序列，称为顺式作用元件 (cis-acting element)。 顺式作用元件能够被转录调节蛋白特异识别和结合，从而影 响基因表达活性。 启动子 (promoter)
顺式作用元件又分
增强子 (enhancer)
沉默子 (silencer)
DNA En/Si
转录起始点 Pro
编码序列
（三）真核基因的调节调节蛋白
反式作用因子 (trans-acting factor)
能直接或间接与顺式作用元件相互作用，进而调控基 因转录的一类调节蛋白，统称为反式作用因子。
按其功能不同，常有以下三类：
基本转录因子 :识别promoter元件
转录调节因子:识别enhancer或silencer
这类调节蛋白能识别并结合转录起始点的上游序列和远 端的增强子元件，通过DNA－蛋白质相互作用而调节转录活性。 决定不同基因的时间、空间特异性表达. 转录激活因子(transcriptional activator)
转录阻遏因子(transcriptional repressor) 3. 共调节因子 (transcriptional regulator/ co-factor) 首先与转录因子发生蛋白－蛋白相互作用，进而影响它 们的分子构象，以调节转录活性,本身无DNA结合活性。 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。
一般而言，基因表达调控主要是发生在基因转录 水平上的调节，即：mRNA合成的多少。
1. Transcripts （转录本） begin and end beyond the coding region (5’UTR and 3’UTR) 2. The primary transcript is processed by: 5’ capping 3’ formation / polyA splicing 3. Mature transcripts are transported to the cytoplasm for translation
第八章
真核基因表达调控
Eukaryotic Gene Expression and Regulation
本章主要内容
1.基因表达与调控的基本概念与原理
2.转录水平的调控(transcriptional regulation):
DNA level (Genetic) Chromatin level (Epigenetic)
--highly sequence-dependent --varied regulation for different genes
cis-acting elements: promoters/regulatory sequences of genes trans-acting factors: proteins and RNAs that bind cis-elements and promote or repress gene expression
三、基因表达的方式
按对刺激的反应性，基因表达的方式分为： （一）组成性表达 (constitutive expression) 某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持 续表达，通常被称为管家基因(housekeeping
gene)。
Housekeeping genes
– genes for essential cellular structures and metabolic pathways (e.g. rRNA, actin, tubulin) – usually expressed at high level – the level of their gene expression may vary 这类基因表达又称为组成性基因表达 (constitutive gene expression)。
3.转录后水平的调控(post-transcriptional regulation)：
RNA interference （RNAi） Protein degradation （Ubiquitin/proteasome）
第一节 基本概念与原理
Basic Concepts and Principles
TBP: TATA-box binding protein
TAF TAF
TFⅡA
TAF
TFⅡH TFⅡB
TFII: pol II associated TF
DNA
TBP
TATA
RNA聚合酶Ⅱ在转录因子帮助下，形成的转录起始复合物
2. 转录调节因子 (transcription factor, TF)
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)。
BARD1 is expressed specifically in the apical domains of Arabidopsis inflorescence (A), ovules (B), anthers (C), and embryos (D).
如果基因对环境信号应答是被抑制，这种
基因是可阻遏基因 (repressible genes)。
基因表达调控大多数是对这些基因的转 录和翻译速率的调节,从而导致其编码产 物的水平发生改变，影响其功能。
四、基因表达调控的生物学意义
（一）维持细胞增殖、分化
（二）维持个体生长、发育 （三）适应环境变化
第九、十章（基因与疾病、基因与发育）将要讲到
NANOS
mRNA
第十章（基因和发育）
protein
Facts
• Identical genome: Virtually every cell in an organism contains a complete set of genes • Spatial specificity: But they are not all turned on in every cell or tissue • Temporal specificity: Each cell of an organism expresses a distinctive subset of genes at different time or developmental stage • Tight regulation: During development different cells express different sets of genes in a precisely regulated fashion
蛋白质-蛋白质结合域 （dimerization, co-factors）
1） TF最常见的DNA binding domain
Zinc Finger bZIP
Homeodomain
bHLH
(1) 锌指(zinc finger)
Cys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X3-His
C-terminal: α-helix binding DNA
常结合GC box
(2) 碱性亮氨酸拉链 bZIP
(3) 碱性螺旋-环-螺旋bHLH
bHLH蛋白(basic Helix-Loop-Helix)
2） TF常见的trans-activation domain
(Activation domain is interchangeable)
In suit hybridization A, B, C, D: antisense BARD1 probe; E: sense BARD1 probe as a negative control.
（朱玉贤第五章课件）
BICOID
四种母源影响基因的 mRNA和蛋白沿果蝇 胚胎前-后轴分布的 浓度变化图
transcription
五、基因转录调节基本要素
（一）RNA聚合酶 (RNA Polymerase)
（二）特异DNA序列 (cis-acting elements)
（三）调节蛋白 (trans-acting factors)
Gene expression regulation at the level of DNA (transcriptional regulation)
Interaction Assays
Design of Two-hybrid / Three-hybrid /etc…
separable functional domains
Two-hybrid assay (protein-protein)
Tri-hybrid assay (protein-RNA)
共调节因子：不能进行DNA-蛋白质相互作用
1. 基本转录因子 (general transcription factor, GTF)
是指能够直接或间接与启动子核心序列TATA盒特异结合、 并启动转录的一类调节蛋白。
holoenzyme
TAF: TBP associated factors
TFⅡF polⅡ
常见转录因子的结构域 (domain)
TF
DNA结合域 （DNA binding domain)
Basic AA (K/R) rich, positively charged 酸性激活域 (D/E-rich) 谷氨酰胺(Q)富含域 脯氨酸(P)富含域
转录激活域
(trans-activation domain)
多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶
段特异性(stage specificity)。
人体发育过程中不同类型β -珠蛋白的含量变化
（二）空间特异性
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)。
rRNA, actin, tubulin are commonly used as loading control in RT-PCR or Northern blot
（二）诱导和阻遏表达
在特定环境信号刺激下，相应的基因被激 活，基因表达产物增加，这种基wenku.baidu.com称为可诱导 基因 (inducible genes)。
Regulation of Gene Expression
Chromatin
epigenetic control
Protein degradation RNA silencing
一般而言的基因表达调控范畴
二、基因表达的时间性及空间性
（一）时间特异性
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
单个基因
单个细胞
Genome (cell’s repertoire of DNA)
Transcriptome (cell’s repertoire of RNA transcripts)
中心法则
Proteome (cell’s repertoire of proteins)
一、基因表达的概念
•基因组(genome) 一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整 套基因。 •基因表达(gene expression) 基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学功 能的蛋白质分子或RNA分子的过程。 •基因表达调控(gene regulation, or regulation of gene expression) 基因表达是受内源及外源信号调控的。
(一) RNA聚合酶
启动子、调节序列和调节蛋白通过DNA-蛋白质相互作
用、蛋白质-蛋白质相互作用影响RNA聚合酶活性。
RNA Pol I: rRNA, 相对活性50-70% RNA Pol II: mRNA,相对活性20-40% RNA Pol III: tRNA,相对活性10% RNA Pol IV: small ncRNA,相对活性??
真核基因转录起始的调控
Eukaryotic gene expression is usually controlled at the level of initiation of transcription.
（二）特异DNA序列
真核生物基因组中含有可以调控自身基因表达活性的特异DNA
序列，称为顺式作用元件 (cis-acting element)。 顺式作用元件能够被转录调节蛋白特异识别和结合，从而影 响基因表达活性。 启动子 (promoter)
顺式作用元件又分
增强子 (enhancer)
沉默子 (silencer)
DNA En/Si
转录起始点 Pro
编码序列
（三）真核基因的调节调节蛋白
反式作用因子 (trans-acting factor)
能直接或间接与顺式作用元件相互作用，进而调控基 因转录的一类调节蛋白，统称为反式作用因子。
按其功能不同，常有以下三类：
基本转录因子 :识别promoter元件
转录调节因子:识别enhancer或silencer
这类调节蛋白能识别并结合转录起始点的上游序列和远 端的增强子元件，通过DNA－蛋白质相互作用而调节转录活性。 决定不同基因的时间、空间特异性表达. 转录激活因子(transcriptional activator)
转录阻遏因子(transcriptional repressor) 3. 共调节因子 (transcriptional regulator/ co-factor) 首先与转录因子发生蛋白－蛋白相互作用，进而影响它 们的分子构象，以调节转录活性,本身无DNA结合活性。 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。
一般而言，基因表达调控主要是发生在基因转录 水平上的调节，即：mRNA合成的多少。
1. Transcripts （转录本） begin and end beyond the coding region (5’UTR and 3’UTR) 2. The primary transcript is processed by: 5’ capping 3’ formation / polyA splicing 3. Mature transcripts are transported to the cytoplasm for translation
第八章
真核基因表达调控
Eukaryotic Gene Expression and Regulation
本章主要内容
1.基因表达与调控的基本概念与原理
2.转录水平的调控(transcriptional regulation):
DNA level (Genetic) Chromatin level (Epigenetic)
--highly sequence-dependent --varied regulation for different genes
cis-acting elements: promoters/regulatory sequences of genes trans-acting factors: proteins and RNAs that bind cis-elements and promote or repress gene expression
三、基因表达的方式
按对刺激的反应性，基因表达的方式分为： （一）组成性表达 (constitutive expression) 某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持 续表达，通常被称为管家基因(housekeeping
gene)。
Housekeeping genes
– genes for essential cellular structures and metabolic pathways (e.g. rRNA, actin, tubulin) – usually expressed at high level – the level of their gene expression may vary 这类基因表达又称为组成性基因表达 (constitutive gene expression)。
3.转录后水平的调控(post-transcriptional regulation)：
RNA interference （RNAi） Protein degradation （Ubiquitin/proteasome）
第一节 基本概念与原理
Basic Concepts and Principles
TBP: TATA-box binding protein
TAF TAF
TFⅡA
TAF
TFⅡH TFⅡB
TFII: pol II associated TF
DNA
TBP
TATA
RNA聚合酶Ⅱ在转录因子帮助下，形成的转录起始复合物
2. 转录调节因子 (transcription factor, TF)
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)。
BARD1 is expressed specifically in the apical domains of Arabidopsis inflorescence (A), ovules (B), anthers (C), and embryos (D).
如果基因对环境信号应答是被抑制，这种
基因是可阻遏基因 (repressible genes)。
基因表达调控大多数是对这些基因的转 录和翻译速率的调节,从而导致其编码产 物的水平发生改变，影响其功能。
四、基因表达调控的生物学意义
（一）维持细胞增殖、分化
（二）维持个体生长、发育 （三）适应环境变化
第九、十章（基因与疾病、基因与发育）将要讲到
NANOS
mRNA
第十章（基因和发育）
protein
Facts
• Identical genome: Virtually every cell in an organism contains a complete set of genes • Spatial specificity: But they are not all turned on in every cell or tissue • Temporal specificity: Each cell of an organism expresses a distinctive subset of genes at different time or developmental stage • Tight regulation: During development different cells express different sets of genes in a precisely regulated fashion
蛋白质-蛋白质结合域 （dimerization, co-factors）
1） TF最常见的DNA binding domain
Zinc Finger bZIP
Homeodomain
bHLH
(1) 锌指(zinc finger)
Cys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X3-His
C-terminal: α-helix binding DNA
常结合GC box
(2) 碱性亮氨酸拉链 bZIP
(3) 碱性螺旋-环-螺旋bHLH
bHLH蛋白(basic Helix-Loop-Helix)
2） TF常见的trans-activation domain
(Activation domain is interchangeable)
In suit hybridization A, B, C, D: antisense BARD1 probe; E: sense BARD1 probe as a negative control.
（朱玉贤第五章课件）
BICOID
四种母源影响基因的 mRNA和蛋白沿果蝇 胚胎前-后轴分布的 浓度变化图
transcription
五、基因转录调节基本要素
（一）RNA聚合酶 (RNA Polymerase)
（二）特异DNA序列 (cis-acting elements)
（三）调节蛋白 (trans-acting factors)
Gene expression regulation at the level of DNA (transcriptional regulation)
Interaction Assays
Design of Two-hybrid / Three-hybrid /etc…
separable functional domains
Two-hybrid assay (protein-protein)
Tri-hybrid assay (protein-RNA)
共调节因子：不能进行DNA-蛋白质相互作用
1. 基本转录因子 (general transcription factor, GTF)
是指能够直接或间接与启动子核心序列TATA盒特异结合、 并启动转录的一类调节蛋白。
holoenzyme
TAF: TBP associated factors
TFⅡF polⅡ
常见转录因子的结构域 (domain)
TF
DNA结合域 （DNA binding domain)
Basic AA (K/R) rich, positively charged 酸性激活域 (D/E-rich) 谷氨酰胺(Q)富含域 脯氨酸(P)富含域
转录激活域
(trans-activation domain)