DNA结合基序

• 另一种形式的反式剪接是在成熟的mRNA 非翻译部分5’端剪接上一段称为“剪接前 导序列”或小外显子的RNA片段。
第四节 RNA编辑
• RNA编辑（RNA editing）是在RNA分子上 出现的一种修饰现象。主要指mRNA在转 录后因插入、缺失或核苷酸的替换，改 变了DNA模板来源的遗传信息，从而翻 译出氨基酸序列不同的多种蛋白质。 • RNA编辑似乎是中心法则的例外。编辑扩 大了遗传信息，也可能是生物适应的一 种保护措施。
• mRNA寿命的延长增加了细胞内某种 mRNA的有效浓度，提高了蛋白质合成的 速度，这种翻译水平的调控方式称为翻 译扩增（translational amplification）。
第六节 翻译水平的调控
• 原核生物mRNA的半衰期很短，在翻译水平 上的调控对于基因表达的影响也很小。 mRNA的二级结构控制着翻译的起始，核糖 体蛋白的自体控制对蛋白质的合成起抑制 作用。 • 真核生物mRNA的半衰期比原核生物长的多， 因此翻译过程受调控的机会也较多。
一、可变剪接的方式
• 可变剪接可因mRNA前体的外显子或内含 子DNA序列中发生突变、缺失，影响5’或 3’剪接点的数目和位置。
• 与mRNA前体中内含子剪接点结合的各种 snRNP中，snRNA或蛋白质的异常则会剪 接效率大大降低。
• 有些基因常不止一个转录起始位点，在 不同的组织或不同的发育阶段由同一个 基因转录出不同的mRNA前体，以不同的 剪接方式产生有活性的蛋白质。
2．其他因子磷酸化对翻译的激活作用 • eIF-4B在促有丝分裂剂作用下，随eIF-4F 和核糖体蛋白S6一起，在细胞内被磷酸 化，激活起始因子eIF-4A和eIf-4B的活性。 3．eIF-2的磷酸化对翻译的抑制作用 • eIF-2α亚基的磷酸化会导致eIF-2与eIF-2B 紧密结合，直接影响了eIF-2的再利用， 引起翻译起始作用受阻，从而抑制蛋白 质的生物合成。
二、可读框的改变
• 可读框的改变主要是核苷酸的插入或缺 失。
• G或C的插入则往往是因为模板上连续几 个C（或G）之后，互补链因一种滑动力 而被添加到RNA中。
三、向导RNA
• 向导RNA（gRNA）是一种线粒体内转录 的短RNA（约55～70核苷酸），能以正常 碱基配对或GU配对的方式，选择其5’末 端“锚区”在mRNA上的互补序列，为随 后插入或缺失U提供模板。
第五节 mRNA稳定性的调控
• 真核生物mRNA的稳定性除了取决于分子 内本身的结构特征外，还受转录后修饰 和与蛋白质所形成的mRNP中蛋白质的种 类的影响。 • 真核生物细胞中，持家基因的mRNA的寿 命比较长，因为这些基因的产物是细胞 生命活动所必需的。
• 高等真核生物高度分化的细胞中，许多 mRNA极其稳定。
二、可变剪接的调控机制
1．SR蛋白家族的调控
• 剪接体的形成与多种蛋白质和RNA复合体密 切相关。在可变剪接上保守的SR磷蛋白家族 因子的参与起重要作用。 • SR蛋白家族以不同的质的组成与量的差异选 择特定的mRNA前体剪接位点，不同的SR家 族蛋白对适当的mRNA前体可以诱导出不同 选择的剪接方式，在选择剪接上起决定作用。
• 翻译水平的调控是真核生物基因表达多 级调控的重要环节之一。真核生物翻译 水平调控最普遍的机制是起始因子的磷 酸化。 • 蛋白质合成装置各元件装配活力的改变 是导致蛋白质翻译速率变化的主要因素。 翻译的速度和细胞生长的速度是密切协 调的。
一、翻译因子磷酸化调控
• 蛋白质合成因子的磷酸化状态与其对蛋 白质生物合成的激活或抑制作用密切相 关。 • 1． eIF-4F通过亚单位的可逆磷酸化对蛋 白质生物合成进行调控。 eIF-4E(α)和eIF4G(γ/P220)亚基的磷酸化对蛋白质的生物 合成有激活作用。
• 甲基化是一个可逆的过程，去除甲基或添 加甲基，可以特异性地重置基因的甲基化 状态。甲基化模式的改变发生在胚胎发生 时期。目前只确定了一种甲基酶可以将甲 基添加到CpG对上。 • 适当的靶基因甲基化可以防止它们的不适 当表达。
• 染色质重组装是指染色质或核小体的结 构、成分变化，这些变化具有转录调控 作用。在染色质重组装过程中，连接组 蛋白H1成分的时序变化以及核心组蛋白 的乙酰化，都对早期发育过程的转录调 控起了关键性的作用。染色质重组装控 制着早期转录抑制状态向激活状态的转 变，是母型基因控制向合子型基因控制 过渡（即所谓“中期囊胚转换 (midblastula transition, MBT）的重要途径。
• 亮氨酸拉链结构解释了为什么这种蛋白质 的目标序列总是没有间隔的反向重复序列。
四、结合相关靶DNA的同源域
• 同源（异型）框（homeobox)是一种编码由60 个氨基酸组成的结构域序列。由于最早在果 蝇的同源框基因座（其基因决定身体结构的 特点）中发现而得名。 • 同源（异型）框存在于许多真核生物的DNA 结合蛋白中，负责与DNA结合，与发育调控 有关。在一些动物的转录因子中也发现了与 同源框类似的短序列。
• 转录因子和组蛋白两者谁首先与控制位 点结合是起决定的因素。
• 复制时组蛋白八聚体的脱离为转录因子 结合DNA提供了机会，这些转录因子的 结合一直持续到下一个复制周期，抑制 了组蛋白八聚体的重新与DNA结合。 • 最近的实验结果认为组蛋白置换需要输 入能量。
九、基因表达与去甲基化的关系
• DNA的甲基化也是真核生物转录调控的 方式之一。启动子区的甲基化将抑制转 录的发生。 • 甲基化可以在两个等位基因上发生。也 可只发生在单个的等位基因上，这样就 可造成来自父方和母方基因表达的差异。
• 甲基化可以解释印记（imprinting)现象， 印记描述了来自两个亲本的等位基因之 间的行为差异。 • 甲基化发生在在特定的配子发生期间， 并且是可逆的。目前已经在小鼠中发现 了60多个发生甲基化的基因，大多与胚 胎的发育生长有关。其中一些基因与早 期胚胎发生相关，有的与胚后发育有关。
• DNA的甲基化发生在特定位点上。动物细 胞DNA的胞嘧啶2％－7％发生甲基化。大 多数甲基化基因发生于CG联体。 • 甲基化基因没有激活，而未甲基化基因有 表达活性。因此活性基因称为甲基化不足 （undermethylation)基因。
螺旋-环-螺旋结构
• 此基序长40－50个氨基酸残基，其中含两 个既亲水又亲脂的α- 螺旋 ，α-螺旋被不同 长度的环（连接区）分开。 • 大多数HLH蛋白有一与HLH基序相邻的强碱 性的区域，它是与DNA结合必需的，含有 此区的HLH称为bHLH蛋白。
亮氨酸拉链结构
• 亮氨酸拉链是一个富含亮氨酸残基的结 构域，参与形成二聚体。在每个拉链蛋 白中都有一个与重复的亮氨酸相邻的高 碱性区，该区可能含一个DNA结合点。 • 亮氨酸拉链形成的二聚体构成茎，分叉 对称的两个碱性区形成臂，与DNA结合。 这种结构称为bZIP基序。
锌指基序
• 锌指基序是由保守氨基酸的小基团与锌 离子结合形成类似手指状的DNA结合结 构域。 • 锌指基序是DNA结合蛋白的一个通用基 序，锌指结构通常由相对独立的结构域 串连重复排列在一起而形成。
• 通用转录因子SP1有一个DNA结合域， 含3个锌指基序。
• 已知的锌指结构主要发现于促进RNA聚合 酶II和RNA聚合酶III转录的转录因子中。 • 典型的锌指蛋白—TFⅡA与5S rRNA基因及 产物5S rRNA都结合。
八、基因激活的占先模型
• 真核生物细胞的DNA与组蛋白组成核小体结 构，如果启动子区处在核小体内，转录的起 始通常会被抑制。 • 基因激活占先模型模型认为，转录因子与组 蛋白之间在占有DNA上存在竞争，且无论谁 先占领DNA上的位点，都不能被另一方替换。
• 基因激活占先模型的一个重要特点是如 果不形成核小体构型，DNA上必需存在 转录因子。如果DNA 复制时没有某种转 录因子，核小体形成，不能转录。
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2．RNP的调节
• hnRNP-A1在不同组织中的含量变化很大， 不参与组成性剪接。在选择5’和3’剪接点 时具有可变剪接活性，成为参与可变剪 接的调节因子，在体内与SR蛋白共同调 节组织特异性的剪接。
• U5hnRNP在酵母中参与5’剪接点突变的可 变剪接。
3．外显子限定模型
• 真核细胞mRNA前体中内含子远远大于外 显子，5’与3’剪接位点可以跨越数万个核 苷酸准确地组合在剪接体中。
• 有证据表明，在前速激肽原mRNA前体的 可变剪接中，外显子下游的5’剪接位点可 影响其上游内含子3’的剪接。
三、反式剪接
• 剪接过程一般发生同一个RNA分子的内部， 即通过剪接将一个RNA分子内的内含子剪 掉，使外显子连接在一起，这种剪接方 式称为顺式剪接（cis-splicing）。
• 两种不同来源的RNA前体分子的内含子之 间具有互补序列时，也可以发生反式剪 接（trans-splicing）。
三、DNA结合基序
• 对各种转录因子的序列进行比较，可发 现其基序（motif）的共同点是都与DNA 结合。 • 基序通常很短，仅为蛋白质结构的一小 部分。
典型的DNA结合基序包括：
• 锌指结构（zinc finger）基序 • 螺旋-环-螺旋（helix-loop-helix, HLH) • 亮氨酸拉链（leucine zipper)
第三节 mRNA前体的可变剪接
• mRNA前体通过不同方式的剪接，可由一 个基因的转录产物产生出不同的成熟 mRNA，从而翻译出不同的蛋白质的过程 称为可变剪接（alternative splicing）或选 择性剪接。 • 来自一个基因的mRNA前体因可变剪接产 生多种成熟mRNA，翻译出不同的蛋白质， 或形成一组相似的蛋白质家族，都可称 为同工型蛋白质（isoform）。
一、核苷酸的替换
1．Ｃ→U替换 • 最典型的例子是载脂蛋白B的RNA编辑。Ｃ →U替换使Apo-B 100 CAA编码的谷氨酰胺突 变为UAA的终止密码子，产生编码Apo-B48 的mRNA。在蛋白质水平上只保留了ApoB100分子N端脂蛋白装配结构域，缺少了C 端低密度脂蛋白受体结合区。
2．A→I替换 • 在β珠蛋白、c-Myc、成纤维细胞生长因 子基因中都有因A→I替换使互补链的U被 RNA酶A水解的现象。