第13章基因表达调控预案.ppt

第13章 基因表达调控 Regulation of Gene Expression 第一节基因表达调控的基本概念 第三节  原核基因表达调节 第四节  真核基因表达调节 五、RNA Pol II转录终止的调节机制尚不清楚 （一）HIV基因组转录终止调节 （二）热休克蛋白基因的转录终止调节 病毒蛋白Tat与转录产物5′端特异RNA序列结合，并与宿主蛋白质、RNA Pol II相互作用，阻止HIV基因组转录的提早终止。 在应激条件下暂时性停止大多数基因的转录和翻译，启动一套能够提高细胞生存能力的蛋白质即热休克蛋白(heat shock protein)的表达。 六、转录后水平的调节也是基因表达调控的重要环节 （一）hnRNA加工成熟的调节 （二）mRNA运输、胞浆内稳定性的调节 加工过程包括加帽、加尾、剪接、碱基修饰和编辑等。 通过与蛋白质结合形成核蛋白体复合物(ribonucleoprotein, RNP)进行。 七、基因表达在翻译水平以及翻译后阶段仍然可以受到调节 （一）对翻译起始因子活性的调节主要通过磷酸化修饰进行 蛋白质合成速率的快速变化在很大程度上取决于起始水平，通过磷酸化调节翻译起始因子（eukaryotic initiation factor, eIF）的活性对起始阶段有重要的控制作用。 （二）RNA结合蛋白参与了对翻译起始的调节 RNA结合蛋白（RNA binding protein, RBP），是指那些能够与RNA特异序列结合的蛋白质。 基因表达的许多调节环节都有RBP的参与，如前述转录终止、RNA剪接、RNA转运、RNA胞浆内稳定性控制以及翻译起始等。 （三）对翻译产物水平及活性的调节可以快速调控基因表达 新合成蛋白质的半衰期长短是决定蛋白质生物学功能的重要影响因素。因此，通过对新生肽链的水解和运输，可以控制蛋白质的浓度在特定的部位或亚细胞器保持在合适的水平。 许多蛋白质需要在合成后经过特定的修饰才具有功能活性。通过对蛋白质的可逆的磷酸化、甲基化、酰基化修饰，可以达到调节蛋白质功能的作用，是基因表达的快速调节方式。 是一大家族小分子非编码单链RNA，长度约20~25个碱基，由一段具有发夹环结构，长度为70~90个碱基的单链RNA 前体(pre-miRNA)经Dicer酶剪切后形成。 （四）小分子RNA对基因表达的调节十分复杂 1．微小RNA (microRNA, miRNA) 其长度一般为20~25个碱基； 在不同生物体中普遍存在； 其序列在不同生物中具有一定的保守性； 具有明显的表达阶段特异性和组织特异性； miRNA 基因以单拷贝、多拷贝或基因簇等多种形式存在于基因组中，大多位于基因间隔区。 miRNA的特点： 是细胞内一类双链RNA(double-stranded RNA，dsRNA)在特定情况下通过一定酶切机制，转变为具有特定长度(21~23个碱基)和特定序列的小片段RNA。 双链siRNA参与RISC组成，与特异的靶mRNA完全互补结合，导致靶mRNA降解，阻断翻译过程。 由siRNA介导的基因表达抑制作用被称为RNA干涉(RNA interference，RNAi)。 2．小干扰RNA (small interfering RNA, siRNA) 图13-10 RNA干扰作用机制（新图） 30bp 双链RNA（dsRNA） 水解生成 21-23nt siRNA 5’ 3’ 3’ 5’ RISC形成 识别特异序列 并使其降解 RNA干扰作用机制 发育过程的调节 抑制转座子活性和病毒感染 生物学效应 不需完全互补 需完全互补 靶mRNA 结合 阻遏其翻译 降解mRNA 功能 单链分子 双链分子 结构 内源发夹环结构的转录产物 内源或外源长双链RNA诱导产生 前体 miRNA siRNA siRNA 和miRNA的差异比较 mRNA 阻遏蛋白 有乳糖存在时 I DNA Z Y A O P pol 启动转录 mRNA 乳糖 半乳糖 β-半乳糖苷酶 图13-4 lac 操纵子与阻遏蛋白的负性调节 + + + + 转录 无葡萄糖，cAMP浓度高时 有葡萄糖，cAMP浓度低时 2、CAP的正性调节 Z Y A O P DNA CAP CAP CAP CAP CAP CAP 3、协调调节 当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能发挥作用。 如无CAP存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合，操纵子仍无转录活性。 单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在时，细菌首先利用葡萄糖。葡萄糖对 lac 操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏(catabolic repression)。 mRNA 低半乳糖时 高半乳糖时 葡萄糖低 cAMP