第十一章真核基因表达调控.ppt

真核基因表达调控 真核生物基因表达调控的复杂性 真核生物（除酵母、蓝藻和原生动物之外）由多细胞组成，每个细胞内基因数量及基因总量大大高于原核生物； 真核生物基因组DNA中还含有重复序列和内含子； 真核生物DNA与蛋白质结合形成复杂的染色质结构； 真核生物的染色质包裹于核内，基因的转录和翻译被核膜隔开，增加了真核生物转录的深度和广度 真核生物基因调控的不同类型 瞬时调控或可逆性调控：相当于原核生物细胞对环境变化所作出的反应，包括某种底物或者激素水平升降时或细胞不同阶段中酶活性的调节； 发育调控或不可逆调控：决定真核细胞生长分化发育的全部进程。 真核生物基因调控的不同类型 1. 真核生物DNA水平上的表达调控 真核生物的转录在常染色质上进行； 转录前，染色质解旋松弛形成自由DNA 核小体结构的改变，DNA本身局部结构的改变等 结构基因暴露，转录因子与启动区DNA结合，起始基因转录。 DNA酶处理各种组织的染色质，处于活跃状态的基因比非活跃状态的基因更易被降解； 灯刷型染色体，DNA充分伸展的状态；尿嘧啶核苷酸标记表明最活跃的转录区DNA结构较为伸展，形成蓬松区； 小鼠细胞非活化染色质的研究表明基因活跃表达时，核小体为伸展状态；转录终止时，核小体重新成为压缩状态。表明核小体的伸展、压缩状态是可逆的。 1.2 基因扩增 基因扩增是某些基因拷贝数专一性大量增加的现象； 基因扩增使细胞中短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需求。 例子：非洲爪蟾卵母细胞的rRNA基因 500?2,000,000 满足卵裂期和胚胎期合成大量蛋白质的需要。 1.3 基因重排与转换 基因重排：将一个基因从远离启动子的位置移至近启动子位点上从而启动转录的现象； 基因转换：酵母通过交配型转换的方式改变自己的性别的现象，称为基因转换。 1.2 DNA 甲基化与表达调控 DNA methylase 甲基化转移酶：包括日常性甲基化转移酶和从头合成型甲基化转移酶; 日常性甲基化转移酶是遗传DNA甲基化状态最重要的酶类，它可以在甲基化母链模板的指导下甲基化新合成链的相应位点，使DNA迅速由半甲基化状态转变为完全甲基化状态，即参与甲基化的维持（maintenance）; 从头合成型甲基化转移酶可以催化未甲基化的CpG成为mCpG，此过程不需母链指导，但速度很慢。但这一类甲基化酶是特异基因受甲基化调控的主要因子，在基因表达的表观遗传学调控中起十分重要的作用。 甲基化调控基因转录的机制 DNA甲基化导致DNA构象发生变化，影响了蛋白质与DNA的相互作用，抑制了转录因子与启动区DNA的结合效率。 甲基化达到一定程度时，发生B-DNA向Z-DNA导过渡。Z-DNA结构收缩，螺旋加深，与蛋白因子结合的一些原件缩入大沟而不利于结构基因的转录 利用相同序列但甲基化程度不同的DNA为模板研究RNAP的活性时，甲基化程度高不利于RNAP与模板的结合，降低了体外转录活性 DNA甲基化可以使特定的阻遏物结合到DNA上阻遏转录。 弱启动子上稀少甲基化就使转录失活；加上一增强子，不需去甲基化就恢复转录活性；若进一步提高甲基化程度，仍无活性 人a-珠蛋白基因，小鼠a-珠蛋白基因和人y-珠蛋白基因的CpG密度依次降低； 未甲基化3基因都能表达，全部甲基化都不表达； 引入增强子后，全部甲基化的小鼠a-珠蛋白基因和人y-珠蛋白基因能表达； 引入增强子后，部分甲基化的人a-珠蛋白基因表达，全部甲基化后不表达。 2. 转录水平的调控 增强子作用机制 影响模板附近的DNA双螺旋结构，导致DNA双螺旋弯折或在反式作用因子的参与下，以蛋白质之间的相互作用为媒介形成增强子与启动子之间的成环结构，激活基因转录； 将模板固定于细胞核内固定位置，有利于拓扑异构酶改变DNA双螺旋，促进RNAPII在DNA上的结合和滑动； 增强子区可以作为反式作用因子或RNAPII进入染色质的入口. 三种真核生物RNAP起始转录的特点 转录起始复合物的形成过程 各种转录因子的作用 RNAP I： rRNA转录的起始 转录因子结构域结构 转录因子结合启动子的特定结构（上游调控原件或增强子）； 转录因子有两种独特的活性：与DNA原件特异性结合，激活转录； 这两种活性由不同的蛋白结构域执行，分别为DNA结合结构域和转录激活结构域 许多转录因子以同型或者异型二聚体存在； 还有一些转录因子有配体结构域，可以附加小分子调控转录因子自身的活性。 DNA结合域1—螺旋-转角-螺旋结构域 这类结构域的特点是它的DNA结合域包含一个60个氨基酸的同源域 蛋白质中至少有2个a-螺旋，中间有氨基酸形成转折， 与DNA发生作用时，识别的螺旋处于大沟中，其他的螺旋靠在外侧，N-的延伸部分氨基酸与DNA小沟结合 近羧基端a-螺旋中氨基酸的替换会影响