《现代分子生物学》第八章-真核生物基因表达调控.pptVIP

第一节 概述 真核生物和原核生物在基因表达调控上有以下几点不同： 1. 真核生物的转录激活总是伴随着转录区染色质结构的变化。 2. 基因表达调控一般以正调控为主。 3.真核生物的转录和翻译在时间和空间上是分离的，调控的环节更多，复杂性更高。 4 真核生物基本上是采取逐个基因调控表达的形式。 真核生物转录的起始是基因表达调控最主要的步骤。 真核生物基因的表达能在几个连续步骤中的任一步中以基因特有（gene specific）的方式受到调控。 真核生物体内各种细胞表型的差异主要是编码蛋白质的基因的表达不同引起的。这些编码蛋白质的基因都经过RNA聚合酶Ⅱ转录。 DNA水平的调控 染色质丢失 低等生物及动物红细胞，不可逆 基因扩增 基因重排 基因片段改变原衔接顺序，重排为完整的转录单位 DNA甲基化 与基因的表达成反比关系 直接改变基因的构型影响转录因子与顺式作用元件结合 5′端调控序列甲基化后与核内甲基化CG序列结合蛋白结合 DNaseⅠ高敏感区为去甲基化的标志 真核细胞会发生基因扩增(gene amplification)，即基因组中的特定段落在某些情况下会复制产生许多拷贝。基因的扩增无疑能够大幅度提高基因表达产物的量，但这种调控机理至今还不清楚。 真核生物基因表达调控的主要控制点包括： 1. 基因结构的激活（基因的活化） 2. 处于活化状态基因的转录由转录起始阶段控制。 3. 转录过程中的调控 4. 转录产物的后加工 除了加帽、加尾、去除内含子和连接外显子以外，在核RNA水平上，真核生物还可以通过改变剪接类型实现调控蛋白质产物的类型。 5. 胞浆中一个特定的mRNA是否被翻译仍被调控。 基因结构的激活（基因的活化） 染色质的结构、染色质中DNA和组蛋白的结构状态都影响基因的活化，有以下现象： （1）染色质结构影响基因转录。　异染色质(heterochromatin) 中从未见有基因转录表达； （2）组蛋白的作用，可能扮演了非特异性阻遏蛋白的作用；核小体结构中的组蛋白乙酰化(acetylation)和泛素化(ubiquitination)，以及H3组蛋白巯基化等现象，都是核小体不稳定或解体的因素或特征。转录活跃的区域也常缺乏核小体的结构。这些都表明核小体结构影响基因转录。 （3）转录活跃区域对核酸酶作用敏感度增加。对DNase Ⅰ高敏感点多在调控蛋白结合位点的附近，该区域核小体的结构发生变化，可能有利于调控蛋白 结合而促进转录。 　 （4）DNA拓扑结构变化。 RNA聚合酶转录方向前方DNA的构象是正性超螺旋，正性超螺旋会拆散核小体，有利于RNA聚合酶向前移动转录； （5）DNA碱基修饰变化　甲基化最常发生在某些基因5′侧区的CpG序列中，实验表明这段序列甲基化可使其后的基因不能转录，甲基化可能阻碍转录因子与DNA特定部位的结合从而影响转录。 由此可见，染色质中的基因转录前先要有一个被激活的过程，但目前对激活机制还缺乏认识。 细胞中处于“活化”状态的基因才得到表达，变成“活化”结构是基因表达的第一步。核心组蛋白N末端乙酰化修饰与基因调控有关。“活化基因”与核心组蛋白乙酰化的增强有密切关系。 最近关于组蛋白乙酰化与转录过程的直接联系已有报道。 普遍认为，其N端尾链的正电荷性很可能与转录因子发生竞争，夺取DNA磷酸骨架的负电荷性，因此特定赖氨酸残基的乙酰化大大降低了组蛋白-DNA的相互作用，把染色体从抑制状态下释放出来，激活转录。 因此，对核心组蛋白乙酰化的调节，是基因调控的一个控制点 。 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。 第二节 真核生物基因转录调控 真核生物绝大多数基因调控发生在转录起始阶段，但由于基因表达的控制可发生在多个阶段，因此RNA产物的产生并不一定会形成蛋白质产物。 组织特异性基因表达调控是真核细胞分化的核心。控制胚胎发育的转录因子大多具有这方面的特点。 一、基因转录的顺式调控元件 真核基因的顺式作用元件按照功能可以分为启动子、增强子以及沉寂子。 （一） 启动子的选择 RNA聚合酶Ⅱ的启动子有含有TATA框的典型启动子和不含TATA框的非典型启动子两种。 TATA框是核心启动子中有效的定位成分，也是上游启动子和增强子产生诱导效应所必需的。 2．非典型的启动子 少数基因没有典型的TAT