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基因的表达与调控（下）基因的表达与调控（下）

真核生物基因表达的调控真核生物基因表达的调控

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☻ 真核基因表达调控的最显著特征是能在特定时间和特定的细胞中激活特定的基因，从而实现“预定”的、有序的、不可逆转的分化、发育过程，并使生物的组织和器官在一定的环境条件范围内保持正常功能。

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☻ 真核生物基因调控，根据其性质可分为两大类：

第一类是瞬时调控或称可逆性调控，它相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反应，包括某种底物或激素水平升降及细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调节。 第二类是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的精髓部分，它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。

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☻ DNA 水平调控（ DNA regulation ） ;

转录水平调控（ transcriptional regulation ）；

转录后水平调控（ post transcriptional regulation ）；

翻译水平调控（ translational regulation ）；

蛋白质加工水平的调控（ regulation of protein maturatio

n ）等。

根据基因调控在同一事件中发生的先后次序又可分为：

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真核基因组的复杂性

与原核生物比较，真核生物的基因组更为复杂，

真核基因组比原核基因组大得多；

真核生物主要的遗传物质与组蛋白等构成染色质，被包裹在核膜内，核外还有遗传成分 ( 如线粒体 DNA 等 ) ；

二倍体；

单顺贩子；真核细胞的许多活性蛋白是由相同和不同的多肽形成的亚基构成的，这就涉及到多个基因协调表达的问题。

大量的重复序列；不连续基因；

增加了基因表达调控的层次和复杂性。

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原核生物 真核生物

　　操纵元调控。 　　多样化调控，更为复杂。　　

基因组小，大肠杆菌：总长 4.6×106bp, 编码 4288 个基因 , 每个基因约 1100bp 。

　　

基因组大，人类基因组全长 3×109 bp，编码 10 万个基因，其余为重复序列。

　 　基因分布在同一染色体上，操纵元控制。

　　

DNA 与组蛋白结合成染色质，染色质的变化调控基因表达；基因分布在不同的染色体上，存在不同染色体间基因的调控问题。　　

适应外界环境，操纵元调控表达。

　　 基因差别表达是细胞分化和功能的核心。

　　转录和翻译同时进行，大部分为转录水平调控。

　　

转录和翻译在时间和空间上均不同，从 DNA 到蛋白质的各层次上都有调控，但多数为转录水平调控

真核生物的基因表达调控要比原核复杂得多

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◆ 多级调控

DNA 水平基因丢失基因扩增基因重排甲基化修饰染色质的结构状态

RNA 水平转录水平调控RNA 的转录后加工mRNA 向胞浆转运mRNA 稳定性

蛋白质水 平

翻译过程翻译后加工蛋白质的稳定性

一、真核生物调控的特点一、真核生物调控的特点

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◆ 基因表达以正调控为主基因表达以正调控为主◆ 转录与翻译在不同的区域进行转录与翻译在不同的区域进行◆无操纵子和衰减子◆个体发育复杂◆受环境影响较小

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1 、基因家族（ gene family ） A 定义： 真核基因组中来源相同，结构相似，功能相关的一组基因。可能由某一共同祖先基因 (ancestral gene) 经重复 (duplication) 和突变产生。

B 特点： ◆家族成员可以分布于不同染色体上 ◆可集中于一条染色体上，串联排列在一起，形成基因簇 (gene cluster)

◆有些成员不产生有功能的基因产物，这种基因称为假基因 (Pseudogene)

一） DNA 水平上的调控

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1 ）简单基因家族

◆ 特点： 家族成员串联排列在一起 组成一个转录单位◆ 代表 : rRNA 基因家族 ( 重复单元 28S 、 18S 、 5.8s-rRNA)

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2 ）复杂基因家族

◆ 特点： 相关基因家族排列在一起，之间有间隔序列， 独立的转录单位◆ 代表 : 组蛋白基因家族

间隔区

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3）发育相关复杂基因家族◆特点： 分布在不同的染色体上 独立的转录单位 基因顺序与表达顺序相关◆代表 :珠蛋白基因家族

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4 ）假基因 (Pseudogene)

◆ 核苷酸序列同其相应的正常功能基因基本相同，但却不能合成出功能蛋白质的失活基因。一般都不被转录 ,且没有明确生理意义 , 可能是产生一种功能性非编码 RNA, 调节来自其等位编码基因的 mRNA 的稳定性 ◆根据其来源可分为 复制假基因 已加工假基因 完全缺失存在于功能基因中的间隔序列 无 5’端调控序列 3’末端紧接着有多聚腺嘌呤尾 两端常被 7～ 21bp 的正向重复序列包围

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果蝇的 sex－ lethal 基因转移到小鼠体内，大多数小鼠表现正常，但有一个品系的小鼠在幼年期全部死亡。研究发现， sex－lethal 基因插入到 makorin1－ p1 假基因中部，破坏了该假基因的转录。如果将假基因 makorin1－ p1敲除， makorin1 基因将被关闭。

导致多种畸形，包括多囊肾和骨变形。这种老鼠无法正常产生 Makorin-1 （这是一种在分裂的细胞中与贝塔 - catenin 存在于同一位置的蛋白），不是因为 makorin-1 基因的某个缺陷，而是因为它所产生的 mRNA 在一个相关假基因中的一个突变的影响下失去了稳

定性。

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2 、 DNA 水平调控 1 ）染色质结构对基因表达的影响 A 常染色质 (euchromatin):压缩程度低，伸展状态，着色浅 常染色质是进行活跃转录的部位。

异染色质 (heterochromatin) ：压缩程度高，聚缩状态，着色深

结构异染色质 (constitutive heterochromatin)

兼性异染色质 (facultative heterochromatin)

没有基因转录表达。异染色质化可能是关闭基因活性的一种途径。

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▲DNase 的敏感性和基因表达 含有转录活性基因的染色质区域对 DNaseⅠ降解的敏感性要比无转录活性区域高得多 (超敏感位点 )

。这是由于此区域染色质的 DNA 蛋白质结构变得松散， DNaseⅠ易于接触到 DNA 之故。

常染色质（活性染色质）结构上的特点：

具有 DNaseI超敏感位点 具有基因座控制区 具有核基质结合区（ MAR 序列）

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鸡胚红细胞

珠 蛋 白 基因 + -

卵清蛋白基 因 - +

鸡输卵管细胞

超敏感区域（ hypersensitive region ）或超敏感位点（hypersensitive site):

一般在转录起始点附近，即 5′端启动子区域，少部分位于其它部位如转录单元的下游。

反映出染色体 DNA 的有效性。

鸡的珠蛋白和卵清蛋白系统

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▲ 核基质结合区（ matrix attachment region ， MAR

）

MAR 一般位于 DNA放射环或活性转录基因的两

端。在外源基因两端接上 MAR ，可增加基因表达水平

倍以 10 上，说明MAR 在基因表达调控中有作用。是

一种新的基因调控元件。

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B 组蛋白的变化

① 富含 Lys 组蛋白水平降低 , H2A,

H2B 二聚体不稳定性增加

②组蛋白修饰

③ H3 组蛋白巯基暴露

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C 端粒位置效应（ telomere position effect ， TPE） 端粒处核小体的堆积紧密，导致该处附近的基因不表达；基因在染色体的位置不同，表达的效果也不同。

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2) DNA 的甲基化与去甲基化 A 甲基化 ◆ DNA 甲基化是最早发现的修饰途径之一 , 可能存在于所有高等生物中， DNA 甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化诱导了基因的重新活化和表达

◆ DNA 甲基化的主要形式： CpG 、 CpXpG 、 CCA/T

GG 和 GATC

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▲ CG islands

高等真核生物中包含未甲基化 CpG双核甘酸序列通常成串出现在随时准备好转录或转译的脱氧核糖核酸中，这段序列称为 CG岛。

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▲ 甲基化酶

①日常型（ mainteance） ② 从头合成型（ denovo synthesis ）

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▲ 在一些不表达的基因中，启动区的甲基化程度 很高，而处于活化状态的基因则甲基化程度较 低 .

▲ 去甲基化又可使基因恢复活性。

卵黄原蛋白Ⅱ基因 5 调节区

雌激素结合位点

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B DNA 甲基化抑制基因转录的机制 甲基化抑制基因转录的直接机制

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甲基化抑制转录的间接机制

甲基化以后改变染色质的构象或者通过与甲基化 CpG 结合的蛋白因子（ MeCP1 、 MeCP2 ）间接影响转录因子与 DNA 结合。

甲基化达到一定程度会发生从常规的 B－ DNA 向 Z－ D

NA 的转变。

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甲基化提高了突变频率

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C DNA 甲基化与 X 染色体失活 X 染色体失活中心 (X-chromosome inactivation center,Xic) ： X 染色体上存在一个与 X 染色体失活有密切联系的核心部位，定位在 Xq13 区。  Xi-specific transcript (Xist) 基因：只在失活的 X 染色体上表达，产物是一功能性 RNA ，没有 ORF却含有大量的终止密码子。 Xist RNA 分子可能与 Xic 位点相互作用，引起后者构象变化，易于结合各种蛋白因子，最终导致 X 染色体失活。

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▲ 遗传印迹 (genetic imprinting) 或亲本印迹 (parenta

l imprinting) ：是指一对等位基因由于来源不同（父

源或母源）而有不同表现（表达或不表达活性），使

个体出现不同性状的遗传现象。

如源于父本的 IGF-Ⅱ (胰岛素样生长因子Ⅱ ) 基

因

可表达，而源于母本的则不能表达。

选择性甲基化

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在生殖细胞形成或胚胎发育过程中 DNA 的甲基化修饰是引起父源和母源基因活性差异的关键。

高度甲基化的等位基因常不被表达或表达活性减低，称为被印迹的基因。如果在卵子形成过程中被印迹，就会在后代细胞中表现出来自母方的该基因 “沉默”，称为母源印迹；若在精子形成过程中被印迹，则来自父方的该基因表现“沉默” ,

称为父源印迹。

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目前在人类和鼠身上已辨明了 20种印迹基因。

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▲印记基因与疾病 印记丢失（ loss of imprinting ） 在许多遗传性疾病中存在遗传印迹的现象。如亨廷顿舞蹈病属于常染色体显性遗传病，若由父源传递，则子女的发病年龄提前，临床症状加重，除舞蹈动作外，还出现神经系统功能紊乱。 近年提出， IGF2 或 H19 的印迹丢失 (loss of im

printing, LOI ), 即被印迹的非活性等位基因重新激活，是肿瘤发生的一种新机制。

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▲肿瘤发生 抑癌基因甲基化 不表达

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3) 染色体 ( 质 ) 丢失 (chromosome diminution ) 有的生物个体发育早期在体细胞中要丢失部分染色体，而在生殖细胞中保持全部的基因组。马蛔虫（ Parascaris equoorum ）

此可能是由于在植物极中有特殊的物质的存在，这种物质具有保护染色体不受削减的功能。

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小表瘿蚊（ Mayetiole destructor ）受精卵的细胞核分裂，而受精卵不分裂，形成合胞体（ sy

ncytium ）。当核第 3 次分裂后，有两核移向卵后端的一个特殊区域，叫做极细胞质，在极细胞质中的核保持了全套的染色体（ 2n =40 ），将来分化为生殖细胞。而在一般的细胞质中，染色丢失了 32 条，只保留 8 条，将来分化为体细胞。

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4) 基因扩增

◆定义 细胞内某些特定基因的拷贝数专一性的大量增加◆作用 满足特定阶段生命活动的需要

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①组织中整个染色体组都进行扩增： 在哺乳动物肝细胞扩增为四倍体；　 在双翅目昆虫 [ 如果蝇（ D.melanogaster ） ] 的唾腺中，细胞不分裂但染色体却多轮复制，产生巨大的多线染色体（ polytenne chromosomes ）（含多于1000 条染色单体）。

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♣ 果蝇的多线染色体 polytenne chromosomes

George Rudkm 早在1960年就指出：果蝇唾腺的多线染色体其常染色质 DNA可以特异扩增上千倍，而在异染区附近只可复制几次。

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②发育中的编程扩增　A 特定的基因簇的染色体外扩增

非洲爪蟾的 18S 、 5.8S 和 28SrDNA 的串联重复单位，它们成簇存在，形成核仁形成区。可是在卵母细胞中 rDNA 串联重复单位被剪切下来后环化，以滚环复制的形式进行扩增，使拷贝数扩大了 4000 倍以上，到双线期拷贝数达到 200万个 , 形成灯刷染色体。 满足卵裂期和胚胎期合成大量蛋白质的需要。

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♣ B 特定的基因簇原位扩增：在黑腹果蝇的发育中，卵壳蛋白基因不被剪切，但在基因组中通过复制的重叠环而被扩增。

卵泡细胞中选择性扩增来满足在短期中对卵壳蛋白的大量需要

60 Fig.18 果蝇卵壳蛋白基因的扩增

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C 哺乳动物培养细胞中定向基因的应激性扩增

某些试剂可使那些对其产生抗性的基因大量扩增。

氨甲蝶呤（ methotrexate ）是二氢叶酸还原酶（ DHFR ）的竞争性抑制剂，可阻断叶酸盐的代谢。

突变体 dhfr 基因可能扩增上千倍。在这种高抗性的细胞染色体中，可以观察到扩增区域形成一延伸的染色体带称均匀染色区（ homogeneously staining region,HSR ）或形成小的点状染色体被称为双微体 (double minute chromoso

mes) 。

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1 gene /chromosome

Unstable line Extrachromosomal Number of copies changes in daughter

? Stable line Amplified region Genotype is constant in daughter cells

Fig.18- The dhfr gene can be amblified to geve unstable copies that are etrachromosomal (doubleminutes) or stable (chsomosomal)

以染色体外的方式（双微体）存在。双微体可以复制；但它们没有着丝粒，结果它们不能附着在有丝分裂的纺锤丝上，因此不能均等分离进入子细胞。虽然它的名字叫双微体，实际上可看作为染色体外的微小染色体。

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5)基因重排

◆ 定义 改变基因组中有关基因序列结构 ( 片断水平的拼接 )，使相距很远的片断靠近◆作用 调控基因差别表达

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♣ 免疫球蛋白

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用分子杂交的方法发现在胎鼠细胞中编码Ｖ区和Ｃ区的 DNA 顺序相隔较远。但在成熟的抗体细胞中（淋巴瘤细胞）这两个区域却紧密相连；表明在淋巴细胞分化过程中，免疫球蛋白基因曾发生过体细胞重组。 在任何动物中每家族的 V 基因和 C 基因都隔开一段距离。

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多样性是由于：① V 、 D 和 J-片段随机性重组；②重组过程中不精确的连接 ；③可变区的随机突变 ( 体细胞超突变 ) 。

有很多基因编码 V 区，而只有少数几个基因编码 C 区。V 基因编码可变区 ， C 基因编码稳定区，它们都作为

一种独立表达的单位。

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体细胞重组是发生在前 B 淋巴细胞中 B 细胞的分化过程分化时期 分化途径及特点 组织

抗原非依赖期或克隆扩增期

干细胞  ↓前 B 细胞 完成选择性重排， IgM

产生  ↓未成熟 B 细胞 膜表面有 IgM  ↓成熟的 B 细胞 膜表面有 IgM,IgG,I

gA 等作为抗原受体  ↓

骨髓

抗原依赖期或克隆选择期

浆细胞 膜表面 Ig 消失（受体功能消失）胞质内合成大量 Ig ，并分泌

外围淋巴细胞

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当 B 细胞发育时，一个特殊的 L-VK 片段和其中一个 JK 连接，再和 CK连接，然后转录，切除内含子，成为成熟的 mRNA

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在小鼠中约有 1000 个 L- VK 基因片段， 4 个有功能

的 JK片段和 1 个 CK 基因片段。这样就可能产生 100

0×4 = 4000 个不同的 κ链。

同样的机制也存在于小鼠 λ轻链的基因中。但 L-Vλ 基

因片段只有 2 个，而有 4 个 Cλ 基因，每个 Cλ 基因都

带有自己的 Jλ片段，这样产生的 λ链的可变区产生要

比 κ链少得多。

VK 和 JK 基因的不同连接产生了 κ链的多样化。

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轻链和重链的组装涉及到相同的机制。

每个 B 细胞只表达一种类型的轻链和重链，因在特定的的淋巴细胞内各种类型的链只有单个的有效重排，产生一个轻链基因和一个重链基因。

当两条染色体都发生过重排时，通常其中只有一条是有效重排（ produ

ctive rearrangement ），可产生有功能的基因；而另一条是无效重排（ non

productive rearrangemen

t ）

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♣ 酵母的变配型的转变 ◆酵母的交配型（mating-type） 不同交配型（mating-type）的菌株相互接合才能产生二倍体的合子。相同的交配型之间是不能接合的。细胞的交配型是由MAT（mating）座的遗传信息决定的。在此座位上带有MATa等位基因的细胞就叫做a型细胞；同样带有MAT

α等位基因的细胞就称为α型细胞。

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◆交配型的转换 某些品系的酵母具有转换（ switch ）交配型的能力，即从 a型变成为 α型，或从 α型转变为a型。这些品系带有显性等位基因 HO ，并频繁地改变它们的交配型（常常每代改变一次）。 转换的存在表明所有的细胞都含有 MATa

和 MATα型的潜在信息， MATα 和 MATa 同在一条染色体上， MAT样基因 HML 位于 MAT 的左边， MHR 位于 MAT 的右边。

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◆暗箱模型（ cassette model ）

MAT 是活性暗盒（ active cassette ），可以是 α

型，也可以是 a型。 HML 和 HMR 是沉默暗盒（ sile

nt cassettes ），都不能表达，通常 HML带有 α暗盒，而 HMR带有 a暗盒，所有的暗盒都带有编码交配型的信息，但只有 MAT 可以表达。当活性暗盒信息被沉默暗盒信息所取代时就发生了交配型转换。新“装进”活性暗盒的信息就可以表达。

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图 18-11

MATα

MAT a

每种暗盒都有共同的序列，侧翼序列 W ， X 和 Z夹着一个中心区 Y 。在 a 和 α型暗盒中仅 Y 区域是不同的，分别称之为 Ya 和 Yα 。中心区的两侧区域本质上都是相同的，仅 HMRa缺少了 W 区。

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E 沉默子和 I 沉默子，或 EL （ near HML ）和 ER （near HMR ）。具有 2 个特点：① 它们具有负的增强子的作用，它们能对远隔 2 ～ 5Kb 的启动子发挥作用，而且没有方向性，所以它们被称为沉默子（ silencers ）；② 它们和可能具有复制起点作用的 ASR 序列相

联。

4 个不连锁的沉默信息调节基因 SIR （ silent information regulator ） 1 、2 、 3 和 4 ，这些基因产物共同起反式作用阻止沉默暗盒中的基因表达。

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Y 交界处周围的 24bp 的全部序列或大部分序列对于体外剪切是十分必要的。沉默暗盒不转录的机制可能与它们不受 HO 作用有关。

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♣ 转换按 DNA

链断裂重组的模式进行 重组的起始需要 HO 酶的切割。MAT 的 Y 区被降解直到 Y 区左侧的同源区。 MAT 的左、右两侧是可以和 HML 或 HMR 配对的。以 HML或 HMR 的 Y 区为摸板拷贝出新的序列取代了 MAT 被降解的区域，配对座位再彼此分离。

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二）转录水平上的调控

真核生物的调控也主要发生在转录水平上，受大量特定的顺式作用元件（ ci

s-acting element ）和反式作用因子（ trans-a

cting factor ）的调控，大多数真核生物的转录调控是通过两者的相互作用来实现的。

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（（一） 顺式作用元件一） 顺式作用元件

真核生物真核生物 DNADNA 序列（非编码序列）和序列（非编码序列）和被转录的结构基因距离较近，和转录调控有关。被转录的结构基因距离较近，和转录调控有关。 A A 启动子启动子（启动子上游近侧序列）（启动子上游近侧序列）

B B 增强子增强子 C C 沉默子沉默子

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A 启动子（ promoter ）

包括核心启动子和上游启动子，在转录起始点上游约 100－ 200bp 以内，每个元件长度约为 7－ 20bp ，决定 RNA聚合酶Ⅱ转录起始点和转录频率的关键元件。

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a 核心启动子（ core promoter ） 保证 RNA聚合酶Ⅱ转录正常起始所必须，包括转录起始位点和 TATA盒。

核心启动子单独起作用时，只能确定转录起始位点并产生基础水平的转录。

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b 上游启动子元件（ upstream promoter element ，UPE ）

包括 CAAT盒和 GC盒等，能通过 T

F DⅡ 符合物调节转录起始的频率，提高转录效率。

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B 增强子增强子 (enhancer)(enhancer)

能使和它连锁的基因转录频率明显增加的DNA 序列，顺式作用元件（顺式作用元件（ DNADNA 序列）。序列）。

没有增强子 启动子不表现活性没有增强子 启动子不表现活性 没有启动子 增强子无法发挥作用没有启动子 增强子无法发挥作用 特点：特点： 增强效应十分明显；不受序列方向和距；不受序列方向和距离的制约；有细胞和组织特异性；离的制约；有细胞和组织特异性；大多为重复序列；；无基因特异性；无基因特异性；许多增强子还受外部信号的调控。

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C 沉默子沉默子 (silencer)(silencer)

负性调节元件，与相应的反式因子结负性调节元件，与相应的反式因子结合后，可以使正调控系统失去作用，阻遏基因转合后，可以使正调控系统失去作用，阻遏基因转录。录。

这类特定序列不受距离和方向的限制，这类特定序列不受距离和方向的限制，但机理目前尚不清楚。但机理目前尚不清楚。

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哺乳动物 RNA 聚合酶Ⅱ启动子上游转录因子结合的序列元件组件 保守顺序 DNA长度 结合因子 大小（ D

a ）丰度（ / 细胞）

分布

TATA box TATAAAA ～ 10bp TBP 27,000 ? 普遍CAAT box GGCCAATCT ～ 22bp CTF/NF1 60,000 300,000 普遍GC box GGGCGG ～ 20bp SP1 165,000 60,000 普遍Octamer ATTTGCAT ～ 20bp Oct-1 76,000 ? 普遍Octamer ATTTGCAT   23bp Oct-2 52,000 ? 淋巴细胞κB GGGACTTTCC ～ 10bp NFκB 44,000 ? 淋巴细胞κB GGGACTTTCC ～ 10bp H2·TH1 ? ? 普遍ATF GTGACGT ～ 20bp ATF ? ? 普遍

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（二）反式作用因子

能直接或间接识别或结合在各类顺式作用元件核心序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白质。

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真核生物的 RNA聚合酶不能识别 D

NA 上的结合位点，识别这些序列的是调节转录的反式作用因子，即转录因子。

但有些转录因子是识别并结合其它转录因子以形成转录装置的必需蛋白。

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按功能特性分 ◆基本转录因子 (general transcription factors)

是 RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白因子，决定三种转录的类别。如： TF AⅡ 、 TF BⅡ、 TF DⅡ 、 TF EⅡ 等 ◆特异转录因子 (special transcription factors)

个别基因转录所必需，决定该基因的时间，空间特异性。如 : OCT-2 ：在淋巴细胞中特异性表达，识别 Ig 基因的启动子和增强子。

A 类型

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◆ 和反应性元件（ response elements ）相结合的反式作用

因子

反应性元件如热休克反应元件（ heat sho

ck response element ， HSE ），糖皮质激素反应元件（ g

lucocorticoid response element ， GRE ），金属反应元件（ metal response element ， MRE ），肿瘤诱导剂反应元件（ tumorgenic agent response element ， TRE ）， 血

清反应元件（ serum response element ， SRE ）。

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结合于反应元件的特殊转录因子调节剂 组件 保守顺序 DNA长

度因子 大小（ kDa ）

热休克 HSE CNNGAANNTCCNNG 27bp HSTF 93

糖皮质激素 GRE TGGTACAAATGTTCT 20bp 受体 94

弗波酯 TRE GACTCA 22bp AP1 39

血清 SRE CCATATTAGG 20bp SRF 52

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B 反式作用因子结构

♣ 三个功能结构域： DNA识别结合域 (DNA-binding domain) ； 转录活性域 (transcriptional activation do

main) ； 结合其他蛋白的结合域

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反式作用因子通过以下不同的途经发挥调控作用：

① 蛋白质和 DNA 相互作用；

② 蛋白质和配体结合；

③ 蛋白质之间的相互作用以及蛋白质的修饰

正调控与负调控

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110

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DNA结合域

转录激活域

TF

蛋白质-蛋白质结合域（二聚化结构域）

谷氨酰胺富含域酸性激活域

脯氨酸富含域

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C 反式作用因子 DNA 结合域结构模式

①① Helix-turn-helix Helix-turn-helix α α 螺旋螺旋 -β-β 转角转角 -α-α 螺旋螺旋

◆第一个被确立的 DNA-

结合结构◆最常见 DNA 结合域之一◆常结合 CAAT盒

◆例： 例： Lac阻遏蛋白 , T

rp阻遏蛋白、分解代谢激活蛋白 (CAP) 等

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②②Zinc-fingers Zinc-fingers 锌指锌指

◆ 最常见最常见 DNADNA 结合域之一结合域之一◆约有约有 3030 个个 AAAA残基残基 其中其中 44 个个 AAAA残基残基 （（ 22 个个 CysCys ，， 22 个个 HisHis 或或 44 个个CysCys ）） 配位键配位键 Zn2+ Zn2+ 锌 指锌 指◆ 与与 DNADNA双螺旋大沟结合。 双螺旋大沟结合。 ◆ 常结合常结合 GCGC盒盒

Cys

Cys

Cys

Cys

His

His

His

His

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不同蛋白质的锌指数不同，如两栖类 5SrD

NA 转录因子 TFA 有 9 个锌指。结构也有些差异。

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12

34

56

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9

蛋白质

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有两种类型的 DNA 结合蛋白：锌指蛋白和甾类受体具有这种结构。根据锌结合位点的氨基酸分为Ⅰ型和Ⅱ型。

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一段肽链中每隔一段肽链中每隔 77 个个 AAAA

即有一个即有一个 LeuLeu

αα螺旋螺旋 亲水面：亲水亲水面：亲水 AAAA 组成组成 疏水面：疏水面： LeuLeu 组成 组成 （亮氨酸拉链条）（亮氨酸拉链条）可形成二聚体（发挥作用）可形成二聚体（发挥作用） （同二聚体（同二聚体 // 异二聚体）异二聚体）DNADNA 的结合域：的结合域： 拉链区以外结构拉链区以外结构

③③Leucine-zippersLeucine-zippers 亮氨酸拉链亮氨酸拉链

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④④helix-loop-helixhelix-loop-helix 螺旋螺旋 -- 环环 --螺旋螺旋

◆ 两个两个 α-α-螺螺 旋：由旋：由很长很长 的连（的连（环）环） 相连相连◆ 形成二聚形成二聚体体◆ 有利于其有利于其与与 DNADNA 结合结合

二聚体

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127

128

碱性－螺旋－环－螺旋

basic-helix/loop/helix

bHLH只有形成二聚体时，才具有活性。当一方不含有碱性区，失去与 DNA 结合的能力

129

分为两类：

A 类：广泛表达的蛋白。如哺乳动物的 E12／ E47

（和免疫球蛋白基因增强子结合）；

B 类：组织特异性表达的蛋白。如哺乳动物的 MyoD

（肌浆蛋白基因的转录因子），果蝇的 AC－ S （无刚毛

基因的产物）。

一种转录调控蛋白。

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⑤同源异形结构域（ Homeodomains ，HD）

是一种编码 60aa 的序列，长 180bp ，它存在于很多控制果蝇早期发育基因中，在高等生物中也发现了相关基序。

131

HD 的 C-端区域和原核阻遏蛋白的 HTH 同源，但也有不同 :

◆ HD 的 C端由 3 个 α-螺旋构成，螺旋 3 结合于大沟，长17aa ；而阻遏蛋白由 5 个 α-螺旋构成，螺旋 3 长仅 9 个 aa ；

◆ 原核的 HTH 的以二聚体形式与 DNA 结合，靶序列是回文结构，而 HD 是以单体形式与 DNA 结合，靶序列不是回文结构；

◆ HD N-端的臂位于小沟，而 HTH螺旋 1 的末端与 DNA

的背面接触。

132

133

134

135

D 转录活化结构域

一般由 20-100 个氨基酸残基组成。如 GA

L4 分子中有 2 个这种结构域，分别位于多肽链的第 147-196 位和第 768-881 位； GCN4

的转录激活结构域位于多肽链的第 106-125

位。

136

a. 酸性 α-螺旋 (acidic α-helix)

该结构域含有由酸性氨基酸残基组成的保守序列，多呈带负电荷的亲脂性 α-螺旋，包含这种结构域的转录因子有 GAL4 、 GCN4 、糖皮质激素受体和 AP-1/Jun

等。

增加激活区的负电荷数能提高激活转录的水平。可能是通过非特异性的相互作用与转录起始复合物上的 TFIID 等因子结合生成稳定的转录复合物而促进

转录。

137

b. 谷氨酰胺丰富区 (glutamine-rich domain)

SP1 的 N末端含有 2 个主要的转录激活区，氨基酸组成中有 25% 的谷氨酰胺，很少有带电荷的氨基酸残基。酵母的 HAP1 、 HAP2 和 GAL2

及哺乳动物的 OCT-1 、 OCT-2 、 Jun 、 AP2 和 SRF也含有这种结构域。

c.脯氨酸丰富区 (proline-rich domain)

CTF 家族（包括 CTF-1 、 CTF-2 、 CTF-3 ）的 C末端与其转录激活

功能有关，含有 20%-30% 的脯氨酸残基。

138

139

真核基因转录调节是复杂的、多样的

* 不同的 DNA 元件组合可产生多种类型的转录调节方式；

* 多种转录因子又可结合相同或不同的 DNA元件。

* 转录因子与 DNA 元件结合后，对转录激活过程所产生的效果各异，有正性调节或负性调节之分。

140

141

142

2 、转录起始和加工的调节

（ 1 ） 转录起始的调节 A 转录起始复合物的形成

关键：转录因子 (transcription factor,TF) ；启动子与 TF 结合后，才能被 RNA pol识别与结合；

-25～ -30 区： TATA盒

143

144

TBP:

TATA-bind

ing protein

TAFs:

TBP associ

ated factors

145

B 反式作用因子的活性调节 合成后即有活性：需要时合成，可迅速降解 共价修饰：磷酸化 -去磷酸化，糖基化 配体结合：如激素与受体的结合 蛋白质与蛋白质相互作用：二聚体

反式作用因子与顺式作用元件的结合

146

147

C 反式作用因子的作用方式 成环、扭曲、滑动、 Oozing 等

反式作用因子的组合式调控作用 (conbinatorial

gene regulation)

使有限的反式作用因子可以调控不同基因的表达

148

149

150

151

（ 2 ） RNA聚合酶

　　 RNA聚合酶Ⅱ中最大的亚基相当于细菌 RNA聚合酶的 β′ 亚基。其羧基末端有多磷酸化位点的 7 肽重复序列，或称羧基末端结构域（ CTD ）。 7 肽序列是 Tyr-Ser-Pro-

Thr-Ser-Pro-Ser ，为 RNA聚合酶Ⅱ所独有。这个序列的重复次数很重要，若缺失数目达一半以上，则对细胞有致死效应。 CTD 中的丝氨酸和苏氨酸残基可高度磷酸化。　

152

153

（ 1）概 述

单细胞生物 —— 直接作出反应

多细胞生物 —— 通过细胞间复杂的信息传递系统来传递信息，从而调控机体活动。

外界环境变化时

3 、真核基因转录调控的主要模式

154

跨膜信息传递的一般步骤：

特定的细胞释放信息物质

信息物质经扩散或血液循环到达靶细胞

与靶细胞的受体特异性结合

受体对信息进行转换并启动细胞内信使系统

靶细胞产生生物学效应

155

细胞间信息物质：是由细胞分泌的调节靶细胞生命活动的化学物质的统称，又称作第一信使。如生长因子、细胞因子、胰岛素等

第二信使 (secondary messenger) ：在细胞内传递信息的小分子物质，如： Ca2+ 、 IP3

、 DAG 、 cAMP 、 cGMP 等。

156

受体：是细胞膜上或细胞内能特异识别信息物质并与之结合的成分。它是一种能把识别和接受的信息正确无误地放大并传递到细胞内部、进而引起生物学效应的特殊蛋白质，个别是糖脂。

配体 (ligand) ：能与受体特异性结合的信息物质。

两种类型：膜受体与胞内受体

157

存在于细胞膜上的受体，根据其结构和转换信号的方式又分为三大类：离子通道受体、 G 蛋白偶联受体、跨膜蛋白激酶受体。

膜受体 (membrane receptor)

158

离子通道受体

G蛋白偶联受体

跨膜蛋白激酶受体

159

G 蛋白偶联受体

又称七个跨膜螺旋受体 /蛇型受体

160

※ G 蛋白 (guanylate binding protein)

是一类和 GTP 或 GDP 相结合、位于细胞膜胞浆面的外周蛋白，由、、 三个亚基组成。

有两种构象：非活化型；活化型

161

两种 G 蛋白的活性型和非活性型的互变

霍乱毒素能催化 ADP 核糖基共价结合到 Gs 的 α 亚基上，致使 α 亚基丧失GTP 酶的活性，结果 GTP 永久结合在 Gs 的 α 亚基上，使 α 亚基处于持续活化状态，腺苷酸环化酶永久性活化。导致霍乱病患者细胞内 Na+ 和水持续外流，产生严重腹泻而脱水。

162

胞内受体 (endocellular receptor)

高度可变区 位于 N端，具有转录活性

DNA结合区 含有锌指结构

激素结合区 位于 C端，结合激素、热休克蛋白，使受体二聚化，激活转录

163

配体：类固醇激素、甲状腺素等

功 能：多为反式作用因子，当与相应配体结合后，能与 DNA 的顺式作用元件结合，调节基因转录。

164

（ 2）信息传递途径

165

166

A 、膜受体介导的信息传递

（ 1 ） cAMP - Ａ激酶途径 A 激酶（ PKA ）：依赖于 cAMP 的蛋白激酶。

两种：信使依赖型和非信使依赖型

把 ATP末端的 P加到丝氨酸或苏氨酸上

167cAMP 调控的 A 激酶活性

4 个亚基 R2C2 组成，分子质量约为 150＊ 103－ 170＊ 103R 为调节亚基， C 为催化亚

基。

168

实例：

在肌肉细胞，激活的 A 激酶可在 1 秒钟内启动糖原磷酸为葡萄糖 -1- 磷酸，而抑制糖原的合成。

169

170

在某些分泌细胞，激活的 A激酶需要几个小时才进入细胞核，将 CRE 结合蛋白磷酸化，调节相关基因的表达。

CRE （ cAMP response element ， cAMP 应答元件）是 DNA 上的调节区域，是一个顺式作用元件。 (TGACGTCA)

CRE 结合蛋白 (cAMP response element boun

d protein, CREB) ，是一个反式作用因子。

171

172

173

小结：该信息传递途径涉及的反应链可表示为

激素→ G 蛋白偶联受体→ G 蛋白→腺苷酸环化酶→ cAMP→ 依赖 cAMP 的 A 激酶→反式作用因子→基因转录

174

磷脂酰肌醇 - 4,5- 二磷酸（ PIP2 ）磷脂酶 C （ PLC-β ）

肌醇 - 1,4,5- 三磷酸（ IP3 ）

二酰基甘油（ DAG ）

（ 2 ）磷脂酰肌醇途径

175

分子质量为 7.7＊ 104 ，对丝氨酸、苏氨酸进行磷酸化，有一个催化结构域和调节结构域

176

（ 3 ）酪氨酸蛋白激酶途径（ PTK/TPK）

分类：跨膜受体型 PTK和胞质非受体型 TPK

胞外结合配体结构域；跨膜结构域；

细胞质激酶结构域

激酶结构域（ SH1 ）；调节区（ SH2 ）；抑制区（ SH3 ）

177

细胞外信号EGF 、 PDGF 等

具 PTK活性的受体GRB2 P

SOS PRas-GTP

PRaf

调节其他蛋白活性

MAPKK

MAPK P

P

P

细胞核

反式作用因子

调控基因表达

细胞膜二聚化

跨膜受体型 TPK

178

Grb2 是生长因子受体结合蛋白 2, 又叫 Ash 蛋白。该蛋白参与细胞内各种受体激活后的下游调节。它能够直接与激活的表皮生长因子受体磷酸化的酪氨酸结合 ,参与 EGF 受体介导的信号转导 ,也能通过与 Shc 磷酸化的酪氨酸结合间接参与由胰岛素受体介导的信号转导。 Grb2 能够同时与 Shc 、 Sos 结合形成 Shc-Grb2-Sos 复合物 ,并将 Sos 激活，激活的 Sos 与质膜上的 Ras 蛋白结合，并将其激活 ,引起信号级联反应。Grb2 蛋白含有一个 SH2 结构域和两个 SH3 结构域 ,属 SH 蛋白。

Sos 蛋白是编码鸟苷释放蛋白的基因 sos 的产物（ sos 是 son of sevenless 的缩写）。 Sos 蛋白在 Ras

信号转导途径中的作用是促进 Ras释放GDP, 结合 GTP, 使 Ras 蛋白由非活性状态转变为活性状态，所以 , Sos 蛋白是 Ras 激活蛋白。 Sos 蛋白不含 SH 结构域 , 不属于 SH 蛋白。

Ras 相对分子质量为 21kDa ，属单体 GTP 结合蛋白，具有弱的 GTP 酶活性。

179

胞质非受体型 TPK：

受体分子缺乏酪氨酸蛋白激酶活性，但它们能借助细胞内的一类具有激酶结构的连接蛋白 JAK完成信息转导。

180干扰素诱导 JAK 、 STAT 复合体核内转移及调节基因转录机制

STAT ：信号转导子和转录激活子

JAK-STAT 途径

181

182

B、胞内受体介导的信息传递

激素激活胞内受体的分子机制 胞内受体的基本结构分析

细胞内受体的本质是激素激活的反式作用因子

183甲状腺激素与类固醇激素通过胞内受体调节生理过程

184

185

186

激素－受体复合物的结合机制：

受体流动假说；

中介物假说；

邻位互调假说

187

4、应答元件的作用机制

把能与某个（类）专一蛋白因子结合，

从而控制基因特异表达的 DNA 上游序列称为应答元

件（ response element ）。它们与细胞内高度专一的

转录因子相互作用，协调相关基因的转录。

188

A热激应答激活蛋白 特异转录因子与应答元件的结合，是起始该基因转录的必要条件。

许多生物受热诱导时能合成一系列热休克蛋白（ heat shock protein ）。无论细菌还是高等真核生物，热休克基因散布于染色体的各个部位或不同染色体上。

189

受热后，果蝇细胞内 Hsp70 mRNA 水平提高 1000 倍，就是因为热激因子（ heat shock fac

tor ， HSF ）与 hsp70 基因 TATA 区上游 60bp

处的 HSE 相结合，激发转录起始。 研究发现，在没有受热或其他环境胁迫时，

HSF 主要以单体的形式存在于细胞质和核内。单体 HSF没有 DNA 结合能力， Hsp70 可能参与了维持 HSF 的单体形式。

190

受到热激或其他环境胁迫时，细胞内变性蛋白增多，与 HSF竞争结合 Hsp70 ，从而释放 HSF ，使之形成三体并输入核内。

热激以后， HSF 不但形成三体，还迅速被磷酸化。 HSF 与 HSE 的特异性结合，引起包括 Hsp70 在内的许多热激应答基因表达，大量产生 Hsp70 蛋白。随着热激温度消失，细胞内出现大量游离的 Hsp70 蛋白，它们与 HSF相结合，并使其脱离 DNA 序列，最终形成没有DNA 结合能力的单体。

191

对果蝇和人 HSF 蛋白的分析表明，热激转录因子具有多个可形成拉链的疏水重复区，其中 3个位于 N端，靠近 DNA 结合区，参与促进 HSF三体的形成。第 4 个拉链位于 C端，与第 452-488 位保守区一道参与维持 HSF 的单体构象。 无论是去除第 4 个拉链区，还是更换该区甲硫氨酸 391→赖氨酸，亮氨酸 395→脯氨酸，都会导致 HSF 突变体对 HSE 在常温下的高亲和力。删除第 452-488 位氨基酸，也可部分替代热激效应。

192

193

常温下， Hsp 蛋白第 1 和 4号拉链发生相互作用，从而阻断了三体的形成；热激或其他环境胁迫导致内源拉链之间的解离，蛋白质伸展成长链，不同链上的拉链发生作用，形成具有 DNA 结合能力的三体。

Hsp70 能够被热激或其他形式的胁迫迅速诱导，与变性多肽结合，防止形成不可逆聚集。在正常生长条件下， Hsp70 主要作用于新生肽的从头折叠。

194

195

196

B 转录延伸： HIV Tat

HIV编码一种称为 Tat 的激活蛋白，该蛋白为 HIV 基因的大量表达所必需。 Tat 与 RNA上的一段称为 TAR 的茎环结构结合（ TAR 是HIV RNA5’端的转录起始点后的一段不翻译区域）。在哺乳动物细胞中 Tat 所起的主要作用表现在转录延伸的过程中，若没有 Tat 的存在， RNA聚合酶Ⅱ转录复合体将因进程过慢而使 HIV

的转录过早终止。

197

Tat 可与 RNA 结合因子一起以复合体形式结合在转录物的 TAR 序列上， Tat-RNA 复合体可以向后成环，并与装配在启动子处的新形成的转录起始复合体作用，这种作用导致 TF HⅡ 的激酶活性被激活，结果 RNA聚合酶Ⅱ的羧基端结构域 (CTD) 实现磷酸化，使得 RNA聚合酶前进，完成HIV 转录单位的阅读，实现 HIV 蛋白的大量合成。

198

199

转录调节是基因表达调控的最重要方式，

但还有其他方式。基因表达的过程中可能被调控，步骤越多产生调控的形式也会越多。真核生物转录之后到达翻译的路比原核生物长，所经步骤也多，因此，基因的转录后调控就显得更为重要。 RNA 的加工成熟和蛋白质合成，在真核基因调控中起着重要作用。

5、真核基因转录后水平上的调控

200

（ 1 ） RNA 的加工成熟

A 、 rRNA 和 tRNA 的加工成熟 rRNA 的加工：分子内的切割和化学修饰

201

rRNA 的切割

202

rRNA 的化学修饰

原核生物：碱基甲基化

真核生物：核糖甲基化

203

tRNA 基因转录时也可能先生成前体 tRNA ，然后再进行加工成熟。一般认为， tRNA 基因的初级转录产物在进入细胞质后，首先经过核苷的修饰，生成4.5S 前体 tRNA ，再行剪接成为成熟 tRNA （ 4S）。

tRNA 的加工：

204

编码蛋白质的基因转录时首先生成前体 pre-mRNA( 或称 hnRNA) ，然后再加工剪接为成熟有生物功能的 mRNA 。这些加工主要包括在 mRNA

的 5‘末端加“帽子”，在其 3’末端加上 poly(A) ，进行 RNA 的剪接以及核苷酸的甲基化修饰等。由于 hnR

NA 被不同的加工会产生不同 mRNA ，它作为蛋白质合成模板的功能就会不同，所以 mRNA 的加工成熟是基因表达的重要调控环节。

B 、 mRNA 的加工成熟

205

206

A 、真核生物基因转录后加工的多样性

真核生物的基因可以按其转录方式分为两大类：简单转录单位和复杂转录单位。

(1) 简单转录单位。这类基因只编码产生一个多肽，其原始转录产物有时需要加工，有时则不需要加工。这类基因转录后加工有 3 种不同形式：

207

208

(2) 复杂转录单位。含有复杂转录单位的主要是一些编码组织和发育特异性蛋白质的基因，它们除了含有数量不等的内含子以外，其原始转录产物能通过多种不同方式加工成两个或两个以上的mRNA ，能编码产生多个多肽。

209

210

a 转录起始的选择

酵母蔗糖酶基因，有 6 个基因（ Suc1－ 5 ， 7 ）位于

不同的染色体上。

有胞内酶和胞外酶两种。两种酶结构相似，胞外酶多了

信号序列。经分析发现 Suc－ 2 基因有 3 个 TATA框，

但尚不清楚与两种酶的关系。

211

P(C) 信号肽 酶的编码区

P(R) ATG ATG 1.8kb AUG 组成型 mRNA(C) 胞内酶 1.9kb AUG 调节型 mRNA(R) 胞外酶

图 18-56 酵母 No9 染色体上的 suc-2基因的不同转录起始

212

b 选择性加工 即使是同一个基因，有相同的初始 mRNA ，但由于 5′端，内含子及 3′末端等选择的不同选择，使成熟的 mRNA也不同，结果编码了功能不同的蛋白。

不同 5′端的选择 选择不同的 3′端 选择不同外显子

213

5′端的选择 有的基因具有两个启动子区，每一区都有它自己的组织调控元件，那么两个长度不同的转录本将会产生组织特异性 mRNA 和蛋白产物。 利用多个 5’端转录起始位点或剪接位点产生不同的蛋白质。

214

PS 外显子 S PL 外显子 L 外显子 2 外显子 3 DNA 50b 2800bp 161bp 4500bp 205bp 327bp

初始转录本： 在唾腺中转录

成熟 mRNA： 1663nt

初始转录本： 在肝中转录

成熟 mRNA： 1773nt

图 18-57 小鼠淀粉酶(amy) 基因利用不同启动子产生两个不同的 mRNA

215

肌球蛋白碱性轻链基因选用了不同的 5' 转录起始位点及剪接不同外显子产生蛋白质异构体 LCl 和 LC3 的过程。

216

5’ 非编码 编码外显子 降钙素的 CGRP CGRP非编码 3’ 外显子 的共同区 编码外显子 编码外显子 外显子 5’ 3 ’

C1 C2 AATAAA AATAAA

转录 甲状腺“ C” 细胞 脑 mRNA mRNA C1C2 降钙素 poly(A)3’ C1C2 CGRP poly(A)3’ 翻译 翻译 降钙素 共同区 降钙素 16aa CGPP 共同区 CGRP 4aa 前体蛋白 前体蛋白 前体蛋白

Lys Arg Gly Lys Lys Arg Lys Arg Gly Arg Arg Arg

图 18-59 大鼠降钙素基因两个 polyA位点和不同的剪接模式 CGRP：(calcitonin gene-related peptide) 降钙素基因相关的神经肽

选择不同的 3′端

217

218

219

DNA 5’ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3’

TATA TATA AATAAA

1 4 5 6 7 8 9 (在心脏中) 190aa LC1 mRNA 20kb AUG

(在砂囊中) 149aa LC3 10kb 2 3 5 6 7 8 9

图 18-58 鸡肌球蛋白轻链前体 mRNA在不同的组织中进行不同的选择性拼接

选择不同外显子

220

C mRNA稳定性控制

真核生物能否长时间、及时地利用成熟的 mR

NA 分子翻译出蛋白质以供生长、发育的需要，是和 mR

NA 的稳定性以及屏蔽状态的解除相关的。

原核生物 mRNA 的半衰期很短，平均大约 3min 。

高等真核生物迅速生长的细胞中 mRNA 的半衰期平均 3h 。

在高度分化的终端细胞中许多 mRNA极其稳定，有的寿

命长达数天。

221

例如，家蚕丝心蛋白基因具有很强的启动子，几天内即可转录出 105个丝心蛋白mRNA ，而它的寿命长达 4天，每个 mRNA 分子能重复翻译出 105个丝心蛋白，所以 4天内可产生 1010个丝心蛋白，说明mRNA寿命的延长是 mRNA 有效性的一个重要因素 .

222

（二）翻译水平的调控

1 、 mRNA 的稳定性与基因表达调控

223

♣ 5′m7G帽结构是否存在和是否易于接近 eIF-4F 对翻译效率有着明显的影响

♣ 5 ′端非翻译区的长度也会影响到翻译的效率和起始的精确性

♣ 5′端非翻译区的二级结构影响到调控蛋白与帽结构的接近

♣ mRNA 3′端的 poly (A) 不仅和 mRNA穿越核膜的能力有关，而且影响到 mRNA 的稳定性和翻译效率。

224

转运铁蛋白受体（ TfR ）和铁蛋白负责铁吸收和铁解毒。这两个 mRNA 上存在相似的顺式作用元件，称为铁应答元件（ iron res

ponse element ， IRE ）。 IRE 与 IRE 结合蛋白 (IREBP) 相互作用控制了这两个 mRNA 的翻译效率。当细胞处于缺铁或高铁水平时，能产生两个数量级的蛋白水平差异，却没有在 mRNA

水平上发现存在显著差异。

2、翻译的起始调节

225

研究表明，位于 5’非翻译区的 IRE

控制了铁蛋白 mRNA 的翻译效率，去掉这个非翻译区 IRE ，可造成铁蛋白的永久性高水平翻译。当细胞缺铁时， IREBP 与 IRE具有高亲和力，两者的结合有效地阻止了铁蛋白 mRNA 的翻译，从而阻止了铁解毒（铁排泄） 。与此同时， TfR

mRNA 上 3’非翻译区中的 IRE也与 IREBP 特异结合，有效地阻止 TfR mRNA 的降解，促进 TfR

蛋白的合成。

226

缺铁时

227

228

催乳素能明显延缓酪蛋白 (casein)

mRNA 的降解。不加入催乳素时，体系中的酪蛋白 mRNA 在 1 小时内降解 50% ，而加入催乳素后 40 小时，酪蛋白 mRNA才降解 50％。这就是说，催乳素能调节酪蛋白 mRNA 有更多机会进行翻译，产生更多的酪蛋白。

229

230

3 、可溶性蛋白因子的修饰与翻译起始调控

许多可溶性蛋白因子 ( 起始因子 ) ，对蛋白质合成的起始有着重要的作用，对这些因子的修饰会影响翻译起始。

231

用兔网织红细胞粗抽提液研究蛋白质合成时发现，如果不向这一体系中添加氯高铁血红素，网织红细胞粗抽提液中的蛋白质合成抑制剂 HCI就被活化，蛋白质合成活性在几分钟之内急剧下降，很快就彻底消失。

现已查明，网织红细胞蛋白质合成抑制剂 HCI 是受氯高铁血红素调节的 eIF-2 的激酶，可以使 eIF-2 的α- 亚基磷酸化并由活性型转变为非活性型。

232

233

234

235

4、选择性翻译

α 和 β珠蛋白的合成 在二倍体细胞中都有 4 个 α-珠蛋白基因，它们

之间的浓度比应是 α ： β=2 ： 1 ，而实际上是 1 ： 1 。 在无细胞系统中加入等量的 αmRNA 和 βmRN

A 和少量的起始因子 , 结果合成的 α-珠蛋白仅占 3% 。当加入过量的起始因子时 α珠蛋白和 β珠蛋白 之比为 1.4 ： 1 ，接近 1 ： 1 。

表明翻译起始因子和两种 mRNA 的亲和性不同 .

由于 mRNA本身的二级结构和高级结构所致。

236

5、小分子 RNA的调控 ◆反义 RNA 调控 1984年 Adelman 等发现大鼠的促性腺激素释放激素（ gonadotropin releasing hormone,GnRH ）的基因两条链都能转录，首次在真核中发现了反义 RNA 。

在线虫（ C.elegans ）中，控制幼虫发育的基因 lin 14 基因受到 lin 4 基因的反义调节。这是一种对翻译模板的抑制来进行调控的途经。

237

◆干扰 RNA （ RNAi ）的调控 近年来的研究表明 , 一些小分子双链

RNA通过特异性结合互补链，促使 mRNA 降解，从而特异地抑制体内特定基因的表达导致细胞表现出特定的基因缺失表型，引发转录后沉默（ Post-transcriptional gene silencing ， PTGS ），称为干扰 RNA （ RNA interference ， RNAi ）。

238

作用机制：

起始阶段

dsRNA siRNA或指导 RNADicer （切块酶）

239

siRNA双链结合一个核酶复合物从而形成 RNA诱导沉默复合物（ RNA-induced silencing complex, RIS

C ）。激活 RISC需要一个 ATP依赖的将 siRNA解链的过程。激活的 RISC通过碱基配对定位到同源 mRNA

转录本上，影响基因表达。

在各种生物中（植物、原生动物、昆虫、线虫）中陆续发现了自然存在的 RNAi 现象。

效应阶段

240

较长的 dsRNA 转染哺乳动物引起非特异的基因

表达抑制。可能的途径：

A 长的 dsRNA 激活蛋白激酶 PKR ， PKR通过一

系列的磷酸化使 eIF2a 失活，导致翻译抑制；

B 长的 dsRNA 激活 RNaseL ，导致非特异的 RNA 降

解。

241

◆微小 RNA (miRNAs) 的调控 最近，在果蝇、线虫和 Hela 细胞中有大约 100 个新的 ~22 个碱基的微小分子 RN

A （ microRNAs ， miRNAs ）被鉴定出来，就像 lin-4 和 let-7 ，这些 miRNAs 是在 RNA前体分子折叠成茎环二级结构后形成的，这些新发现的 miRNAs 被认为是在基因表达调控过程中起某种调节作用。

242

◆小分子时序 RNAs (small temporal RNAs ,stRNAs) 的调节

小分子时序 RNAs ，可以通过对特定目标转录本的翻译抑制来调控线虫的发育时钟。研究结果表明：线虫 lin-4 和 let-7 stRNAs 是由那些大约 70 个碱基的转录产物折叠成茎环结构后形成的。折叠的 RNA 分子被切块酶（在线虫中称为 DCR-1 ）切割成为 22 个碱基的 stRNAs ，切块酶可以产生 siRNAs 和 stRNAs ，表明 RNAi 和 stRN

A途径有一个交叉点。

243

6、翻译的自我调节 在真核生物中也存蛋白质合成的自我调节。例如微管蛋白是构成纺锤体的主要成分。而秋水仙碱和长春花碱都能抑制维管蛋白的多聚化，从而使细胞中游离的微管蛋白浓度增加。若在组织培养细胞中加入秋水仙碱或长春花碱会使微管蛋白的 mRNA消失，如果用微量注射器将微管蛋白注入到哺乳动物细胞中，那么就会抑制微管蛋白的进一步合成。可能过量的微管蛋白结合于核糖体的新生蛋白上或结合于 mRNA 上，阻止翻译，导致mRNA 的降解所致。

244

7、翻译后水平的调控

♣ 新生肽链的水解：酶解 肽链 N端的第一个氨基酸：稳定化氨基酸（ M

et 、 Ser 、 Thr 、 Ala 、 Val 、 Cys 、 Gly 、Pro ）与去稳定氨基酸

♣ 肽链中氨基酸的共价修饰：磷酸化、甲基化、酰基化♣ 通过信号肽 (signal peptide) 分拣、运输、定位

245

▲ 蛋白质合成后的去向（ protein targeting ） 留在胞浆 进入核、线粒体或其它细胞器 分泌至体液，输送至靶器官▲ 靶向输送 -- 蛋白质合成后，定向地到达其执行功能的目标地点

246

分泌性蛋白质 (secretory proteins)

穿过合成所在的细胞到其它组织细胞去的蛋白质信号肽 (signal peptide)

N-端的一段疏水氨基酸 10～ 40 个氨基酸 把合成的蛋白质移向胞膜并与胞膜结合，然后把合成的蛋白质送出胞外

247SRP: signal recognition particles

248

在蛋白质生物合成的过程中，特别是在起始反应中， mRNA 的 " 可翻译性 " 是起决定作用的，其 5'末端的帽子结构、二级结构、与 rRNA 的互补性以及起始密码附近的核苷酸序列都是蛋白质生物合成的信号系统。蛋白质生物合成的调控，就是通过 mRNA本身所固有的信号与可溶性蛋白因子或者与核糖体之间的相互作用而实现的。

249

小结

DNA 水平上的调控

转录水平的调控

翻译水平上的调控

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思考题名词解释 基因扩增、基因丢失、基因重排、基因家族、亮氨酸拉链模型、螺旋螺旋 -- 环环 --螺旋、锌指结构螺旋、锌指结构

简述简述 DNADNA 甲基化调控基因表达的基本原理甲基化调控基因表达的基本原理 简述简述 XX 染色体失活及其可能机制染色体失活及其可能机制 简述转录因子的结构域模式简述转录因子的结构域模式 DNADNA 水平上的调控方式水平上的调控方式 RNARNA 水平上的调控水平上的调控