第十章真核生物基因表达的调控真核基因表达调控的特点活性染色质 .pdfVIP

第十章真核生物基因表达的调控 真核基因表达调控的特点 活性染色质和基因的转录 转录的顺式作用元件 基因转录的反式作用调控因子 类型II基因转录因子与顺式元件的相互作用 真核基因转录的调控机制 细胞周期的调控 真核基因表达调控的特点 基因组DNA 原核生物DNA: 很少结合蛋白质，转录起始终止反应快; 真核生物DNA: 与组蛋白形成核小体(染色质)并进一步组装成染色体， 基因的转录需要染色质结构的变化； 转录和翻译 原核生物: 无核膜，转录与翻译偶联(trp操纵子衰减作用); 真核生物: 核膜分隔，核内转录及及其加工，胞质进行翻译，可影响核 内基因转录和加工； 细胞生长与分化 所有细胞含有相同的DNA ，不同细胞内进行基因的 “程序化”差异表达是细胞生长分化的基础； 基因表达调控的复杂性 环境信号－原核与真核生物细胞的反应各 异，原核细胞受到的环境变化反应基本一致，真核细胞基因表达受到 调节蛋白、肽激素、信号分子等的特异性调控； 持家基因(house-keeping)-所有细胞类型都表达，时态基因－不同发育 时期表达，组织特异基因(tissue-specific) －特定组织器官表达. 活性染色质和基因的转录 转录活性染色质与核小体置换 间期核内DNA被10nm核小体(H2A/H2B/H3/H4各2个组成八聚 体，精氨酸残基插入DNA小沟内，赖氨酸稳定核小体内或之间的 DNA相互作用)缠绕(146bp/1.65圈), 一些高丰度的非组蛋白(NHP)如 HMG蛋白亦结合DNA ，形成30nm的染色质纤丝，染色质的去浓缩 (decondensed)是基因转录的前提； 染色质上核小体组蛋白的存在(包括H1) 防碍转录因子的接近 起到阻遏基因转录的作用，一分子转录因子与特定序列核小体表面互 作而其他分子协同的伸入核小体轴心其他因子随后参与发生核小体重 组装(remodeling) －包括持久性置换和诱导型置换，主要发生在启动子 和上游调控区； 转录单位内的核小体在RNA pol移动中会发生构象和组分变化 如H1减少，HMG增加，组蛋白乙酰化增加，H2A/H2B二聚体不稳定 －“裂解的核小体” ，减少对转录的抑制作用。 DNA 的DNaseI高敏感性和超敏感性 活性染色质往往出现对DNaseI 的敏感性，主要是编码、 转录成mRNA 的区段。高敏感位点出现在启动子内，大小一 般不超过200bp(1kb范围) ，与基因表达相关。 某些活化转录基因族的上游和下游区出现超敏感位 点，如人珠蛋白基因家族的上下游，其界限内为潜在的活化 基因。 非组蛋白HMG HMG蛋白(high mobility group, 高度可移动蛋白)为结 合活化染色质的小分子NHP 蛋白，每10个核小体结合1个 HMG分子，导致基因对DNaseI 的敏感性。 DNA 甲基化与基因转录 DNA 甲基化主要是胞嘧啶的甲基化，可改变与DNA结合 蛋白的特异性识别作用，甲基化在大多数脊椎动物中使基因处于 失活状态。与基因调节有关的大多数甲基化发生在短序列CpG(称 CpG双联体) 的胞嘧啶上，而且其通常成族于基因5’区构成CpG岛 (CpG island)，虽然高等动物中DNA只有约3 －4 ％甲基化，但80 －100％的CpG双联体可能含甲基化胞嘧啶。胞嘧啶甲基化由（胞 嘧啶－5 ）－甲基转移酶催化形成。 DNA 甲基化与基因调节相关，哺乳动物的X染色体是高度 甲基化的其上的基因几乎是失活的；珠蛋白(globin)基因在鸡成熟 卵中高度甲基化亦是失活的，受精后血红细胞的胚性血红蛋白去 甲基化，转录开始，而成人胚性血细胞的珠蛋白基因保持高度甲 基化并处于失活状态。许多感染脊椎动物的病毒游离状态时是去 甲基化的，感染后即被甲基化需去甲基化才能激活。无脊椎动物 如果蝇，及真菌中胞嘧啶很少甲基化，高等植物中基因总是高度 甲基化。甲基化如何影响基因活性尚不清楚。　 转录的顺式作用元件 真核基因转录调控区结构 近端启动区: 包括TATA、CCAAT box ，主要是核心启 动子(TATA、INR)和调节启动子(上游/下游调控元件)序列； 增强子区: 离转录起始较远, 可以是上游、下游或内含 子; 远端控制区: 为