真核细胞－－基因表达调控最明显的特征是在特定时间.pptVIP

第七章 真核基因的表达调控 原核细胞－－环境因素对调控起到决定性的作用。群体中每一个细胞对环境变化的反应是直接的和一致的。 真核细胞－－基因表达调控最明显的特征是在特定时间，特定的细胞中特定的基因被激活，实现预定的、有序的、不可逆转的分化、发育，并使生物的组织和器官保持正常功能。这是生命活动规律决定的，环境因素在其中作用不大。 1 真核生物的基因结构与转录活性 真核细胞与原核细胞在基因转录、翻译及DNA的空间结构方面存在的差异: (l)在真核细胞中，成熟mRNA为单顺反子mRNA，很少存在原核生物中常见的多基因操纵子形式。 (2)真核细胞DNA与组蛋白和大量非组蛋白相结合，只有一小部分DNA是裸露的。 1.1 外显子和内含子的可变调控 通常，一个基因的转录产物通过组成型剪接只能产生一种成熟mRNA。 由于选择性剪接，有一些真核生物基因的原始转录产物可通过不同的剪接方式，产生不同的mRNA。 一些核基因由于转录时选择不同的启动子，使mRNA表达水平发生极大的变化。 小鼠淀粉酶基因表达 由S外显子起始的转录物是由L外显子起始转录产物的100倍以上。 1.2 DNA水平上的基因表达调控 在个体发育过程中，DNA会发生规律性变化，从而控制基因表达和生物的发育。 成熟红细胞能产生大量的可翻译成熟珠蛋白的mRNA，它的前体细胞是不产生珠蛋白的。这种变化是由于基因的拷贝数发生了永久性变化所调控的。这样的DNA水平的调控是真核生物发育调控的一种形式，这包括基因丢失、扩增、重排和移位。这种调控使基因组发生了改变。10 开放型活性染色质结构引起转录 真核基因的活跃转录是在染色质上进行的。准备转录时，染色质在特定区域被解旋松弛，引起核小体结构和DNA局部结构的变化，并导致结构基因暴露，促进转录因子与启动子区DNA的结合，诱发基因转录。 基因扩增 基因扩增――为了满足某个阶段生长发育的需要，基因的拷贝数专一性大量增加的现象，是基因活性调控的一种方式。例如，非洲爪蟾的卵母细胞中原有rRNA基因（rDNA）约500个拷贝。卵裂期和胚胎期，需要大量的rRNA，基因会大量复制rDNA，使拷贝数达到200万，扩增约4000倍。 1·3 DNA甲基化与基因活性的调控 DNA甲基化修饰途径存在于所有高等生物中并与基因表达调控密切相关。大量研究表明，DNA甲基化能关闭某些基因的活性。DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。 DNA的甲基化 DNA甲基化修饰过程通过改变基因的表达，参与细胞的生长、发育过程及X染色体失活等的调控。 DNA甲基化主要形成5-甲基胞嘧啶(5-mC)和少量的N6-甲基腺嘌呤(N6-mA)及7-甲基鸟嘌呤(7-mG)。 15 DNA甲基化抑制基因转录的机理 用组蛋白Hl与含CCGG序列的甲基化和非甲基化DNA实验后发现：甲基化达到一定程度时会发生从常规的B-DNA向Z-DNA的过渡。又由于Z-DNA结构收缩，螺旋加深，使许多蛋白质因子赖以结合的元件缩入大沟而不利于基因转录的起始。 DNA甲基化导致某些区域DNA构象变化，影响蛋白质与DNA的相互作用；抑制转录因子与启动区DNA的结合效率。 7·2 真核基因的转录调控 真核基因的调控主要也是在转录水平上进行的。 具体方式是特定的反式作用因子(trans-acting factor，又称跨域作用因子)与顺式作用元件(cis-acting，element)相互作用而进行的。 7.2.1 顺式作用元件 真核生物启动子和增强子。它们由若干DNA序列元件组成，它们常与特定的功能基因连锁在一起。 1.启动子(Promoter) 真核基因启动子由核心启动子和上游启动子两个部分组成，是在基因转录起始位点(+1)及其5上游大约100～200bp以内的一组具有独立功能的DNA序列，是决定RNA聚合酶Ⅱ转录起始点和转录频率的关键元件。20 (1)核心启动子(core promoter) 是指保证RNA聚合酶Ⅱ转录正常起始所必需的、最少的DNA序列。包括转录起始位点及转录起始位点上游-25～-30bp处的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。 (2)上游启动子元件(upstream promoter element，UPE) 包括通常位于-7Obp附近的CAAT盒(CCAAT)和GC盒(GGGCGG)等，能通过TFⅡD复合物调节转录起始的频率，提高转录效率。 2.增强子及其对转录的影响 增强子是指能使与它连锁的基因转录频率明显增加的DNA序列。病毒、植物、动物和人类正常细胞中都发现有增强子存在。作为基因表达的重要调节元件，增强子通常具有下列特性: 7．2．2 反式作用因子 参与调控靶基因转录效率的蛋白质