第五章真核基因的表達調(diào)控ThreelevelscontrolGeneregulationverycomplexineukaryotescells!Multipleplacescontrol!真核生物基因表達調(diào)控的特點：在真核生物中，染色體的結(jié)構(gòu)對基因的表達有明顯的調(diào)控作用；真核基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯是在不同地點不同時間進行，從而使真核基因的表達有多種轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控機制；基因表達具有時間性和空間性。時間性：個體發(fā)育的不同階段，基因表達的種類和數(shù)量是不同的；空間性：在不同組織和器官中，基因表達的種類和數(shù)量是不同的。真核生物基因表達存在細胞特異性或組織特異性。真核生物的基因表達調(diào)控是多因子、多步驟的調(diào)控過程。基因重排DNA甲基化與基因的表達成反比關(guān)系直接改變基因的構(gòu)型影響轉(zhuǎn)錄因子與順式作用元件結(jié)合5′端調(diào)控序列甲基化后與核內(nèi)甲基化CG序列結(jié)合蛋白結(jié)合DNaseⅠ高敏感區(qū)為去甲基化的標志

染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變組蛋白與DNA結(jié)合與解離（活性與非活性）非組蛋白與組蛋白競爭結(jié)合DNA，解除組蛋白對基因表達的抑制組蛋白修飾（甲基化、乙?；?、磷酸化）常染色質(zhì)與異染色質(zhì)的互變DNA甲基化1、

啟動子(promotor)位于轉(zhuǎn)錄起始位點附近，具有相對固定位置，且為轉(zhuǎn)錄起始所必需的序列元件。啟動子一般模式：核心啟動子，TATAbox上游啟動子成分（UPE），CAATbox等TATA框控制轉(zhuǎn)錄的精確性，而UPE則控制轉(zhuǎn)錄的起始頻率，啟動子的強度決定于UPE的數(shù)目和種類。CorePromotorICorePromotorIIAssemblyofRNApolIII2、

增強子(enhancer)位于轉(zhuǎn)錄起始位點較遠位置上，具有參與、激活和增強轉(zhuǎn)錄起始功能的序列元件。增強子元件常常是組織特異性或短暫調(diào)節(jié)的靶位點。增強子特點：與啟動子的相對位置和取向無關(guān)，只要存在于同一DNA分子上都能起作用；沒有基因?qū)Ｒ恍?，可以在不同的基因組合中表現(xiàn)增強效應(yīng)；嚴格的組織特異性和細胞特異性；增強子(enhancer)4、

應(yīng)答元件(responseelement)一組受共同調(diào)控的基因，各基因都有一個相同的序列元件，該元件是誘導型轉(zhuǎn)錄因子（inducibleactivator）識別靶基因的位點,稱為應(yīng)答元件（responseelement）。 如：熱休克應(yīng)答元件（HSE）、血清應(yīng)答元件（SRE）、糖皮質(zhì)激素應(yīng)答元件（GRE）特點：是啟動子的上游元件（如HSE）或增強子（如GRE）都含有短的共有序列，但不一定完全相同轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合區(qū)在共有序列的任一側(cè)附近應(yīng)答元件動物模型植物模型DNAStructure–MajorandMinorGrooves反式作用因子根據(jù)作用方式分為三類：

①通用轉(zhuǎn)錄因子。普遍存在的轉(zhuǎn)錄因子。如TATAbox結(jié)合因子TFⅡD、GCbox結(jié)合因子SP1等。②組織特異性轉(zhuǎn)錄因子。與基因表達的組織特異性有很大關(guān)系。③誘導性反式作用因子?；钚阅鼙惶禺惖恼T導因子所誘導。

（A）鋅指結(jié)構(gòu)示意圖（Cys2／His2鋅指結(jié)構(gòu)）兩個半胱氨酸殘基和兩個組氨酸殘基(His)，通過與位于中心的鋅離子以配位鍵結(jié)合，形成穩(wěn)定的指狀結(jié)構(gòu)。

（B）

Cys2／Cys2鋅指結(jié)構(gòu)示意圖ZincFingerMotif②同源結(jié)構(gòu)域（homeodomain，HD）同源盒基因家族各基因間具有一相同的保守序列，稱為同源結(jié)構(gòu)域。所含的至少二個α螺旋中形成“轉(zhuǎn)折”，第三個α螺旋與DNA大溝相互作用是同源盒蛋白與DNA結(jié)合的主要力量。

功能：調(diào)節(jié)與機體各部分正常發(fā)育或正常分化的有關(guān)基因的表達。同源結(jié)構(gòu)域及其作用③堿性亮氨酸拉鏈（basic1eucinezipper，bLZ）

有些肽鏈C末端有一段30個氨基酸序列以α-螺旋構(gòu)型出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)單元，每間隔6個氨基酸出現(xiàn)一個亮氨酸殘基，能形成兩性α-螺旋。兩個具有這種結(jié)構(gòu)的因子接觸后可借助側(cè)鏈疏水性交錯對插，形成穩(wěn)定卷曲螺旋結(jié)構(gòu)的二聚體。

功能：可使堿性區(qū)與DNA的親和力明顯增加。LeucineZipper④螺旋-環(huán)-螺旋（helix-loop-helix，HLH）結(jié)構(gòu):

含兩個雙性α-螺旋，每3～4個氨基酸含一個疏水性殘基，中間為非螺旋環(huán)區(qū)，內(nèi)含一個或多個能阻斷螺旋的氨基酸殘基。helix-loop-helix⑤Helix-turn-helix(α螺旋-β轉(zhuǎn)角-α螺旋)結(jié)構(gòu)為第一個被確立的DNA-結(jié)合結(jié)構(gòu)，是最常見DNA結(jié)合域之一，常結(jié)合CAAT盒，屬常見的轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白因子。Helix-turn-helix

2)轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域（transcriptionalactivationdomain）反式作用因子并非都需要其直接與DNA結(jié)合，轉(zhuǎn)錄活化域是反式作用因子必須具備的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)錄活化域通常是依賴于DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域以外的30～100個氨基酸殘基。轉(zhuǎn)錄因子通常具有一個以上的轉(zhuǎn)錄活化區(qū)。轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域模型有以下幾種：①酸性α-螺旋（acidicα-helixdomain）含有較多的負電荷。能非特異性地與起始復合物（如TATA盒結(jié)合因子）相互作用發(fā)揮轉(zhuǎn)錄活化功能。②富含谷氨酰胺的結(jié)構(gòu)域（glutamine-richdomain）最強的轉(zhuǎn)錄活化域之一。

③富含脯氨酸結(jié)構(gòu)域（proline-richdomain）三轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控反式作用因子的活性調(diào)節(jié)表達式調(diào)節(jié)合成后即有活性，不能積累共價修飾磷酸化、去磷酸化，糖基化配體結(jié)合激素受體蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用復合物的解離與形成反式作用因子與順式元件的結(jié)合反式作用因子的作用方式成環(huán)使相應(yīng)位點接近而發(fā)揮作用扭曲改變DNA構(gòu)型滑動沿DNA滑動到另一特異序列而發(fā)揮作用連鎖反應(yīng)（Oozing）轉(zhuǎn)錄因子與DNA結(jié)合后促進與另一轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合反式作用因子的組合式調(diào)控作用組合式基因調(diào)控（conbinatorialgeneregulation）幾種反式作用因子組合而發(fā)揮特定作用真核基因的調(diào)控模型:Britten—Davidson模型原始模型改進模型Ⅰ:多重調(diào)節(jié)基因改進模型Ⅱ:多重受體基因四轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控1.加帽和加尾的調(diào)控意義5ˊ端加帽:真核生物轉(zhuǎn)錄生成的mRNA在轉(zhuǎn)錄后，在5ˊ端加上7－甲基鳥苷(m7GPPPmNp-)

意義:①能被核糖體小亞基識別，促使mRNA和核糖體的結(jié)合；②m7Gppp結(jié)構(gòu)能有效地封閉RNA5’末端，以保護mRNA免疫5’核酸外切酶的降解，增強mRNA的穩(wěn)定。③有助于mRNA越過核膜，進入胞質(zhì)。3ˊ端加尾:轉(zhuǎn)錄后在mRNA在3ˊ末端加上50～200個腺苷酸，即poly(A)尾（成熟mRNA）。意義：①可能有助mRNA從核到細胞質(zhì)轉(zhuǎn)運；②避免在細胞中受到核酶降解，增強mRNA的穩(wěn)定性。2.mRNA前體的剪接、選擇性剪接對基因表達的調(diào)控作用

（1）mRNA前體的剪接真核細胞基因表達所轉(zhuǎn)錄出的mRNA前體在剪接酶作用下，有序刪除每一個內(nèi)含子并將外顯子拼接起來，形成成熟的mRNA，這一過程即為剪接。

生物體內(nèi)內(nèi)含子的主要類型：

GU-AG、AU-AC、Ⅰ類內(nèi)含子、Ⅱ類內(nèi)含子5種snRNA(，U1、U2、U4、U5、U6)+100多種蛋白

GU-AG、AU-AC類內(nèi)含子的剪接剪接體(spliceosome)I、II類內(nèi)含子的自我剪接

高等真核細胞中,某個內(nèi)含子5ˊ的供點在特定條件下可與另一個內(nèi)含子3ˊ受點進行剪接，同時刪除這兩個內(nèi)含子及其中間的全部外顯子或內(nèi)含子，即一個外顯子或內(nèi)含子是否出現(xiàn)在成熟的mRNA中是可以選擇的，這種剪接方式稱為選擇性剪接。

（2）mRNA的選擇性剪接Exon，Intron是否出現(xiàn)在成熟mRNA是可以選擇。

意義：在高等生物細胞的高度異質(zhì)性中起重要作用。由于剪接的多樣化，一個基因在轉(zhuǎn)錄后通過mRNA前體的剪接加工而產(chǎn)生兩個或更多的蛋白質(zhì)。３.RNA的編輯RNA編輯（editing）:是指轉(zhuǎn)錄后的RNA在編碼區(qū)發(fā)生堿基的突變、加入或丟失等現(xiàn)象。五翻譯水平的調(diào)控mRNA運輸控制mRNA穩(wěn)定性調(diào)節(jié)mRNA結(jié)構(gòu)調(diào)控翻譯起始的調(diào)控

翻譯過程和翻譯后水平的調(diào)控主要表現(xiàn)在翻譯的起始、延長、蛋白質(zhì)的加工修飾及定位等方面。１.mRNA運輸控制運輸控制（transportcontrol）是對轉(zhuǎn)錄本從細胞核運送到細胞質(zhì)中的數(shù)量進行調(diào)節(jié)。合成的RNA大約有1/2能被運出核進入細胞質(zhì)，50％左右的在核內(nèi)降解，還有一些留在核。

２.mRNA穩(wěn)定性調(diào)節(jié)原核生物mRNA的半衰期很短，平均大約3min。高等真核生物迅速生長的細胞中mRNA的半衰期平均3h。在高度分化的終端細胞中許多mRNA極其穩(wěn)定，有的壽命長達數(shù)天。３.mRNA結(jié)構(gòu)的影響3.1mRNA5’前導序列對翻譯水平的影響5’m7G帽結(jié)構(gòu)是否存在和是否易于接近eIF-4F的程度對翻譯效率有著明顯的影響。起始密碼子AUG的位置和其側(cè)翼的序列對翻譯的效率也有影響。

5’端非翻譯區(qū)的長度也會影響到翻譯的效率和起始的精確性，當此區(qū)長度在17～80Nt之間時，體外翻譯效率與其長度變成正比。在5’UTR中存在堿基配對區(qū)時，可以形成發(fā)夾式或莖環(huán)二級結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)會阻止核糖體40S亞基的遷移，對翻譯起始有抑制作用。3.2mRNA3’端的結(jié)構(gòu)對翻譯速率和mRNA壽命的影響mRNA3′端的poly(A)不僅和mRNA穿越核膜的能力有關(guān)，而且影響到