分子生物學(xué)第一篇基因表達(dá)調(diào)控和蛋白質(zhì)修飾

1、分子生物學(xué)第一篇：基因表達(dá)調(diào)控和蛋白質(zhì)修飾基因組(Genome):生物個體所攜帶遺傳性物質(zhì)的總量。即細(xì)胞中的DNA總量，或病毒的 DNA或RNA量“C值悖論”(C-value paradox* C值:一種生物細(xì)胞中特異不變的DNA總量(單倍體基因 組)。物種的C值和它進(jìn)化的復(fù)雜性之間沒有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，這種現(xiàn)象稱為C值悖論?；虮磉_(dá)(Gene expression):在一定調(diào)控機(jī)制下基因經(jīng)過激活、轉(zhuǎn)錄、翻譯、等過程產(chǎn) 生具有生物學(xué)功能分子從而賦予細(xì)胞一定功能或表型，即基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程?；虮磉_(dá)調(diào)控(Regulation of gen expression):細(xì)胞或生物體接受環(huán)境信號刺激或

2、適應(yīng)環(huán) 境營養(yǎng)狀況變化在基因表達(dá)水平上作出應(yīng)答的分子機(jī)制。這包括對表達(dá)基因種類和數(shù)量 上的調(diào)調(diào)控。基礎(chǔ)基因表達(dá)(basic gene expression)：又稱持續(xù)性/組成型基因表達(dá)(constitutive gene expression):不易受環(huán)境變化而改變的基因表達(dá)。這其中包括一類“管家基因 (housekeeping genes)”，這類基因產(chǎn)物是細(xì)胞生存活動所必需的，在個體各生長階段都 表達(dá)?？烧{(diào)節(jié)基因表達(dá)(regulated gene expression)易受環(huán)境變化而改變的基因表達(dá)。對環(huán)境應(yīng) 答時被增強(qiáng)表達(dá)的過程稱為誘導(dǎo)(induction),被激活的基因稱為可誘導(dǎo)基因(i

3、nducible genes)；對環(huán)境應(yīng)答時被抑制表達(dá)的過程稱為阻遏repression)，被抑制的基因稱為可阻 遏基因(repressible genes)基因表達(dá)規(guī)律：組織特異性(tissue specificity)時間特異性(temporal specificity)基因表達(dá)調(diào)節(jié)的生物學(xué)意義：(一)適應(yīng)環(huán)境，維持生長和增殖(二)維持個體發(fā)育與分化.真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)特性：1、龐大基因組，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大量重復(fù)序列，基因組大部分是非蛋白質(zhì)編碼的序列，基因 內(nèi)部常被內(nèi)含子(intron)隔開2、結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是一條單順反子(monocistron) mRNA,基本上沒有操縱元件的結(jié)構(gòu)， 而且真核

4、細(xì)胞的許多活性蛋白是由相同和不同的多肽鏈形成的亞基構(gòu)成的，涉及到多個 基因的協(xié)調(diào)表達(dá)。3、以核小體為單位的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，以及眾多DNA結(jié)合蛋白質(zhì)成為調(diào)節(jié)基因開閉的重要 因素；轉(zhuǎn)錄和翻譯在時間和空間上被隔開，轉(zhuǎn)錄本和翻譯產(chǎn)物需要經(jīng)過復(fù)雜的加工與轉(zhuǎn) 運(yùn)過程，使得基因表達(dá)的調(diào)控受到細(xì)胞核內(nèi)外諸多層次的調(diào)節(jié)，而核外的遺傳成分如線 粒體DNA等，也增加了基因表達(dá)調(diào)控的層次和復(fù)雜性?；虮磉_(dá)調(diào)節(jié)的主要階段1、轉(zhuǎn)錄調(diào)控(transcriptional regulation)；(最基本或最重要的調(diào)控)2、RNA剪接過程(RNA splicing)中的調(diào)控；3、RNA 轉(zhuǎn)運(yùn)和定位過程(transportation

5、 and localization)中的調(diào)控；4、翻譯調(diào)控(translational regulation)；5、mRNA 穩(wěn)定性(mRNA stability)的調(diào)控；6、蛋白質(zhì)活性的調(diào)控(protein processing modification)?；钚耘c非活性染色質(zhì)：典型的間期(interphase)染色質(zhì)可分為高度密集狀態(tài)的異染色質(zhì) (heterochromatin，30nm的纖維被壓縮40-50倍)和較為松散的常染色質(zhì)(euchromatin)。 常染色質(zhì)約10%處于更開放的延展型結(jié)構(gòu)，即為活性染色質(zhì)(active chromatin，30nm的 纖維壓縮約6倍，具有轉(zhuǎn)錄活性，

6、即電鏡下的串珠狀結(jié)構(gòu))。此外的其它的色質(zhì)不具有轉(zhuǎn) 錄活性，屬于非活性染色質(zhì)(inactive chromatin)?；钚匀旧w的重要特征DNA酶I超敏位點(diǎn)(DNase I Hypersensitive Site (DHSs) (DNA酶I超敏位點(diǎn)的出現(xiàn)是 活性染色質(zhì)的重要特點(diǎn)之一)脫氧核糖核酸酶I(DNase I)可以隨機(jī)剪切雙鏈DNA的任意位點(diǎn)。但染色之中有少數(shù) 位點(diǎn)敏感性超出其他區(qū)域100倍以上，被稱為DNA酶I超敏位點(diǎn)。DNA酶I超敏 位點(diǎn)約由100-200bp的堿基組成，主要位于已經(jīng)起始或即將起始轉(zhuǎn)錄基因的5側(cè) 翼，通常是調(diào)節(jié)蛋白位點(diǎn)附近。某些基因中離3側(cè)翼較近，甚至在轉(zhuǎn)錄區(qū)內(nèi)。DNA

7、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化(DNA topology)天然雙鏈DNA的構(gòu)象大多為負(fù)性超螺旋?；蚧钴S轉(zhuǎn)錄時RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄方向的 前方的DNA結(jié)構(gòu)是正性超螺旋，其后面的DNA為負(fù)性超螺旋。正性超螺旋會拆散 核小體，有利于RNA聚合酶遷移轉(zhuǎn)錄，而負(fù)性超螺旋自有利于核小體再形成。DNA 堿基修飾變化(DNA modification)CpG序列的甲基化可能阻礙轉(zhuǎn)錄因子與DNA特定部位的結(jié)合而影響轉(zhuǎn)錄。組蛋白變化(histone modification)組蛋白是帶正電荷的堿性蛋白質(zhì)，可與DNA帶負(fù)電的磷酸基結(jié)合從而遮蔽DNA分 子，起到非特異性阻遏蛋白的作用。染色質(zhì)中非組蛋白成分具有組織特異性可能消 除組蛋白的

8、阻遏，起到特異性的去阻遏促轉(zhuǎn)錄的作用?；钚匀旧w部分常有中非組 蛋白成分的加入，組蛋白解聚與釋放。染色質(zhì)重塑：通過調(diào)整核小體的相位，中和組蛋白尾巴堿性氨基酸殘基（賴氨酸K、精 氨酸R、組氨酸H等）帶正電荷，減弱核小體中堿性氨基酸與DNA的結(jié)合，降低相鄰核 小體間的聚集使核小體滑動暴露本來被遮蔽的元件，或使核小體表面的元件瞬間暴露。 這種染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化過程稱為染色質(zhì)重塑（chromatin remodeling）。染色質(zhì)重塑是基因表達(dá)表觀遺傳水平上控制的主要調(diào)控方式，包括：.依賴ATP的染色質(zhì)物理修飾：即ATP水解供能使核小體沿DNA滑動，或使核小體解 離并重新裝配。延伸中RNA聚合酶II

9、的周圍總是伴有核小體，這些核小體又是會處于部分解離部分裝 配的動態(tài)平衡狀態(tài)，此染色質(zhì)物理重塑復(fù)合體對于轉(zhuǎn)錄延伸也具有重要意義。.染色質(zhì)的共價化學(xué)修飾：即多發(fā)生在組蛋白末端“尾巴”的乙?；?、磷酸化、甲基 化和泛素化等。主要發(fā)生在組蛋白末端的尾部，尤其是核心組蛋白的氨基末端尾部。組蛋白末端部分含 有一些帶活性基團(tuán)的氨基酸殘基，這些氨基酸殘基成為各種化學(xué)修飾的靶點(diǎn)。組蛋白乙?；福篐AT，histone acetyl transferases）：轉(zhuǎn)錄激活的標(biāo)志，多發(fā)于組蛋白 暴露在外的N端尾巴。脫乙?；福篐DAC，histone deacetylase）與轉(zhuǎn)錄抑制相關(guān)， 并參與多條信號傳導(dǎo)通路

10、。組蛋白甲基化（酶：HMT，histone methyltransferases）：賴氨酸和精氨酸都可以被甲基化， 其結(jié)果可以是激活或者抑制轉(zhuǎn)錄。組蛋白泛素化（酶： E1s, ubiquitin-activating enzymes; E2s, ubiquitin-conjugating enzymes; E3s, ubiquitin ligases） ： H2AK119泛素化與抑制轉(zhuǎn)錄有關(guān)；相反H2BK120泛素化激活轉(zhuǎn) 錄，并在組蛋白伴侶分子FACT幫助下在轉(zhuǎn)錄延伸中發(fā)揮作用。組蛋白SUMO化:4種核心組蛋白都可發(fā)生，在H4、H2A、H2B上都已發(fā)現(xiàn)了一些特異位 點(diǎn)。組蛋白SUMO化拮抗在

11、同一賴氨酸殘基上的乙?；头核鼗蚨哂幸种妻D(zhuǎn)錄的 作用。組蛋白聚ADP核糖基化：可以在組蛋白上加上1個(酶：MART, mono-ADP- ribosyltransferase)或多個 ADP 分子(酶：PARP, poly-ADP-ribosepolymerase)。其活性依賴 于缺口單鏈或雙鏈DNA的存在?？梢餌NA部分地與核心組蛋白分離(構(gòu)象變化可逆)。脯氨酸異構(gòu)化(酶:PPIase， peptidylprolyl isomerase, or Prolyl isomerase)：脯氨酸順勢和 反式構(gòu)象的轉(zhuǎn)變會嚴(yán)重扭曲多肽鏈的骨架。酵母中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)PR4能催化H3尾部的脯氨酸 異構(gòu)化(

12、H3P38),并調(diào)節(jié)H3P36的甲基化水平。組蛋白尾部上的大量修飾使得它們之間可能互相干擾，修飾間的相互對話可能發(fā)生在不 同水平。細(xì)胞不同階段和不同功能活動中組蛋白化學(xué)修飾可以是不同的，主要表現(xiàn)為： 組蛋白化學(xué)修飾類型可能是單一的，也可能是多種聯(lián)合；空間上，各種化學(xué)修飾的組蛋白底物可能相同，也可能不同；時間上，各種化學(xué)修飾可能是同時的，也可能不同時；功能上，各種化學(xué)修飾的效應(yīng)可能是協(xié)同的，也可能相反。真核基因正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)真核基因有正、負(fù)調(diào)節(jié)機(jī)制，但負(fù)調(diào)控元件并不普遍存在，雖然轉(zhuǎn)錄表達(dá)也有阻遏和激 活或兩種作用間有者，但真核染色質(zhì)的緊密結(jié)構(gòu)不允許基因隨機(jī)轉(zhuǎn)錄，真核基因表達(dá)多 需要主動激活，因此

13、，真核基因表達(dá)以正性調(diào)控占主導(dǎo)?；蛘{(diào)控蛋白TATA易因轉(zhuǎn)錄因了RNA聚合酶II基因調(diào)控生白嬴基因調(diào)控蛋白TATA易因轉(zhuǎn)錄因了RNA聚合酶II基因調(diào)控生白嬴2-4基因X的基因調(diào)控區(qū)域基因轉(zhuǎn)錄的順式調(diào)節(jié)調(diào)控序列 網(wǎng)隔DMA啟動子RNA的錄本在分子遺傳學(xué)領(lǐng)域，相對同一染色體或DNA分子而言為“舊式”(cis),對不同染色體或DNA分子而言為“反式(trans)。力慎式作用元件，即同一 DNA分子中具有轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)功能的特異DNA序列。真核基因力慎式作用元件包括：啟動子、增強(qiáng)子、沉默子和絕緣子。啟動子(promoter)RNA聚合酶周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制元件，即轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)-1及其5端上游100-200bp

14、內(nèi) 的一組720bp的DNA序列，是決定RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄起始和轉(zhuǎn)錄頻率的關(guān)鍵元件。 啟動子至少包括一個轉(zhuǎn)錄啟示位點(diǎn)(transcription start site，TSS，真核基因?yàn)?30，-75，- 90)以及一個以上的機(jī)能元件。機(jī)能元件典型的為TATA盒，共有序列為TATAAAA通常位 于-30-25bp區(qū)，是上游啟動子和增強(qiáng)子產(chǎn)生誘導(dǎo)性效應(yīng)所必須。TATAtataaaaGCGGGCGGCAAGGCCAATCT八聚體AIIIGCATK BGGGACTTCCATFCTGACGT分類：核心啟動子元件(core promoter element, CPE: RNA聚合酶II起始轉(zhuǎn)錄所必需的

15、最小的 序列，包括轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)、其上游-30 -25bp處的TATA盒和距起始點(diǎn)位點(diǎn)約-40 +50bp 范圍的DNA序列。單獨(dú)作用只能確定轉(zhuǎn)錄位點(diǎn)和產(chǎn)生基礎(chǔ)水平的轉(zhuǎn)錄。上游啟動子元件(Upstream promoter element， UPE)，不含TATA盒或不通過TATA盒轉(zhuǎn) 錄，分為兩類：一類是位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游-110 -30bp區(qū)域富含GC盒(GGGCGG)的 啟動子，它含有多個轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)。該啟動子最初最初發(fā)現(xiàn)于一些管家基因，這些基因5 端上游富含GC，沒有TATA盒，但有數(shù)個轉(zhuǎn)錄因子Sp-1(specificity protein 1)結(jié)合位點(diǎn)， 且分布跨度大，對基本轉(zhuǎn)綠化話有重

16、要作用。另一類既無TATA盒也無GC盒的啟示轉(zhuǎn) 錄，RNA聚合酶II的轉(zhuǎn)錄起始于一個或數(shù)個成簇的起始子(initiator)上，它只有較弱保守 序列5 -PyPyCAPyPyPyPyPy-3，它與相應(yīng)的蛋白質(zhì)因子結(jié)合能提高或改變轉(zhuǎn)錄效率。 不同基因的上游啟動子元件及其位置不同，使得不同基因表達(dá)有別。增強(qiáng)子(enhancer)：遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)(130 kb),決定基因的時間、空間特異性表達(dá)增強(qiáng) 啟動子轉(zhuǎn)率活性的DNA序列。增強(qiáng)子發(fā)揮作用的方式通常與方向、距離無關(guān)，增強(qiáng)子可 位于基因的上游或下游的幾百或幾千個堿基對處，起跨度為100200bp,其中的核心組 件約812 bp,可以但拷貝或多拷貝串聯(lián)

17、的形式存在。增強(qiáng)子的作用特點(diǎn)可歸結(jié)如下：(1)增強(qiáng)子提高同一條DNA鏈上基因轉(zhuǎn)錄的效率，可以遠(yuǎn)距離作用，通常14kb,個別 情況可距離30 kb,而且在基因的上下游都能起作用；(2)增強(qiáng)子在DNA雙鏈中沒有5和3的方向性，方向倒置依然能起作用；(3)增強(qiáng)子和啟動子常連續(xù)或交替覆蓋，有些機(jī)能元件即可在增強(qiáng)子也可以在啟動子 中出現(xiàn)；(4)增強(qiáng)子對啟動子沒有嚴(yán)格的專一性，同一增強(qiáng)子可以影響不同的啟動子；(5)增強(qiáng)子一般具有組織或細(xì)胞特異性。增強(qiáng)子的作用機(jī)理目前尚不明確，可能作為反式作用元件的“入口”而起作用，或/和通 過蛋白之間的相作用，形成增強(qiáng)子和啟動子間的“成環(huán)連接的模式活化轉(zhuǎn)錄。沉默子(sil

18、encer)：沉默子是 DNA 中的負(fù)調(diào)控元件(negative regulatory element, NRE)能 結(jié)合轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的抑制子從而阻礙RNA聚合酶的進(jìn)入，抑制基因轉(zhuǎn)錄。沉默子的作用可不受距離和方向(有例外)的限制，并可對異源基因的表達(dá)起作用。經(jīng)典的沉默子元件與蛋白結(jié)合多直接干擾基本轉(zhuǎn)錄因子(general transcription factor, GTF) 的裝配，主動地抑制基因；非經(jīng)典的負(fù)調(diào)控元件一般通過抑制其它上游元件被動地抑制 基因。絕緣子(insulator)：約幾百個堿基對，通常位于啟動子與正調(diào)控元件(增強(qiáng)子)之間，或活 化基因與異染色質(zhì)之間。絕緣子本深沒有正負(fù)效應(yīng)，起

19、作用是不讓其他其它調(diào)控元件對活化效應(yīng)或失活效應(yīng)發(fā)生 作用。絕緣子重要功能是對抗增強(qiáng)子對啟動子不加鑒別地發(fā)揮作用，阻斷增強(qiáng)子的效應(yīng)擴(kuò)撒。 因而絕緣子增加了基因調(diào)控的精準(zhǔn)性?；蜣D(zhuǎn)錄的反式調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)因子可分為三大類：1、第一類為RNA聚合酶和基本轉(zhuǎn)錄因子(general transcription factors. GTFs)。它們結(jié)合 在靶基因的啟動子上，形成前DNA復(fù)制起始復(fù)合體(pre-initiation complex, PIC),啟動基 因的轉(zhuǎn)錄。2、第二類為特異轉(zhuǎn)錄因子(如激活因子和抑制因子)。它們是一類與靶基因啟動子和增強(qiáng)子特異結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子，具有細(xì)胞及基因特異性，可以增強(qiáng)或抑制靶

20、基因的轉(zhuǎn)錄。3、第三類是輔調(diào)節(jié)因子，它們往往在轉(zhuǎn)錄因子和前DNA復(fù)制起始復(fù)合體之間形成橋梁作用，還可以改變局部染色質(zhì)的構(gòu)象，對基因轉(zhuǎn)錄的起始具有推動作用?；巨D(zhuǎn)錄機(jī)件1)RNA 聚合酶(RNA polymerase):1、RNA聚合酶I轉(zhuǎn)錄核糖體RNA，其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是45S rRNA，經(jīng)剪接修飾生成除小亞基rRNA (SSrRNA)外的各種 rRNA；2、RNA聚合酶H主要轉(zhuǎn)錄編碼蛋白質(zhì)的基因和一些snRNA；3、RNA聚合酶HI轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物都是相對分子質(zhì)量小的RNA tRNA、SS rRNA、snRNA .2)基本轉(zhuǎn)錄因子表1-2 RNA聚合酹II的基本轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子分子成1 (kD)功能TBP

21、30與TATA盒給合TF 口 E433介導(dǎo)RNA聚含制II的結(jié)合TF 11 F3。. 74解旋酷TF II 34. 37ATP醯TF U H62,的解旋微TFHA12, 19. 35穩(wěn)定TFH-D的結(jié)合TFill120促進(jìn)TFH-D的結(jié)合TATA結(jié)合蛋白TBP和至少8個TBP協(xié)同因子(TBPassociated factor, TAF)組成TFllD,是 第一個與DNA結(jié)合的因子，3種RNA轉(zhuǎn)錄時都需要。反式作用因子(1)蛋白質(zhì)因子的DNA識別或DNA結(jié)合域：最常見的DNA結(jié)合域結(jié)構(gòu)形式是鋅指結(jié) 構(gòu)及堿性氨基酸所形成的a螺旋。此外還有堿性亮氨酸拉鏈和堿性螺旋一環(huán)一螺旋等結(jié) 構(gòu)鋅指(zinc f

22、inger, Znf)結(jié)構(gòu)：螺旋一轉(zhuǎn)角一螺旋(helix-turn-helix, HTH)及螺旋一環(huán)一螺旋(helix-loop-helix, HLH)結(jié) 構(gòu) 堿性亮氨酸拉鏈(basic leucine zipper, bZIP)：蛋白質(zhì)因子的轉(zhuǎn)錄激活域轉(zhuǎn)錄激活域(activating domain)通常由DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域以外的30100個氨基酸殘基組 成。據(jù)氨基酸組成特點(diǎn)，轉(zhuǎn)錄激活域分為：帶負(fù)電荷的a螺旋結(jié)構(gòu)或酸性a螺旋(acidic a-helix)：含有由酸性氨基酸殘基組成的 保守序列，多呈帶負(fù)電荷的親脂性。GAL-4、GCN-4、糖皮質(zhì)激素受體和AP-1 / Jun等都 含有這種及結(jié)構(gòu)

23、域。增加激活區(qū)的負(fù)電荷數(shù)能提高激活轉(zhuǎn)錄的水平，可能是通過非特異 性相互作用與轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物上的TFIID等因子結(jié)合生成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)錄復(fù)合物而促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。 富含谷氨酰胺結(jié)構(gòu)(glutamine-rich domain) ： SP-1的N末端含有2個主要的轉(zhuǎn)錄激活 區(qū)，氨基酸組成中有25%的谷氨酰胺，很少有帶電荷的氨基酸殘基。酵母的HAP-l、HAP- 2和GAL-2及哺乳動物的OCT-1、OCT-2、Jun、AP-2和SRF也含有這種結(jié)構(gòu)域。富含脯氨酸結(jié)構(gòu)proline-rich domain)： CTF家族(包括CTF-1、CTF-2、CTF-3)的C末端與 其轉(zhuǎn)錄激活功能有關(guān)，含有20%一 30%

24、的脯氨酸殘基。輔調(diào)節(jié)因子(coregulators)通過直接或間接地與特異轉(zhuǎn)錄因子或基本轉(zhuǎn)錄機(jī)件的蛋白亞基結(jié)合而參與基因轉(zhuǎn)錄的 調(diào)控。例如，特異轉(zhuǎn)錄因子核受體與DNA結(jié)合之后，會與一系列有效轉(zhuǎn)錄所必需的輔調(diào) 節(jié)因子(coregulator)相互作用，使基因表達(dá)的調(diào)控更為有效和精細(xì)。不同細(xì)胞對同一核 受體的反應(yīng)差異，也可能是由于不同細(xì)胞中所含的輔調(diào)節(jié)因子不同所致。輔調(diào)節(jié)因子按 其作用可區(qū)分為：輔激活因子(coactivator)和輔抑制因子(corepressor)。輔激活因子作為核受體和基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄復(fù)合物之間的橋梁分子發(fā)揮作用，且調(diào)節(jié)了不同靶基 因的表達(dá)，參與了核受體反應(yīng)的細(xì)胞特異性調(diào)節(jié)，并與其他

25、信號途徑相互聯(lián)系。它們通 過蛋白質(zhì)一蛋白質(zhì)直接相互作用激活基因轉(zhuǎn)錄。另外一類輔激活因子不但能與特異轉(zhuǎn)錄 因子和基本轉(zhuǎn)錄機(jī)件結(jié)合而起橋梁作用，而且本身還具有乙?；D(zhuǎn)移酶的活性，參與染 色質(zhì)的重塑和基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控。輔抑制因子核受體中的視黃酸受體、甲狀腺素受體等在無配體結(jié)合時，也能與DNA上 相應(yīng)反應(yīng)元件結(jié)合，不過這時與核受體結(jié)合的不是輔激活因子而是輔抑制因子，對基因 的轉(zhuǎn)錄起抑制作用。其機(jī)理是使組蛋白脫乙?；?，以加強(qiáng)組蛋白與DNA的結(jié)合，使染色 質(zhì)重趨緊密化而不利于轉(zhuǎn)錄。另外，核受體與輔抑制因子結(jié)合的區(qū)域，也正是輔激活因 子所識別和結(jié)合的區(qū)域，即輔抑制因子可排斥輔激活因子與核受體的結(jié)合。輔抑制因子

26、 NCoR(nuclear corepressor receptor)及 SMRT (silencing mediator for retinoid and thyroid hormone receptors)均可特異地與甲狀腺素受體及視黃酸受體相結(jié)合，以抑制基 因的轉(zhuǎn)錄。NCoR / SMRT常與轉(zhuǎn)錄抑制因子Sin3A配合，匯集另一類輔抑制因子HDAC(組 蛋白脫乙?；?，histone deacetylase)及其他相關(guān)蛋白形成“抑制復(fù)合體”，達(dá)到轉(zhuǎn)錄抑 制的效果。當(dāng)核受體一旦與相應(yīng)激素或配體結(jié)合時，受體的構(gòu)象改變，使NCoR / Slx/IRT等輔抑制因子脫離核受體，而代之以SRC-1、

27、CBP2p300等輔激活因子與核受體結(jié)合，從 而激活基因的轉(zhuǎn)錄。中介因子(mediators)中介因子 是一類能與轉(zhuǎn)錄因子相互作用，影響轉(zhuǎn)錄因子功能的蛋白質(zhì)復(fù)合體。這些復(fù) 合體一般由718個亞基組成。中介因子既可激活基因轉(zhuǎn)錄又可抑制基因轉(zhuǎn)錄，各種中 介因子在基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控中的作用不盡相同。中介因子DRIP、ARC、CRSP、SUR2的主要激活基因轉(zhuǎn)錄，可能是通過與轉(zhuǎn)錄因子和RNA 聚合酶H的相互作用而在轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合體的形成上起橋梁的作用，并可能通過輔助TF II H對RNA聚合酶H CTD的磷酸化促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的延伸。NAT可以抑制轉(zhuǎn)錄，抑制效應(yīng)可能是通過其亞基Cdk8實(shí)現(xiàn)的，Cdk8使TFHH的H

28、亞基 磷酸化，抑制TF HH對對RNA聚合酶H CTD的磷酸化轉(zhuǎn)錄*。而TRAP/SMCC在不同 條件下既可以活化轉(zhuǎn)錄，又可以抑制轉(zhuǎn)錄?；蜣D(zhuǎn)錄的延伸和終止在延伸因子(elongation factor)如 TFHF、ELL、elongin、S H、TF H H、P-TEFb 等)作用下， RNA聚合酶H轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物脫離轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)順著轉(zhuǎn)錄出的RNA鏈開始延伸。這些 因子的作用各有不同，但大多數(shù)是通過增強(qiáng)聚合酶克服其延伸阻力來調(diào)控轉(zhuǎn)錄的延伸。 SH:激活RNA聚合酶H的3 5核酸酶活性，使暫停的RNA聚合酶繼續(xù)延伸； ELL和elongin抑制聚合酶的暫停作用；TFHH和P-TEFb則通過磷

29、酸化作用修飾RNA聚合酶促進(jìn)延伸)。真核基因轉(zhuǎn)錄終止的機(jī)制還不清楚。主要是在某種機(jī)制的作用下，RNA聚合酶延伸復(fù)合 物脫離模板，而不是RNA聚合酶指導(dǎo)的RNA合成停止。然后，轉(zhuǎn)錄本在3,下游再經(jīng)一 類蛋白質(zhì)因子等特異性內(nèi)切酶的作用，使RNA鏈在連接多聚核昔接尾處斷裂。真核基因轉(zhuǎn)錄后調(diào)控：指基因轉(zhuǎn)錄起始后對轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物進(jìn)行一系列修飾、加工的過程，主 要包括轉(zhuǎn)錄的提前終止、mRNA的剪接和加工、RNA出核及胞質(zhì)內(nèi)定位的調(diào)控、RNA編 輯、mRNA的穩(wěn)定性、小RNA對基因表達(dá)抑制的調(diào)控等多個環(huán)節(jié)。轉(zhuǎn)錄后調(diào)控可以使遺 傳信息有更加多樣的選擇性。(一)轉(zhuǎn)錄的提前終止(transcription attenu

30、ation)真核生物的轉(zhuǎn)錄提前終止可以有很多不同的機(jī)制?？赡苡捎贒NA雙螺旋的模板鏈?zhǔn)艿?壓縮核小體結(jié)構(gòu)影響、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)彎曲，或者沉默子和其他負(fù)性元件形成DNA鏈 的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的影響等，使轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物被迫停止在一定的位置上，轉(zhuǎn)錄鏈終止。真核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄提前終止產(chǎn)生的RNA片段可能像選擇性剪接錯誤(見后述)產(chǎn)生的無意義 RNA 一樣被降解。因而也構(gòu)成基因表達(dá)調(diào)控的一種機(jī)制。(二)mRNA的選擇性剪接真核生物剛轉(zhuǎn)錄生成RNA是一個單順反子mRNA的前體(pre-mRNA)，經(jīng)過剪接(splicing) 移除含內(nèi)子(introns)片段并連接(exons)片段后才成為成熟的mRNA (簡作mRNA

31、)。. RNA的剪接方式在剪接過程中，剪接體依次刪除mRNA前體中的所有內(nèi)含子的“規(guī)范”的剪接方式稱為 常規(guī)剪接(constitutive splicing);然而有約40%60%的基因存在不同的剪接方式，稱為變 位剪接(alternative RNA splicing,又稱選擇性剪接或可變剪接)。對于小內(nèi)含子基因，剪接因子識別內(nèi)含子兩側(cè)的剪接位點(diǎn)形成剪接復(fù)合體，稱為內(nèi)含子 界定(intron definition)；對于大內(nèi)含子基因，剪接因子尋找外顯子兩側(cè)相匹配的3和5 剪接位點(diǎn)形成剪接復(fù)合體稱為外顯子界定(exon definition)。變位剪接，使得同一基因可以產(chǎn)生產(chǎn)生多種不同類型的m

32、RNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，編碼具有各種 功能的蛋白質(zhì)，增加蛋白質(zhì)的多樣性及生物功能的復(fù)雜性。Ekofi esHiip口卜門口Mutu-allv oxclusfvc LlnKcoiwE.選擇性剪接的調(diào)控mRNA的剪接是基于對剪接位點(diǎn)的識別，剪接體（spliceosome）完成。Spliceosome = 5 snRNAs （U1, U2, U4. U5,U6） + 200 proteins=5 snRNPs （小核 RNA-蛋白質(zhì)顆 粒）+ 50 proteins這些蛋白質(zhì)因子有富含精氨酸和絲氨酸的SR蛋白和非SR蛋白，包括hnRNP、RNA螺旋 酶、激酶等。選擇性剪接位點(diǎn)選擇機(jī)制與基本剪接機(jī)制是緊密聯(lián)系

33、的，剪接體中的剪接 因子也參與了對選擇性剪接的調(diào)控。剪接位點(diǎn)的選擇受許多順式元件和反式因子的調(diào)控，順式元件可以位于外顯子內(nèi)或內(nèi)含 子內(nèi)，反式因子可以通過識別正性（剪接增強(qiáng)子）或負(fù)性（剪接沉默子）的順式元件對 不同的剪接位點(diǎn)進(jìn)行選擇。調(diào)控選擇性剪接的反式因子也包括：基本剪接因子和特異性 剪接因子兩類?；炯艚右蜃娱g的協(xié)同作用和拮抗作用以及相對豐度的改變可以影響剪接位點(diǎn)的選擇； 特異性剪接因子可以調(diào)控特異的剪接過程。RNA剪接的順式元件和反式因子：剪接復(fù)合體在pre-mRNA形成的系列復(fù)合過程shRnP,srflNP,srfqNPsrRNRsnRNPB 3H甲版Exon I&3noh R?lypy

34、rimidine * splice site point traci/IH complexZB iYlshRnP,srflNP,srfqNPsrRNRsnRNPB 3H甲版Exon I&3noh R?lypyrimidine * splice site point traci/IH complexZB iYlAl BEInrtrondollnHlon eonipl&xjeBQ-(A；IAC SURA GW(三)RNA出核和轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)控在哺乳動物中，被轉(zhuǎn)運(yùn)出核的RNA僅占生成RNA總數(shù)的1/20,大多數(shù)RNA都被剪接加工，其碎片(被切除的內(nèi)含子，RNA 3端或poly(A)的序列)、加工不完全的RN

35、A和被破 壞的RNA均在細(xì)胞核內(nèi)被外切體復(fù)合物(exosome complex)降解。外切體的核心是一個由六個亞基組成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，外圍的亞基都結(jié)合在這一環(huán)狀結(jié)構(gòu)上。外切體包含一些不同的核酸內(nèi)切酶亞單位，可以降解不同的RNA。RNA分子的出核轉(zhuǎn)運(yùn)是在對mRNA加工完成后進(jìn)行的。因此任何阻礙RNA剪接完成的 機(jī)制都將成為RNA出核的障礙。(四)RNA編輯RNA編輯指除剪接以外的導(dǎo)致RNA序列發(fā)生改變的過程。RNA編輯可以導(dǎo)致堿基刪除 (delition)、插入(加0內(nèi)。川或嵌合體(chimera)RNA的形成，或堿基改變等變化。RNA編輯 反應(yīng)是由一些被稱為指導(dǎo)RNAs (guide RNAs，g

36、RNAs)的小分子RNA所介導(dǎo)的。uuuuTernknal U tranleras (TUTasc) orSxonucleasChimera tarmjiMoHDeielloni 卜 U)IniSriion uuuuTernknal U tranleras (TUTasc) orSxonucleasChimera tarmjiMoHDeielloni 卜 U)IniSriion (*U)三、真核基因mRNA與翻譯水平調(diào)控：蛋白質(zhì)的生物合成即翻譯包括肽鏈合成的起始、 延伸和終止3個階段。其中翻譯起始的調(diào)控最為重要。真核生物的翻譯需要大量的因子 參與，mRNA特異性因子解旋mRNA5末端，40S核

37、糖體沿mRNA滑動等決定了翻譯相 關(guān)因子的磷酸化控制蛋白質(zhì)起始作用，mRNA的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性也與翻譯調(diào)控密切相關(guān)。(一)起始因子磷酸化真核生物在應(yīng)激情況下，通過激活蛋白激酶使其起始因子(eIF2A, Eukaryotic translation initiation factor 2A)的磷酸化,在翻譯水平調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，這是一種重要的調(diào)節(jié)方式。eIF2A磷酸化后，除了對大多數(shù)mRNA翻譯起抑制作用外，還能特異性激活某些mRNA 的翻譯，合成特異的蛋白質(zhì)，以調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)。這種調(diào)節(jié)機(jī)制在生物體中非常保守， 可能存在較廣泛，是生物體適應(yīng)環(huán)境變化并生存下來行之有效的手段之一。eIF2的磷酸化對翻譯

38、的抑制作用當(dāng)細(xì)胞受到饑餓、高溫或病毒感染時，蛋白質(zhì)合成速率就會下降，這主要通過蛋白激酶 對翻譯起始因子eIF2磷酸化實(shí)現(xiàn)的。eIF2由3個亞單位組成，它可以在ATP的參與下與Met - tRNA特異結(jié)合。在蛋白質(zhì)正常合成過程中，40S起始復(fù)合物滑動至起始密碼AUG時，與60S亞單位核糖 體結(jié)合形成80S翻譯起始復(fù)合物，進(jìn)行肽鏈的合成和延伸，同時釋放eIF2和GTP。eIF2 再次進(jìn)入eIF2-GTP-Met-tRNAi復(fù)合物形成的循環(huán)中，繼續(xù)進(jìn)行翻譯起始過程。當(dāng)eIF2被蛋白激酶HRI磷酸化后，對GDP和eIF2B親和力明顯增高，抑制了 eIF2的再 循環(huán)，從而抑制了蛋白質(zhì)的生物合成oeIF2

39、活性水平的調(diào)控對哺乳動物細(xì)胞尤其重要， 可以使其進(jìn)入非增生的靜止?fàn)顟B(tài)(G0期)。eIF4F的磷酸化對蛋白質(zhì)合成速率的激活作用a亞單位eIF4FE最小(相對分子質(zhì)量2.5X104),可直接與mRNA的5 m7G帽子結(jié)合， 又稱帽子結(jié)合因子(cap binding factor)；Y亞單位p220最大(相對分子質(zhì)量2.2X 105),可能在eIF3和40S核糖體亞單位相互作用 時為RNA和主要蛋白結(jié)合提供靜電接觸；B亞單位eIF4FA是依賴于RNA的ATP酶(相對分子質(zhì)量4.4X104),可使eIF4FAlI更好地 結(jié)合在復(fù)合物上。正常翻譯時，eIF4F與mRNA5 的m7G結(jié)合后，40S-eIF

40、2-GTP-Met-tRNAi復(fù)合物才能與 mRNA相連，進(jìn)入翻譯起始階段。用蛋白激酶C(PKC)在體外將eIF4F磷酸化后，在高活 化的無細(xì)胞翻譯體系中，其比活性可增高5倍。GCN4 mRNA翻譯的調(diào)控典型的真核基因翻譯起始于mRNA 5 末端第一個被核糖體小亞基掃描到的AUG。如果 識別位點(diǎn)非常貧乏，核糖體小亞基的掃描就會跳到mRNA上的第二個或第三個AUG密 碼而忽略第一個AUG,這種現(xiàn)象被稱為“掃描遺漏”(leaky scanning)。這種“掃描遺漏” 可以使從相同的mRNA中生成兩種或更多的密切相一關(guān)的蛋白質(zhì)，它們僅在氨基末端有 所不同。一些基因生成在氨基末端連有一個信號序列和無此序列的相做的蛋白質(zhì)，使其 在細(xì)胞中有兩個不同的定位。真核基因還可以通過一個或多個上游開放讀碼框(uORF, supstream open reading frames) 進(jìn)行翻譯調(diào)控。由uORFs編碼的氨基酸序列通常并不重要，有些uORFs只具有調(diào)節(jié)功 能。如果在mRNA分子中出現(xiàn)一個uORF,正在掃描的核小體起始復(fù)合物就會在到達(dá)蛋 白質(zhì)編碼序列前與之結(jié)合，使核小體翻譯uORF并與mRNA分離，從而抑制下游基因的