基因的表达与调控——真核基因表达调控一般规律

分子生物学第八章 基因的表达与调控——真核基因表达调控一般规律，包括转录前调控、转录调控、转录后调控、翻译调控、翻译后调控等内容。

第八章 基因的表达与调控——真核基因表达调控一般规律

• 转录前调控
  • 1、DNA水平的调控
    • 基因丢失
      • 目前认为这种调节方式主要是在较低等的真核生物中
    • 基因扩增
      • 是指某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象。它使细胞在短期内产生大量的基因产物，以满足生长发育的需要，使基因活性调控的一种方式
    • 基因重排
      • 一个基因可以通过远离其启动子的地方，移到距它很近的位点，而被启动转录，这种方式称为基因重排
    • DNA甲基化
      • DNA甲基化是一种重要的基因组表观遗传修饰，参与调控许多细胞过程，包括胚胎发育，转录、染色质结构、x染色体失活，基因组印记以及染色体稳定性
  • 2、真核基因的转录与染色质的结构变化相关
    • 染色质结构影响基因转录
      • 细胞分裂时松开分散在核内的染色质称为常染色质，常染色质的基因可以转录。染色体中的某些区段到分裂期后，仍保持紧凑折叠的结构，在间期核中可以看到其浓集的斑块，称为异染色质基因，不能转录表达
    • 组蛋白的作用
      • 早期体外实验观察到组蛋白与dna结合阻止dna基因的转录，去除组蛋白基因又能够转录。组蛋白是碱性蛋白质，带正电荷，可与dna链链上带负电荷的磷酸基相结合，从而遮蔽了dna分子，妨碍了转录，可能扮演了非特异性阻遏蛋白的作用；染色质中的非阻蛋白成分具有组织细胞特异性，可能消除阻蛋白的阻遏，起到特异性的去阻遏促转路作用
    • 转录活跃区域对核酸酶作用敏感度增加
      • 在核小体区dna受阻蛋白掩盖的结构有变化，出现了对DNaseI高敏感点，这种高敏感点常出现在转录基因的5＇侧区、3＇末端或在基因上，多在调控蛋白结合位点的附近，分析该区域核小体的结构发生变化，可能有利于调控蛋白结合而促进转录
    • DNA拓扑结构变化
      • 天然双链dna的构想大多是负性超螺旋，当基因活跃转录时，rna聚合酶转录方向前方dna的构象是正性超螺旋，其后面na为负性超螺旋，正性超螺旋会拆散核小体，有利于rnn聚合酶向前移动转录；而负性超螺旋责有利于核小体的再行成
    • DNA碱基修饰变化
      • 真核DNA的胞嘧啶约有5%被甲基化为5甲基胞嘧啶，而活跃转录的DNA段落中胞密啶甲基化程度长较低。这种甲基化最常发生在某些基因无5＇侧区的cpg序列中，实验表明，这段序列甲基化可使其后的基因不能转录。甲基化可能阻碍转录因子与DNA特定部位的结合从而影响转绿录
• 转录调控
  • 顺式作用元件
    • 真核基因的顺式调控元件是基因周围能与特异转录因子结合而影响转录的DNA序列
    • 启动子
      • 真核启动子监不像缘何那样有明显共同一致的序列，而且单靠rna聚合酶难以结合DNA而启动转录，而是需要多种蛋白质因子的相互协调作用
      • ①核心启动子元件：指RNA聚合酶其实转录所必须的最小的DNA序列，包括转录起始点及其上游－35处的TATA盒。核心元件单独起作用时只能确定转录起始位点和产生基础水平的转录
      • ②上游启动子元件：或称上游激活序列，包括通常位于－72bp附近的CAAT盒和GC盒，以及转录其实点更远的上游元件
    • 增强子
      • 是一种能够提高转录效率的顺势调控元件，最早是在sv 40病毒中发现的长约200 BP的一段DNA，可使旁侧的基因转录提高100倍，其后，在多种真核生物甚至在原核生物中都发现了增强子
      • 增强子的作用特点
        • 增强子提高DNA链上基因转录效率，可以远距离作用
        • 增强子作用与其序列的正反方向无关，将增强子方向倒置依然能起作用
        • 增强子要有启动子才能发挥作用，否则增强子不能表现活性。但增强子对启动子没有严格的专一性，同一增强子可以影响不同类型启动子的转入
        • 增强子必须与特定的蛋白质因子结合后，才能发挥增强转录的作用
    • 沉寂子
      • 最早在酵母中发现，以后在T淋巴细胞的T抗原受体基因的转录和重排中证实这种负调控顺势软件的存在，目前对这种在基因转录降低或关闭中起作用的序列研究还不多，但从已有的例子看到，沉寂子的作用可不受序列方向的影响，也能远距离发挥作用，并可对异源基因的表达起作用
  • 反式作用因子
    • 以反式作用影响转录的因子可统称为转录因子。RNA聚合酶是一种反式作用与转录的蛋白因子。
    • 螺旋－转角－螺旋及螺旋－环－螺旋
      • 一种和DNA结合的调控蛋白
    • 锌指结构
    • 碱性－亮氨酸拉链
      • 蛋白质分子的肽链上，每隔六个氨基酸就有一个亮氨酸残基
    • 同源异型域
      • 受精卵发育为新个体，是受一系列基因调控的，这些基因在发育过程中，按照时间，空间顺序启动和关闭，互相协调，对胚胎细胞的生长和分化进行调节
• 转录后调控
  • RNA加工成熟
    • rRNA:前提是45S,成熟的rRNA是18S,28S,5.8S还要经过化学修饰——核糖甲基化
    • tRNA:首先，经过核苷的修饰，生成4.5S前体tRNA，再剪接成为成熟的tRNA
    • mRNA:5＇加帽子，3＇加polyA，还要经过剪接以及核苷酸的甲基化修饰
  • 转录后加工的多样性
    • 简单转录单位
    • 复杂转录单位
• 翻译调控
  • 蛋白质合成的起始——扫描模式
  • mRNA帽子结构的识别
• 翻译后调控
  • 多肽的切割
    • 切去前端的信号肽
  • 多肽的有限水解
    • 蛋白质必需经过有限的酶和化学水解，才能变成有活性的物质
  • 多肽的化学修饰
    • 蛋白质磷酸化，糖基化
  • 多肽的剪接
    • 多肽被剪接成数个片段，再以一定的顺序结合起来，形成有活性的蛋白质