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第八章 真核生物基因 表达调控

第八章 真核生物基因 表达调控. 教学目的：. 了解真核基因表达调控的特点 了解转录前的调控， 掌握增强子的作用特点 掌握反式作用因子的 DNA 结合域的结构花式； 了解转录后加工水平的调控方式， 掌握可变剪接、反式剪接、 RNA 编辑的概念； 了解翻译水平的调控方式及特点。. 第一节 概述 第二节 转录水平 的调控 第三节 转录后加工水平 的调控 第四节 翻译的调控. 第一节 概述. 真核生物 原核生物. 回顾. 原核与真核生物基因表达的差异. DNA + 组蛋白

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第八章 真核生物基因 表达调控

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  1. 第八章 真核生物基因 表达调控

  2. 教学目的： • 了解真核基因表达调控的特点 • 了解转录前的调控， • 掌握增强子的作用特点 • 掌握反式作用因子的DNA结合域的结构花式； • 了解转录后加工水平的调控方式， • 掌握可变剪接、反式剪接、RNA编辑的概念； • 了解翻译水平的调控方式及特点。

  3. 第一节 概述 • 第二节 转录水平的调控 • 第三节 转录后加工水平的调控 • 第四节 翻译的调控

  4. 第一节 概述

  5. 真核生物 原核生物 回顾 原核与真核生物基因表达的差异 • DNA + 组蛋白 • →核小体裸露的 DNA • 重复序列 重叠基因 • 割裂基因 无内含子 • 单顺反子 多顺反子（操纵子） • RNA转录后加工 转录和翻译同步进行

  6. 染色质结构 DNA的甲基化

  7. 第一节 概述 • 第二节 转录水平的调控 • 第三节 转录后加工水平的调控 • 第四节 翻译的调控

  8. 第二节真核基因转录水平的调控 • 1 顺式作用元件 • 2 反式作用因子

  9. 1 基因转录的顺式作用元件(cis-acting elements) • 顺式作用元件：对基因表达有调节活性的DNA序列，其活性只影响与其自身同处在一个DNA分子上的基因； • 通常不编码蛋白质，多位于基因旁侧或内含子中。 • 包括: 启动子、终止子、增强子、沉默子、静息子、转座子、效应元件等。

  10. 1.1 启动子 启动子（promoter）：是一段提供RNA聚合酶识别和结合的DNA序列，它位于基因的上游。 RNA聚合酶正是通过与它的结合而启动基因的转录。 序列特异性 方向性 位置特性 种属特异性 *启动子的特征

  11. 3’ 5’ -35 -10 TTGACA 16-19 bp TATAAT 5-9 bp T82T84G78A65C54A45 T80A95T45A60A50T96 转录起始点 原核生物的Promoter

  12. II型启动子组成 (1) 核心启动子成分，如TATA框； (2) 上游启动子成分（UPE），如CAAT框， GC框，八聚体（octamer）等； (3) 转录起始子（Inr）

  13. 真核启动子含有不同的序列，不同序列的位置、种类、距离和方向都不完全相同；真核启动子含有不同的序列，不同序列的位置、种类、距离和方向都不完全相同； SV40 早期启动子 胸苷激酶 组蛋白H2B -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 +1 Oct CAAT GC TATA

  14. I 型 II 型 III型 －170 －160 －150 －140 －130 －120 －110………..－60 －50 －40 －30 －20 －10 ＋1 ＋10 ＋20 上游控制区 核心启动子 • Ⅰ型启动子 • Ⅲ型启动子

  15. 1.2 增强子Enhancer • 又称远端上游序列（far upstream sequence）。 • 最早SV40病毒中发现，可使旁侧基因转录提高100倍。 • 组成：100-200bp，单拷贝或多拷贝串连形式存在。 • 正性调控元件，转录因子结合，促进转录。

  16. 增强子的作用特点： • 促进基因的转录效率远距离发挥作用 (100~500bp，10Kb) • 促进转录，不具有启动子专一性 • 功能与方向、位置无关 • 具有组织或细胞特异性 • 对同源或异源基因均有功能。

  17. 1.3 沉默子silencer • 负性调控元件， 转录因子结合抑制转录。 • 作用特点： • 不受序列方向的影响， • 能远距离发挥作用， • 并可对异源基因的表达起作用。

  18. 1.4 转座子 • 转座子---跳跃基因的移动，有时候能够激活或抑制某些结构基因的表达。

  19. 表 真核生物的效应元件和相应的蛋白因子 调节剂 效应元件 保守序列 DNA长度 因子 大小(Da) 热激 HSE CNNGAANNTCCNNG 27bp HSTF 93,000 糖皮质激素 GRE TGGTACAAATGTTCT 20bp 受体 94,000 弗波酯 TRE TGACTCA 22bp AP1 39,000 血清 SRE CCATATTAGG 20bp SRF 52,000 1.5 效应元件(Response element): • 一组受到共同调控的基因，都有一个相同的元件（序列），此元件能与某一个(类)专一蛋白因子结合，使基因对其作出反应。

  20. 效应元件的特点： • 有短的保守顺序； • 是启动子或增强子的上游元件。 • 在不同基因中，拷贝相似，有时有多个拷贝； • 与转录起点距离不固定。 肿瘤诱导剂 类固醇激素信号 增强子 接受金属刺激 应答佛波酯 应答元件

  21. 第二节真核基因转录水平的调控 • 1 顺式作用元件 • 2 反式作用因子

  22. 2 反式作用因子（trans-acting factors） • 反式作用因子：通过扩散自身表达产物（酶、调节蛋白）控制其他基因的表达，其编码基因与其识别或结合的靶序列不在同一个DNA分子上。 • 包括：转录因子、RNA聚合酶、调控蛋白等。 2.1 反式作用因子的分类 2.2 反式作用因子的调控作用

  23. 2.1 反式作用因子的分类： (1)  通用因子，在一般细胞中普遍存在， (2) 特异作用因子：特殊组织与细胞中的，如淋巴细胞中的 Oct-2 还包括：转录激活因子（结合增强子）和转录抑制因子（结合沉默子）。

  24. 表 真核生物的效应元件 调节剂 元件 保守顺序 DNA长度 作用因子 大小(Da) 热激 HSE CNNGAANNTCCNNG 27bp HSTF 93,000 糖皮质激素 GRE TGGTACAAATGTTCT 20bp 受体 94,000 弗波酯 TRE TGACTCA 22bp AP1 39,000 血清 SRE CCATATTAGG 20bp SRF 52,000 (3) 诱导型因子：和效应元件（特异调控序列）结合的蛋白因子。

  25. 2.2 反式作用因子的调控作用 • 蛋白质和DNA相互作用； • 蛋白质和配基结合； • 蛋白质之间的相互作用; • 蛋白质的修饰。

  26. DNA结合域，binding domain，BD：<100aa， 大沟 转录激活域，active domain，AD：30-100aa 2.2.1 蛋白质和DNA相互作用

  27. （1） 转录激活域 • 带负电荷的螺旋结构 如GCN4，GAL4 • rich-Gln 如SP1, AP2, oct1, oct2 • rich-pro如CTF/NF1

  28. （2）DNA结合域的结构花式/基元（ motif） • 锌指结构（Zinc finger ） • 螺旋-转角-螺旋结构（helix-turn-helix，HTH） • 同源异形结构域（Homeodomains，HD） • 螺旋-环-螺旋结构（helix-loop-helix，HLH） • 亮氨酸“拉链” （leucine zipper ）

  29. β-折叠 α-螺旋 ① 锌指（zinc finger） • 由一小组保守的氨基酸和锌离子结合，形成了相对独立的功能域，像一根根手指伸向DNA的大沟。 • 有两种基本构型；

  30. A. Cys2/His2 • ~23aa，两指间7-8aa • 共有序列：Cys-X2-4-Cys-X3-Phe- X5-Leu-X2-His-X3-His • 串联重复排列， • 锌指数目多少不等

  31. SP1 与GC盒结合的转录因子SP1中有连续的3个锌指重复结构。

  32. B. Cys2/Cys2 • Zn2+与4个Cys结合 • 共有序列：Cys- X2- Cys-X13- Cys- X2- Cys • 无大量重复性锌指

  33. 例如：甾类激素受体家族

  34. 甾类激素受体以二聚体形式发挥其促进转录的作用。甾类激素受体以二聚体形式发挥其促进转录的作用。 • 两个锌指的功能不同： 形成二聚体 与DNA结合 糖皮质激素特异性 雌激素特异性

  35. （2）DNA结合域的结构花式/基元（ motif） • 锌指结构（Zinc finger ） • 螺旋-转角-螺旋结构（helix-turn-helix，HTH） • 同源异形结构域（Homeodomains，HD） • 螺旋-环-螺旋结构（helix-loop-helix，HLH） • 亮氨酸“拉链” （leucine zipper ）

  36. ② 螺旋-转角-螺旋（helix-turn-helix，HTH） • 至少有两个α螺旋，其间由短肽段形成的β转角连接， • 二聚体形式存在， • 距离正好相当于DNA一个螺距（3.4nm），两个α螺旋刚好分别嵌入DNA的深沟。

  37. 许多调控蛋白都有HTH • LacO的阻抑蛋白 • λ阻遏蛋白与cro蛋白λCAP • 酵母接合型调控蛋白α1，α2 • 玉米的Kn1 • 水稻的OSH1

  38. （2）DNA结合域的结构花式/基元（ motif） • 锌指结构（Zinc finger ） • 螺旋-转角-螺旋结构（helix-turn-helix，HTH） • 同源异形结构域（Homeodomains，HD） • 螺旋-环-螺旋结构（helix-loop-helix，HLH） • 亮氨酸“拉链” （leucine zipper ）

  39. ③同源异形结构域（Homeodomains，HD） • 编码60aa的序列，几乎存在于所有真核生物中； • 有3个-helix, • H1与H2平行 • H3位于大沟中，与DNA特异结合 • N端多余臂部分与小沟结合，稳定性高。

  40. HD与HTH的不同： （1）HD的C端由3个α-螺旋构成，螺旋3结合于大沟； 而HTH至少2个α-螺旋构成； （2）HD以单体形式与DNA结合，靶序列不是回文结构， 而HTH以二聚体形式与DNA结合，靶序列是回文结构。

  41. （2）DNA结合域的结构花式/基元（ motif） • 锌指结构（Zinc finger ） • 螺旋-转角-螺旋结构（helix-turn-helix，HTH） • 同源异形结构域（Homeodomains，HD） • 螺旋-环-螺旋结构（helix-loop-helix，HLH） • 亮氨酸“拉链” （leucine zipper ）

  42. ④螺旋-环-螺旋结构（helix-loop-helix，HLH） • 40～50aa • 含2个-helix（15~16aa）, 由连接区（12~28aa）连接； • 两亲性；通过疏水面作用形成二聚体； • －NH2端为DNA结合区，16aa，其中6aa为保守序列。

  43. ⑤碱性-亮氨酸拉链（leucine zipper，ZIP） -COOH，每隔7个氨基酸出现一个Leu，所有Leu出现在同一侧面，成直线排列，形成疏水面 -NH2，富含碱性氨基酸,螺旋状, +, DNA结合域， 与DNA双螺旋链上带负电荷的磷酸基团结合 依靠Leu的疏水作用, 2个helix 相互缠绕，形成拉链结构

  44. ZIP motif Y形结构 在真核生物中广泛存在 • C/EBP 家族：与增强子、CAAT盒结合 • GCN4 酵母激活因子 • CREB（cAMP应答元件结合蛋白）

  45. 2.2 反式作用因子的调控方式(1) 蛋白质和DNA相互作用 各种转录因子和顺式作用元件的相互识别、相互作用。

  46. 通常转录因子与DNA的大沟内的碱基或磷酸接触，通过a-螺旋的一个区域与DNA结合。通常转录因子与DNA的大沟内的碱基或磷酸接触，通过a-螺旋的一个区域与DNA结合。 • 锌指结构 • 螺旋-转角-螺旋结构 • 同源异形结构域 • 螺旋-环-螺旋结构 • 亮氨酸“拉链”

  47. 2.2 反式作用因子的调控方式 • 蛋白质和DNA相互作用； • 蛋白质和配基结合； • 蛋白质之间的相互作用; • 蛋白质的修饰。

  48. (2) 蛋白质和配基的结合 有的调节蛋白并不直接与DNA接触，而先和配基结合被活化，如甾类受体蛋白等。

  49. 甾类激素对转录的调控 甾类激素作为配基进入细胞，与相应受体蛋白结合； 激素-受体复合物进入细胞核，与增强子结合从而激活启动子，开始转录。

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