您好,欢迎访问三七文档
当前位置:首页 > 行业资料 > 其它行业文档 > 第8章-真核基因表达调控
第八章基因的表达与调控(下)—真核基因表达调控的一般规律•真核生物的基因组•真核生物基因表达调控的特点和种类•真核生物DNA水平上的基因表达调控•真核生物转录水平上的基因表达调控•真核基因转录后水平上的调控Contents一、真核基因组结构特点•真核基因组结构庞大3×109bp、染色质、核膜•单顺反子•基因不连续性断裂基因(interruptedgene)、内含子(intron)、外显子(exon)•非编码区较多多于编码序列(9:1)•含有大量重复序列第一节真核生物的基因组●基因组很小,大多只有一条染色体●结构简炼●存在转录单元多顺反子原核生物基因组结构特点●有重叠基因①在真核细胞中,一条成熟的mRNA链只能翻译出一条多肽链,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。二、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以下几个方面的差异③高等真核细胞DNA中很大部分是不转录的,大部分真核细胞的基因中间还存在不被翻译的内含子。④真核生物能够有序地根据生长发育阶段的需要进行DNA片段重排,还能在需要时增加细胞内某些基因的拷贝数。⑤在真核生物中,基因转录的调节区相对较大,它们可能远离启动子达几百个甚至上千个碱基对,这些调节区一般通过改变整个所控制基因5’上游区DNA构型来影响它与RNA聚合酶的结合能力。在原核生物中,转录的调节区都很小,大都位于启动子上游不远处,调控蛋白结合到调节位点上可直接促进或抑制RNA聚合酶与它的结合。⑥真核生物的RNA在细胞核中合成,只有经转运穿过核膜,到达细胞质后,才能被翻译成蛋白质,原核生物中不存在这样严格的空间间隔。⑦许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过程,才能顺利地翻译成蛋白质。三、基本概念(一)基因家族(genefamily)真核生物的基因组中有很多来源相同、结构相似、功能相关的基因,将这些基因称为基因家族。有时紧密地排列在一起,成为一个基因簇(genecluster)。如:编码组蛋白、免疫球蛋白和血红蛋白的基因都属于基因家族1、简单多基因家族简单多基因家族中的基因一般以串联方式前后相连。TheeukaryoticribosomalDNArepeatingunit2、复杂多基因家族复杂多基因家族一般由几个相关基因家族构成,基因家族之间由间隔序列隔开,并作为独立的转录单位。现已发现存在不同形式的复杂多基因家族。Organizationofhistonegenesintheanimalgenome(二)断裂基因基因的编码序列在DNA分子上是不连续的,为非编码序列所隔开,其中编码的序列称为外显子,非编码序列称内含子。外显子(Exon):真核细胞基因DNA中的编码序列,这些序列被转录成RNA并进而翻译为蛋白质。内含子(Intron):真核细胞基因DNA中的间插序列,这些序列被转录成RNA,但随即被剪除而不翻译。1、外显子与内含子的连接区指外显子和内含子的交界或称边界序列,它有两个重要特征:•内含子的两端序列之间没有广泛的同源性•连接区序列很短,高度保守,是RNA剪接的信号序列5'GT——AG3'2、外显子与内含子的可变调控•组成型剪接:一个基因的转录产物通过剪接只能产生一种成熟的mRNA。•选择性剪接:同一基因的转录产物由于不同的剪接方式形成不同mRNA。PS外显子SPL外显子L外显子2外显子3DNA50b2800bp161bp4500bp205bp327bp初始转录本:在唾腺中转录成熟mRNA:1663nt初始转录本:在肝中转录成熟mRNA:1773nt图18-57小鼠淀粉酶(amy)基因利用不同启动子产生两个不同的mRNA(三)假基因是基因组中因突变而失活的基因,无蛋白质产物往往存在于真核生物的多基因家族中,常用ψ表示一般是启动子出现问题•真核生物的基因组•真核生物基因表达调控的特点和种类•真核生物DNA水平上的基因表达调控•真核生物转录水平上的基因表达调控•真核基因转录后水平上的调控Contents第二节真核生物基因表达调控的特点和种类一、真核生物基因表达调控的特点1、RNA聚合酶2、多层次3、个体发育复杂4、活性染色体结构变化:对核酸酶敏感、DNA拓扑结构变化、DNA碱基修饰变化、组蛋白变化5、正性调节占主导6、转录与翻译间隔进行7、转录后修饰、加工根据其性质可分为两大类:一是瞬时调控或称为可逆性调控,它相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反应。瞬时调控包括某种底物或激素水平升降时,及细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调节。二是发育调控或称不可逆调控,是真核基因调控的精髓部分,它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。根据基因调控在同一事件中发生的先后次序又可分为:DNA水平调控--转录水平调控--转录后水平调控--翻译水平调控--蛋白质加工水平的调控二、真核生物基因表达调控的种类:•真核生物的基因组•真核生物基因表达调控的特点和种类•真核生物DNA水平上的基因表达调控•真核生物转录水平上的基因表达调控•真核基因转录后水平上的调控Contents第三节真核生物DNA水平上的基因表达调控●基因丢失基因扩增基因重排DNA甲基化状态与调控染色体结构与调控●●●●抗体分子的形成Ti质粒转座子一、基因丢失:在细胞分化时,消除某些基因活性的方式之一就是从细胞中除去这些基因某些原生动物、线虫、昆虫和甲壳类动物在个体发育中,许多体细胞常常丢失掉整条或部分的染色体,只有将来分化产生生殖细胞的那些细胞一直保留着整套的染色体。目前,在高等真核生物(包括动物、植物)中尚未发现类似的基因丢失现象。二、基因扩增:某些基因的拷贝数专一性增大的现象,它使得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,是基因活性调控的一种方式。如某些脊椎动物和昆虫的卵母细胞为贮备大量核糖体以供卵细胞受精后发育的需要,通常都要专一性地增加编码核糖体RNA的基因(rDNA)。•将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位点从而启动转录,这种方式被称为基因重排•通过基因重排调节基因活性的典型例子是免疫球蛋白结构基因的表达。三、基因重排:四、DNA的甲基化与基因调控:1、DNA的甲基化DNA的碱基可被甲基化,主要形成5-甲基胞嘧啶和6-甲基腺嘌呤在真核生物中,5-甲基胞嘧啶主要出现在CpG序列、CpXpG、CCA/TGG和GATC中CpG二核苷酸通常成串出现在DNA上,CpG岛•真核生物细胞内存在两种甲基化酶活性:日常型甲基转移酶从头合成型甲基转移酶:催化未甲基化的CpG,不需要母链指导,速度很慢。催化特异性极强,对半甲基化的DNA有很高的亲和力,使新生的半甲基化DNA迅速甲基化保证DNA复制及细胞分裂后甲基化模式不变日常型甲基转移酶2、DNA甲基化抑制基因转录的机理DNA甲基化导致某些区域DNA构象变化,影响了蛋白质与DNA的相互作用,抑制了转录因子与启动区DNA的结合效率。实验也证明,将克隆的DNA微量地注射到爪蟾卵细胞或培养的哺乳动物细胞核内,甲基化的基因不被表达,而未甲基化的基因则可以表达。DNA的甲基化可关闭某些基因的活性;去甲基化能诱导基因的重新活化•染色质的活性转录区无或很少甲基化,非活性区则甲基化程度很高;•生物机体不同发育阶段和不同组织DNA甲基化的方式不同。真核DNA约有5%的胞嘧啶被甲基化甲基化范围与基因表达程度呈反比DNA甲基化的程度与其转录活性有密切的关系五、染色质结构与基因表达调控:按功能状态的不同可将染色质分为活性染色质和非活性染色质,所谓活性染色质是指具有转录活性的染色质;非活性染色质是指没有转录活性的染色质。活性染色质由于核小体构型发生构象的改变,往往具有疏松的染色质结构从而便于转录调控因子与顺式调控元件结合和RNA聚合酶在转录模板上滑动。活性染色质真核细胞中基因转录的模板是染色质而不是裸露的DNA染色质呈疏松或紧密结构,即是否处于活化状态是决定RNA聚合酶能否有效行使转录功能的关键•在两栖动物卵细胞发生减数分裂时所呈现的“灯刷型”染色体,就是一种姐妹染色体通过交叉点充分伸展的一种状态有利于转录活性染色质上具有DNaseI超敏感位点超敏感位点可能是启动子解旋开链一部分位点,每个活跃表达的基因都有一个或几个超敏感位点,大部分位于基因5´端启动子区域。使DNA易与RNA聚合酶和其它转录调控因子相结合,从而启动基因表达。活性染色质上具有核基质结合区(matrixattachmentregion,MAR)MAR一般位于DNA放射环或活性转录基因的两端,其功能是造成一种分割作用,使每个转录单元保持相对的独立性,免受周围染色质的影响。在外源基因两端接上MAR,可增加基因表达水平10倍以上,说明MAR在基因表达调控中有作用。是一种新的基因调控元件。•真核生物的基因组•真核生物基因表达调控的特点和种类•真核生物DNA水平上的基因表达调控•真核生物转录水平上的基因表达调控•真核基因转录后水平上的调控Contents第四节真核生物转录水平上的基因表达调控一、真核基因转录(一)真核基因结构“基因”的分子生物学定义:产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。•真核基因调控主要是在转录水平上进行的,这一点与原核生物是类似的。•但真核生物没有原核生物那样的操纵子结构,真核基因转录的调控受特定顺式作用元件(cis-actingelement,如增强子)和反式作用因子(trans-actingfactor,或称跨域作用因子,如转录因子)的调控,反式作用因子一般是可扩散的物质,它们结合在顺式作用元件上起作用。(二)顺式作用元件定义:那些与结构基因表达调控相关、能够被基因调控蛋白特异性识别和结合的特异DNA序列。影响自身基因表达活性的非编码DNA序列。例:启动子、增强子、沉默子等(1)启动子:在DNA分子中,RNA聚合酶能够识别、结合并导致转录起始的序列。核心启动子和上游启动子决定RNA聚合酶‖转录起始位点和转录频率的一关键元件(2)增强子:指能使与它连锁的基因转录频率明显增加的DNA序列是通过启动子来增强基因转录的一种远端基因表达调控元件SV40的转录单元上发现,转录起始位点上游约200bp处有两段长72bp的正向重复序列。增强子特点:①增强效应十分明显,一般能使基因转录频率增加10-200倍②增强效应与其位置和取向无关,不论增强子以什么方向排列(5‘→3’或3‘→5’),甚至和靶基因相距3kb,或在靶基因下游,均表现出增强效应;③大多为重复序列,一般长约50bp,适合与某些蛋白因子结合。其内部常含有一个核心序列:(G)TGGA/TA/TA/T(G),该序列是产生增强效应时所必需的;④增强效应有严密的组织和细胞特异性,说明增强子只有与特定的蛋白质(转录因子)相互作用才能发挥其功能;⑤没有基因专一性,可以在不同的基因组合上表现增强效应;⑥许多增强子还受外部信号的调控,如金属硫蛋白的基因启动区上游所带的增强子,就可以对环境中的锌、镉浓度做出反应。(3)沉默子:某些基因含有负性调节元件——在真核基因内能抑制基因转录的DNA序列,与反式作用因子相互结合而起作用。不受距离和方向限制,并可对异源基因的表达起作用。(三)反式作用因子1、定义:能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件核心序列上,参与调控靶基因转录效率的蛋白质。基本转录因子:TFⅡD(TATA)、转录激活因子:CTF(CAAT)、SP1(GGGCGG)转录抑制因子:ces-2•是RNA聚合酶Ⅱ结合启动子所必需的一组因子,为所有的mRNA转录起始所共有•包括TFⅡA、TFⅡB、TFⅡD、TFⅡF和TFⅡH•这些因子对TATA框的识别及转录的起始是必需的•没有大量的转录因子,RNA聚合酶Ⅱ不可能识别真核生物数量巨大的启动子基本转录因子转录激活因子•通过蛋白质-蛋白质、蛋白质-DNA相互作用而起正调节作用的因子•例如结合在真核基因启动子区GC框的因子spl蛋白属于这一类;结合在CAAT框上的因子属于此类,其中之一是CTF1、HSF(热激蛋白启动区)转录抑制因子有些转录因子与基因调控序
本文标题:第8章-真核基因表达调控
链接地址:https://www.777doc.com/doc-4889124 .html