1、目目 錄錄目目 錄錄regulation of gene expression in eukaryotes第二十一章第二十一章真核基因表達調控目目 錄錄1970年，猿猴病毒年，猿猴病毒40(simian virus 40, sv40）的生命周）的生命周期被確定為早、晚兩個階段，使它們成為基因表達調控期被確定為早、晚兩個階段，使它們成為基因表達調控的典型模型。的典型模型。 1975年年d. pribonow發現發現t7啟動子序列。啟動子序列。 1982年年c. benoist和和p. chambon揭示了揭示了sv40的早期啟動的早期啟動子序列。子序列。 1983年，年，w.s.dynan和和r

2、.tjian分離、鑒定了真核轉錄分離、鑒定了真核轉錄因子因子ap1。1986年，年，j.clarke和和chambon兩個實驗室同時報告了兩個實驗室同時報告了sv40增強子的多功能元件組成。增強子的多功能元件組成。 1990年代，信號轉導年代，信號轉導-基因轉錄偶聯機制成為熱點課題基因轉錄偶聯機制成為熱點課題。目目 錄錄目目 錄錄目目 錄錄第第 一一 節節真核基因表達調控的特征真核基因表達調控的特征features of eukaryotic gene regulation目目 錄錄一、順式作用元件是決定真核基因一、順式作用元件是決定真核基因轉錄活性的關鍵因素之一轉錄活性的關鍵因素之一exon

3、1intron1exon nintron n上游上游下游下游轉錄起始點轉錄起始點增強子增強子沉默子沉默子啟動子啟動子tata盒盒gc盒盒caat盒盒增強子增強子目目 錄錄（一）（一） 啟動子是啟動子是rna聚合酶結合并啟動聚合酶結合并啟動 基因轉錄的特異基因轉錄的特異dna序列序列目目 錄錄 tata盒盒 caat盒盒 gc盒盒 增強子增強子 順式作用元件順式作用元件 結構基因結構基因-gcgc-caat-tata轉錄起始轉錄起始真核生物啟動子保守序列真核生物啟動子保守序列目目 錄錄1. 近起始點的近起始點的tata盒盒/起始子及起始子及cpg島島 是真核生物啟動子的核心序列是真核生物啟動子的

4、核心序列真核細胞的啟動子是包括真核細胞的啟動子是包括轉錄起始點（轉錄起始點（transcription initiation site或或transcription start site）在內的、有通用轉在內的、有通用轉錄因子及錄因子及rna聚合酶組裝、結合的一段聚合酶組裝、結合的一段dna序列。序列。 典型的啟動子核心序列（典型的啟動子核心序列（core sequences）是在轉錄起始位）是在轉錄起始位點上游點上游2535 bp處，有一保守的處，有一保守的tata序列，被稱為序列，被稱為tata盒（盒（tata box），真核細胞的，真核細胞的tata盒多為盒多為tataaaa序列。序列。

5、tata盒與原核細胞的啟動子一樣，對盒與原核細胞的啟動子一樣，對rna聚合酶聚合酶ii的轉錄的轉錄起始位點起起始位點起定位定位作用。作用。 目目 錄錄|一些真核細胞基因含有另一種啟動子元件，稱一些真核細胞基因含有另一種啟動子元件，稱為為起始子起始子(initiator,inr)，決定啟動子的強度。決定啟動子的強度。 |起始子共有序列起始子共有序列為：（為：（5 ）y-y-a+1-n-t/a-y-y-y（3 ）；）；y代表胞嘧啶代表胞嘧啶c或胸腺嘧啶或胸腺嘧啶t，n代表任意堿基，代表任意堿基，t/a代表代表t或或a。 目目 錄錄u有一些編碼蛋白質基因的轉錄可有多個起始點，有一些編碼蛋白質基因的轉

6、錄可有多個起始點，可產生含不同可產生含不同5 末端的末端的mrna。u它們不含它們不含tata盒或起始子，多在起始位點上盒或起始子，多在起始位點上游約游約100 bp內含有內含有20 50個核苷酸的個核苷酸的cg序列，序列，被稱做被稱做cpg島（島（cpg island）。 u這些基因大多為低轉錄基因，編碼中間代謝酶這些基因大多為低轉錄基因，編碼中間代謝酶的管家基因。的管家基因。目目 錄錄 2. 啟動子中的上游元件協助真核基因調節啟動子中的上游元件協助真核基因調節gc盒盒(gc box) (gggcgg)caat盒盒(caat box) (gccaat )u啟動子上游元件（啟動子上游元件（pr

7、omoter-proximal elements, 或或upstream promoter elements）是一些位于是一些位于tata盒盒上游的上游的dna序列，與調節蛋白結合，調節通用轉錄序列，與調節蛋白結合，調節通用轉錄因子與因子與tata盒的結合、盒的結合、rna聚合酶與啟動子的結聚合酶與啟動子的結合，以及轉錄起始復合物的形成，從而決定基因的合，以及轉錄起始復合物的形成，從而決定基因的轉錄效率與專一性。轉錄效率與專一性。u常見的序列是：常見的序列是：目目 錄錄( (二）增強子決定基因的時空特異性表達二）增強子決定基因的時空特異性表達增強子（增強子（enhancer）是能夠結合特異基因

8、調節蛋白，促進鄰近或是能夠結合特異基因調節蛋白，促進鄰近或遠隔特定基因表達的遠隔特定基因表達的dna序列；在酵母中，被稱序列；在酵母中，被稱為為上游活化序列（上游活化序列（upstream activator sequences, uass）。增強子的作用通常與其所處的位置和方向無關。增強子的作用通常與其所處的位置和方向無關。目目 錄錄增強子距轉錄起始位點的距離變化很大，從增強子距轉錄起始位點的距離變化很大，從100 nt到到50,000nt，甚至更大。但總是作用于最近的，甚至更大。但總是作用于最近的啟動子。啟動子。 增強子所處位置增強子所處位置在所調控基因的上游或下游，但主要位于上游。在所調

9、控基因的上游或下游，但主要位于上游。下游內含子當中，乃至下游最后外顯子以外的序下游內含子當中，乃至下游最后外顯子以外的序列也可含有增強子。列也可含有增強子。很多哺乳動物基因受一個以上的增強子調控。很多哺乳動物基因受一個以上的增強子調控。 目目 錄錄（三）沉默子阻遏基因轉錄（三）沉默子阻遏基因轉錄沉默子沉默子(silencer)是指某些真核基因轉錄調控區是指某些真核基因轉錄調控區中抑制或阻遏基因轉錄的一段（數百中抑制或阻遏基因轉錄的一段（數百bp）dna序列。序列。沉默序列促進局部沉默序列促進局部dna的染色質形成致密結構，從的染色質形成致密結構，從而阻止轉錄激活因子結合而阻止轉錄激活因子結合d

10、na，是基因轉錄的負性，是基因轉錄的負性調節因素。調節因素。目目 錄錄二、反式作用因子和順式作用蛋白二、反式作用因子和順式作用蛋白 是真核基因的轉錄調節蛋白是真核基因的轉錄調節蛋白n在真核細胞核中，有許多蛋白質能夠幫助在真核細胞核中，有許多蛋白質能夠幫助rna聚聚合酶轉錄合酶轉錄rna。這類蛋白質統稱。這類蛋白質統稱轉錄因子轉錄因子（transcription factors，tf）或）或轉錄調節蛋白轉錄調節蛋白（transcription regulatory protein）。）。n以反式作用方式調節基因轉錄的轉錄因子稱為以反式作用方式調節基因轉錄的轉錄因子稱為反反式作用因子式作用因子（t

11、rans-acting factor），以順式作用），以順式作用方式調節基因轉錄的轉錄因子稱為方式調節基因轉錄的轉錄因子稱為順式作用蛋白順式作用蛋白（cis-acting protein） 。目目 錄錄cdnaadna反式調節反式調節c順式調節順式調節 mrna c蛋白質蛋白質cba mrna蛋白質蛋白質aa目目 錄錄（一）（一）pol轉錄需要基本轉錄因子和特異轉錄需要基本轉錄因子和特異 轉錄因子轉錄因子 * 基本轉錄因子基本轉錄因子(general transcription factors) 是是rna聚合酶結合啟動子所必需的一組聚合酶結合啟動子所必需的一組蛋白因子，決定三種蛋白因子，決定

12、三種rna(mrna、trna及及rrna)轉錄的類別。轉錄的類別。目目 錄錄* 特異轉錄因子特異轉錄因子(special transcription factors)為個別基因轉錄所必需，決定該基因的為個別基因轉錄所必需，決定該基因的時間、空間特異性表達。時間、空間特異性表達。轉錄激活因子轉錄激活因子轉錄抑制因子轉錄抑制因子目目 錄錄 轉錄調節因子結構轉錄調節因子結構dna結合域結合域轉錄激活域轉錄激活域tf蛋白質蛋白質-蛋白質結合域蛋白質結合域（二聚化結構域）（二聚化結構域） 谷氨酰胺富含域谷氨酰胺富含域酸性激活域酸性激活域脯氨酸富含域脯氨酸富含域目目 錄錄（二）轉錄因子含有不同的（二）轉

13、錄因子含有不同的dna結合域結合域n螺旋螺旋-轉角轉角-螺旋螺旋是轉錄因子中的常見的是轉錄因子中的常見的dna結合域結合域 n同源異型域結構同源異型域結構與與hth結構域類似結構域類似 n鋅指結構鋅指結構是一類含鋅離子轉錄因子的是一類含鋅離子轉錄因子的dna結合域結合域 n亮氨酸拉鏈亮氨酸拉鏈結構域既可介導結合結構域既可介導結合dna又可介導蛋白又可介導蛋白質二聚體化質二聚體化 n堿性螺旋堿性螺旋-環環-螺旋螺旋結構域也可同時介導結合結構域也可同時介導結合dna和和蛋白質二聚體化蛋白質二聚體化 目目 錄錄螺旋螺旋-回折回折-螺旋螺旋（helix-turn-helix，hth） 同源異型域同源異

14、型域（homeodomain，hd）識別識別螺旋螺旋dna大溝大溝dna小溝小溝螺旋螺旋1n端端dna大溝大溝螺旋螺旋3目目 錄錄 鋅指結構是一類含鋅的鋅指結構是一類含鋅的dnadna結合蛋白質模體結合蛋白質模體c2h2型鋅指（型鋅指（zinc finger）目目 錄錄反向平行反向平行片層片層dna大溝大溝螺旋螺旋zn2目目 錄錄 亮氨酸拉鏈同時調節亮氨酸拉鏈同時調節dna結合與蛋白質二聚體化結合與蛋白質二聚體化leuleuleuleuleuleuleuleudna大溝大溝dna大溝大溝亮氨酸拉鏈亮氨酸拉鏈（leucine zipper）目目 錄錄 堿性螺旋堿性螺旋-環環-螺旋結構也可調節螺旋

15、結構也可調節dna結合及蛋結合及蛋白質二聚體化白質二聚體化 堿性螺旋堿性螺旋-環環-螺旋螺旋（basic helix-loop-helix，bhlh） bhlh雙體雙體dna大溝大溝螺螺旋旋螺旋螺旋環環目目 錄錄（三）轉錄因子含有不同的轉錄激活域（三）轉錄因子含有不同的轉錄激活域目目 錄錄三、正性調節占主導的真核基因表達三、正性調節占主導的真核基因表達調控機制更加復雜調控機制更加復雜*不同的不同的dna元件組合可產生多種類型的轉錄調節元件組合可產生多種類型的轉錄調節方式；方式；* 多種轉錄因子又可結合相同或不同的多種轉錄因子又可結合相同或不同的dna元件；元件；* 轉錄因子與轉錄因子與dna元

16、件結合后，對轉錄激活過程所元件結合后，對轉錄激活過程所產生的效果各異，有正性調節或負性調節之分。產生的效果各異，有正性調節或負性調節之分。目目 錄錄第第 二二 節節真核基因表達的染色質真核基因表達的染色質水平調控水平調控chromosomal regulation ofeukaryotic gene expression目目 錄錄 基因活化蛋白質改變局部染色質結構基因活化蛋白質改變局部染色質結構 異染色質（異染色質（heterochromatin）是轉錄非活性的。是轉錄非活性的。 常染色質（常染色質（euchromatin）中的轉錄活性區域對核酸中的轉錄活性區域對核酸酶敏感，特別是轉錄基因的酶

17、敏感，特別是轉錄基因的5-側翼區側翼區1000 nt以內是以內是高敏感位點高敏感位點(hypersensitive sites)。很多高敏感位點是。很多高敏感位點是調節蛋白質的結合序列，而這些區域核小體的相對調節蛋白質的結合序列，而這些區域核小體的相對缺少也使得這些蛋白質易于與之結合。缺少也使得這些蛋白質易于與之結合。 轉錄活化染色質與非活化染色質在結構轉錄活化染色質與非活化染色質在結構上有很大不同。上有很大不同。 目目 錄錄轉錄活化染色質與非活化染色質的組蛋轉錄活化染色質與非活化染色質的組蛋白共價修飾的方式也不相同。白共價修飾的方式也不相同。 核小體的核心組蛋白（核小體的核心組蛋白（h2a，

18、h2b，h3，h4）中）中賴氨酸殘基的非可逆性甲基化，絲氨酸與蘇氨酸殘賴氨酸殘基的非可逆性甲基化，絲氨酸與蘇氨酸殘基的磷酸化，乙酰化以及泛素化多是轉錄活性染色基的磷酸化，乙酰化以及泛素化多是轉錄活性染色質的特點。質的特點。 真核細胞真核細胞dna的的cpg序列（序列（cpg島）中的胞嘧啶島）中的胞嘧啶被甲基化為被甲基化為5-甲基胞嘧啶是常見現象，但轉錄活性甲基胞嘧啶是常見現象，但轉錄活性染色質區域胞嘧啶被甲基化的程度降低。染色質區域胞嘧啶被甲基化的程度降低。目目 錄錄l染色質重塑（染色質重塑（chromatin remodeling） 基因活化蛋白質可以通過改變基因的基因活化蛋白質可以通過改變

19、基因的啟動子和調節序列區域的染色質結構來促進啟動子和調節序列區域的染色質結構來促進轉錄開始。這種改變局部染色質結構的過程轉錄開始。這種改變局部染色質結構的過程被稱為被稱為染色質重塑染色質重塑 。最主要的兩種方式：最主要的兩種方式： 組蛋白的共價修飾組蛋白的共價修飾 核小體重塑（核小體重塑（nucleosome remodeling）目目 錄錄染染色色質質重重塑塑目目 錄錄l組蛋白乙酰化組蛋白乙酰化 位點：位點：組蛋白乙酰化轉移酶（組蛋白乙酰化轉移酶（histone acetyl transferases, hats），也稱組蛋白乙酰化酶），也稱組蛋白乙酰化酶（histone acetylase

20、）主要作用于核小體的核心組）主要作用于核小體的核心組蛋白所富含的賴氨酸殘基，降低整個核小體對蛋白所富含的賴氨酸殘基，降低整個核小體對dna的親和性。的親和性。時間：時間：基因活化蛋白質結合在轉錄調節區域后。基因活化蛋白質結合在轉錄調節區域后。目目 錄錄作用：作用：使染色質進入轉錄活性狀態乙；還可能使染色質進入轉錄活性狀態乙；還可能促進或防止與其他轉錄或調節相關蛋白的相互促進或防止與其他轉錄或調節相關蛋白的相互作用。作用。逆轉：逆轉：組蛋白脫乙酰化酶組蛋白脫乙酰化酶(histone deacetylase)減減少核小體的乙酰化，使染色質恢復轉錄非活性少核小體的乙酰化，使染色質恢復轉錄非活性狀態。

21、狀態。 目目 錄錄第第 三三 節節真核基因表達的轉錄水平調控真核基因表達的轉錄水平調控transcriptional regulation of eukaryotic gene expression目目 錄錄基因表達的多級調控基因表達的多級調控: :基因基因激活激活轉錄起始轉錄起始 轉錄后加工轉錄后加工mrna降解降解蛋白質降解等蛋白質降解等蛋白質翻譯蛋白質翻譯翻譯后加工修飾翻譯后加工修飾目目 錄錄基因轉錄激活調節基本要素基因轉錄激活調節基本要素: :v基因的結構、性質基因的結構、性質v細胞內所存在的轉錄調節蛋白細胞內所存在的轉錄調節蛋白v生物個體或細胞所處的內、外環境生物個體或細胞所處的內、

22、外環境目目 錄錄 真核細胞基因開關的分子機制比原核復雜真核細胞基因開關的分子機制比原核復雜基本共同點：基本共同點：轉錄起始的調節是關鍵點轉錄起始的調節是關鍵點根本不同點：根本不同點：原核生物：原核生物：啟動子在缺少轉錄因子情況下啟動子在缺少轉錄因子情況下就具有天然活性就具有天然活性 真核生物：真核生物：強力啟動子在缺少調節蛋白的強力啟動子在缺少調節蛋白的情況下往往沒有活性情況下往往沒有活性 目目 錄錄*真核細胞基因及其調控區域受到染色質結構的限制，真核細胞基因及其調控區域受到染色質結構的限制，轉錄的活化與轉錄調控區域、轉錄區域內染色質結轉錄的活化與轉錄調控區域、轉錄區域內染色質結構的諸多變化相

23、關；構的諸多變化相關；*正性調節是主要形式。因此，在轉錄的基本狀態受正性調節是主要形式。因此，在轉錄的基本狀態受到制約的情況下，使得每個真核細胞基因需要活化到制約的情況下，使得每個真核細胞基因需要活化才能被轉錄；才能被轉錄；*真核細胞有更大、更為復雜、種類更多的調節蛋白。真核細胞有更大、更為復雜、種類更多的調節蛋白。單一啟動子可以被分散在單一啟動子可以被分散在dna分子上、數量近乎無分子上、數量近乎無限的調節序列所控制。限的調節序列所控制。真核細胞對基因表達起始的調控至少在下面真核細胞對基因表達起始的調控至少在下面幾個方面與原核細胞存在不同：幾個方面與原核細胞存在不同： 目目 錄錄 一、轉錄起

24、始調控發生在轉錄起始復一、轉錄起始調控發生在轉錄起始復合物的組裝過程合物的組裝過程基因活化蛋白質與增強子或基因活化蛋白質與增強子或uass的結合；的結合；通用轉錄因子在啟動子處的組裝；通用轉錄因子在啟動子處的組裝；輔助激活子輔助激活子(coactivator)和和/或中介子（或中介子（medicator）在通用轉錄因子在通用轉錄因子/rna聚合酶聚合酶ii復合物與基因活化復合物與基因活化蛋白質之間的輔助和中介作用。蛋白質之間的輔助和中介作用。 rna聚合酶聚合酶ii與啟動子的結合、啟動轉錄需與啟動子的結合、啟動轉錄需要諸多蛋白質因子的協同作用。這通常包括：要諸多蛋白質因子的協同作用。這通常包括

25、：目目 錄錄基因活化蛋白質與增強子結合后，通過與基因活化蛋白質與增強子結合后，通過與全酶復合體中的中介子相互反應，使全酶復合全酶復合體中的中介子相互反應，使全酶復合體在空間上更接近啟動子并有效組裝。體在空間上更接近啟動子并有效組裝。此外，多數全酶復合體中缺少一些通用轉此外，多數全酶復合體中缺少一些通用轉錄因子，如錄因子，如tfiid與與tfiia，它們需要在啟動，它們需要在啟動子處分別組裝，最后形成穩定的子處分別組裝，最后形成穩定的轉錄起始復合轉錄起始復合物（物（transcription initiation complex），啟動，啟動轉錄。轉錄。目目 錄錄tata盒盒tf iidrna聚

26、合酶聚合酶ii通用轉錄因子通用轉錄因子轉錄方向轉錄方向中介子中介子活化蛋白活化蛋白活化蛋白活化蛋白增強子增強子增強子增強子dnatf iia目目 錄錄基因活化蛋白與增強子結合后如何影響基因活化蛋白與增強子結合后如何影響到遠距離的到遠距離的rna聚合酶結合位點，有以下幾聚合酶結合位點，有以下幾種模式：種模式： 通過扭曲作用使通過扭曲作用使dna鏈發生構型變化，更鏈發生構型變化，更適合于通用轉錄因子與適合于通用轉錄因子與rna聚合酶結合聚合酶結合, 并通并通過直接接觸或通過輔活化子過直接接觸或通過輔活化子/中介子而影響通用中介子而影響通用轉錄因子和轉錄因子和rna聚合酶的組裝。聚合酶的組裝。扭曲（

27、扭曲（twisting）目目 錄錄沿沿dna滑動，直到接觸另一個特異滑動，直到接觸另一個特異dna序列結合的轉錄因子，發揮作用。序列結合的轉錄因子，發揮作用。利用利用dna分子的柔曲性彎曲成環，使增強分子的柔曲性彎曲成環，使增強子區域與子區域與rna聚合酶結合位點靠近，直接接觸聚合酶結合位點靠近，直接接觸或通過輔活化子或通過輔活化子/中介子而發揮作用。中介子而發揮作用。滑動（滑動（sliding）成環（成環（looping）目目 錄錄固醇類激素、甲狀腺激素、維甲酸類激素等固醇類激素、甲狀腺激素、維甲酸類激素等激素與細胞核內的特異性受體，即特異基因調節激素與細胞核內的特異性受體，即特異基因調節蛋

28、白結合，形成的激素蛋白結合，形成的激素-受體復合物結合到受體復合物結合到dna特 定 的 基 因 調 節 序 列特 定 的 基 因 調 節 序 列 激 素 反 應 元 件激 素 反 應 元 件(hormone response elements, hres)，再通過與，再通過與其他調節因子的相互作用，活化或抑制相鄰基因其他調節因子的相互作用，活化或抑制相鄰基因的表達。的表達。目目 錄錄幾種不同的激素反應元件幾種不同的激素反應元件受體受體男性激素（男性激素（androgen）糖皮質激素糖皮質激素 (glucocorticoid)維甲酸維甲酸 (retinoic acid)維生素維生素d (vit

29、amin d)甲狀腺激素甲狀腺激素 (thyroid hormone)類維生素類維生素a （retinoid x）共同結合序列共同結合序列*gg(a/t)acan2tgttctggtacan3tgttctaggtcan5aggtcaaggtcan3aggtcaaggtcan3aggtcaaggtcanaggtcanaggtcanaggtca目目 錄錄（一）（一）mrna 5端加帽和端加帽和3端加尾修飾端加尾修飾利于利于mrna穩定性和轉運穩定性和轉運除組蛋白外，所有真核細胞除組蛋白外，所有真核細胞mrna都有都有5 端的端的“帽帽”和和3 端的端的poly(a)尾結構尾結構 。5 端的端的“帽

30、帽”和和3 端的端的poly(a)尾均有其尾均有其特有的作用。特有的作用。二、轉錄后調控涉及修飾、剪接、二、轉錄后調控涉及修飾、剪接、編輯、定向轉運多個環節編輯、定向轉運多個環節目目 錄錄5 加帽的作用在于：加帽的作用在于： 有助于保護有助于保護mrna免于被核糖核酸酶降解；免于被核糖核酸酶降解；5 帽結合蛋白復合體參與帽結合蛋白復合體參與mrna和核糖體的和核糖體的結合來起始翻譯結合來起始翻譯 。促進促進mrna從細胞核運輸到細胞漿；從細胞核運輸到細胞漿；協助協助mrna的剪接。在剪接第一個外顯子時，的剪接。在剪接第一個外顯子時，剪接體的形成需要帽結合蛋白的參與；剪接體的形成需要帽結合蛋白的

31、參與；目目 錄錄poly(a)尾可結合一種或多種特殊蛋白，尾可結合一種或多種特殊蛋白，避免避免mrna被酶降解，并在翻譯過程中具有被酶降解，并在翻譯過程中具有重要作用。許多原核重要作用。許多原核mrna也含有也含有poly(a)尾，尾，但是此尾的功能是促進但是此尾的功能是促進mrna降解，而不是降解，而不是保護保護mrna免于被降解。免于被降解。poly(a)尾的作用：尾的作用：目目 錄錄（二）可變性剪接可使初始轉錄本產生不（二）可變性剪接可使初始轉錄本產生不同的成熟同的成熟mrna許多初始轉錄本可以通過一種以上的選擇性許多初始轉錄本可以通過一種以上的選擇性剪接（剪接（alternative

32、rna splicing）方式，去除不）方式，去除不同的內含子而被加工形成不同的同的內含子而被加工形成不同的mrnas，因而，因而形成不同的多肽。形成不同的多肽。 目目 錄錄人視黃醛還原酶人視黃醛還原酶mrna的選擇性剪接的選擇性剪接mrnapre-mrna同種異型同種異型mrna目目 錄錄初始轉錄本含有所有選擇性加工途徑所需初始轉錄本含有所有選擇性加工途徑所需要的分子信號。要的分子信號。一種細胞偏好何種選擇性加工途徑取決于一種細胞偏好何種選擇性加工途徑取決于加工因子加工因子rna結合蛋白的特異性。結合蛋白的特異性。 負調節：負調節：抑制蛋白質可以通過與原始轉錄本的結抑制蛋白質可以通過與原始轉

33、錄本的結合來防止剪接復合體切除內含子序列。合來防止剪接復合體切除內含子序列。選擇性剪接可以被正負調節分子調節：選擇性剪接可以被正負調節分子調節：正調節：正調節：而不能正常剪接的剪接復合體可以在活而不能正常剪接的剪接復合體可以在活化蛋白的幫助下發揮剪接功能。化蛋白的幫助下發揮剪接功能。目目 錄錄（三）編輯加工可增加（三）編輯加工可增加mrna分子信息的內涵分子信息的內涵某些某些mrnas在翻譯前被編輯在翻譯前被編輯(editing)。結果：結果：轉錄后編輯過程插入了轉錄后編輯過程插入了4個個u殘基，從而殘基，從而改變了轉錄本的翻譯讀碼框。改變了轉錄本的翻譯讀碼框。機制：機制：尚不清楚。研究人員已

34、經發現線粒體轉錄一尚不清楚。研究人員已經發現線粒體轉錄一類特殊的類特殊的rna分子，其分子，其3 端有一段端有一段 poly(u), 其其5 端序列與端序列與mrnas被編輯的區域互補，被被編輯的區域互補，被稱為引導稱為引導rna（guide rna）。引導）。引導rna可可能作為編輯過程的模板，并將其能作為編輯過程的模板，并將其3 端的端的u轉移轉移給被編輯的給被編輯的mrnas。 目目 錄錄 （四）調解成熟（四）調解成熟mrna的核外輸出也會的核外輸出也會影響基因表達影響基因表達現象：現象：估計有估計有1/5的核內成熟的核內成熟mrnas能進入細胞能進入細胞漿。留在核內的漿。留在核內的mr

35、nas約在約在1小時內降解。小時內降解。mrna通過核膜的過程是一個主動運輸過通過核膜的過程是一個主動運輸過程，常常需要借助于程，常常需要借助于核輸出受體核輸出受體(nuclear export receptors)才可穿過才可穿過9nm的核孔通道。的核孔通道。 機制：機制：調控調控rna從核運輸至細胞漿的機制還不很從核運輸至細胞漿的機制還不很清楚。清楚。 目目 錄錄（五）某些（五）某些mrna定位于細胞質的特殊區域定位于細胞質的特殊區域現象：現象：一些一些mrna分子攜帶有信息，可以在翻分子攜帶有信息，可以在翻譯開始前自我導向定位于細胞內的特定譯開始前自我導向定位于細胞內的特定位置。位置。

36、作用：作用：在細胞的特定部位集中產生所需要的大在細胞的特定部位集中產生所需要的大量蛋白質。量蛋白質。 目目 錄錄機制：機制：導向信號存在于導向信號存在于mrna的的3 端非翻譯區端非翻譯區（3 untranslated region, 3 utr）。）。 mrna被連接在附著于細胞骨架上的動力蛋白被連接在附著于細胞骨架上的動力蛋白（motor proteins）上，利用其水解）上，利用其水解atp所提供的能量沿所提供的能量沿著骨架成分朝目的方向移動，最終在目的地被錨蛋白著骨架成分朝目的方向移動，最終在目的地被錨蛋白（anchor proteins）固定。）固定。mrna在細胞漿中隨機擴散并被不

37、斷地降解，只有在細胞漿中隨機擴散并被不斷地降解，只有碰上錨蛋白才能得到保護。碰上錨蛋白才能得到保護。mrna通過在細胞漿中的隨機擴散，在其定位處被通過在細胞漿中的隨機擴散，在其定位處被錨蛋白捕捉、固定。錨蛋白捕捉、固定。第二種情況第二種情況第三種情況第三種情況第一種情況第一種情況目目 錄錄mrna分子的分子的3種不同定位過程種不同定位過程目目 錄錄（六）通過改變（六）通過改變mrna分子的穩定性分子的穩定性 調控基因表達調控基因表達 意義：意義：降解途徑保證降解途徑保證mrna不在細胞中累積并不在細胞中累積并避免合成過多的蛋白質。避免合成過多的蛋白質。不同真核基因的不同真核基因的mrna的降解

38、速率大不相同。的降解速率大不相同。 暫時需要的基因產物：暫時需要的基因產物：半衰期可能僅為幾分鐘、半衰期可能僅為幾分鐘、甚至幾秒鐘。甚至幾秒鐘。 經常需要的基因產物：經常需要的基因產物：其其mrna 可在多代細胞可在多代細胞中穩定存在。中穩定存在。 目目 錄錄真核細胞真核細胞mrna降解有兩種途徑，是由每降解有兩種途徑，是由每種種mrna分子的序列所決定。分子的序列所決定。 poly(a)的逐漸短縮：最常見的途徑的逐漸短縮：最常見的途徑vmrna分子一旦進入細胞漿中，核酸外切酶會使分子一旦進入細胞漿中，核酸外切酶會使poly(a)末端逐步短縮，當剩下約末端逐步短縮，當剩下約30個個a時，時，5

39、 端端發生脫帽，發生脫帽，mrna分子被迅速降解。分子被迅速降解。v一些一些mrna分子的分子的3 utr的特殊序列有助于特殊的特殊序列有助于特殊蛋白質的結合，增加或降低蛋白質的結合，增加或降低poly(a)短縮的速度。短縮的速度。 目目 錄錄v可將可將poly(a)直接從直接從mrna分子上切除。這分子上切除。這種切除也有賴于種切除也有賴于mrna分子的分子的3 utr特殊序特殊序列可以被內切酶識別。列可以被內切酶識別。 另一個途徑始于特殊內切酶的作用另一個途徑始于特殊內切酶的作用 轉鐵蛋白受體轉鐵蛋白受體(transferrin receptor, tfr) mrna分子分子 3 utr柄

40、環（柄環（stem-loop）結構）結構鐵反應元件鐵反應元件(iron-response element，ire)。例如：例如：目目 錄錄 ire-bp對轉鐵蛋白受體對轉鐵蛋白受體mrna穩定性的調節穩定性的調節低鐵狀態低鐵狀態轉鐵蛋白受體轉鐵蛋白受體mrna5編碼區編碼區活化的活化的ire-bp3poly(a)n翻譯翻譯tfr蛋白蛋白ire高鐵狀態高鐵狀態轉鐵蛋白受體轉鐵蛋白受體mrna5編碼區編碼區鐵鐵失活的失活的ire-bp3poly(a)nmrna降解降解ire目目 錄錄（七）（七）mrna分子細胞質中添加分子細胞質中添加poly(a) 控制蛋白翻譯控制蛋白翻譯在一些情況下，特殊的在一

41、些情況下，特殊的poly(a)尾端可以尾端可以在細胞漿得以延伸。在細胞漿得以延伸。 例：正在成熟中的卵母細胞與卵細胞例：正在成熟中的卵母細胞與卵細胞 一些存在于細胞漿的一些存在于細胞漿的mrna分子的分子的3末端只有末端只有1030個腺苷酸（個腺苷酸（a），它們并不翻譯。在卵母細胞成），它們并不翻譯。在卵母細胞成熟和受精后的一個特定時段，當需要這些熟和受精后的一個特定時段，當需要這些mrna所編所編碼的蛋白質時，碼的蛋白質時，poly(a)被添加到這些選定的被添加到這些選定的mrna分分子，大大促進它們翻譯的開始。子，大大促進它們翻譯的開始。目目 錄錄（八）無義變化介導的（八）無義變化介導的m

42、rna降解是真核降解是真核mrna的監視系統的監視系統無義變化介導的無義變化介導的mrna降解降解 (nonsense-mediated mrna decay, nmd）當在同一閱讀框架內的翻譯終止密碼子當在同一閱讀框架內的翻譯終止密碼子uaa、uag或或uga提前出現在最后兩個外顯子提前出現在最后兩個外顯子交界處上游約交界處上游約50 nt處時，處時，mrna被迅速降解。被迅速降解。這些錯位終止密碼子被稱為這些錯位終止密碼子被稱為成熟前終止密碼子成熟前終止密碼子（premature termination codons, ptc），可以，可以來自突變、重組、不完全或不正確剪接。來自突變、重組

43、、不完全或不正確剪接。 目目 錄錄無義變化介導的無義變化介導的mrna的降解的降解目目 錄錄意義：意義：v可以使某些異常的可以使某些異常的mrna在被有效地翻譯成蛋在被有效地翻譯成蛋白質前得到清除白質前得到清除 ，這個，這個mrna監視系統可以防監視系統可以防止非正常截短的蛋白質的合成止非正常截短的蛋白質的合成 。vnmd在進化過程中發揮了重要作用，使真核細在進化過程中發揮了重要作用，使真核細胞更容易探究由于胞更容易探究由于dna重排、突變或不同剪接重排、突變或不同剪接方式所形成的新基因。方式所形成的新基因。v免疫系統細胞的發育過程中也很重要，重排基免疫系統細胞的發育過程中也很重要，重排基因產

44、生的這類因產生的這類mrna被被nmd系統迅速降解，避系統迅速降解，避免了截短蛋白質的細胞毒作用。免了截短蛋白質的細胞毒作用。目目 錄錄（九）（九）rna干涉是一種基因轉錄后沉默機制干涉是一種基因轉錄后沉默機制 rna干涉干涉 在高等真核生物中發現有一類在高等真核生物中發現有一類小小rnas (small rnas)介導的特殊基因的沉默。這是由于介導的特殊基因的沉默。這是由于此類小此類小rnas與與mrnas（經常是（經常是3 utr）相互作）相互作用，導致用，導致mrna降解或者翻譯抑制，使降解或者翻譯抑制，使mrna及及其相應基因無法表達而沉默（其相應基因無法表達而沉默（silence）。）。 控制至少某些生物體的適時發育。它也是一控制至少某些生物體的適時發育。它也是一種保護生物體免受種保護生物體免受rna病毒