關于或蛋白質的化學修飾與基因表達第一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一一、DNA甲基化與基因表達

二、蛋白質磷酸化與基因表達

三、基因重排的分子機制

第二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一一、DNA甲基化與基因表達

DNA甲基化是最早發現的修飾途徑之一，可能存在于所有高等生物中。DNA甲基化能關閉某些基因的活性，去甲基化則誘導了基因的重新活化和表達。1．DNA甲基化的主要形式

5-甲基胞嘧啶，N6-甲基腺嘌呤和7-甲基鳥嘌呤。在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出現在CpG和CpXpG中，原核生物中CCA/TGG和GATC也常被甲基化。第三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一真核生物細胞內存在兩種甲基化酶活性：一種被稱為日常型（mainte-nance）甲基轉移酶，另一種是

從頭合成（denovosynthesis）甲基轉移酶。前者主要在甲基化母鏈（模板鏈）指導下使處于半甲基化的DNA雙鏈分子上與甲基胞嘧啶相對應的胞嘧啶甲基化。日常型甲基轉移酶常常與DNA內切酶活性相耦聯，有3種類型。II類酶活性包括內切酶和甲基化酶兩種成分，而I類和III類都是雙功能酶，既能將半甲基化DNA甲基化，又能降解外源無甲基化DNA。第六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一由于甲基化胞嘧啶極易在進化中丟失，所以，高等真核生物中CG序列遠遠低于其理論值。哺乳類基因組中約存在4萬個CGislands，大多位于轉錄單元的5‘區。沒有甲基化的胞嘧啶發生脫氨基作用，就可能被氧化成為U，被DNA修復系統所識別和切除，恢復成C。已經甲基化的胞嘧啶發生脫氨基作用,它就變為T,無法被區分。因此,CpG序列極易丟失。第九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一2．甲基化抑制基因轉錄的機制

甲基化導致某些區域DNA構象變化，從而影響了蛋白質與DNA的相互作用，抑制了轉錄因子與啟動區DNA的結合效率。第十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一對弱啟動子來說，少量甲基化就能使其完全失去轉錄活性。當這類啟動子被增強時，即使不去甲基化也可以恢復其轉錄活性。甲基化密度較高時，即使增強后的啟動子仍無轉錄活性。

因為甲基化對轉錄的抑制強度與MeCP1（methylCpG-bindingprotein1）結合DNA的能力成正相關，甲基化CpG的密度和啟動子強度之間的平衡決定了該啟動子是否具有轉錄活性。DNA甲基化對基因轉錄的抑制直接參與了發育調控。隨著個體發育，當需要某些基因保持"沉默"時，它們將迅速被甲基化，若需要恢復轉錄活性，則去甲基化。第十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一I．DNA甲基化抑制基因轉錄的直接機制

某些轉錄因子的結合位點內含有CpG序列，甲基化以后直接影響了蛋白質因子的結合活性，不能起始基因轉錄。II.甲基化抑制轉錄的間接機制

CpG甲基化，通過改變染色質的構象或者通過與甲基化CpG結合的蛋白因子間接影響轉錄因子與DNA的結合。第十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一與不含甲基化的染色質相比，甲基化后染色質對于核酸酶或限制性內切酶的敏感度下降，更容易與組蛋白H1相結合，說明甲基化與非甲基化DNA在構象上有差異。已經分離純化了數個與甲基化DNA特異結合的蛋白質。MeCP1可以與至少12個對稱的甲基化CpG結合，而MeCP2僅同單個甲基化的CpG序列結合。第十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一3．DNA甲基化與X染色體失活

雌性胎生哺乳類動物細胞中兩條X染色體之一在發育早期隨機失活，以確保其與只有一條X染色體的雄性個體內X染色體基因的劑量相同。一旦發生X染色體失活，使該細胞有絲分裂所產生的后代都保持同一條X染色體失活。第十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一

科學家發現，在X染色體上存在一個與X染色體失活有密切聯系的核心部位稱為X染色體失活中心（X-chromosomeinactivationcenter，Xic），定位在Xq13區（正好是Barr氏小體濃縮部位）。

Xi-specifictranscript(Xist)基因只在失活的X染色體上表達，其產物是一功能性RNA，沒有ORF卻含有大量的終止密碼子。實驗證明，XistRNA分子能可能與Xic位點相互作用，引起后者構象變化，易于結合各種蛋白因子，最終導致X染色體失活。第二十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一二、蛋白質磷酸化與基因表達

蛋白質的磷酸化反應是指通過酶促反應把磷酸基團從一個化合物轉移到另一個化合物上的過程,是生物體內存在的一種普遍的調節方式，在細胞信號的傳遞過程中占有極其重要的地位。第二十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第二十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一已經發現在人體內有多達2000個左右的蛋白質激酶和1000個左右的蛋白質磷酸酶基因。蛋白質的磷酸化是指由蛋白質激酶催化的把ATP或GTP上γ位的磷酸基轉移到底物蛋白質氨基酸殘基上的過程，其逆轉過程是由蛋白質磷酸酶催化的，稱為蛋白質脫磷酸化。第二十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一1．蛋白質磷酸化在細胞信號轉導中的作用(1).在胞內介導胞外信號時具有專一應答特點。與信號傳遞有關的蛋白激酶類主要受控于胞內信使，如cAMP，Ca2+，DG（二酰甘油，diacylglycerol）等，這種共價修飾調節方式顯然比變構調節較少受胞內代謝產物的影響。

(2).蛋白質的磷酸化與脫磷酸化控制了細胞內已有的酶“活性”。與酶的重新合成及分解相比，這種方式能對外界刺激做出更迅速的反應。(3).對外界信號具有級聯放大作用；(4).蛋白質的磷酸化與脫磷酸化保證了細胞對外界信號的持續反應。被磷酸化的主要氨基酸殘基：絲氨酸、蘇氨酸和酪氨酸。組氨酸和賴氨酸殘基也可能被磷酸化。

第二十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第二十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第二十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第二十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第二十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第二十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第三十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一2.真核細胞主要跨膜信號轉導途徑

第三十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一3.蛋白激酶的種類與功能根據底物蛋白質被磷酸化的氨基酸殘基的種類可分為三大類：

第一類為絲氨酸/蘇氨酸型。這類蛋白激酶使底物蛋白質的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化

第二類為酪氨酸型。被磷酸化的是底物的酪氨酸殘基。

第三類是"雙重底物特異性蛋白激酶（dual-specificityproteinkinase），既可使絲氨酸和蘇氨酸殘基磷酸化又可使酪氨酸殘基磷酸化。第三十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第三十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一根據是否有調節物來分又可分成兩大類：

信使依賴性蛋白質激酶（messenger-dependentproteinkinase），包括胞內第二信使或調節因子依賴性蛋白激酶及激素（生長因子）依賴性激酶兩個亞類；非信使依賴型蛋白激酶。第三十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第三十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一4.受cAMP調控的A激酶

被A激酶磷酸化的蛋白質其N端上游往往存在兩個或兩個以上堿性氨基酸，特異氨基酸的磷酸化（X-Arg-Arg-X-Ser-X）改變了這一蛋白的酶活性。這一酶活性代表了絕大多數細胞中cAMP所引起的全部反應。PKA全酶由4個亞基組成(R2C2）包括兩個相同的調節亞基（R）和兩個相同的催化亞基（C）。全酶的分子量為150-170kD。第三十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一C亞基具有催化活性，R亞基具有調節功能，有兩個cAMP結合位點。R亞基對C亞基具有抑制作用，所以，R和C聚合后的全酶（R2C2）無催化活性。R亞基與cAMP的結合導致C亞基解離并表現出催化活性。

激素與其受體在肌肉細胞外表面相結合，誘發細胞質cAMP的合成并活化A激酶，再將活化磷酸基團傳遞給無活性的磷酸化酶激酶，活化糖原磷酸化酶，最終將糖原磷酸化，進入糖酵解并提供ATP。

第三十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第三十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第三十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第四十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一5.C激酶與PIP2、IP3和DAG

磷酸肌醇級聯放大的細胞內信使是磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸（PIP2）的兩個酶解

產物：肌醇1，4，5-三磷酸（IP3）和二酰基甘油（DAG）。C激酶（PKC）是依賴于Ca2+的蛋白質激酶。由于IP3所引起的細胞質Ca2+濃度升高，導致C激酶從胞質轉運到靠原生質膜內側處，并被DAG和Ca2+的雙重影響所激活。

C激酶的活性也受磷脂酰絲氨酸的影響，原因是后者大大提高了C激酶對于Ca2+的親和力，從而使得C激酶能被生理水平的Ca2+離子所活化。C激酶主要實施對絲氨酸、蘇氨酸的磷酸化，它具有一個催化結構域和一個調節結域。第四十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第四十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一6.CaM激酶及MAP激酶

Ca2+的細胞學功能主要通過鈣調蛋白激酶（CaM-kinase）來實現，它們也是一類絲氨酸/蘇氨酸激酶，但僅應答于細胞內Ca2+水平。MAP激酶（mitogen-activatedproteinkinase,MAP-kinase，又稱為extracellular-signal-regulatedkinase，ERKS）活性受許多外源

細胞生長、分化因子的誘導，也受到酪氨酸蛋白激酶及G蛋白受體系統的調控。MAP-激酶的活性取決于該蛋白中僅有一個氨基酸之隔的酪氨酸、絲氨酸殘基是否都被磷酸化。科學家把能同時催化這兩個氨基酸殘基磷酸化的酶稱為MAP-激酶-激酶，它的反應底物是MAP激酶。MAP-激酶-激酶本身能被MAP-激酶-激酶-激酶所磷酸化激活，后者能同時被C激酶或酪氨酸激酶家族的Ras蛋白等激活，從而在信息傳導中發揮功能。第四十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第四十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一7.酪氨酸蛋白激酶

對于許多生長因子受體的研究表明，跨膜的酪氨酸蛋白激酶在信息傳遞過程中起著重要作用。表皮生長因子（EGF）、胰島素樣生長因子（IGF）、成纖維細胞生長因子（FGF）、神經生長因子（NGF）、血小板衍生生長因子（PDGF）和血管內皮細胞生長因子（VEGF）受體都擁有定位于胞內的酪氨酸激酶功能區域和膜外區。第四十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第四十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一具有受體功能的酪氨酸

蛋白激酶(receptorproteintyrosinekinase,RPTK)。包括三個結構域：胞外的配體結合區，細胞內部具有酪氨酸蛋白激酶活性的區域和連接這兩個區域的跨膜結構。胞外配體結合區：RPTK的N端大約500-850個氨基酸組成親水性胞外配體結合區域，氨基酸序列變化較大，是不同RPTK與相應配體特異性結合的結構基礎。第四十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第四十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一跨膜結構區：是連接受體細胞內、外兩部分，鑲嵌在細胞膜中的結構，在靠近膜內側C端常常是由堿性氨基酸形成簇狀結構。胞內活性區：保守性較高，由三個不同的部分組成。與跨膜區相連的近膜區包括41-50個氨基酸，可能是RPTK活性的功能的調節部位。第二部分為活性位點所在的催化區，其氨基酸組成具有很高的保守性。該區含有ATP結合位點和底物結合位點，可能是不同類型RPTK底物特異性的決定區域。第三部分是多變的C末端，包括70-200個氨基酸，主要是由小分子量氨基酸組成的親水性結構，具有高度的可塑性。第四十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第五十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第五十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一沒有Cyclin，CDK無活性。

Cyclin的合成和積累。形成Cyclin和CDK復合物。Tyr磷酸化阻礙了ATP的結合，CDK仍然無活性。T-環中的Thr被磷酸化，Tyr上的磷酸基團被去掉，CDK活性大為增強。CDK使磷酸酯酶磷酸化，進一步提高其活性。CDK使DBRP磷酸化，具有酶活性。在DBRP的幫助下，泛素連接酶把泛素加到Cyclin上。Cyclin被降解，CDK失活。

見Lehninger,figure13-33。第五十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第五十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第五十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第五十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第五十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一CDK通過蛋白質磷酸化過程控制細胞分裂。沒有被磷酸化的PRb能與轉錄因子E2F相結合并使后者不能激活一系列與DNA合成有關的酶，導致細胞無法由G1進入S。

erbB原癌基因其實編碼了一個突變的EGF受體蛋白，它的胞內激酶活性區被永久性激活（相當于EGF到正常EGF受體上）。因此，erbB導致了細胞的永久型分裂。第五十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第五十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第五十九頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第六十頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一8.蛋白磷酸酯酶

Ser/Thr蛋白磷酸酯酶主要包括：PP-1，PP-2A，PP-2B和PP-2C四類。

PP-1是糖代謝中的一個關鍵酶，具有很高的活性，其催化亞基為38kDa，可以與其它組分或調節亞基組成全酶。PP-2A全酶包括一個36kDa的催化亞基和一個65kDa的調節亞基。PP-2B是目前所發現的唯一受Ca和CaM調節的蛋白磷酸酶,催化了磷酸化酶激酶α亞基的脫磷酸化作用。由61kDa的A亞基和16kDa的B亞基組成。A為催化亞基。PP-2C的分子量為43-48kDa，其活性需要mmol/L水平的Mg2+，現對其參與調節的生理過程知之甚少。第六十一頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一酪氨酸蛋白磷酸酶（PTP）主要有:胞內型，跨膜受體型。兩類PTP的共同點是它們

的催化域中氨基酸順序極為相似，共有240個氨基酸，內含-HCXGXXR（S/T）G-的"signaturemotif"。胞內型PTP只有一個催化域。受體型中常有兩個催化區，其不同類型的胞外結構往往不同。PTP1B（胞內型）是一個37kDa的胞內酶，在氨基酸水平上與CD45（跨膜受體型）的胞內部分有很高的同源性。

CD45是一類在結構上相關的，高分子量（150-280kD）跨膜蛋白，具有與受體極為相似的結構特點，在免疫T細胞和B細胞中含量極高。第六十二頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一9.蛋白質磷酸化與基因表達

處于信號傳遞鏈終端的蛋白質磷酸化既能對許多酶蛋白及生理代謝過程起直接的調節作用，又能通過使轉錄因子磷酸化來調節基因活性。a.對轉錄因子核定位的調節SV40抗原未磷酸化時存在于胞質，其111和112位殘基被酪蛋白激酶II（CKII）磷酸化后，其分子內的核轉位信號結構域(nucleartransportsignal，NTS)變構而易于進入細胞核發揮作用。第六十三頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第六十四頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一

轉錄因子SWI5只在G1期存在于細胞核內，激活核酸內切酶基因轉錄。在其它時期則以磷酸化的形式存在于細胞質中。CdC2使其核轉位信號結構域附近的3個Ser殘基磷酸化，使之無法進入核內，失去激活基因轉錄功能。

有時轉錄因子上存在一種抑制結構（R），掩蓋了它的NTS功能區，

從而不能進入核內；磷酸化使該區暴露，從而易于進入核內。有時，非磷酸化狀態下轉錄因子與胞質錨定或抑制亞基結合，掩蓋其NTS結構使之不能進入核內。當轉錄因子本身或者其抑制亞基被磷酸化，使NTS結構暴露，進入核內發揮功能。轉錄因子NF-KB常與IKB結合成復合體存在于胞質中。只有在被各種刺激因子或佛波脂（PKC激活劑）作用后IKB磷酸化并與NF-KB解離，后者才能進入核內。第六十五頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第六十六頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一b.對轉錄因子DNA結合活性的調節

轉錄因子上的DNA結合結構域（DBD）或其附近殘基被磷酸化后，由于負電荷增加而減弱了轉錄因子DBD和DNA序列的靜電相互作用。

靜止態細胞中，AP-1復合體中轉錄因子c-JunDBD附近的3個氨基酸殘基（Thr231，Ser243和Ser249）被Gsk-3和CKII磷酸化，不能與DNA結合。受到生長因子等刺激時，c-Jun脫磷酸，恢復DNA結合活性并激活基因轉錄。

血清反應因子（SRF）DBD區上游附近有4個磷酸化位點(577/579/583/585)，未磷酸化時無DNA結合活性。受到刺激時，4個殘基全被磷酸化，有較強的DNA結合活性第六十七頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第六十八頁，共八十一頁，編輯于2023年，星期一第六十九頁，