第8章基因表達的調控(ControllingoftheGeneExpression)第一節基因表達調控的概述（空間密碼）第二節乳糖操縱元（LacOperon）第三節Trp

Operon及弱化作用機理第四節基因轉錄的時序調控第五節Prok.翻譯水平的調控第六節DNA序列重排對基因轉錄的調控第七節Euk.基因表達調控的特異性第一節基因表達調控的概述（空間密碼）基因表達調控(generegulationorgenecontrol):任何影響基因轉錄過程和翻譯過程的開啟、關閉和這兩個過程速率的較為直接的因素及其作用涉及：RNA轉錄的開/關，數量，選擇性加工蛋白質翻譯速率，數量，加工與降解和分泌…原核生物對環境的適應，相關的應答真核生物的細胞分化,組織特化,個體發育以及環境對個體表型的影響都是基因表達的結果

Prok.和Euk.的調控極其相似

調控機制：核酸分子間的互作

核酸與蛋白質分子間的互作蛋白分子間的互作調控層次：轉錄水平上的調控

mRNA加工成熟水平上的調控

翻譯水平上的調控

翻譯后水平的調控共同的起源與共同的分子基礎●

轉錄水平上的調控是最為經濟,

靈活，又是最為重要，復雜的調控a、在復雜的基因組內，確定需要基因轉錄的起始位點b、精細調節基因表達的水平,以保證生物體對環境的適應c、

cisfactor&transfactor間嚴格而又靈活的互作d、保證RNApolymerase的進行式轉錄（不中斷，準確終止）●

生物遺傳信息的概念C>cGenomeDNA10%;結構基因的編碼序列

tripletcodon90%;重復，間隔，調節序列…

基因選擇性表達指令重要的遺傳信息遺傳信息的兩大類別II類；特定DNAseq.+特定蛋白質/核酸結合基因表達的指令geneon/offI類；DNAseq.RNAseq.(codon)aaseq.protein表型(centraldogma)

內在信息內,外(信號分子)結合信息

ORFonlyHelix,Nt

seq….

遺傳信息存在于模版鏈三維空間結構/DNA序列的一級結構上(IR,Box,paracodon…)

三聯體密碼空間，調控密碼(鑰匙與鎖)

簡并簡并搖擺同工受體cis1trans2cis2trans1cis1trans3cis3I類II類

表達

specificalbindingaabaseDNARNAprotein●

遺傳信息表達的方式（Euk.）

組成型表達（constitutiveexpression）Housekeepinggene

誘導型表達（inducibleexpressionbysignalingmolecular）Luxurygene

順、反因子間互作方式的基因表達調控?順式作用元件（cis-actingelement）:能夠影響同一條或相連DNA序列活性的特定DNA片段。例如，啟動子?反式作用因子（trans-actingfactor）:一種基因的蛋白質產物，能夠影響位于基因組另一條染色體上的（或基因組別處的）另一個基因的表達活性。例如，RNApolymerase★正調控系統:沒有調節蛋白存在時，結構基因是關閉的，而加入有活性的調節蛋白后,結構基因的表達活性被開啟無輔基誘導物或激活物★負控制系統:沒有調節蛋白存在時，結構基因是開啟的，加入這種有活性的調節蛋白后，結構基因表達活性被關閉阻遏蛋白★所謂“關閉”指表達水平很低本底水平的基因表達(1～2個mRNA分子／細胞周期)“開啟”也常有程度的差異二、基因表達調控的分子機制1、調控蛋白質的對稱性與其識別序列的對稱性

調控蛋白都是同種分子的多聚體－－二聚體、四聚體

二倍旋轉對稱通過單體和多聚體間的平衡迅速作用

與特異識別位點之間提高調控作用的特異性（反向重復序列）inmajorgroove

特異和非特異結合力2、調控蛋白的DNA結合結構域的主要花式

主要有：α螺旋-轉角-α螺旋（HTH）

Cys-Cys鋅指Cys-His鋅指

調控蛋白上存在與DNA和其它蛋白質相互作用的位點

★α螺旋-轉角-α螺旋*

兩個α螺旋被一個β轉角隔開*

一個螺旋起識別結合DNA的作用3個

—helix,H1與H2平行H2與H3形成HTHmotifH3位于大溝中，與DNA特異結合CⅠ蛋白N端有五個螺旋2和3與DNA相互作用C端負責二聚體形成N端負責與DNA接觸★鋅指結構概念:與DNA結合的蛋白質中一小組保守AA與一個Zn2+結合起來形成蛋白質中一個相對獨立的結構域按結合的AA不同有兩種類型a、Cys-His(C2/H2)鋅指經典的鋅指蛋白中部芳香族氨基酸保守，加上Zn＋＋和Cys和His之間的配位結構形成疏水核經典的鋅指蛋白、類固醇受體（激素）不同鋅指蛋白中鋅指數目多少不等鋅指可以串聯重復排列，兩指間7-8aaTFⅢA有9個鋅指、通用轉錄因子SP1有三個經典鋅指的三維結構：一個β－折疊和一個α－螺旋鋅指上的α－螺旋負責與DNA作用b、Cys-Cys(C2/C2)鋅指類固醇受體Zn＋＋與4個Cys殘基形成配位鍵糖皮質激素受體ZYJ272

TheDNA-bindingdomainofCys2-Cys2zincfingerproteins(Figure1.Glucocorticoidreceptor)iscomposedoftwoirregularantiparallelbeta-sheetsandanalpha-helix,followedbyanextendedloop.圖6-B-2.

類固醇受體增強轉錄的機轉。當受體與配體結合之后，會再吸引乙醯轉移酶來到轉錄區促進轉錄。3、調控蛋白與蛋白質結合的方式（1）HLH

結構特點：長40～50個AA殘基中含有兩個既親水有親酯的α螺旋,被不同長度的連接區隔開(環)

此類蛋白借助兩個螺旋對應面上疏水基團的相互作用形成二聚體(同種或不同種亞基)

鑒定的較清楚的蛋白質與蛋白質相互作用的結構基元有

螺旋-環-螺旋（HLH）Leu拉鏈HLH基元附近有個高度堿性的區段為結合DAN所必須bHLHMyoD-DNA（2）Leu拉鏈(Leuzipper)蛋白上含有4或5個精確的相距7個AA的Leu殘基

概念：調控蛋白上富含亮氨酸殘基的結構域參與形成二聚體Leu出現在α-螺旋疏水的一側，并直線排列于是，兩個蛋白分子的兩個α－螺旋之間依賴Leu殘基之間的疏水作用形成一條拉鏈GCN4Leu拉鏈區的氨基端約30個殘基的堿性區與DNA結合兩個Leu拉鏈作用形成Y型結構，拉鏈為莖、堿性區分叉對稱成臂－－拉鏈蛋白的目標DNA為沒有間隔的反向重復第二節乳糖操縱元★操縱元(Operon):Prok.中,基因表達調控的一個完整單元,包括結構基因和控制區(O、P)以及調節基因的整個核苷酸序列?操縱元中各結構基因按一定比例協調翻譯?聚有極性突變效應：操縱元中一個近基因的無義突變能夠影響遠基因表，且根據距離遠近呈極性梯度效應

?P、O緊密連鎖或彼此重疊，I基因位點不固定順式作用元件、反式作用因子一、乳糖操縱元1960Jacob&Monod（法國）(1965)1、結構:2、調節基因I產物為阻遏蛋白,四聚體為活性形式轉錄方式為組成型轉錄LacI的表達效率很低,原因—其啟動子與RNApol的親和性很低阻遏蛋白有兩個結合位點:

操作子位點、誘導物位點二、LacOperon的負調控1、細胞內無誘導物時,呈阻遏狀態阻遏蛋白和操作子的結合,影響了RNApol在-10序列上形成開放型的啟動子復合物2、細胞內有誘導物時,呈誘導狀態誘導物與阻遏蛋白迅速結合而改變其構象→→→從O上解離→→→RNApol3、誘導物?異乳糖(allolactose)乳糖進入細胞后，由β-半乳糖苷酶催化產生?β-半乳糖苷酶來源于乳糖操縱元的本底組成型合成RNApol利用LacO處于游離狀態的瞬間進行轉錄(阻遏蛋白與LacO有10min～20min的結合半衰期)

一個mRNA／細胞周期?安慰誘導物（義務誘導物）可誘導半乳糖苷酶產生但不是其底物*IPTG，異丙基-β-D硫代半乳糖苷*TMG，巰甲基半乳糖苷*ONPG，O-硝基半乳糖苷4、阻遏蛋白與操作子的相互作用（硝酸纖維素膜結合試驗）

IPTGLacOCIR序列以+11為對稱軸兩邊為兩段各6bp的重復序列＋11+5到+17之間大部分在左側－5＋21操作子的結構LacRepressor=tetramer三、LacOpreon的正調控－－CAP-cAMP復合物cAMPcAMPCAP蛋白Lowglucose=highcAMP總結lac

operontranscription-controlregion正控制：CAPprotein負控制：repressor第三節Trp

Operon及弱化作用機理一、結構

?結構基因?末端---終止子trpt’(依賴ρ)、trpt(不依賴ρ)鄰氨基苯甲酸合成酶吲哚甘油磷酸合成酶Trp合成酶?相距很遠的trpR編碼阻遏蛋白其活性形式為四聚體,并且只有結合trp時才有活性?控制區域P、O和前導區及弱化子?trpO與tepE之間的162bp的前導區可轉錄到mRNA中?trpO的結構*

位于trpP內，20bp,有完美的IR序列*trpP有正常的－35和－10區，－10區完全在trpO內二、阻遏調控機制無trp時有trp時無活性二、弱化作用控制-----基因轉錄的翻譯調控通過核糖體對前導區的翻譯而對轉錄進行調控弱化子（attenuator):Trp

Operon中trpE前的一段非結構基因的對應序列（123－150），其中包括不依賴ρ因子的終止子，由于翻譯的作用使轉錄終止，這段序列稱為…(衰減子)發現－－－缺失增加結構基因的表達，且與阻遏蛋白無關弱化子調控的表現：（與阻遏蛋白的負調控結果類似）*

無trp時，所有RNApol都能通過弱化子*有trp時，部分逃過阻遏蛋白監督的RNApol在弱化子處大部分被扣留，而只有10％能通過1、Trp

OperonmRNA的前導序列結構?下游---14aa的前導肽的ORF，其中兩個相連的trp的

codonUGG(60位)

對弱化作用的實現起重要作用

?下游長28bp的不依賴ρ因子的終止子為弱化子的核心部分?前面有核糖體結合位點（S－D序列）2、前導序列的二級結構決定RNApol在弱化子處是終止轉錄還是繼續轉錄1和2、3和4配對★序列1和2、3和4配對時，RNApol在3、4區的不依賴ρ因子的終止子處終止,其后的trpE等基因表達受到限制（翻譯作用不存在時或順利進行）

2和3配對★序列2和3配對時，RNApol繼續轉錄，使前導序列后的結構基因得以轉錄3、弱化子弱化控制的機制

Prok.無核膜，轉錄和翻譯偶聯（1）細胞缺少trp，Trp-tRNATrp水平低，核糖體停頓在兩個鄰近的Trp密碼子處，此時核糖體占據序列1，此時序列4

還沒轉錄出來，序列2和3有機會配對，RNApol可通過弱化子(3)此外,Arg饑餓時有相同的后果(2)當細胞有Trp時,Trp-tRNATrp水平很高,核糖體順利地翻譯出前導肽而在終止密碼子處(+70,UGA位于序列1和2之間)解離,此時,核糖體占據了序列1和部分序列2,使序列2不能有效地和序列3配對,因而序列3和4產生終止子發夾結構,轉錄終止?實現弱化子對轉錄的調控關鍵是時間和空間上的巧妙安排空間上：兩個Trp的codon位置至關重要時間上：核糖體停頓在兩個Trp

codon上時，序列4還沒轉錄出來，否則……這種巧妙安排的一個原因就是RNApol在轉錄完+90序列處時產生一次延宕給與核糖體以追趕的機會5、Prok.中弱化子（衰減子）的普遍性許多負責氨基酸合成的operon都受弱化子的控制，尤其是Hisoperon中，弱化子是唯一的調控機制

第四節基因轉錄的時序調控時序調控:Prok.在生長發育的各個階段，基因的表達是按照一定的時間順序而展開的如:噬菌體的復制和顆粒的包裝*有效利用能源避免浪費*避免了某些基因表達時機不當所帶來的危害是多種蛋白質與RNApol作用的結果一、枯草桿菌中σ亞基的替換1、枯草桿菌中phageSPO1早、中、晚期基因表達的轉換早期基因---寄主的RNApol全酶σ55早期基因28編碼的gp28取代σ55含有gp28的全酶轉錄中期基因中期基因33、34編碼的gp33、gp34取代gp28以gp33－gp34為σ亞基的全酶轉錄晚期基因2、枯草桿菌孢子形成過程中σ亞基的替換二、λphage裂解性生長和溶源狀態的調控λphage進入寄主體內后環化其中—?裂解周期--環形分子大部分基因表達?溶源狀態--以線性分子形式整合到寄主的染色體上,使大部分基因不表達λPhage的操縱元組織情況(一)λphage裂解生長過程中的基因表達進入寄主cell的λphage的DNA上沒有任何調節蛋白，因此寄主的RNApol便結合于PL和PR1、抗終止蛋白PN和調節蛋白Cro首先被轉錄2、PN蛋白的作用導致PL和PR控制的遲早期基因的表達表達產物CⅢ蛋白、CⅡ蛋白、O蛋白、P蛋白、Q蛋白3、PQ蛋白的作用導致PR’控制的晚期基因的表達表達產物頭尾蛋白、溶菌酶蛋白（二）溶源途徑

巧妙的調控，小區段表達，整合到寄主染色體上*

此外，CⅡ促進Pint啟動子轉錄，使intgene表達產生整合酶1、溶源化的建立－－PE啟動子的轉錄*CⅢ、CⅡ蛋白共同確立PE處CⅠ的轉錄（左向）

PE(EstablismentPromoter)*CⅠ阻遏與裂解生長有關基因的轉錄，其中轉錄出的

CⅠmRNA含有S-D序列，因此有很高的翻譯活性Pint啟動子N蛋白和Cro蛋白被轉錄N蛋白抗終止CⅢ、CⅡ蛋白被轉錄CⅡ作用于PE(PRE)轉錄CⅠ左向轉錄阻遏蛋白結合于OROLCⅠ導致自身從PRM處轉錄?CⅢ、CⅡ蛋白是CⅠ合成的正調控因子，作用于PE

處，CⅡ是關鍵?Cro蛋白間接抑制CⅢ、CⅡ的轉錄，直接阻止CⅠ的轉錄2、溶源化的維持—PM啟動子的轉錄?已產生的整合酶使λ整合并實現溶源化（attp、attB）?溶源化的維持需要低水平的CⅠ轉錄，保持自身阻遏循環，這個功能由PM完成?CⅠ蛋白對PM正調控，但PM起始轉錄的CⅠ沒有S-D

序列，因此翻譯效率很低，但足以維持溶源狀態?溶源狀態的維持通過CⅠ蛋白結合于OL、OR上而實現溶源周期3、CⅡ、CⅢ蛋白對CⅠ和Cro的影響CⅠ和Cro是λphage的兩種調節蛋白，其中Cro能關閉CⅠ的表達溶源化狀態的進入與否靠二者結合操作子的情況決定，數量是誰占上風的關鍵二者與操作子的親和次序為CⅠ蛋白OL1?OL2?OL3OR1?OR2?OR3Cro蛋白OL3?OL2?OL1OR3?OR2?OR1OL1?OL2?OL3OR3?OR2?OR1結合的結果阻止PL和PR的轉錄CⅡ、CⅢ蛋白是CⅠ和Cro蛋白誰占上風的關鍵因為－－在CⅡ、CⅢ的幫助下CⅠ表達而Cro蛋白遠早于CⅠ蛋白的表達OL1和OR1分別與PL和PR最靠近即---CⅠ阻遏二啟動子的能力強★正常情況下，寄主的hfl基因產物大量存在導致Cro占上風因為hfl編碼一種蛋白酶水解CⅡ

?此時Cro蛋白對左右兩個早期操作子親和力的差異，使兩個操縱元初期表達一段時間才關閉

?因此產生足夠的O、P蛋白（復制有關）和PQ，從而使菌4、導致溶源化的因素

（1）營養耗竭：寄主能源瀕臨枯竭時，導致cAMP產生等一系列生理變化

*

cAMP對hfl基因負調控，使分解CⅡ蛋白的酶大大減少，CⅡ又能抑制該酶，因而CⅡ、CⅢ→CⅠ

體走向裂解（2）MOI值過高（≧10）：MOI指感染時λ噬菌體與細菌的比例，稱感染復數

*CⅡ蛋白其作用的形式是寡聚體形式，單體不穩定無活性

*

一兩個噬菌體感染寄主時，產生的CⅡ不足以形成寡聚體

*MOI值過高時，足夠CⅡ寡聚體產生，確立從PE

轉錄CⅠ，CⅠmRNA的高翻譯活性導致CⅠ數量占上風，PE活躍轉錄的同時抑制了Cro基因的表達

*

由于CⅠ和操作子親和力情況，導致CⅡ、CⅢ不再表達，但由于CⅠ對PM的正調控，產生能夠維持溶源狀態數量的CⅠ第五節翻譯水平的調控?翻譯的調控主要發生在翻譯的起始階段，基因表達時翻譯的效率主要取決于mRNA的一級結構和高級結構?因此，mRNA的翻譯起始區域往往是調控的靶位點（結構狀態）

一、反義RNA的調控作用

反義RNA：又稱干擾mRNA的互補RNA，簡稱micRNA

（mRNA-interferingcomplementaryRNA）

指與靶mRNA具有互補序列的調控RNA，通過互補的RNA序列與特定靶mRNA結合，起負調控作用屬于核酸與核酸的相互作用

?作用機理目前為止，只有原核生物發現了這種調控系統例如：1985Hoopes等人發現的λ噬菌體CⅡ抑制晚期基因的轉錄就是通過micRNA起作用Q基因有一個依賴于CⅡ的啟動子PaQ（抗Q），其轉錄方向與Q基因相反，即轉錄產物RNA與Q基因的5’端的一半完全互補，從而抑制Q基因的翻譯，抑制晚期基因的表達

轉錄產生反義RNA的基因稱為反義基因

結合位點：mRNA的SD序列、起始密碼子、氨基酸N端的部分密碼子結合二、mRNA本身的二級結構影響翻譯的進行三、蛋白質合成的自體調控*

有些蛋白質能夠直接控制自身mRNA的可翻譯性*

核酸結合蛋白或者是與核酸分子相互作用為其生理功能的蛋白質*即－－這些蛋白質的mRNA上可能也有其結合位點1、釋放因子RF2合成的自體調控利用自身釋放肽鏈的職能提前終止其mRNA的翻譯*

當細胞內RF2供應充足時，RF2促成核糖體在上述UGA處肽鏈合成的終止*

若細胞缺乏RF2，則核糖體以未知機制向前滑動一個Nt，

發生移框，繼續合成到最后一個密碼子

RF2蛋白質340個AAcodons不處于同一閱讀框

5‘…..GUUCUUAGGGGGUAUCUUU

GACUACGAC…..3’NH2ValLeuArgGlyTyrLeuAsp

TyrAspCOOH2021222324252627282、核糖體蛋白合成的自體調控

*E.coli核糖體蛋白質的合成與rRNA（EF_Tu）合成嚴格協調（數目）

通過控制翻譯的起點－－即控制核糖體與自身mRNA的結合而對其自身蛋白質mRNA可翻譯性進行控制*核糖體蛋白質與RNApol各亞基及延伸因子等混合編組在不同的操縱元中*每個operon有一個核糖體蛋白質作為自身operon調節蛋白

*每個操縱元的mRNA上具有與調節蛋白的結合位點

---靠近或包含SD序列*

操縱元mRNA上與調節蛋白的結合位點與組裝核糖體時與

rRNA

相結合位點高度同源，具有相似的二級結構mRNA上與調節蛋白的結合位點23SrRNA上與調節蛋白的結合位點L11/L1opreon*

調節蛋白與rRNA的結合力高于與自身mRNA的結合力*

調控方式當細胞內核糖體較少時，有游離的rRNA存在，調控蛋白優先結合rRNA，此時調控蛋白控制的自身操縱元mRNA繼續翻譯相反情況，調控蛋白優先結合mRNA，此時調控蛋白控制的自身操縱元mRNA停止翻譯調控實質：核酸的合成水平調節了蛋白質的合成翻譯水平調節四、嚴謹反應調控（stringentresponsecontrol）

基本概念：原核生物在不良的營養條件下（AA饑餓），

自動停止或降低（10～20倍）rRNA、tRNA

轉錄，從而調節蛋白質合成速度的嚴謹現象

?相關因子：

?嚴謹因子：焦磷酸轉移酶由relA基因編碼正常情況下很少表達

?信號分子：魔斑Ⅰ（magicspotⅠ）:ppGpp

鳥苷5’-3’-二磷酸魔斑Ⅱ（magicspotⅡ）:pppGpp

鳥苷5’-三磷酸3’-二磷酸?之所以稱為魔斑---AA饑餓時，E.coli的薄層層析圖譜上有兩種Nt與常見的Nt的遷移率不一樣?調控機制

?空轉反應：AA饑餓時，無負載的tRNA進入核糖體的A

位后，新肽鍵不能形成，但GTP不斷消耗

?空轉反應導致信號分子的產生ppGpppppGpp

?ppGpp可與RNApol作用，使其不易變構

pppGpp與轉錄I位點作用，阻止RNApol結合從而抑制tRNA、rRNA轉錄放慢轉錄起始、延伸過程，放慢蛋白質合成過程，啟動AA合成基因，通過緊縮開支，渡過難關基因表達翻譯水平的調節第六節DNA序列重排對基因轉錄的調控

?Prok.中研究最多的是鼠傷寒沙門氏菌的鞭毛基因的相變過程一、沙門氏菌的Ⅰ、Ⅱ相及基因分布

onoffrh1-ponoff二、H2－rh1轉錄單元的表達機制*H2－rh1轉錄單元的表達受其上游一段995bpDNA

序列排列方向控制*995bp序列兩端各有一段14bp的IR

IRR982～995IRL1～14*H2基因的起始密碼子與995bp相隔16bp，啟動子位于995bp序列末端*

995bp序列中

hin

基因產物可催化995bp序列的倒位Fla.Mov.H1O

HinH2rh1(阻遏蛋白)IRL(1-14)IR

R(982-995)PP

Hin-P轉座酶H2鞭毛蛋白H1阻遏蛋白Fla-P

H1

O

HinH2rh1(阻遏蛋白)IRL(1-14)IR

R(982-995)PPH1鞭毛蛋白非復制型原位轉座相變機制三、相變的意義逃脫寄主抗體的進攻此外－－

Euk.的酵母結合型免疫球蛋白的分子多樣性第七節Euk.基因表達調控一、Prok.與Euk.基因表達上的遺傳差異RepetitivegeneOverlappinggene

非編碼區SplittinggenePost-transcriptiontranscription&translationRNAprocessing偶聯EukaryoteProkaryoteDNADNA+histonchromatinNakedDNAEnhancer&silencer弱化子Attenuater

Monocistronpolycistron(operon)m5C

geneoff

乙酰化磷酸化甲酰化

糖基化轉錄因子transfactor活性形式EukaryoteProkaryoteHousekeepinggene(constitutive)Basicpromoter+T.F.Luxurygene(inducible)

多種組合的Trans-FactorPositivecontrol(mostly)

嚴謹性，?；?，復雜性(cAMP+CAP)site+－35+－10

單一類型保險性NegativecontrolEukaryoteProkaryote基因表達上的主要異同以轉錄水平調控為主真核生物染色質的狀態對基因表達的調控m5C與基因表達的相關轉錄后多種方式的加工調節TransF+CisF.Geneon/off相異：相似：個體發育的階段調控以positivecontrol為主Positivecontrol的必要性與優越性a)真核生物genome大，某一種cis-factor出現的機率高但隨機出現5setof(trans-F+cis-F.)

完全相同的機率小靈活性可與多個(種)trans-Factor結合空間密碼的簡并性嚴謹性b)特異基因表達

細胞分化如果10k/100k(10%)基因表達（90k基因關閉）Negativecontrol;90krepressorrequiredPositivecontrol;

停止合成90k特異tran-factor

即只合成10k特異expresser經濟合理有效二、Euk.DNA水平的調控1、基因拷貝數的改變a)基因的丟失（DNAfragmentorchromosomelose）蛔蟲胚胎發育過程中有27%DNA的丟失

細胞分化過程中，可以通過丟失掉某些基因而去除這些基因的活性

某些低等Euk.：原生動物、線蟲、昆蟲和甲殼類動物

體細胞內丟失整條或部分染色體

將來分化產生生殖細胞的細胞內….

高等Euk.內尚未發現b)基因的擴增(特定基因在特定階段的選擇性擴增)

在沒有發生細胞分裂情況下，細胞內某些特定基因的拷貝數專一性大量增加的現象

?細胞短期內為滿足某種需要而產生足夠的基因產物的一種調控手段（外界因素）

?兩棲類和昆蟲卵母細胞rDNA的擴增

例：非洲爪蟾體細胞rDNA約500copies

卵母細胞200萬copies（4000倍）?

chromatin狀況與基因表達相關證據1：轉錄活化區/非轉錄活化區染色質的結構差異

活躍轉錄區

DnaseS

核小體結構不完整沒有連接的H1常染色質geneon異染色質geneoff2、轉錄區染色質結構的變化對基因表達的控制量大，進化保守，與DNA無專一性結合區H2A,H2B,H3,H4modifiedby乙?；?、磷酸化

表達非?；钴S的rDNA

轉錄區無nucleosome

結構

凡被Trans-factor結合的區域均能阻止nucleosome

形成降低組蛋白的正電荷組蛋白解聚核小體松弛

活躍轉錄區的組蛋白確實被乙?；⒘姿峄C據2；體外重建染色質改變轉錄效率NakedDNADNA+H2A,H2B,H3,H4轉錄速度

＞

轉錄速度轉錄速度＞＞轉錄速度completenucleosomeaddH13、m5C對基因表達的調控a)m5C是真核生物DNA中的主要修飾成分

多發生在CpG序列中,不同細胞間m5C相差甚大胚胎細胞與特化體細胞相差106b)m5C對基因轉錄抑制的表現m5C在大溝內影響與T.F.間氫鍵的形成

大溝內m5C導致空間的擁擠,破壞構象的平衡

使B-DNA

Z-DNA

T.F.結合空間的改變

降低轉錄因子與DNA的結合三、Euk.的基因重排啤酒酵母（Saccharomyces

cerevisiae）接合型的決定

接合型

MATa

MATα單倍體細胞或a或α接合型互變需要HO基因－－編碼內切酶1、單倍體接合型受

MATaMATα控制同宗不能接合，異宗能接合2、接合型互變的匣子模型a、單倍體細胞中同時存在

MATa和MATα的遺傳信息b、活躍匣子MATa或MATα

沉寂匣子HMLα、HMRa

在同一條染色體上c、接合型互變

HMLα、HMRa能取代活躍匣子而改變接合型（不同型）原HM位置仍保留一個拷貝的沉寂匣子3、沉寂匣子的表達受阻遏蛋白亞基基因sir1、sir2、sir3、sir4的產物Sir蛋白的反式作用控制Sir(silentinformationregulator)結合在HML和HMR的啟動子上游,而MAT上無結合位點四、Euk.轉錄水平的調控?

Euk.基因表達包括的5種不同的調節點:

基因結構的激活、起始轉錄、加工轉錄物、運輸到細胞質、mRNA的翻譯?

起始轉錄－－RNA聚合酶與啟動子相互作用決定若干TransF+CisF.的作用所決定?

Euk.啟動子的定義：包括所有那些位于轉錄起始位點附近的序列，這些序列都是啟動轉錄所必需的（實用角度）?

轉錄因子：轉錄所必需的蛋白質（決定性功能指標）識別并結合在啟動子序列上并非嚴格定義－－未包括增強子a、

基本水平轉錄的

cis-factor

(promoterorbasicfactor)

Corepromoter

(Capsite,TATAbox必需因子)

UPE

(UpstreamPromoterElement)(CAATbox,GCbox)

對于housekeepinggene

(constitutiveexpression)

（1）啟動子的組成

b、

特異誘導高效表達的cis-factor

Enhancer

對于luxurygene

(inducibleexpression)

1、RNApolⅡ的啟動子和轉錄因子（2）轉錄因子的分類a、基本轉錄水平的轉錄因子(Trans-factor)

基礎因子－－－Corepromoter上游因子－－－UPE所有啟動子表達所必須-------基礎轉錄復合體每個元件都有相應的轉錄因子元件名稱共有序列結合DNA長度因子TATAboxTATAAAA~10bpTBPCAATboxGGCCAATCT~22bpCTF/NF1GCboxGGGCGG~20bpSP1OctamerATTTGCAT~20bpOct-1OctamerATTTGCAT~23bpOct-2kBGGGACTTTCC~10bpNFkBATFGTGACGT~20bpATF★

真核生物必須有與基本轉錄相關的trans-factor在啟動子處的先期結合,RNApol才能啟動轉錄l

TF(I,II,III)轉錄因子l

TAF(TBP輔助因子)l

RAP(RNApol.結合蛋白)●TIC(轉錄起始復合物)等等……….此外b、誘導型因子

特定時間、條件、或特定組織中合成或被活化

調控基因在不同時間、條件或不同地點表達應答元件----enhancer（3）轉錄因子的DNA結合域和活化結構域是獨立的

結合結構域和活化結構域之間的連接物是足夠柔性的l

多為變構蛋白DNA-結合domain二聚化domain(在一些二聚體因子中)活化domain轉錄因子的結構域aDNA結合:HTH、鋅指、堿性區域b蛋白質結合：

Leu拉鏈、HLH、

c活化一段包括酸性AA的保守序列（4）Enhancer的結構與功能

雙方向性，組織特異性，位點非專一性

a、由兩個以上的增強子成分(EnhancerElement)組成

b、EnhancerElement必需由兩個緊密相連,具有間距效應的

增強子元

(Enhanson）組成

c、各個Enhanson(cis-factor)與激活蛋白(trans-factor)結合

增強特異性轉錄

促進轉錄的復合體

+UPE+corepromoter基本轉錄復合體Enhancer

特異的

transc.Factor(tran-factor)

特異的transc.Factor(tran-factor)

……..++增強子復合物的激活區增強子復合物的激活區……..EnhancerElementEnhancerElement……..

(<100bp)

Enhanson(cis-factor)

Enhanson(cis-factor)

……..(<5bp)

e.g.SV40Enhancer(-179~-250)

En.Elem.En.ElemEn.Elem.

-250-180

coreCTCIITCIsphIIsphI

Ap3Ap2Ap1

遠距離控制，無方向性

mRNA

+1GCCAATTATA

促進轉錄復合體基本轉錄復合體d、增強子復合物與近啟動子的轉錄起始復合物構型契合，而不與RNApolymerase結合

e、Enhancer的兩位點二元組織方式f、特化細胞內，具全部特異轉錄因子（trans-factor）才表現增強效應即增強子的組織特異性

g、增強子的復雜結構，以正控制方式防止基因表達的紊亂

能利用有限的trans-factor提供更多基因的表達調控因子類型一位點的二元結構：A,Bfactor→AA,BB,AB,BA

兩位點的二元結構：AA-AA,AA-BB,AA-AB,AA-BABB-BB,BB-AA,BB-AB,BB-BAAB-BB,AB-AA,AB-AB,BA-BA……（5）不同部位的反式因子相互作用假說

擰轉學派、滑動學派、接力學派和嚕噗學派（6）可誘導的轉錄因子活性的調控方式a、合成轉錄因子b、蛋白質磷酸化c、蛋白質脫磷酸化d、結合配基f、抑制劑釋放g、改變不同伴侶五、Euk.轉錄后水平的調控1、hnRNA的選擇性加工某些基因序列在hnRNA和mRNA中的相對豐度差異很大e.g.海膽中該調控水平的體現海膽細胞hnRNA成熟mRNA胚胎時期胚囊約2萬種約13000種成體腸約2.5萬種約3000種且－－尿胚中存在而腸細胞中沒有的mRNA極大多數可在腸細胞的hnRNA中發現說明：不同組織轉錄水平差異不大加工運輸機制目前了解很少2、mRNA前體的選擇性拼接(alternativesplicing)（1）概念：有些基因產生的mRNA前體可按不同的方式剪接，產生出兩種或更多種mRNA?

兩種結果：結果1---差異在5‘和3’非翻譯區，產生相同的蛋白質結果2---產生不同的mRNA編碼區，產生不同的蛋白質結果2又有幾種情況：?

情況1---同一細胞中產生多種蛋白質?

情況2---同一基因在不同細胞中產生不同蛋白質

組織特異性?

情況3---不同發育時期或條件下表達出不同的蛋白質以上情況均受特定調控（2）選擇性拼接方式a、不同的加尾位點（免疫球蛋白）b、不同的拼接位點

SV40的T（100KD）和t抗原（18KD）的產生等t抗原的mRNA內有一UAAc、結合前兩種機制的方式d、可能