真核生物基因表达的调控81446

课次：19教学目的：使学生了解真核基因表达调控的特点、转录前的调控，掌握增强子的作用特点和反式作用因子的DNA结合域的结构花式。重点：增强子和反式作用因子的DNA结合域的结构花式。难点：反式作用因子的DNA结合域的结构花式。复习旧课：提问2人，了解教学效果。导入新课：第八章真核生物基因表达的调控第一节概述真核生物细胞中由核膜将核和细胞质分隔开，转录和翻译并不偶联；基困组是由多条染色体组成。真核基因的调节分为：真核基因表达调控的特点：第二节转录前的调控一.DNA的甲基化与去甲基化真核DNA中的胞嘧啶约有5%被甲基化为5-甲基胞嘧啶(5-methylcytidine,m5C)，而活跃转录的DNA段落中胞嘧啶甲基化程度常较低。甲基化可使基因失活，去甲基化又可使基因恢复活性。二染色质结构对真核基因转录的调控1.染色质结构影响基因转录常染色质中的基因可以转录，异染色质(heterochromatin)，无基因转录表达。2.组蛋白的作用组蛋白扮演了非特异性阻遏蛋白的作用，非组蛋白成分起到特异性的去阻遏促转录作用。核小体结构影响基因转录。三基因重排和基因扩增对基因表达的影响基因重排(generearrangement)，即原胚性基因组中某些基因会再组合变化形成第二级基因。基因扩增(geneamplification)，即基因组中的特定段落在某些情况下会复制产生许多拷贝。基因丢失：在细胞分化过程中，丢掉某些基因而去除其活性。例如某些原生动物，线虫、昆虫、甲壳类动物，体细胞常丢掉部分或整条染色体，只保留将来分化产生生殖细胞的那套染色体。例如在蛔虫胚胎发育过程中，有27％DNA丢失。在高等动植物中，尚未发现类似现象。第三节真核基因转录水平的调控1顺式作用元件(cis-actingelements)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。1.1启动子(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；表哺乳动物RNAPolⅡ启动子上游转录因子结合的序列元件组件保守顺序DNA长度结合因子大小（Da）丰度（/细胞）分布TATAboxTATAAAA～10bpTBP27,000?普遍CAATboxGGCCAATCT～22bpCTF/NF160,000300,000普遍GCboxGGGCGG～20bpSP1165,00060,000普遍OctamerATTTGCAT～20bpOct-176,000?普遍OctamerATTTGCAT23bpOct-252,000?淋巴细胞KBGGGACTTTCC～10bpNFKB44,000?淋巴细胞KBGGGACTTTCC～10bpH2·TH1??普遍ATFGTGACGT～20bpATF??普遍1.2增强子Enhancer又称远端上游序列（farupstreamsequence）。最早SV40病毒中发现，可使旁侧的基因转录提高100倍。组成：100-200bp，可以单拷贝或多拷贝串连形式存在。正性调控元件增强子的作用特点：①促进基因的转录效率远距离发挥作用(100~500bp，10Kb)②促进转录，不具有启动子专一性③功能与方向、位置无关④具有组织或细胞特异性1.3沉默子silencer负性调控元件，与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。2反式作用因子（trans-actingfactors）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。转录因子(transcriptionfactor)：起正调控作用的反式作用因子。2.1TF的分类：(1)通用转录因子，在一般细胞中普遍存在，主要识别一些启动子的核心启动成分TATA框，如TBP；上游启动子成分CAAT框，如CTF/NF-1；GC框如SP1；识别八聚体核苷酸的Oct-1等；(2)特异转录因子：特殊组织与细胞中的，如淋巴细胞中的Oct-2；(3)诱导型因子：和特异调控序列结合。2.2TF结构特征DNA结合域，bindingdomain，BD：100aa，大沟转录激活域，activedomain，AD：30-100aa调节域：与其它因子或调控蛋白结合1）转录激活域带负电荷的螺旋结构如GCN4，GAL4rich-Gln如SP1,AP2,oct1,oct2rich-pro如CTF/NF12）DNA结合域的结构花式/基元（motif）①锌指（zincfinger）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。A.Cys2/His2：~23aa，两指间7-8aa，Cys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X3-His，串联重复排列，锌指数目多少不等表带有Cis/His锌指结构的转录因子和DNA结合蛋白蛋白来源大小指结合的DNA靶启动子功能TFⅢA哺乳动物37,000950bp5S基因polⅢ5S基因转录因子SP1哺乳动物105,000310bpGCboxpolII一般的转录因子ADR1果蝇150,000222bpADH2基因polⅢ激活ADH基因Kruppel果蝇60,0005?？？胚的分节驼背基因产物果蝇80,0004+2?？？胚的分节B.Cys2/Cys2：Zn2+与4个Cys结合，Cys-X2-Cys-X13-Cys-X2-Cys，无大量重复性锌指表Cys2/Cys2型的调节蛋白蛋白大小指靶糖皮质激素受体94,0002GRE中20bp雌激素受体66,0002ERE中20bpGAL4(酵母)99,0001UAS中17bp腺病毒E1A～30,0001?类固醇激素受体家族：以二聚体形式发挥其促进转录作用的。其中：两个锌指的功能不同：第1个锌指右侧控制与DNA结合第2个锌指左侧控制形成二聚体。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转角或环连接，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。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，α③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。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。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。⑤碱性-亮氨酸拉链（leucinezipper，ZIP）：依靠Leu的疏水作用,2个helix相互缠绕，形成拉链结构；-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）3真核基因转录调控方式---非常复杂归纳小结：真核基因转录前的调控，增强子、沉默子、反式作用因子的DNA结合域的结构花式。布置作业：问答题：1.增强子的作用特点是什么？2.转录因子的DAN结合域的特征有哪些？并各举一例说明。教学后记：课次：20教学目的：使学生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。重点：掌握可变剪接、反式剪接、RNA编辑难点：复习旧课：提问1人，了解教学效果。导入新课：第四节转录后加工水平的调控1rRNA和tRNA的加工：剪切和修饰2mRNA加工成熟：2.1mRNA前体的可变剪接1）mRNA剪接的种类：组成型拼接:一个基因的mRNA前体按一种方式剪切，产生一种mRNA，一种蛋白质。可变剪接（选择性拼接，alternativesplicing）：有些基因的mRNA前体，按不同方式剪切，产生两种以上mRNA，翻译产生多种蛋白质。2）可变剪接的方式：（1）选用不同的起始位点，得到不同的蛋白质；（酵母蔗糖酶Suc基因，小鼠α-淀粉酶基因）；（2）选用不同的加尾位点产生不同的蛋白质（如免疫球蛋白）；（3）选用不同的剪接位点；（4）同时采用以上两种方式；3)可变剪接的调控机制：实质是5’供体与3’受体剪接点的选择搭配如何选择不同的位点？SR蛋白家族：SF2剪接因子，可与RNA结合，决定5’剪接位点RNP的调节：hnRNP-A1,U5-snRNP4)可变剪接的意义人类编码蛋白的基因～27000个，蛋白种类～90000。40％～60％人类编码蛋白的基因发生可变剪接；•高等真核生物基因组很大，完全能容纳更多的基因。为什么一方面它的许多基因非常分散，而另一方面它又使一个基因产生出多种产物？2.2mRNA前体的反式剪接顺式剪接（cis-splicing）：内含子的剪接一般都是发生在同一个基因内，切除内含子，相邻的外显子彼此连接。反式剪接（trans-splicing）：不同基因的外显子剪接后相互连接。典型例子是锥虫表面糖蛋白基因VSG，线虫肌动蛋白基因和衣藻叶绿体DNA中的psa基因。锥虫表面糖蛋白基因VSG中许多mRNA的5′端都有共同的35b前导序列，但在每个转录单位上游并未编码这个前导序列，来源于基因组中位于别处序列转录的小片段RNA，通过反式剪接，将35nt的前导序列加到mRNA的5′端。反式剪接产生的5′端外显子称为剪接前导RNA（splicedleaderRNA，SLRNA）。SLRNAs存在于几种锥虫和线虫中，它们具有共同的特点；其结构类似于U1，即SLRNA和U1snRNA一样具有可以和内含子5′端剪接位点识别和结合的功能。2.3RNA编辑1)RNA编辑（editing）指遗传信息在mRNA水平上发生改变的过程。即RNA的编码序列与转录产生它的DNA序列不同，转录后的RNA在编码区发生碱基的加入，丢失或转换等现象。1986年R.Benne在研究锥虫线粒体mRNA转录加工时发现mRNA的多个编码位置上加入或丢失尿苷酸，1990年在高等动物和病毒中也发现了编辑现象。2)编辑的生物学意义：(1)校正作用；(2)调控翻译；(3)扩充遗传信息。3)编辑的机制：1990年L.Simpsom等指导RNA（guidegRNA）：一类小分子RNA，对mRNA前体分子的编辑起了指导作用。特点：55-70nt，3‘端有5-25个U，5’端与mRNA转录产物互补：非常规的互补，G-U配对。机制：插入U的两步转酯反应，gRNA的3’OH攻击mRNA，产生5‘端与gRNA3’相连，5‘端的3’-OH攻击gRNA的U-U，生成RNA编辑产物(插入一个U)，gRNA（少一个U）RNA编辑相继在真核生物和病毒中发现:如小鼠脑中的谷氨酸受体，哺乳动物载脂蛋白B，植物线粒体中的细胞色素氧化酶亚基。生物学意义生物适应中的保护措施之一中心法则的发展：归纳小结：可变剪接、反式剪接、RNA编辑，转录后加工水平的调控。布置作业：问答题：1.可变剪接的概念,意义,产生原因是什么。2.RNA的编辑,产生过程,意义。教学后记：课次：21教学目的：使学生了解翻译水平的调控方式及特点。重点：难点：复习旧课：提问3人，了解教学效果。导入新课：第五节翻译水平的调控1mRNA运输控制运输控制（transportcontrol）是对转录