启动子和增强子

Chapter21PROMOTERSANDENHANCERS启动子和增强子21.1Introduction引言典型地,由RNA聚合酶II所转录的基因应该有一个位于转录起始点上游的启动子.启动子含有几个短的能结合转录因子的序列元件,分布在超过200bp的范围内.增强子含有一簇更加紧密排列的可结合转录因子的元件,但可以位于距离转录起始点几个kb的位置上.21.2EukaryoticRNApolymerasesconsistofmanysubunits.真核生物的RNA聚合酶由多个亚基组成.•RNA聚合酶I在核仁中合成rRNA.•RNA聚合酶II在核质中合成mRNA.•RNA聚合酶III在核质中合成snRNA,5SRNA和tRNA.21.3Promoterelementsaredefinedbymutationsandfootprinting.用突变法和印迹试验法确定启动子元件.•在合适的体外或体内检验系统中,启动子是根据其附着序列产生转录的能力来进行定义的.通过从一侧逐段缺失来确定启动子的边界.当一段缺失不会阻碍RNA合成,而下一段缺失使转录不再发生时,那么我们可以确定启动子的边界必然存在于两者之间.21.4RNApolymeraseIhasabipartitepromoter.RNA聚合酶I启动子包括两个部分.•RNA聚合酶I的启动子由一个核心启动子和一个上游元件组成.•UBF1因子可以与上述两个区域结合,这使SL1因子容易结合到启动子上.•SL1含有TBP因子,它参与所有三种RNA聚合酶的转录起始.•RNA聚合酶I在核心启动子上与UBF1-SL1复合体相结合.RNA聚合酶I启动子含有一个核心启动子,与上游启动子元件相隔约70bp,当UBF因子结合到UPE上时,增加了核心结合因子结合到核心启动子上的能力,而核心结合因子则使RNA聚合酶I定位于起始点上.21.5RNApolymeraseIIIusesbothdownstreamandupstreampromoters.RNA聚合酶III既使用下游启动子也使用上游启动子.•RNA聚合酶III有三类启动子.•内部启动子有一个位于转录单位之内的短共有序列,并使转录起始发生在离其上游一定距离的固定位置上.•上游启动子含有三个位于起始点上游的短共有序列,它们能被转录因子结合.RNA聚合酶III的启动子可以由两个位于起始点下游的序列组成,盒A序列和盒B或盒C序列相互分开;或者启动子也可由位于起始点上游的相互分开的序列组成(Oct,PSE,TATA).21.6TFIIIBisthecommitmentfactorforpolIIIpromotersTFIIIB是聚合酶III启动子的专一调节因子.•TFIIIA因子和TFIIIC因子结合到共有序列上,并能使TFIIIB因子结合到转录起始上.•TFIIIB因子的一个亚基是TBP因子,它能促使RNA聚合酶III的结合.在聚合酶III的2型内部启动子中,用结合到盒A和盒B序列上的TFIIIC来招募,能征招RNA聚合酶III的定位因子TFIIIB.聚合酶III的1型内部启动子中,用结合到盒A和盒C序列上的装配因子TFIIIA和TFIIIC来招募能征招RNA聚合酶III的定位因子TFIIIB.21.7ThestartpointforRNApolymeraseII.RNA聚合酶II的转录起始点.•RNA聚合酶II需要通用转录因子(称为TFIIX)来起始转录.•RNA聚合酶II的启动子有一个位于起始点的短保守序列Py2CAPy3(起始子Inr).•TATA盒序列是RNA聚合酶II启动子中的常见成分,由离起始点上游约25bp位处的一个富含A-T的八聚体组成.•DPE是RNA聚合酶II启动子的另一个常见成分,但不含TATA盒.•RNA聚合酶II的核心启动子包含Inr和一个TATA盒或一个DPE元件.最小的聚合酶II启动子有一个位于Inr上游约25bp的TATA盒,它含有TATA共有序列.在起始点,Inr有着若干嘧啶(图中用Y表示)围绕在CA碱基前后.图中,序列所示为编码链.21.10Thebasalapparatusassemblesatthepromoter.启动子上基本转录装置的装配.•TFIID结合到TATA盒上是转录起始的第一步.•其他转录因子以严格的先后顺序结合到复合体中,这样,DNA上被保护区域的长度随之延伸.•当RNA聚合酶II结合到复合体上时,它就起始转录.通过与转录因子以一定的顺序结合,RNA聚合酶II的转录起始复合体在启动子上装配.21.11Initiationisfollowedbypromoterclearance.转录起始后的启动子清除.•为了让聚合酶向前移动,需要TFIIE和TFIIH因子来使DNA解链.•CTD的磷酸化是起始延伸所需要的.•CTD会协调RNA的转录加工.为了让RNA聚合酶向前移动开始转录,需要TFIIH的激酶活性来使CTD磷酸化.CTD对于招募各种酶来修饰RNA是很重要的.21.13Shortsequenceelementsbindactivators.短序列元件结合激活剂.•短保守序列元件分散地分布在起始点上游的区域中.•这些上游元件增强了转录起始的频率.•能结合这些元件并能刺激转录的蛋白质因子称为激活剂.珠蛋白启动子中的上游区域的饱和诱变鉴定出转录起始所需要的三个短的区域(中心位置分别位于-30位,-75位和-90位).它们各自相对应于TATA,CAAT和GC序列.21.14Promoterconstructionisflexiblebutcontextcanbeimportant.启动子的组成是可变的,其邻近序列也是很重要的.启动子包含了TATA盒,CAAT盒,GC盒和其他元件的不同组合.21.15Enhancerscontainbidirectionalelementsthatassistinitiation.增强子含有能协助转录起始的双向元件.•增强子能激活它最近的启动子,并能在启动子的上游或下游相距任何距离的位置上起作用.•增强子和启动子中存在着相似的序列元件.•增强子形成激活剂复合体,它直接或间接地与启动子相互作用.增强子能从上游或下游位置激活启动子,并且与启动子相比,增强子的序列颠倒后仍能起作用.21.16Enhancerscontainthesameelementsthatarefoundatpromoters.增强子含有与启动子相同的元件.•增强子由同样出现在启动子中的短序列组成.•增强子中序列元件的密度要比启动子大.增强子含有几个结构基序.直方图绘制了低于75%野生型增强子功能的所有突变.蛋白质结合位点表示在直方图的下方.21.20Insulatorsblocktheactionsofenhancersandheterochromatin.绝缘子具有阻断增强子和异染色质的作用.•绝缘子可以阻断增强子,沉默子或LCR的任何激活或失活效应途径.•绝缘子能提供防备异染色质延伸的屏障.一个绝缘子可以阻止一个增强子.异染色质从一个中心开始延伸并且阻断任何它所覆盖的启动子.而绝缘子可以成为异染色质传播的屏障从而使启动子保留了活性.21.22Insulatorsmayactinonedirection.绝缘子可能只作用于一个方向.•一些绝缘子具有方向性,并可能只终止一个方向上的效应传播而不能终止另一个方向的效应传播.转座子中的绝缘子当位于增强子之间时就阻断了增强子的作用.24.18The3′endsofpolIandpolIIItranscriptsaregeneratedbytermination.终止反应产生聚合酶I和聚合酶III转录物的3'端.•RNA聚合酶I在18个碱基终止序列处终止转录.•RNA聚合酶III在G-C富含序列中的poly(U)4序列处终止转录.当终止产生3'端,RNA聚合酶和RNA在DNA的终止子序列上被释放.24.19The3'endsofmRNAsaregeneratedbycleavageandpolyadenylation.mRNA的3'端由切割和多聚腺苷酸化产生.•序列AAUAAA是一种切割信号,用于产生多聚腺苷酸化的mRNA3'端.•特异性因子和核酸内切酶在AAUAAA下游切割mRNA.•特异性因子和poly(A)聚合酶在3'端连续添加约200个A残基.序列AAUAAA是切割产生3'端和多聚腺苷酸化所必需的.24.20Cleavageofthe3′endofhistonemRNAmayrequireasmallRNA.组蛋白mRNA的3'端切割可能需要小RNA.•组蛋白mRNA不被多聚腺苷酸化,它们的3'端由切割反应产生,它依赖于mRNA的结构.•切割反应需要SLBP结合到茎环结构,以及需要U7snRNA与相邻单链区配对.组蛋白H3mRNA3'端的产生取决于3'端一个保守的发夹结构和一段能和U7snRNA配对的序列.6.7InitiationinvolvesbasepairingbetweenmRNAandrRNA.起始涉及mRNA和rRNA之间的碱基配对.•细菌mRNA的起始点包括AUG起始密码子及其上游10个碱基处的Shine-Dalgarno嘌呤六聚体.•在起始过程中,细菌核糖体30S亚基的rRNA有一个可与SD碱基序列配对的互补序列.mRNA上的核糖体结合位点可从起始复合体上恢复,它们包含上游SD序列和起始密码子.在多顺反子mRNA中,每一个顺反子的起始独立发生.当顺反子间的距离大于核糖体的跨度时,在前一个顺反子终点的核糖体会脱离,伴随着下一个顺反子的独立的重新起始.6.8SmallsubunitsscanforinitiationsitesoneukaryoticmRNA.小亚基扫描查找真核生物mRNA的起始点.•真核生物核糖体的40S亚基结合到mRNA的5′端,并扫描mRNA,直到找到起始点.•真核生物的起始区有一个包含AUG密码子的10个核苷酸序列构成.•在起始点,核糖体的60S亚基加入到复合体中.真核生物核糖体从mRNA的5′端向包括了AUG起始密码子的核糖体结合位点滑动.丙肝病毒的IRES可以直接结合40S亚基.OP9-DL1PCMVDL1GFPIRESRNAInterference15.16Specializedrecombinationinvolvesspecificsites.专一性重组涉及特异位点.•专一性重组在特异位点进行,但位点不一定是同源的.•噬菌体通过噬菌体位点和大肠杆菌染色体上att位点的重组整合到细菌染色体上.•通过线性前噬菌体末端位点之间的重组使得噬菌体从细菌染色体上外切出来.•噬菌体的int编码整合酶来催化整合反应.通过在attB和attP之间的相互重组,噬菌体环状DNA转变成线性的前噬菌体;而通过在attL和attR之间的相互重组,前噬菌体能被外切出来.CreRecombinaseP1Phage