真核生物的转录

M真核生物的转录与转录调控DNARNA蛋白质复制转录翻译逆转录RNA复制●真核生物RNA聚合酶酶位置转录产物相对活性对α-鹅膏蕈碱的敏感性RNA聚合酶Ⅰ核仁rRNA50-70%不敏感RNA聚合酶Ⅱ核质hnRNA20-40%敏感RNA聚合酶Ⅲ核质tRNA约10%存在物种特异性真核细胞的三种RNA聚合酶特征比较第一节真核生物的转录●真核生物启动子真核生物启动子的结构核心启动子（corepromoter）上游启动子元件（upstreampromoterelement，UPE）1、核心启动子●定义：指保证RNA聚合酶Ⅱ转录正常起始所必需的、最少的DNA序列，包括转录起始位点及转录起始位点上游TATA区●作用：选择正确的转录起始位点，保证精确起始TATA常在-25bp左右，相当于原核的-10序列T85A97T93A85A63A83A502、上游启动子元件●包括CAAT盒（CCAAT）和GC盒（GGGCGG）等●作用：控制转录起始频率。CAAT：-70--80bpGGGCGG：-80--110bp启动子对转录的影响•原核基因启动区范围较小TATAAT中心位于－7－－10；上游－30－－70区为正调控因子结合序列；＋1－－20为负调控因子结合序列•真核基因的调控区较大TATAA/TA区位于-20—－30;－40-－110为上游激活区。•原核基因启动子上游只有TTGACA区（－30－－40）•真核基因除了含有可与之相对应的CAAT区之外，许多还有GC区和增强子区转录因子转录复合体TBPTAFsTFIIATFIIBTFIIFPolIITFIIERNApolⅡ的转录起始●真核生物转录起始复合物•转录后加工•5’端加帽•3’端加尾•RNA的剪接•RNA的编辑1、在5’端加帽5’端的一个核苷酸总是7-甲基鸟核苷三磷酸（m7Gppp）。mRNA5’端的这种结构称为帽子（cap）。帽子结构功能：①能被核糖体小亚基识别，促使mRNA和核糖体的结合；②m7Gppp结构能有效地封闭mRNA5’末端，以保护mRNA免受5’核酸外切酶的降解，增强mRNA的稳定。2、3’端加尾多聚腺苷酸尾巴AAUAAA：★准确切割★加poly（A）多聚腺苷酸尾巴功能：提高了mRNA在细胞质中的稳定性。3、RNA的剪接地中海贫血病人的珠蛋白基因，1/45’..AGGUAAGU…….CURAY..(10-40)…(U/C)11NCAGG….3’Intronexonexon多聚嘧啶AG前一位核苷酸影响剪接效率，存在剪接竞争CAG=UAGAAGGAG生物体内内含子的主要类型：GU-AG、AU-AC、Ⅰ类内含子、Ⅱ类内含子4、RNA的编辑•编辑（editing）是指转录后的RNA在编码区发生碱基的突变、加入或丢失等现象。ApoB基因有29个外显子CAA第2153个密码子编码Glu编辑CAAUAA翻译翻译在肝中剪接后的mRNA肠中的mRNA经编辑编码了4563aa的载脂蛋白产生了终止密码子，在2153aa处终止合成图13-42载脂蛋白的基因ApoB在肠中经过编辑，引入终止密码子，不能翻译成完整的载脂蛋白。(参考B.Lewin:《GENES》Ⅵ,1997，Fig31.14)C变为U碱基的突变•真核细胞mRNA的合成和功能表达发生在不同空间和时间范畴内。•原核生物mRNA的转录和反义不仅发生在同一空间，而且几乎是同步进行的。原核生物与真核生物mRNA的特征比较1、原核生物mRNA的特征●半衰期短●多以多顺反子的形式存在多顺反子mRNA：编码多个蛋白质的mRNA。单顺反子mRNA：只编码一个蛋白质的mRNA。●5’端无“帽子”结构，3’端没有或只有较短的poly（A）结构。SD序列：mRNA中用于结合原核生物核糖体的序列。位于起始密码子AUG上游7－12个核苷酸处2、真核生物mRNA的特征●5’端存在“帽子”结构●多数mRNA3’端具有poly（A）尾巴（组蛋白除外）●以单顺反子的形式存在“基因”的分子生物学定义：产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部核甘酸序列。原核生物和真核生物mRNA结构的比较第二节真核生物基因表达调控的特点和种类一、真核生物基因表达调控的特点1、RNA聚合酶2、多层次3、个体发育复杂4、活性染色体结构变化：5、正性调节占主导6、转录与翻译间隔进行7、转录后修饰、加工根据其性质可分为两大类：一是瞬时调控或称为可逆性调控，它相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反应。瞬时调控包括某种底物或激素水平升降时，及细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调节。二是发育调控或称不可逆调控，是真核基因调控的精髓部分，它决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程。根据基因调控在同一事件中发生的先后次序又可分为：DNA水平调控－－转录水平调控－－转录后水平调控－－翻译水平调控－－蛋白质加工水平的调控二、真核生物基因表达调控的种类：第三节真核生物DNA水平上的基因表达调控●基因丢失基因扩增基因重排DNA甲基化状态与调控染色体结构与调控●●●●抗体分子的形成Ti质粒转座子对核酸酶敏感、DNA拓扑结构变化、DNA碱基修饰变化、组蛋白变化第四节真核生物转录水平上的基因表达调控一、真核基因转录（一）真核基因结构（二）顺式作用元件定义：影响自身基因表达活性的非编码DNA序列。例：启动子、增强子、沉默子等（1）启动子：在DNA分子中，RNA聚合酶能够识别、结合并导致转录起始的序列。核心启动子和上游启动子（2）增强子：指能使与它连锁的基因转录频率明显增加的DNA序列。增强子指位于离转录起始点较远的位置上，具有参与激活和增强起始功能的序列元件。增强子特点：①增强效应十分明显，一般能使基因转录频率增加10-200倍②增强效应与其位置和取向无关，不论增强子以什么方向排列（5‘→3’或3‘→5’），甚至和靶基因相距3kb，或在靶基因下游，均表现出增强效应；Anenhancercanactivateapromoterfromupstreamordownstreamlocations,anditssequencecanbeinvertedrelativetothepromoter③大多为重复序列，一般长约50bp，适合与某些蛋白因子结合。其内部常含有一个核心序列：（G）TGGA/TA/TA/T（G），该序列是产生增强效应时所必需的；④增强效应有严密的组织和细胞特异性，说明增强子只有与特定的蛋白质（转录因子）相互作用才能发挥其功能；⑤没有基因专一性，可以在不同的基因组合上表现增强效应；⑥许多增强子还受外部信号的调控，如金属硫蛋白的基因启动区上游所带的增强子，就可以对环境中的锌、镉浓度做出反应。增强子作用机理：（3）沉默子：某些基因含有负性调节元件——沉默子，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。（三）反式作用因子1、定义：能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件核心序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白质。TFⅡD（TATA）、CTF（CAAT）、SP1（GGGCGG）、HSF（热激蛋白启动区）转录因子的类型1）基本转录因子(Basalfactor):和RNA聚合酶一起结合于起始点和TATA盒；2）激活剂(activator)：特异性识别短共有序列元件的转录因子。它们结合于启动子或增强子位点上。通过增加基本转录复合体(basalapparatus)结合于启动子的效率而起作用；3）辅激活剂(coactivator):连接了激活剂和基本转录复合体；4）一些调节因子(Someregulators)：可使染色质结构改变。2、结构DNA结合结构域转录活化结构域结构域连接区（1）DNA结合结构域：–螺旋-转折-螺旋（Helix-turn-helix，H-T-H）–锌指结构（zincfinger）–碱性-亮氨酸拉链（basic-leucinezipper）–碱性-螺旋-环-螺旋（basic–helix/loop/helix，bHLH）同源域是一个DNA结合域，它由60个氨基酸组成，并形成3个α螺旋。C端的α螺旋有17个氨基酸，它结合DNA大沟。同源域N端臂插入DNA小沟。含同源域的蛋白质可能是转录的激活剂或阻抑物。1、螺旋-转折-螺旋（helix-turn-helix）现广泛分布在从酵母到人类的各种真核生物中，虽彼此在氨基酸的顺序上差别很大，但高级结构高度保守。Helix3ofthehomeodomainbindsinthemajorgrooveofDNA,withhelices1and2lyingoutsidethedoublehelix.TheN-terminalarmliesintheminorgroove,andmakesadditionalcontacts.2、锌指结构配位键2-9个定义：是一种常出现在DNA结合蛋白中的结构基元。是由一个含有大约30个氨基酸的环和一个与环上的4个Cys或2个Cys和2个His配位的Zn构成，形成的结构像手指状。“锌指”是根据其结构命名的，其中一小段保守氨基酸与Zn2+结合，形成一个相对独立的区域。有两类DNA结合蛋白含有这种结构：1）经典的“锌指”蛋白质2）类因醇受体1）经典的“锌指”蛋白质典型“锌指蛋白”含有一连串锌指。单个锌指共有序列如下图所示：Cys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X3-His称为Cys2/His2锌指。转录因子SP1（GC盒）、连续的3个锌指重复结构。谨慎理解锌指存在的意义：尤其是蛋白质仅含有单个锌指时，锌指可能参与RNA的结合而不是DNA结合，或它与任何核酸结合活性均无关。2）类固醇受体类固醇受体（Steroidreceptors）是配体应答的激活剂,它通过结合类固醇（或其他相关分子）而激活。它们有独立的DNA结合域和配体结合域。类固醇受体的DNA结合域是一类锌指：Cys-X2-Cys-X13-Cys-X2-Cys被称为Cys2/Cys2锌指。如糖皮质激素受体和雌激素受体各含两个锌指。配体的结合使得受体（如类固醇受体）能够结合应答元件：配体结合于受体的C端结构域，提高了DNA结合域对DNA特异靶位点的亲和力。3、碱性-亮氨酸拉链•二聚体•亮氨酸之间相互作用形成二聚体，形成“拉链”。•肽链氨基端20～30个富含碱性氨基酸结构域与DNA结合。•这类蛋白质的DNA结合结构域实际是以碱性区和亮氨酸拉链结构域整体作为基础的。这种基序含有4-8个亮氨酸，每两个亮氨酸由6个氨基酸间隔。4、碱性-螺旋-环-螺旋DNA结合蛋白有两个共同特征，即存在结合DNA的螺旋区和形成蛋白质二聚体的能力。螺旋-环-螺旋蛋白同时具有这两特征。除个别情况外，大多数转录因子一旦同DNA结合，便会通过其他因子或RNA聚合酶之间的相互作用，激发靶基因进行转录。这是因转录因子中存在着一种特殊的功能结构域，即常说的转录激活域(Transcriptionalactivationdomain)(2)反式作用因子中的转录激活域1酸性激活域它们之间并不存在较为明显的氨基酸序列的同源性，但却都含有高比例的酸性氨基酸，产生出很强的净负电荷。例：糖皮质激素受体蛋白质17/82；GCN4为17/602富含谷氨酰胺的激活域glutamine-richactivationdomain•例：在组成型表达的转录因子SP1的两个最强的激活域中，谷氨酰胺几乎占了25%，而带负电菏的氨基酸比例则非常低。3富含脯氨酸的激活域proline-richactivationdomain与CCAAT元件结合的组成型转录因子CTF/NF1，转录激活域位于转录因子的C-末端，含有大量的脯氨酸，约占该区域的1/4。