搜索
MolecularBiology第五章蛋白质结构与功能——转录因子MolecularBiology目录引言第一节转录因子的结构第二节转录因子的作用特点及其研究方法第三节一些常见的植物转录因子第四节动物中的转录因子——MyoD第五节热休克转录因子——HSF第六节一些转录因子的实例第七节人工转录因子MolecularBiology引言转录因子是细胞内一类重要的基因表达调控蛋白质，它通过与基因上游启动子区中特异的DNA序列的相互作用，来决定被调控基因的开启和关闭以及表达量。一个转录因子可调控数百个基因的表达，而一个基因的表达又可受数个转录因子的调控。转录因子水平的轻微变化，即会对细胞功能产生重大影响。MolecularBiology引言转录因子的结构和功能缺陷，与人类的一些疾病（如肿瘤和炎症）相关；许多转录因子还是药物作用的靶点。所以，转录因子活性的检测对疾病的研究和药物开发都具有非常重要的意义。人工转录因子的研究和开发，将在基础研究、肿瘤等疾病的基因治疗以及抗病毒治疗等领域开辟一个崭新的途径。MolecularBiology第一节转录因子的结构转录因子（TranscriptionFactor，TF），也称反式作用因子，是指那些具有同真核生物启动子特定DNA序列结合活性的蛋白质分子，或者是具有已知DNA结合域结构特征的蛋白质分子。通过它们之间以及与其它相关蛋白之间的相互作用，激活或抑制转录。MolecularBiology第一节转录因子的结构转录因子一般含有4个功能区：DNA结合域、转录调控域（包括激活和抑制域）、核定位信号以及寡聚化位点。但是，不同的转录因子可能缺少某一结构域（如转录调控域或特异的DNA结合域）。转录因子通过这些功能区域，在特定的时间进入细胞核内，与启动子顺式作用元件或与其它转录因子的功能区域相互作用，来调控基因的转录及表达。MolecularBiology第一节转录因子的结构一、转录因子常见的基本结构二、转录因子的种类MolecularBiology一、转录因子常见的基本结构转录因子有一个共同的特性，即由不同的功能结构域组成可调变的蛋白质结构，而这些功能结构域从蛋白总体分离出来后，无论是单独作用还是与其它来源的蛋白连接后，仍保持原有的功能。MolecularBiology一、转录因子常见的基本结构1、DNA结合域2、转录调控域3、核定位信号4、寡聚化位点MolecularBiology1、DNA结合域DNA结合域，是指转录因子识别顺式作用元件，并与之结合的一段氨基酸序列。通常由60~100个氨基酸残基组成。在相同类型的转录因子中，DNA结合域氨基酸序列较为保守。DNA与蛋白质之间的相互识别，取决于DNA碱基对的外缘和氨基酸侧链之间的相互作用。在DNA双链中，互补碱基的外缘暴露于双螺旋结构外侧，形成具有氢键供体和氢键受体的复杂结构。这种结构可以被氨基酸侧链所识别，并且是DNA-蛋白质之间进行特异性识别所必需的。MolecularBiology1、DNA结合域DNA结合域带共性的结构主要有以下几种：①HTH和HLH结构：α-螺旋可与DNA的沟槽相互作用。②锌指结构：见于TFIIIA和类固醇激素受体中。锌指上的碱性氨基酸与DNA的磷酸基有相互作用。锌指结构家族的蛋白又可分为锌指、锌纽、锌簇三类。MolecularBiology几种锌指结构MolecularBiology1、DNA结合域③Leu-拉链结构：见于真核生物DNA结合蛋白的C端。两条肽链呈钳状与DNA相结合；拉链两侧的碱性氨基酸与DNA的磷酸基有相互作用。有的转录因子含有多个DNA结合结构域。转录因子DNA结合域的特定氨基酸序列，决定了它们与顺式作用元件识别及结合的特异性。MolecularBiologyLeu-拉链结构与DNA结合MolecularBiology2、转录调控域同一家族转录因子的主要区别在于：它们的转录调控结构域各不相同。转录调控结构域可以分为两种：①转录激活域（transcriptionactivationdomain）②转录抑制域（transcriptionrepressiondomain）它们决定了转录因子功能的差异。MolecularBiology2、转录调控域该结构域常见有4种特征类型：①富含酸性氨基酸；②富含脯氨酸；③富含谷氨酰胺；④富含丝氨酸/苏氨酸。有的转录因子可同时具有几个激活结构域，这些结构域可能是转录因子与其它蛋白质接触作用的区域。MolecularBiology3、核定位信号核定位信号（NLS），是转录因子中富含精氨酸和赖氨酸残基的核定位区域，转录因子进入细胞核的过程受该区域的调控。不同转录因子的核定位信号序列、所处的位置、数量有所不同。有些转录因子进入细胞核的过程，是通过1至数个核定位信号进行的；而没有NLS区的转录因子则借助于与具有NLS区的转录因子相互作用进入细胞核。MolecularBiology4、寡聚化位点寡聚化位点，是不同转录因子借以发生相互作用的功能区域。它们的氨基酸序列很保守，大多与DNA结合域相连，并形成一定的空间构象。不同转录因子通过寡聚化位点发生相互作用，形成异源或同源寡聚化物，以影响其DNA结合特异性、结合能力以及在细胞核内的定位。MolecularBiology二、转录因子的种类各种不同的转录因子，依据它们所具有的特殊的DNA结合模式而分成不同的大家族。因为许多转录因子可形成同二聚体和异二聚体，所以各大家族据此可进一步细分成亚家族。正是由于许多转录因子能异二聚体化，从而极大地增加了转录调节的多样性和特异性。MolecularBiology二、转录因子的种类在真核生物中，基因的转录起始涉及两类转录因子：①一般性转录因子（generaltranscriptionfactor，非特异性转录因子或基本转录因子）：是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组因子，为所有mRNA转录启动共有。它们的主要作用是，在启动子的TATA-box区与RNA聚合酶组装，形成转录的起始复合物，激活所有基因的转录。MolecularBiology二、转录因子的种类真核生物中存在的三种RNA聚合酶，分别有相应的转录因子，即TFI、TFII、TFIII。其中，TFII有几个亚类：TFIIA、B、D、E、F、G/J、H和I；TFIID是唯一能识别启动子TATA-box，并与之结合的转录因子；而TFIIB则可促进聚合酶II与启动子的结合。MolecularBiology二、转录因子的种类②特异性转录因子（specifictranscriptionfactor）：也是一种DNA结合蛋白，是能够选择性调控某种或某些基因转录表达的蛋白质因子。它和DNA上其它调节元件结合，只能激活特定的基因转录，为个别基因转录所必需，决定该基因的时间、空间特异性表达。MolecularBiology第二节转录因子的作用特点及其研究方法一、转录因子的作用特点二、转录因子的研究方法MolecularBiology转录因子作用示意图MolecularBiology一、转录因子的作用特点①同一DNA顺式作用元件可被不同的转录因子所识别；②同一转录因子也可识别不同的DNA顺式作用元件；③TF与TF之间存在相互作用；④当TF与TF、TF与DNA结合时，可导致构象改变；⑤TF在合成过程中，有较大的可变性和可塑性。MolecularBiology二、转录因子的研究方法根据转录因子的作用特点，可采取不同方式来研究各种转录因子。DNA芯片技术，也称DNA微列阵技术（DNAmicroarray），是研究转录因子的方法之一。它是将不同序列的核酸样品高密度排列在载体上，然后将各种可能的转录因子与之进行结合，通过分析结合信号来研究二者相互作用的特点。MolecularBiology二、转录因子的研究方法与传统的“单基因”技术比较，微阵列具有无可比拟的优势。该技术能在同一时间内对数千个基因表达谱的差异进行平行分析，从而可以对基因进行大量、快速、平行研究，实现高通量筛选；而且，还可得出其所筛选出的特异性配基的相对亲和力信息。MolecularBiology转录因子的DNA芯片技术研究MolecularBiologyMolecularBiologyMolecularBiology第三节一些常见的植物转录因子一、植物中常用的特异性转录因子二、植物中特有的转录因子——DofMolecularBiology一、植物中常用的特异性转录因子不同逆境相关基因的启动子往往含有相同的顺式作用元件，显示可以受到相同转录因子的调控，即转录调控基因可以通过调控一系列与逆境相关的功能基因的表达，从而明显提高植物对逆境的抵抗能力。因此，应用转录因子提高植物的抗逆性研究己经成为当今的研究热点。MolecularBiology一、植物中常用的特异性转录因子1、bZIP类转录因子2、ERF类转录因子3、WRKY类转录因子4、MYB类转录因子MolecularBiology1、bZIP类转录因子碱性亮氨酸拉链（bZIP）转录因子是普遍存在于动、植物及微生物中的一类转录因子。bZIP类转录因子，可识别含核心序列ACGT的顺式作用元件，如CACGTG（G盒）、GACGTC（C盒）、TACGTA（A盒）等。一些受光或脱落酸（ABA）诱导的基因的启动子区都含有这些元件。MolecularBiology1、bZIP类转录因子G盒元件普遍存在于受ABA、生长素、茉莉酸、水杨酸诱导的基因中，这证明它与植物的抗逆性有关。G盒元件还是光诱导基因中最常见的顺式作用元件之一，能激活光诱导基因的转录。MolecularBiology2、ERF类转录因子乙烯应答元件结合因子（ERF），最先是从烟草中，作为GCC-box结合蛋白分离出来的。ERF蛋白具有一个高度保守的含58或59个氨基酸的DNA结合域。在拟南芥基因组中，有124个ERF基因，参与对低温、干旱、病原体及其诱发因子的反应，构成一个转录因子基因家族。这类基因家族在植物的生长、发育、抗病、抗胁迫以及次生代谢等方面起着非常重要的作用。该家族现只在高等植物中被发现。MolecularBiology3、WRKY类转录因子WRKY是近年来发现的又一种植物特有的转录调节因子。这类蛋白含有1~2个保守的60个氨基酸的WRKY结构域。几乎所有WRKY转录因子对（T）（T）TGACC（C/T）（即W框）都有结合特性。从欧芹中分离到的PcWRKYI基因的启动子，即含有3个TTGACC/T核心序列的类W框，这说明WRKY蛋白具有自我调节能力。MolecularBiology3、WRKY类转录因子许多WRKY蛋白在病原体侵染反应和其它应激反应中起作用。有的WRKY蛋白在调控衰老中起作用，它们高水平的超表达可引起生长迟缓和其它抗性相关基因的表达。MolecularBiology4、MYB类转录因子MYB类转录因子家族，是指含有MYB结构域的一类转录因子。MYB结构域是一段约51或52个氨基酸的肽段，包含一系列高度保守的氨基酸残基和间隔序列。MYB蛋白的共同特征是：N-端高度保守，通常由2个MYB结构域（R2、R3）或3个MYB结构域（R1、R2、R3）构成。MolecularBiology4、MYB类转录因子绝大多数的MYB转录因子可以起到转录激活的作用，但有的MYB转录因子也可以降低目的基因的表达。在拟南芥和玉米中都存在着大量的MYB转录因子，它们是植物转录因子中最大的家族之一，并在转录调节中起着多方面的重要作用。MolecularBiology4、MYB类转录因子从转录层面上来说，同一种胁迫可能会同时激活多条途径（多个转录因子参与）；而同一转录因子也可能会由多种胁迫激活。从功能基因层面上来说，同一转录因子可能会同时激活多种功能基因；而同一功能基因也可能由多个转录因子调控，因为它的启动子区域