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1、遗传学课件真核生物基因的遗传学课件真核生物基因的表达及其调控表达及其调控第1页，此课件共39页哦第十章第十章 真核生物基因的表达及其调控真核生物基因的表达及其调控n n真核生物的主要特点：n n有细胞核，转录在细胞核中进行，翻 译在细胞质中进行.n n多细胞生物，细胞中基因表达是间接受到外界环境的影响，或者不受影响。n n另外，染色体组大，基因多，有内含子，外显子，染色体与蛋白质结合第2页，此课件共39页哦在不同组织和细胞中基因的表达有差别其调控存在于：n nDNA水平的基因拷贝数，基因重排；n n转录水平、转录后RNA的加工和运输；n n蛋白质翻译以及翻译后蛋白质的修饰等真核生物基因表达及调
2、控的特点：真核生物基因表达及调控的特点：第3页，此课件共39页哦原核生物原核生物真核生物真核生物操纵元调控。操纵元调控。多样化调控，更为复杂。多样化调控，更为复杂。基因组小，大肠杆菌：总长基因组小，大肠杆菌：总长4.6106bp,编码编码4288个基因个基因,每每个基因约个基因约1100bp。基基因因组组大大，人人类类基基因因组组全全长长3109 bp，编码，编码10万个基因，其余为重复序列。万个基因，其余为重复序列。基基因因分分布布在在同同一一染染色色体体上上，操操纵纵元控制。元控制。DNA与与组组蛋蛋白白结结合合成成染染色色质质，染染色色质质的的变变化化调调控控基基因因表表达达；基基因因分
3、分布布在在不不同同的的染染色色体上，存在不同染色体间基因的调控问题。体上，存在不同染色体间基因的调控问题。适应外界环境，操纵元调控表达。适应外界环境，操纵元调控表达。基基因因差差别别表表达达是是细细胞胞分分化化和和功功能能的的核核心。心。转录和翻译同时进行，大部分为转录和翻译同时进行，大部分为转录水平调控。转录水平调控。转转录录和和翻翻译译在在时时间间和和空空间间上上均均不不同同，从从DNA到到蛋蛋白白质质的的各各层层次次上上都都有有调调控控，但多数为转录水平调控但多数为转录水平调控真核生物与原核生物的调控差异真核生物与原核生物的调控差异第4页，此课件共39页哦第一节第一节 真核生物中基因表达
4、水平的分析真核生物中基因表达水平的分析真核生物基因表达分析表明：真核生物基因表达分析表明：真核生物基因表达分析表明：真核生物基因表达分析表明：真核生物细胞中含有的整套基因组相同，或染色体相同，真核生物细胞中含有的整套基因组相同，或染色体相同，真核生物细胞中含有的整套基因组相同，或染色体相同，真核生物细胞中含有的整套基因组相同，或染色体相同，但不同组织和细胞中表达的基因但不同组织和细胞中表达的基因但不同组织和细胞中表达的基因但不同组织和细胞中表达的基因处于工作状态的基因不同处于工作状态的基因不同处于工作状态的基因不同处于工作状态的基因不同整套基因组相同整套基因组相同不同组织和细胞中表达的基因不同
5、组织和细胞中表达的基因可以用组织中不同可以用组织中不同RNARNA的丰余度来表示的丰余度来表示第5页，此课件共39页哦持家基因持家基因n n在一个组织中丰余的在一个组织中丰余的RNA,在另一个组在另一个组织中可能很少，或不存在，有的是某一织中可能很少，或不存在，有的是某一类型细胞中所特有的；类型细胞中所特有的；n n一般哺乳动物中只有一般哺乳动物中只有10mRNA是该是该类细胞所特有的，大多数类细胞所特有的，大多数mRNA90是某类细胞或所有细胞都有的，是维持是某类细胞或所有细胞都有的，是维持细胞正常结构，运动及新陈代谢等生命细胞正常结构，运动及新陈代谢等生命活动所必须的，称之为活动所必须的，
6、称之为“持家基因持家基因”第6页，此课件共39页哦n n一、真核基因组的复杂性一、真核基因组的复杂性 与原核生物比较，真核生物的基因组更与原核生物比较，真核生物的基因组更为复杂，可列举如下为复杂，可列举如下:n n真核基因组比原核基因组大得多，真核基因组比原核基因组大得多，真核基因组比原核基因组大得多，真核基因组比原核基因组大得多，大肠杆菌基因大肠杆菌基因大肠杆菌基因大肠杆菌基因组约组约组约组约4104106 6bpbp，哺乳类基因组在哺乳类基因组在10109bpbp数量级，数量级，比细菌大千倍比细菌大千倍；大肠杆菌约有；大肠杆菌约有40004000个基因，人个基因，人个基因，人个基因，人则约
7、有则约有则约有则约有1010万个基因。万个基因。万个基因。万个基因。n n真核生物主要的遗传物质与组蛋白等构成染色质，真核生物主要的遗传物质与组蛋白等构成染色质，真核生物主要的遗传物质与组蛋白等构成染色质，真核生物主要的遗传物质与组蛋白等构成染色质，被包裹在核膜内被包裹在核膜内被包裹在核膜内被包裹在核膜内，核外还有遗传成分核外还有遗传成分(如线粒体如线粒体DNADNA等等等等)，这就增加了基因表达调控的层次和复杂这就增加了基因表达调控的层次和复杂这就增加了基因表达调控的层次和复杂这就增加了基因表达调控的层次和复杂性。性。性。性。第7页，此课件共39页哦vv原核生物的基因组基本上是单倍体原核生物
8、的基因组基本上是单倍体原核生物的基因组基本上是单倍体原核生物的基因组基本上是单倍体，而真核基因而真核基因而真核基因而真核基因组是二倍体组是二倍体组是二倍体组是二倍体;vv细菌多数基因按功能相关成串排列细菌多数基因按功能相关成串排列细菌多数基因按功能相关成串排列细菌多数基因按功能相关成串排列，组成操纵元的，组成操纵元的，组成操纵元的，组成操纵元的基因表达调控的单元，共同开启或关闭，转录出基因表达调控的单元，共同开启或关闭，转录出基因表达调控的单元，共同开启或关闭，转录出基因表达调控的单元，共同开启或关闭，转录出多顺反子多顺反子多顺反子多顺反子(polycistron)(polycistron)的
9、的的的mRNAmRNA；真核生物则真核生物则真核生物则真核生物则是一个结构基因转录生成一条是一个结构基因转录生成一条是一个结构基因转录生成一条是一个结构基因转录生成一条mRNA，即，即，即，即mRNA是单顺反子是单顺反子(monocistron)(monocistron)，基本上没有基本上没有基本上没有基本上没有操纵元的结构操纵元的结构操纵元的结构操纵元的结构，而，而，而，而真核细胞的许多活性蛋白是由相真核细胞的许多活性蛋白是由相真核细胞的许多活性蛋白是由相真核细胞的许多活性蛋白是由相同和不同的多肽形成的亚基构成的同和不同的多肽形成的亚基构成的同和不同的多肽形成的亚基构成的同和不同的多肽形成的
10、亚基构成的，这就涉及到，这就涉及到多个基因协调表达的问题，多个基因协调表达的问题，真核生物基因协调真核生物基因协调真核生物基因协调真核生物基因协调表达要比原核生物复杂得多表达要比原核生物复杂得多表达要比原核生物复杂得多表达要比原核生物复杂得多。第8页，此课件共39页哦vv原核基因组的大部分序列都为基因编码原核基因组的大部分序列都为基因编码原核基因组的大部分序列都为基因编码原核基因组的大部分序列都为基因编码，而核酸杂交，而核酸杂交，而核酸杂交，而核酸杂交等实验表明：等实验表明：等实验表明：等实验表明：哺乳类基因组中仅约哺乳类基因组中仅约哺乳类基因组中仅约哺乳类基因组中仅约10%10%的序列为蛋白
11、的序列为蛋白的序列为蛋白的序列为蛋白质、质、质、质、rRNA、tRNAtRNA等编码，等编码，等编码，等编码，其余约其余约其余约其余约90%90%的序列功能的序列功能至今还不清楚。至今还不清楚。vv原核生物的基因为蛋白质编码的序列绝大多数是连续的原核生物的基因为蛋白质编码的序列绝大多数是连续的原核生物的基因为蛋白质编码的序列绝大多数是连续的原核生物的基因为蛋白质编码的序列绝大多数是连续的，而而真核生物为蛋白质编码的基因绝大多数是不连真核生物为蛋白质编码的基因绝大多数是不连续的，即有外显子续的，即有外显子(exon)和内含子和内含子和内含子和内含子(intron)(intron)，转录，转录，转
12、录，转录后需经剪接后需经剪接后需经剪接后需经剪接(splicing)(splicing)去除内含子，才能翻译获得完去除内含子，才能翻译获得完去除内含子，才能翻译获得完去除内含子，才能翻译获得完整的蛋白质，整的蛋白质，整的蛋白质，整的蛋白质，这就增加了基因表达调控的环节。这就增加了基因表达调控的环节。这就增加了基因表达调控的环节。这就增加了基因表达调控的环节。vv原核基因组中除原核基因组中除原核基因组中除原核基因组中除rRNA、tRNAtRNA基因有多个拷贝外，重基因有多个拷贝外，重基因有多个拷贝外，重基因有多个拷贝外，重复序列不多复序列不多复序列不多复序列不多。哺乳动物基因组中则存在大量重复序
13、哺乳动物基因组中则存在大量重复序列列(repetitive sequences)(repetitive sequences)。第9页，此课件共39页哦n n二、真核基因表达调控的特点二、真核基因表达调控的特点 n n与原核生物比较它具有一些明显的特点：与原核生物比较它具有一些明显的特点：与原核生物比较它具有一些明显的特点：与原核生物比较它具有一些明显的特点：n n(一一一一)真核基因表达调控的环节更多真核基因表达调控的环节更多真核基因表达调控的环节更多真核基因表达调控的环节更多 基因表达是基因经过转录、翻译、产生有生物活性基因表达是基因经过转录、翻译、产生有生物活性基因表达是基因经过转录、翻译
14、、产生有生物活性基因表达是基因经过转录、翻译、产生有生物活性的蛋白质的整个过程。同原核生物一样，的蛋白质的整个过程。同原核生物一样，的蛋白质的整个过程。同原核生物一样，的蛋白质的整个过程。同原核生物一样，转录依然转录依然转录依然转录依然是真核生物基因表达调控的主要环节是真核生物基因表达调控的主要环节是真核生物基因表达调控的主要环节是真核生物基因表达调控的主要环节。但真核基因转。但真核基因转。但真核基因转。但真核基因转录发生在录发生在录发生在录发生在细胞核细胞核细胞核细胞核(线粒体基因的转录在线粒体内线粒体基因的转录在线粒体内)，翻译则多翻译则多翻译则多翻译则多在胞浆在胞浆在胞浆在胞浆，两个过程
15、是分开的，因此其调控，两个过程是分开的，因此其调控，两个过程是分开的，因此其调控，两个过程是分开的，因此其调控增加了更多的环节和复杂性，增加了更多的环节和复杂性，增加了更多的环节和复杂性，增加了更多的环节和复杂性，转录后的调控占有了转录后的调控占有了转录后的调控占有了转录后的调控占有了更多的分量。更多的分量。更多的分量。更多的分量。第10页，此课件共39页哦第11页，此课件共39页哦n n(二二)真核基因的转录与染色质的结构变化相真核基因的转录与染色质的结构变化相关关。n n真核基因组真核基因组真核基因组真核基因组DNADNA绝大部分都在细胞核内与组蛋白绝大部分都在细胞核内与组蛋白绝大部分都在
16、细胞核内与组蛋白绝大部分都在细胞核内与组蛋白等结合成染色质，等结合成染色质，等结合成染色质，等结合成染色质，染色质的结构染色质的结构、染色质中染色质中染色质中染色质中DNADNA和组蛋白的结构状态和组蛋白的结构状态和组蛋白的结构状态和组蛋白的结构状态都影响转录都影响转录，至少有以下现，至少有以下现，至少有以下现，至少有以下现象：象：象：象：n n1.1.染色质结构影响基因转录染色质结构影响基因转录染色质结构影响基因转录染色质结构影响基因转录 n n2.2.组蛋白的作用：组蛋白的作用：组蛋白的作用：组蛋白的作用：组蛋白与组蛋白与组蛋白与组蛋白与DNADNA结合阻止结合阻止结合阻止结合阻止DNAD
17、NA上基因的转上基因的转上基因的转上基因的转录，录，录，录，去除组蛋白基因又能够转录。组蛋白是碱性蛋白质，去除组蛋白基因又能够转录。组蛋白是碱性蛋白质，去除组蛋白基因又能够转录。组蛋白是碱性蛋白质，去除组蛋白基因又能够转录。组蛋白是碱性蛋白质，带正电荷带正电荷带正电荷带正电荷，可与，可与，可与，可与DNADNA链上带负电荷的磷酸链上带负电荷的磷酸链上带负电荷的磷酸链上带负电荷的磷酸基相结合，从而遮基相结合，从而遮基相结合，从而遮基相结合，从而遮蔽了蔽了蔽了蔽了DNADNA分子，妨碍了转录，可能扮演了非特异性阻遏分子，妨碍了转录，可能扮演了非特异性阻遏分子，妨碍了转录，可能扮演了非特异性阻遏分子
18、，妨碍了转录，可能扮演了非特异性阻遏蛋白的作用；蛋白的作用；蛋白的作用；蛋白的作用；染色质中的非组蛋白成分具有组织细胞特异染色质中的非组蛋白成分具有组织细胞特异染色质中的非组蛋白成分具有组织细胞特异染色质中的非组蛋白成分具有组织细胞特异性，可能消除组蛋白的阻遏性，可能消除组蛋白的阻遏性，可能消除组蛋白的阻遏性，可能消除组蛋白的阻遏，起到特异性的去阻遏促转录作起到特异性的去阻遏促转录作起到特异性的去阻遏促转录作起到特异性的去阻遏促转录作用用用用。第12页，此课件共39页哦vv3.3.转录活跃的区域也常缺乏核小体的结构。转录活跃的区域也常缺乏核小体的结构。转录活跃的区域也常缺乏核小体的结构。转录活
19、跃的区域也常缺乏核小体的结构。这些这些这些这些都表明核小体结构影响基因转录。都表明核小体结构影响基因转录。都表明核小体结构影响基因转录。都表明核小体结构影响基因转录。vv4.4.转录活跃区域对核酸酶作用敏感度增加。转录活跃区域对核酸酶作用敏感度增加。转录活跃区域对核酸酶作用敏感度增加。转录活跃区域对核酸酶作用敏感度增加。活跃进活跃进行转录的染色质区域受行转录的染色质区域受DNase DNase 消化常出现消化常出现消化常出现消化常出现100100200bp的的的的DNA片段，且长短不均一，片段，且长短不均一，片段，且长短不均一，片段，且长短不均一，说明说明说明说明其其其其DNADNA受组蛋白掩
20、盖的结构有变化，受组蛋白掩盖的结构有变化，受组蛋白掩盖的结构有变化，受组蛋白掩盖的结构有变化，出现了对出现了对出现了对出现了对DNase 高敏感点高敏感点(hypersensitive site)(hypersensitive site)。这。这。这。这种高敏感点常出现在转录基因的种高敏感点常出现在转录基因的种高敏感点常出现在转录基因的种高敏感点常出现在转录基因的55侧区侧区侧区侧区(5(5 flanking region)flanking region)、33末端或在基因上，多在调控末端或在基因上，多在调控末端或在基因上，多在调控末端或在基因上，多在调控蛋白结合位点的附近，分析蛋白结合位点的
21、附近，分析蛋白结合位点的附近，分析蛋白结合位点的附近，分析该区域核小体的结构发该区域核小体的结构发该区域核小体的结构发该区域核小体的结构发生变化，可能有利于调控蛋白生变化，可能有利于调控蛋白生变化，可能有利于调控蛋白生变化，可能有利于调控蛋白 结合而促进转录。结合而促进转录。结合而促进转录。结合而促进转录。第13页，此课件共39页哦n n5.DNA碱基修饰变化碱基修饰变化：真核真核DNA中的胞中的胞嘧啶被甲基化为嘧啶被甲基化为5-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶(5methylcytidine,m5C)，而活跃转录的而活跃转录的DNA段落中胞嘧啶甲基化程度常较低。段落中胞嘧啶甲基化程度常较低。这这种甲基化
22、最常发生在某些基因种甲基化最常发生在某些基因5侧区的侧区的CG序列中，实验表明这段序列序列中，实验表明这段序列甲基化可使其甲基化可使其后的基因不能转录后的基因不能转录，甲基化可能阻碍转录，甲基化可能阻碍转录因子与因子与DNA特定部位的结合从而影响转录。特定部位的结合从而影响转录。如果用基因打靶的方法除去主要的如果用基因打靶的方法除去主要的DNA甲甲基化酶，小鼠的胚胎就不能正常发育而死亡，基化酶，小鼠的胚胎就不能正常发育而死亡，可见可见DNA的的甲基化对基因表达调控是重要甲基化对基因表达调控是重要的。的。第14页，此课件共39页哦n n甲基化抑制转录n n进化程度的关系第15页，此课件共39页哦
23、n n基因丢失（基因丢失（基因丢失（基因丢失（gene oliminationgene olimination），在发育过程中，），在发育过程中，），在发育过程中，），在发育过程中，许多细胞常丢掉整条或部分染色体，通过染色体的许多细胞常丢掉整条或部分染色体，通过染色体的许多细胞常丢掉整条或部分染色体，通过染色体的许多细胞常丢掉整条或部分染色体，通过染色体的丢失而除去某些基因的活性。丢失而除去某些基因的活性。丢失而除去某些基因的活性。丢失而除去某些基因的活性。n n基因扩增（基因扩增（基因扩增（基因扩增（gene amplificationgene amplification）,基因组内某基因组
24、内某些基因的拷贝数专一性大量增加。些基因的拷贝数专一性大量增加。n n基因重排（基因重排（基因重排（基因重排（gene rearrangment）,指指DNA分子分子分子分子核酸序列的重新排列，可以形成新基因，也可以调核酸序列的重新排列，可以形成新基因，也可以调核酸序列的重新排列，可以形成新基因，也可以调核酸序列的重新排列，可以形成新基因，也可以调节基因的表达。节基因的表达。节基因的表达。节基因的表达。6 基因丢失，重排，扩增基因丢失，重排，扩增第16页，此课件共39页哦n n由此可见，染色质中的基因转录前先要有一个被激由此可见，染色质中的基因转录前先要有一个被激由此可见，染色质中的基因转录前
25、先要有一个被激由此可见，染色质中的基因转录前先要有一个被激活的过程，但目前对激活机制还缺乏认识。活的过程，但目前对激活机制还缺乏认识。活的过程，但目前对激活机制还缺乏认识。活的过程，但目前对激活机制还缺乏认识。n n(三三三三)真核基因表达以正性调控为主：真核基因表达以正性调控为主：真核基因表达以正性调控为主：真核基因表达以正性调控为主：真核真核真核真核RNARNA聚聚聚聚合酶对启动子的亲和力很低合酶对启动子的亲和力很低合酶对启动子的亲和力很低合酶对启动子的亲和力很低，基本上不依靠自身来，基本上不依靠自身来，基本上不依靠自身来，基本上不依靠自身来起始转录，起始转录，起始转录，起始转录，需要依赖
26、多种激活蛋白的协同作用。需要依赖多种激活蛋白的协同作用。真核基因调控中虽然也发现真核基因调控中虽然也发现真核基因调控中虽然也发现真核基因调控中虽然也发现有负性调控元件，但其有负性调控元件，但其有负性调控元件，但其有负性调控元件，但其存在并不普遍存在并不普遍存在并不普遍存在并不普遍；真核基因转录表达的调控蛋白；真核基因转录表达的调控蛋白；真核基因转录表达的调控蛋白；真核基因转录表达的调控蛋白也也也也有起阻遏和激活作用或兼有两种作用者有起阻遏和激活作用或兼有两种作用者有起阻遏和激活作用或兼有两种作用者有起阻遏和激活作用或兼有两种作用者，但总的是但总的是但总的是但总的是以激活蛋白的作用为主。以激活蛋
27、白的作用为主。以激活蛋白的作用为主。以激活蛋白的作用为主。即多数真核基因在没有即多数真核基因在没有调控蛋白作用时是不转录的，需要表达时就要调控蛋白作用时是不转录的，需要表达时就要有激活的蛋白质来促进转录。换言之：有激活的蛋白质来促进转录。换言之：真核基真核基真核基真核基因表达以正性调控为主导。因表达以正性调控为主导。因表达以正性调控为主导。因表达以正性调控为主导。第17页，此课件共39页哦n n三、真核基因转录水平的调控三、真核基因转录水平的调控 真核细胞的三种真核细胞的三种RNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶(、和和)中，只中，只中，只中，只有有有有RNARNA聚合酶聚合酶能转录生成能转录生
28、成能转录生成能转录生成mRNAmRNA，以下主要讨，以下主要讨，以下主要讨，以下主要讨论论论论RNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶的转录调控。的转录调控。的转录调控。的转录调控。n n(一一)顺式作用元件顺式作用元件(cisacting elements)真核基因的顺式调控元件是真核基因的顺式调控元件是基因周围基因周围能与特异能与特异转录因子结合而影响转录的转录因子结合而影响转录的DNADNA序列序列。其中主。其中主要是起正性调控作用的要是起正性调控作用的顺式作用元件顺式作用元件顺式作用元件顺式作用元件，包括启动，包括启动，包括启动，包括启动子子子子(promoter)、增强子、增强子、增强子
29、、增强子(enhancer)(enhancer)；近年又发；近年又发；近年又发；近年又发现起负性调控作用的元件静止子现起负性调控作用的元件静止子现起负性调控作用的元件静止子现起负性调控作用的元件静止子(silencer)(silencer)第18页，此课件共39页哦n n1.1.启动子启动子启动子启动子 与原核启动子的含义相同，是指与原核启动子的含义相同，是指RNA聚合酶结聚合酶结聚合酶结聚合酶结合并启动转录的合并启动转录的合并启动转录的合并启动转录的DNADNA序列。但真核启动子间不像原序列。但真核启动子间不像原序列。但真核启动子间不像原序列。但真核启动子间不像原核那样有明显共同一致的序列，
30、而且单靠核那样有明显共同一致的序列，而且单靠核那样有明显共同一致的序列，而且单靠核那样有明显共同一致的序列，而且单靠RNA聚合聚合聚合聚合酶难以结合酶难以结合酶难以结合酶难以结合DNADNA而起动转录，而是需要多种蛋白而起动转录，而是需要多种蛋白而起动转录，而是需要多种蛋白而起动转录，而是需要多种蛋白质因子的相互协调作用，不同蛋白质因子又能与质因子的相互协调作用，不同蛋白质因子又能与质因子的相互协调作用，不同蛋白质因子又能与质因子的相互协调作用，不同蛋白质因子又能与不同不同不同不同DNA序列相互作用，不同基因转录起始及序列相互作用，不同基因转录起始及序列相互作用，不同基因转录起始及序列相互作用
31、，不同基因转录起始及其调控所需的蛋白因子也不完全相同，因而不同其调控所需的蛋白因子也不完全相同，因而不同其调控所需的蛋白因子也不完全相同，因而不同其调控所需的蛋白因子也不完全相同，因而不同启动子序列也很不相同，要比原核更复杂、序列启动子序列也很不相同，要比原核更复杂、序列启动子序列也很不相同，要比原核更复杂、序列启动子序列也很不相同，要比原核更复杂、序列也更长。也更长。也更长。也更长。真核启动子一般包括真核启动子一般包括真核启动子一般包括真核启动子一般包括转录起始点及其上转录起始点及其上转录起始点及其上转录起始点及其上游约游约游约游约100100200bp200bp序列，序列，序列，序列，包含
32、有若干具有独立功能包含有若干具有独立功能包含有若干具有独立功能包含有若干具有独立功能的的的的DNA序列元件，每个元件约长序列元件，每个元件约长序列元件，每个元件约长序列元件，每个元件约长7 730bp30bp。最常。最常。最常。最常见的哺乳类见的哺乳类见的哺乳类见的哺乳类RNARNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶启动子中的元件序列见启动子中的元件序列见启动子中的元件序列见启动子中的元件序列见表表表表1 1。第19页，此课件共39页哦元件名称共同序列结合的蛋白因子 名称分子量结合DNA长度TATAboxTATAAAATBP30,00010bpGC boxGGGCGGSP-1105,00020bpCAA
33、T boxGGCCAATCTCTF/NF160,00022bpOctamerATTTGCATOct-176,00010bpOct-253,00020bpkBGGGACTTTCCNFkB44,00010bpATFGTGACGTAFT?20bp哺乳类RNA聚合酶启动子中的元件序列第20页，此课件共39页哦n n启动子中的元件可以分为两种：启动子中的元件可以分为两种：n n核心启动子元件核心启动子元件(core promoter element)(core promoter element)指指指指RNARNA聚合酶起始转录所必需的最小的聚合酶起始转录所必需的最小的聚合酶起始转录所必需的最小的聚合酶
34、起始转录所必需的最小的DNADNA序列序列序列序列，包包括转录起始点及其上游括转录起始点及其上游25/25/30bp处的处的处的处的TATA盒盒盒盒。核心元件单独起作用时只能确定转录起始位点和。核心元件单独起作用时只能确定转录起始位点和。核心元件单独起作用时只能确定转录起始位点和。核心元件单独起作用时只能确定转录起始位点和产生基础水平的转录。产生基础水平的转录。产生基础水平的转录。产生基础水平的转录。第21页，此课件共39页哦vv上游启动子元件上游启动子元件上游启动子元件上游启动子元件(upstream promoter(upstream promoter element)element)包括
35、通常位于包括通常位于包括通常位于包括通常位于70bp附近的附近的CAATCAAT盒和盒和盒和盒和GCGC盒、以盒、以盒、以盒、以及距转录起始点更远的上游元件及距转录起始点更远的上游元件及距转录起始点更远的上游元件及距转录起始点更远的上游元件。这些元件与相应。这些元件与相应的蛋白因子结合能提高或改变转录效率。不同基的蛋白因子结合能提高或改变转录效率。不同基因具有不同的上游启动子元件，其位置也不相同，因具有不同的上游启动子元件，其位置也不相同，这使得不同的基因表达分别有不同的调控。这使得不同的基因表达分别有不同的调控。第22页，此课件共39页哦n n2.增强子增强子 是一种能够提高转录效率的顺式调
36、控元件是一种能够提高转录效率的顺式调控元件，最，最，最，最早是在早是在早是在早是在SV40SV40病毒中发现的长约病毒中发现的长约200bp200bp的一段的一段的一段的一段DNADNA，可使旁侧的基因转录提高，可使旁侧的基因转录提高，可使旁侧的基因转录提高，可使旁侧的基因转录提高100100倍，其后在倍，其后在倍，其后在倍，其后在多种真核生物，甚至在原核生物中都发现了增强子。多种真核生物，甚至在原核生物中都发现了增强子。多种真核生物，甚至在原核生物中都发现了增强子。多种真核生物，甚至在原核生物中都发现了增强子。增强子通常占增强子通常占增强子通常占增强子通常占100200bp200bp长度，长
37、度，也和启动子一也和启动子一也和启动子一也和启动子一样由若干组件构成，样由若干组件构成，样由若干组件构成，样由若干组件构成，基本核心组件常为基本核心组件常为8 812bp12bp，可以单拷贝或多拷贝串连形式存在。可以单拷贝或多拷贝串连形式存在。增强子增强子增强子增强子的作用有以下特点的作用有以下特点的作用有以下特点的作用有以下特点：第23页，此课件共39页哦vv增强子提高同一条增强子提高同一条DNADNA链上基因转录效率，链上基因转录效率，可以可以远距离远距离作用，通常可距离作用，通常可距离1 14kb4kb、个别情况、个别情况、个别情况、个别情况下离开所调控的基因下离开所调控的基因下离开所调
38、控的基因下离开所调控的基因30kb30kb仍能发挥作用，而且在仍能发挥作用，而且在仍能发挥作用，而且在仍能发挥作用，而且在基因的基因的基因的基因的上游或下游上游或下游上游或下游上游或下游都能起作用。都能起作用。都能起作用。都能起作用。vv增强子作用与其序列的增强子作用与其序列的增强子作用与其序列的增强子作用与其序列的正反方向无关正反方向无关，将增强子，将增强子，将增强子，将增强子方向倒置依然能起作用。而将启动子倒就不能起作用，方向倒置依然能起作用。而将启动子倒就不能起作用，方向倒置依然能起作用。而将启动子倒就不能起作用，方向倒置依然能起作用。而将启动子倒就不能起作用，可见增强子与启动子是很不相
39、同的。可见增强子与启动子是很不相同的。可见增强子与启动子是很不相同的。可见增强子与启动子是很不相同的。第24页，此课件共39页哦n n增强子要有启动子才能发挥作用增强子要有启动子才能发挥作用增强子要有启动子才能发挥作用增强子要有启动子才能发挥作用，没有启动子存，没有启动子存，没有启动子存，没有启动子存在，增强子不能表现活性。但在，增强子不能表现活性。但在，增强子不能表现活性。但在，增强子不能表现活性。但增强子对启动子没有增强子对启动子没有严格的专一性，严格的专一性，同一增强子可以影响不同类型启同一增强子可以影响不同类型启动子的转录。例如当含有动子的转录。例如当含有增强子增强子增强子增强子的病毒
40、基因组的病毒基因组的病毒基因组的病毒基因组整合整合入宿主细胞基因组时，能够增强整合区附近宿主某入宿主细胞基因组时，能够增强整合区附近宿主某入宿主细胞基因组时，能够增强整合区附近宿主某入宿主细胞基因组时，能够增强整合区附近宿主某些基因的转录；当增强子随某些染色体段落些基因的转录；当增强子随某些染色体段落些基因的转录；当增强子随某些染色体段落些基因的转录；当增强子随某些染色体段落移位移位移位移位时，时，时，时，也能提高移到的新位置周围基因的转录。也能提高移到的新位置周围基因的转录。也能提高移到的新位置周围基因的转录。也能提高移到的新位置周围基因的转录。使某些使某些癌基因转录表达增强，可能是肿瘤发生
41、的因素之癌基因转录表达增强，可能是肿瘤发生的因素之一一。第25页，此课件共39页哦vv增强子的作用机理虽然还不明确，但与其他顺增强子的作用机理虽然还不明确，但与其他顺式调控元件一样，式调控元件一样，必须与特定的蛋白质因结合后才必须与特定的蛋白质因结合后才必须与特定的蛋白质因结合后才必须与特定的蛋白质因结合后才能发挥增强转录的作用能发挥增强转录的作用能发挥增强转录的作用能发挥增强转录的作用。增强子一般。增强子一般。增强子一般。增强子一般具有组织或细胞具有组织或细胞具有组织或细胞具有组织或细胞特异性特异性特异性特异性，许多增强子只在某些细胞或组织中表现，许多增强子只在某些细胞或组织中表现活性，是由
42、这些细胞或组织中具有的特异性蛋白活性，是由这些细胞或组织中具有的特异性蛋白质因子所决定的。质因子所决定的。第26页，此课件共39页哦n n3.静止子静止子 最早在酵母中发现，以后在最早在酵母中发现，以后在最早在酵母中发现，以后在最早在酵母中发现，以后在T淋巴细胞的淋巴细胞的淋巴细胞的淋巴细胞的T T抗原受体抗原受体抗原受体抗原受体基因的转录和重排中证实这种基因的转录和重排中证实这种基因的转录和重排中证实这种基因的转录和重排中证实这种负调控顺式元件的存在。负调控顺式元件的存在。负调控顺式元件的存在。负调控顺式元件的存在。目前对这种在目前对这种在目前对这种在目前对这种在基因转录降低或关闭基因转录降
43、低或关闭中起作用的序中起作用的序中起作用的序中起作用的序列研究还不多，但从已有的例子看到：静止子的列研究还不多，但从已有的例子看到：静止子的列研究还不多，但从已有的例子看到：静止子的列研究还不多，但从已有的例子看到：静止子的作用作用作用作用可不受序列方向可不受序列方向的影响，也能的影响，也能的影响，也能的影响，也能远距离发挥作远距离发挥作用用，并可，并可，并可，并可对异源基因的表达起作用。对异源基因的表达起作用。对异源基因的表达起作用。对异源基因的表达起作用。第27页，此课件共39页哦n n(二二)反式作用因子反式作用因子(transacting factors)n n由由由由不同染色体上不同
44、染色体上不同染色体上不同染色体上基因座位编码的、基因座位编码的、基因座位编码的、基因座位编码的、能直接或间接地识别或能直接或间接地识别或能直接或间接地识别或能直接或间接地识别或结合在各顺式作用元件结合在各顺式作用元件结合在各顺式作用元件结合在各顺式作用元件8 8一一一一12bP12bP核心序列上并参与核心序列上并参与核心序列上并参与核心序列上并参与调控调控调控调控靶靶靶靶基因基因基因基因转录效率转录效率转录效率转录效率的这些结合蛋白的这些结合蛋白的这些结合蛋白的这些结合蛋白称作反式作用因子称作反式作用因子称作反式作用因子称作反式作用因子(trans(transacting factor)act
45、ing factor)。它们在转录调节中具有特殊的重要性。它们在转录调节中具有特殊的重要性。它们在转录调节中具有特殊的重要性。它们在转录调节中具有特殊的重要性。这类这类这类这类DNADNA结合蛋白有多种能特异性识别这类蛋白的序结合蛋白有多种能特异性识别这类蛋白的序结合蛋白有多种能特异性识别这类蛋白的序结合蛋白有多种能特异性识别这类蛋白的序列也有多种正是不同的列也有多种正是不同的列也有多种正是不同的列也有多种正是不同的DNADNA结合蛋白与不同识别序列结合蛋白与不同识别序列结合蛋白与不同识别序列结合蛋白与不同识别序列之间在空间结构上的相互作用，以及蛋白质与蛋白质之间之间在空间结构上的相互作用，以
46、及蛋白质与蛋白质之间之间在空间结构上的相互作用，以及蛋白质与蛋白质之间之间在空间结构上的相互作用，以及蛋白质与蛋白质之间的相互作用，构成了复杂的基因转录调控机制的基础。的相互作用，构成了复杂的基因转录调控机制的基础。的相互作用，构成了复杂的基因转录调控机制的基础。的相互作用，构成了复杂的基因转录调控机制的基础。研究得较多的反式作用因子有研究得较多的反式作用因子有研究得较多的反式作用因子有研究得较多的反式作用因子有SplSpl、CTFCTF、ApApt t、ApAp2 2、octoct1 1、octoct2 2等。等。等。等。第28页，此课件共39页哦n n四、四、激素的调控作用：激素的调控作用
47、：激激激激素素素素诱诱诱诱导导导导模模模模式式式式：真真真真核核核核生生生生物物物物内内内内的的的的调调调调控控控控信信信信号号号号来来来来自自自自体体内内激激素素，这些可扩散的物质称这些可扩散的物质称这些可扩散的物质称这些可扩散的物质称反式作用因子。反式作用因子。反式作用因子。反式作用因子。n n五、五、基因转录后水平的调控基因转录后水平的调控（一）（一）不同剪接方式可产生不同的不同剪接方式可产生不同的不同剪接方式可产生不同的不同剪接方式可产生不同的mRNAmRNA：组成型剪接、交替剪接、组成型剪接、交替剪接、组成型剪接、交替剪接、组成型剪接、交替剪接、组组组组成成成成型型型型剪剪剪剪接接接
48、接：大大多多数数前前体体mRNAmRNA都都都都含含含含有有有有多多多多个个个个内内内内含含含含子子子子，他他他他们们们们常常常常被被被被有有有有序序序序的的的的逐逐逐逐一一一一切切切切除除除除，形形形形成成成成一一一一个个个个由由由由各各各各外外外外显显显显子子子子连连连连接接接接而成的成熟而成的成熟而成的成熟而成的成熟mRNAmRNA，这种剪接方式称，这种剪接方式称，这种剪接方式称，这种剪接方式称。第29页，此课件共39页哦n n交替剪接（交替剪接（交替剪接（交替剪接（alternative splicing)alternative splicing)：来自同一个基因的前体来自同一个基因的
49、前体来自同一个基因的前体来自同一个基因的前体mRNA中中中中某个内含子某个内含子某个内含子某个内含子5端端端端供点又可在特定条件下与供点又可在特定条件下与供点又可在特定条件下与供点又可在特定条件下与另一个内含子的另一个内含子的另一个内含子的另一个内含子的3 3 端端受受受受点进行剪接，从而点进行剪接，从而点进行剪接，从而点进行剪接，从而删除这两个内含子及其中间的删除这两个内含子及其中间的删除这两个内含子及其中间的删除这两个内含子及其中间的全部外显子和内含子全部外显子和内含子全部外显子和内含子全部外显子和内含子。这样，一个前体。这样，一个前体。这样，一个前体。这样，一个前体mRNAmRNA就可就
50、可就可就可因剪接方式不同产生多种因剪接方式不同产生多种因剪接方式不同产生多种因剪接方式不同产生多种mRNA，转译出多个不，转译出多个不，转译出多个不，转译出多个不同蛋白质，这样的剪接方式称为交替剪接同蛋白质，这样的剪接方式称为交替剪接同蛋白质，这样的剪接方式称为交替剪接同蛋白质，这样的剪接方式称为交替剪接.第30页，此课件共39页哦（二二）RNARNA编辑：编辑：编辑：编辑：定义：转录后的定义：转录后的定义：转录后的定义：转录后的RNARNA在编码区发生碱基插入，在编码区发生碱基插入，在编码区发生碱基插入，在编码区发生碱基插入，缺缺缺缺失或转换的现象。失或转换的现象。失或转换的现象。失或转换的