第6章基因表达调控2012.ppt

《第6章基因表达调控2012.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第6章基因表达调控2012.ppt（122页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、Regulation of Gene Expression第6章基因表达调控2012 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望Regulation of Gene Expression1 1、基因表达调控的基本规律、基因表达调控的基本规律2 2、原核基因的表达调控、原核基因的表达调控3 3、真核基因的表达调控、真核基因的表达调控11/16/20222Regulation of Gene Expression第第 一一 节节基因表达调控基因表达调控基本规律基本

2、规律Basic Regularities 11/16/20223Regulation of Gene Expression*基因基因(gene)负载特定遗传信息的负载特定遗传信息的DNA片段。片段。35Exon2Exon3Int.2Exon1 Int.13UncodingRegion5UncodingRegion产物：多肽链；产物：多肽链；RNA结构：结构：11/16/20224Regulation of Gene Expression*基因组基因组(genome)一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息或整套基因。整套基因。基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学

3、基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学功能产物的过程。功能产物的过程。*基因表达基因表达(geneexpression)基因表达是受调控的基因表达是受调控的11/16/20225Regulation of Gene Expression一、基因表达的时空特异性一、基因表达的时空特异性（一）时间特异性（一）时间特异性按功能需要，某一特定基因的表达严格按按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称之为基因表达的特定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间时间特异性特异性(temporalspecificity)。多细胞生物基因表达的时间特异性又称多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶阶段特

4、异性段特异性(stagespecificity)。11/16/20226Regulation of Gene Expression（二）空间特异性（二）空间特异性基基因因表表达达伴伴随随时时间间顺顺序序所所表表现现出出的的这这种种分分布布差差异异，实实际际上上是是由由细细胞胞在在器器官官的的分分布布决决定定的的，所所以以空空间间特特异异性性又又称称细细胞胞或或组组织织特特异异性性(cellortissuespecificity)。在在个个体体某某一一特特定定生生长长发发育育阶阶段段，同同一一基基因因在在不不同同的的组组织织器器官官表表达达不不同同，称称之之为为基基因因表表达达的的空间特异性空间

5、特异性(spatialspecificity)。11/16/20227Regulation of Gene Expression二、基因表达的方式二、基因表达的方式按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：1 1、组成性表达；、组成性表达；2 2、诱导和阻遏表达、诱导和阻遏表达（一）组成性表达（一）组成性表达某某些些基基因因在在一一个个个个体体的的几几乎乎所所有有细细胞胞中中持持续续表表达达，通通常常被被称称为为管管家家基基因因(housekeepinggene)。11/16/20228Regulation of Gene Expression无无论论表表达达

6、水水平平高高低低，管管家家基基因因较较少少受受环环境境因因素素影影响响，而而是是在在个个体体各各个个生生长长阶阶段段的的大大多多数数或或几几乎乎全全部部组组织织中中持持续续表表达达，或或变变化化很很小小。区区别别于于其其他他基基因因，这这类类基基因因表表达达被被视视为为组组成成性性基基因表达因表达(constitutivegeneexpression)。11/16/20229Regulation of Gene Expression（二）诱导和阻遏表达（二）诱导和阻遏表达在在特特定定环环境境信信号号刺刺激激下下，相相应应的的基基因因被被激激活活，基基因因表表达达产产物物增增加加，这这种种基基因

7、因称称为为可可诱诱导导基因基因。可可诱诱导导基基因因在在特特定定环环境境中中表表达达增增强强的的过过程程，称为称为诱导诱导(induction)。如如果果基基因因对对环环境境信信号号应应答答是是被被抑抑制制，这这种种基基因因是是可可阻阻遏遏基基因因。可可阻阻遏遏基基因因表表达达产产物物水水平平降低的过程称为降低的过程称为阻遏阻遏(repression)。11/16/202210Regulation of Gene Expression诱诱导导表表达达(inductionexpression)和和阻阻遏遏表表达达(repressibleexpression)是是基基因因表表达达调调控控的的普普遍

8、遍方方式式，是是生生物物体体为为适适应应外外界界环环境境的改变而做出的两种应答方式。的改变而做出的两种应答方式。11/16/202211Regulation of Gene Expression三、基因表达受顺式作用元件和反式作用三、基因表达受顺式作用元件和反式作用 因子共同调节因子共同调节基基因因表表达达的的调调节节与与基基因因的的结结构构、性性质质，生生物物个个体体或或细细胞胞所所处处的的内内、外外环环境境，以以及及细胞内所存在的转录细胞内所存在的转录调节蛋白调节蛋白有关。有关。基因表达受顺式作用元件和反式作用因基因表达受顺式作用元件和反式作用因子共同调节，是调节蛋白与子共同调节，是调节蛋

9、白与DNA调控序列调控序列相互作用的结果。相互作用的结果。11/16/202212Regulation of Gene Expression（一）（一）顺式作用元件顺式作用元件(cis-actingelement)可影响自身基因表达活性的可影响自身基因表达活性的DNA序列序列BADNA编码序列编码序列转录起始点转录起始点1 1、启动子、启动子是是RNA聚合酶结合并启动转录聚合酶结合并启动转录的特异的特异DNA序列。序列。11/16/202213Regulation of Gene ExpressionRNA转录起始转录起始-35区区-10区区TTGACATTAACTTTTACATATGATTT

10、TACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrptRNATyrlacrecAAra BADTTGACATATAAT共有序列共有序列原核生物原核生物11/16/202214Regulation of Gene Expression不不同同真真核核生生物物的的顺顺式式作作用用元元件件中中发发现现有有一一些些共共有有序序列列，如如TATA盒盒、CAAT盒盒等等，这这些些共共有有序列是序列是RNA聚合酶或特异转录因子的结合位点。聚合酶或特异转录因子的结合位点。真核生物真核生物真真核核基基因因启启动动子子，至至少少包包

11、括括一一个个转转录录起起始始点点以及一个以上的以及一个以上的功能组件功能组件。TATA盒盒GC盒盒CAAT盒盒11/16/202215Regulation of Gene Expression2 2、增强子、增强子能加强其上游或下游基因转录的能加强其上游或下游基因转录的DNA序列序列增强子与其特异性反式因子相互作用，决增强子与其特异性反式因子相互作用，决定转录频率定转录频率指远离转录起始点、决定基因的时间、空间指远离转录起始点、决定基因的时间、空间特异性、增强启动子转录活性的特异性、增强启动子转录活性的DNA序列。序列。11/16/202216Regulation of Gene Expres

12、sion3 3、沉默子、沉默子能抑制其上游或下游基因转录的能抑制其上游或下游基因转录的DNA序列序列 某些基因的负性调节元件，当其结某些基因的负性调节元件，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。作用。11/16/202217Regulation of Gene Expression4 4、隔离子、隔离子能限定独立转录活性结构域的能限定独立转录活性结构域的DNA序序列列 限定增强子或沉默子仅与相应的靶限定增强子或沉默子仅与相应的靶启动子联络。启动子联络。11/16/202218Regulation of Gene Expression5 5、终止子、终止

13、子终止子是指提供转录终止信号的终止子是指提供转录终止信号的DNA序列。其共同的序列特征是在转录终序列。其共同的序列特征是在转录终止之前有一段回文结构，后者使转录止之前有一段回文结构，后者使转录生成的生成的RNA可形成茎可形成茎-环或发夹结构而环或发夹结构而终止转录。终止转录。衰减子衰减子11/16/202219Regulation of Gene Expression（二）反式作用因子（二）反式作用因子还还有有蛋蛋白白质质因因子子可可特特异异识识别别、结结合合自自身身基基因因的的调调节节序序列列，调调节节自自身身基基因因的的表表达达，称称顺式作用顺式作用。由由某某一一基基因因表表达达产产生生的

14、的蛋蛋白白质质因因子子，通通过过与与另另一一基基因因的的特特异异的的顺顺式式作作用用元元件件相相互作用，调节其表达。互作用，调节其表达。这种调节作用称为这种调节作用称为反式作用反式作用。11/16/202220Regulation of Gene ExpressioncDNAaDNA反式调节反式调节C顺式调节顺式调节mRNAC蛋白质蛋白质CbAmRNA蛋白质蛋白质AA11/16/202221Regulation of Gene Expression反反式式作作用用因因子子与与顺顺式式作作用用元元件件之之间间的的特特异异识识别别及及结结合合，通通常常是是非非共共价价结结合合。被被识识别别的的DN

15、A结结合合位位点点通通常常呈呈对对称称、或或不不完完全全对对称称结构。结构。绝绝大大多多数数调调节节蛋蛋白白质质结结合合DNA前前，需需通通过过蛋蛋白白质质-蛋蛋白白质质相相互互作作用用，形形成成二二聚聚体体(dimer)或或多聚体多聚体(polymer)。四、蛋白质四、蛋白质-DNA以及蛋以及蛋-蛋相互作用是基因蛋相互作用是基因表达调控的分子基础表达调控的分子基础11/16/202222Regulation of Gene Expression特异特异DNA序列决定基因的表达活性序列决定基因的表达活性调节蛋白可增强或抑制表达活性调节蛋白可增强或抑制表达活性调节蛋白通过与调节蛋白通过与DNA或

16、蛋白质相互作用或蛋白质相互作用调控基因表达调控基因表达11/16/202223Regulation of Gene Expression五、基因表达的多级调控五、基因表达的多级调控基因基因激活激活转录起始转录起始转录后加工、转运转录后加工、转运mRNA降解降解蛋白质降解等蛋白质降解等蛋白质翻译蛋白质翻译翻译后加工修饰翻译后加工修饰转录起始转录起始11/16/202224Regulation of Gene Expression11/16/202225Regulation of Gene Expression第第 二二 节节 原核基因表达调控原核基因表达调控Regulation of Proka

17、ryotic Gene Expression11/16/202226Regulation of Gene Expression一、转录水平的调控是原核基因表达的一、转录水平的调控是原核基因表达的 关键环节关键环节（一）操纵子模型的普遍性（一）操纵子模型的普遍性操纵子操纵子(operon):在原核生物中，数个功能相关在原核生物中，数个功能相关的基因串联在一起共同组成一个转录单位即操的基因串联在一起共同组成一个转录单位即操纵子。一个操纵子一般含有数个结构基因，有纵子。一个操纵子一般含有数个结构基因，有启动序列，操纵序列以及其他调节序列，可转启动序列，操纵序列以及其他调节序列，可转录出多顺反子录出多

18、顺反子mRNA.11/16/202227Regulation of Gene Expression原核生物原核生物操纵子操纵子(operon)编码序列编码序列启动序列启动序列操纵序列操纵序列其他调节序列其他调节序列(promoter)(operator)11/16/202228Regulation of Gene ExpressionRNA转录起始转录起始-35区区-10区区TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrptRNATyrlacrecAAra

19、BADTTGACATATAAT共有序列共有序列1）启动序列）启动序列11/16/202229Regulation of Gene Expression 细菌启动区特异序列有细菌启动区特异序列有4 4个保守特征个保守特征:起始点：起始点：+1 90%+1 90%以上为嘌呤核苷酸。以上为嘌呤核苷酸。“10”10”序列：序列：-10-10区一致序列为区一致序列为TATAAT。“35”35”序列：序列：-35-35区一致序列为区一致序列为TTGACA。“35”35”和和“10”10”序列的间距：序列的间距：对对RNA聚合聚合酶结合具有重要影响。酶结合具有重要影响。11/16/202230Regulat

20、ion of Gene Expression共共有有序序列列(consensussequence)决决定定启启动动序列的转录活性大小。序列的转录活性大小。某某些些特特异异因因子子（蛋蛋白白质质）决决定定RNA聚聚合合酶酶对对一一个个或或一一套套启启动动序序列列的的特特异异性性识识别别和和结结合能力。合能力。11/16/202231Regulation of Gene Expression2 2 操纵序列操纵序列 阻遏蛋白阻遏蛋白(repressor)的结合位点的结合位点当当操操纵纵序序列列结结合合有有阻阻遏遏蛋蛋白白时时，会会阻阻碍碍RNA聚聚合合酶酶与与启启动动序序列列的的结结合合，或或是是

21、RNA聚聚合合酶不能沿酶不能沿DNA向前移动向前移动，阻碍转录。，阻碍转录。启动序列启动序列编码序列编码序列操纵序列操纵序列pol阻遏蛋白阻遏蛋白11/16/202232Regulation of Gene Expression3 3)其他调节序列、调节蛋白其他调节序列、调节蛋白调节基因通常编码阻遏蛋白，其介导的调节基因通常编码阻遏蛋白，其介导的负负性调控方式是原核生物中最重要而普遍的调控性调控方式是原核生物中最重要而普遍的调控方式方式。激激活活蛋蛋白白(activator)可可结结合合启启动动序序列列邻邻近近的的DNA序序列列，促促进进RNA聚聚合合酶酶与与启启动动序序列列的结合，增强的结合

22、，增强RNA聚合酶活性。聚合酶活性。有有些些基基因因在在没没有有激激活活蛋蛋白白存存在在时时，RNA聚合酶很少或完全不能结合启动序列。聚合酶很少或完全不能结合启动序列。11/16/202233Regulation of Gene Expression二、乳糖操纵子调节机制二、乳糖操纵子调节机制（一一）乳糖操纵子乳糖操纵子(lacoperon)的结构的结构调控区调控区CAP结合位点结合位点启动序列启动序列操纵序列操纵序列结构基因结构基因Z：-半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y：透酶透酶A：乙酰基转移酶：乙酰基转移酶ZYAOPDNA11/16/202234Regulation of Gene Expressi

23、on 操纵序列在操纵子的位置是从操纵序列在操纵子的位置是从-7-7至至+28+28，RNARNA聚合聚合酶所占的区域是从酶所占的区域是从-35-35至至+20+20，两者有部分重叠，因此，两者有部分重叠，因此阻遏蛋白和阻遏蛋白和RNARNA聚合酶与聚合酶与DNADNA的结合是相互排斥的。的结合是相互排斥的。11/16/202235Regulation of Gene Expression-10+1+10+20+30.5ATGTTGTGTGGAATTGTGAGCGGATAACAATTTCACACAGGAA33TACAACACACCTTAACACTCGCCTATTGTTAAAGTGTGTCCTT5

24、 lac操纵区序列是一个以操纵区序列是一个以+11位位GC碱基对为中心的反向重复序列碱基对为中心的反向重复序列与与laclac阻阻遏遏蛋蛋白白结结合合的的操操纵纵基基因因区区域域具具有有反反向向重重复复序序列列,这这种种反反向向重重复复序序列列是是能能与与蛋蛋白白质质特特异异结结合合的的DNADNA的特征性结构。的特征性结构。11/16/202236Regulation of Gene ExpressionmRNA阻遏蛋白阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在时没有乳糖存在时（二二）阻遏蛋白的负性调节阻遏蛋白的负性调节阻遏基因阻遏基因11/16/202237Regulation of G

25、ene ExpressionmRNA阻遏蛋白阻遏蛋白有乳糖存在时有乳糖存在时IDNAZYAOPpol启动转录启动转录mRNA乳糖乳糖半乳糖苷酶半乳糖苷酶-1,6糖苷键连糖苷键连接接别乳糖别乳糖11/16/202238Regulation of Gene Expression cAMP与葡萄糖相关性：与葡萄糖相关性：葡萄糖葡萄糖，cAMP 葡萄糖葡萄糖，cAMPcAMP:环一磷酸腺苷环一磷酸腺苷 CAP：分解代谢基因激活蛋白质分解代谢基因激活蛋白质(catabolitegeneactivatorprotein，CAP)CAP的活性依赖的活性依赖cAMP，形成形成cAMP-CAP复复合物，促进多种

26、操纵子的转录起始。合物，促进多种操纵子的转录起始。（三三）CAP的正性调节以利高效表达的正性调节以利高效表达11/16/202239Regulation of Gene Expression+转录转录无葡萄糖，无葡萄糖，cAMP浓度高时浓度高时有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP浓度低时浓度低时ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP11/16/202240Regulation of Gene Expression当当阻阻遏遏蛋蛋白白封封闭闭转转录录时时，CAP对对该该系系统统不不能发挥作用；能发挥作用；如如无无CAP的的正正性性调调节节，即即使使没没有有阻阻遏遏蛋蛋白白与与操纵序列结合，

27、操纵子仍无转录活性。操纵序列结合，操纵子仍无转录活性。单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源若有葡萄糖或葡萄糖若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在时，细菌乳糖共同存在时，细菌首先利用葡萄糖；首先利用葡萄糖；11/16/202241Regulation of Gene Expression11/16/202242Regulation of Gene ExpressionTrpTrp高时高时Trp低时低时mRNA OPtrpR调节区调节区 结构基因结构基因 RNARNA聚合酶聚合酶 RNARNA聚合酶聚合酶 色氨酸操纵子色氨酸操纵子色氨酸操色氨酸操纵纵子（子（转录衰减）转

28、录衰减）三、转录终止的调控三、转录终止的调控LEDCBA11/16/202243Regulation of Gene ExpressionUUUUUUUU调节区调节区 结构基因结构基因 trpROP前导序列前导序列 衰减子区域衰减子区域 UUUU前导前导mRNA1234衰减子结构衰减子结构第第1010、1111密码子为密码子为trptrp密码子密码子 终止密码子终止密码子 14aa14aa前导肽编码区前导肽编码区:包含序列包含序列1 1 形成发夹结构能力强弱：形成发夹结构能力强弱：序列序列1/21/2序列序列2/32/3序列序列3/4 3/4 trp 密码子密码子UUUULEDCBA11/16

29、/202244Regulation of Gene Expression色氨酸操纵子色氨酸操纵子mRNA引导序列不同区域互补所形成的不同二级结构引导序列不同区域互补所形成的不同二级结构引引导导序序列列由由一一段段1414氨氨基基酸酸前前导导肽肽编编码码区区和和一一个个衰衰减减子子组组成成，AUGAUG密码子后面紧跟密码子后面紧跟1313个密码子，个密码子，第第1010、1111为色氨酸密码子为色氨酸密码子。11/16/202245Regulation of Gene ExpressionUUUU34UUUU334核糖体核糖体 前导肽前导肽 前导前导mRNA1.1.当色氨酸浓度高时当色氨酸浓度高

30、时 转录衰减机制转录衰减机制 125 trp 密码子密码子 衰减子结构衰减子结构就是终止子就是终止子可使转录可使转录前导前导DNAUUUU3 RNARNA聚合酶聚合酶 终止终止11/16/202246Regulation of Gene ExpressionUUUU342423UUUU核糖体核糖体 前导肽前导肽 前导前导mRNA15 trp 密码子密码子结构基因结构基因前导前导DNA RNARNA聚合酶聚合酶 2.2.当色氨酸浓度低时当色氨酸浓度低时 Trp合成酶系相关合成酶系相关结构基因被转录结构基因被转录序列序列3 3、4 4不能不能形成衰减子结构形成衰减子结构 11/16/202247R

31、egulation of Gene Expression翻译一般在起始和终止阶段受到调节。翻译一般在起始和终止阶段受到调节。调节分子调节分子:RNA:RNA、蛋白质、蛋白质调节分子可直接或间接决定翻译起始位点调节分子可直接或间接决定翻译起始位点能否为核蛋白体所利用。能否为核蛋白体所利用。二、翻译水平的调控是对转录调控的补充二、翻译水平的调控是对转录调控的补充11/16/202248Regulation of Gene Expression原核生物的环状双链原核生物的环状双链DNA分子分子，在拟核内，在拟核内转录出转录出mRNA后，直接在胞浆中与核糖体后，直接在胞浆中与核糖体结合翻译为蛋白质。结

32、合翻译为蛋白质。（一）转录和翻译偶联调控（一）转录和翻译偶联调控11/16/202249Regulation of Gene Expression色氨酸操纵子的转录衰减作用色氨酸操纵子的转录衰减作用 色氨酸丰富时，色氨酸丰富时，核蛋白体顺利沿引导序列移动核蛋白体顺利沿引导序列移动直达最后一个密码子直达最后一个密码子UGAUGA，合成完整的引导肽。合成完整的引导肽。RNA RNA 聚合酶停止在衰减子部位。聚合酶停止在衰减子部位。色氨酸缺乏时，色氨酸缺乏时，核蛋白体终止在核蛋白体终止在1 1区区TrpTrp密码子密码子部位，部位，RNARNA聚合酶通过衰减子而继续转录。聚合酶通过衰减子而继续转录。

33、11/16/202250Regulation of Gene Expression衰减子衰减子（attenuator）：）：细菌细菌E.coli i的的trp操纵子操纵子中第一个结构基因与启动序列中第一个结构基因与启动序列P P之间有一衰减子之间有一衰减子区域。区域。TrpTrp操纵子的序列操纵子的序列1 1中有两个色氨酸密码中有两个色氨酸密码子，当色氨酸浓度很高时，核蛋白体（核糖体）子，当色氨酸浓度很高时，核蛋白体（核糖体）很快通过编码序列很快通过编码序列1 1，并封闭序列，并封闭序列2 2，这种与转，这种与转录偶联进行的翻译过程导致序列录偶联进行的翻译过程导致序列3 3、4 4形成一个形成

34、一个不依赖不依赖（rhorho）因子的终止结构）因子的终止结构-衰减子。衰减子。(转录衰减是原核生物特有的调控机制转录衰减是原核生物特有的调控机制)。11/16/202251Regulation of Gene Expression（二）（二）SD序列影响翻序列影响翻译译起始速度起始速度在原核生物在原核生物 mRNA 起始密码起始密码AUG上游上游413核苷核苷酸位置上，存在酸位置上，存在49个富含嘌呤碱的一致性序列，个富含嘌呤碱的一致性序列，如如-AGGAGG-，称为，称为S-D序列。又称为核蛋白体序列。又称为核蛋白体结合位点（结合位点（ribosomal binding site，RBS)

35、SD(Shine-Dalgarno)序列序列SD序列序列能与核糖体能与核糖体30S30S亚基中亚基中16SrRNA3端富含端富含嘧啶的序列结合，与蛋白质合成过程中起始复合嘧啶的序列结合，与蛋白质合成过程中起始复合物生成有关。物生成有关。11/16/202252Regulation of Gene ExpressionSD序列的特征，与起始密码子的距离，以序列的特征，与起始密码子的距离，以及及mRNA二级结构对二级结构对SD序列的屏蔽作用都序列的屏蔽作用都会影响到翻译起始的效率。会影响到翻译起始的效率。11/16/202253Regulation of Gene Expression（三）反义（

36、三）反义RNARNA的调控作用的调控作用 反义反义RNARNA能与特定能与特定mRNA互补结合的互补结合的RNA片段，由反义片段，由反义基因转录而来。天然的具有功能的反义基因转录而来。天然的具有功能的反义RNARNA分子分子一般在一般在200200个碱基以下。反义个碱基以下。反义RNA又称又称mRNA干干扰性互补扰性互补RNA（micRNA）。）。11/16/202254Regulation of Gene Expression反义反义RNARNA有三种作用方式：有三种作用方式：与与mRNA 5mRNA 5端非翻译区包括端非翻译区包括SDSD序列相结合，序列相结合，直接抑制翻译。直接抑制翻译。

37、与与mRNA 5mRNA 5端编码区起始密码子端编码区起始密码子AUGAUG结合，抑结合，抑制制mRNAmRNA翻译起始。翻译起始。与与mRNAmRNA的非编码区互补结合，使的非编码区互补结合，使mRNAmRNA构象改构象改变，影响其与核糖体结合，间接抑制了变，影响其与核糖体结合，间接抑制了mRNAmRNA的的翻译。翻译。11/16/202255Regulation of Gene Expression反义反义RNA调控调控Tn10转位酶基因的表达示意图转位酶基因的表达示意图11/16/202256Regulation of Gene ExpressionRNA 干扰干扰 (RNAinterf

38、erence,RNAi)将与将与mRNA编码区某段序列相对应的正义编码区某段序列相对应的正义RNA和反义和反义RNA组成的双链组成的双链RNA(double-strandedRNA,dsRNA)导入细胞，使导入细胞，使mRNA发发生特异性的降解，导致其相应的基因沉默生特异性的降解，导致其相应的基因沉默(表达表达受抑制受抑制)。这种转录后基因沉默。这种转录后基因沉默（post-transcriptionalgenesilencing,PTGS)被称为被称为RNAi.11/16/202257Regulation of Gene Expression（四）（四）mRNA的稳定性与调控的关系的稳定性与

39、调控的关系 mRNAmRNA的的降降解解速速度度是是翻翻译译调调控控的的另另一一个个重重要要机机制制。蛋蛋白白质质合合成成速速率率的的快快速速改改变变，与与许许多多细细菌菌mRNAmRNA降解速度很快有很大关系。降解速度很快有很大关系。例例：E.coliE.coli的的许许多多mRNAmRNA在在3737时时的的平平均均寿寿命命大大约约为为2min2min，细细菌菌可可以以对对环环境境变变化化作作出出快快速速反应。反应。11/16/202258Regulation of Gene Expression（五）蛋白质合成中的自身调控（五）蛋白质合成中的自身调控 大大肠肠杆杆菌菌核核糖糖体体蛋蛋白白

40、有有5050余余种种，它它们们既既可可与与 rRNA rRNA 组组装装成成核核糖糖体体，也也可可与与自自身身 mRNA mRNA 翻翻译译起起始始区区结结合合。5050种种核核糖糖体体蛋蛋白白的基因分布在几个不同的操纵子中。的基因分布在几个不同的操纵子中。11/16/202259Regulation of Gene Expression（六）（六）mRNA密码子频率影响翻译速度密码子频率影响翻译速度当当基基因因中中的的密密码码子子多多是是高高频频使使用用的的常常用用密密码码子子时时，mRNA翻翻译译速速度度快快；反反之之，含含较较多多使使用用频频率率较较低低的的稀稀有有密密码码子子，mRNA

41、翻译速度慢。翻译速度慢。11/16/202260Regulation of Gene Expression第第 三三 节节 真核基因表达调控真核基因表达调控Regulation of Eukaryotic Gene Expression11/16/202261Regulation of Gene Expression单单细细胞胞真真核核生生物物，如如酵酵母母基基因因表表达达的调控和原核生物表达的调控基本相同。的调控和原核生物表达的调控基本相同。多多细细胞胞真真核核生生物物，遗遗传传信信息息从从细细胞胞核核的的基基因因组组DNADNA传传递递到到基基因因编编码码的的蛋蛋白白质质均受到多层次的调控

42、。均受到多层次的调控。11/16/202262Regulation of Gene Expression一、一、染色质结构对基因表达的调控作用染色质结构对基因表达的调控作用 q 组组蛋蛋白白与与DNADNA结结合合与与解解离离是是真真核核基基因因表表达达调调控控的的重重要要机机制制之之一一。组组蛋蛋白白可可保保护护DNADNA免免受受损损伤伤，维维持持基基因因组组稳稳定定性性，抑抑制制基基因因表表达达。去去除除组组蛋蛋白白基基因因转转录活性增高。录活性增高。q非组蛋白主要作为调节基因表达的反式作用因子。非组蛋白主要作为调节基因表达的反式作用因子。常染色质中疏松状态的活性染色质是基因转录前常染色

43、质中疏松状态的活性染色质是基因转录前在染色质水平上独特的调控机制。在染色质水平上独特的调控机制。11/16/202263Regulation of Gene Expression1.1.对核酸酶敏感对核酸酶敏感活活化化基基因因常常有有超超敏敏位位点点，位位于于调调节节蛋蛋白白结结合合位位点点附附近近。因因为为转转录录活活化化区区是是缺缺乏乏或没有蛋白质保护的或没有蛋白质保护的“裸露裸露”DNA。11/16/202264Regulation of Gene Expression2.2.组蛋白变化组蛋白变化 富含富含Lys的的组蛋白组蛋白H1水平降低水平降低 H2A,H2B二聚体不稳定性增加二聚体

44、不稳定性增加 组蛋白修饰组蛋白修饰 H3组蛋白巯基暴露组蛋白巯基暴露组蛋白的变化，使得核小体的结构组蛋白的变化，使得核小体的结构变得松弛而不稳定。变得松弛而不稳定。11/16/202265Regulation of Gene Expression3 3、RNA聚合酶结合位点聚合酶结合位点DNA上下游有不同上下游有不同 的超螺旋构象的超螺旋构象天然双链天然双链DNA均以负性超螺旋构象存在；均以负性超螺旋构象存在；基因活化后：基因活化后：RNA-pol正超螺旋正超螺旋负超螺旋负超螺旋转录方向转录方向11/16/202266Regulation of Gene ExpressionDNA碱基甲基化是

45、真核生物染色质水平碱基甲基化是真核生物染色质水平调控基因表达的重要机制。调控基因表达的重要机制。真核真核DNA约有约有5%5%的胞嘧啶被甲基化。的胞嘧啶被甲基化。甲基化范围与基因表达程度呈反比。甲基化范围与基因表达程度呈反比。4 4、基因的甲基化修饰、基因的甲基化修饰11/16/202267Regulation of Gene Expression甲甲基基化化程程度度与与基基因因的的表表达达一一般般呈呈反反比比关关系系。甲甲基基化化程程度度愈愈高高，基基因因的的表表达达则则降降低低。去去甲甲基化，基因的表达增加。基化，基因的表达增加。意意义义：调调控控真真核核生生物物基基因因的的表表达达，维维

46、护护染色体的完整性，调节染色体的完整性，调节DNADNA重组的某些环节。重组的某些环节。CpG岛岛DNA上特定的上特定的CpG序列处的胞嘧啶发生甲基化序列处的胞嘧啶发生甲基化修饰（修饰（5mC）的频率很高。）的频率很高。11/16/202268Regulation of Gene ExpressionCGCG岛（岛（岛（岛（CG islandCG island）：基因组）：基因组）：基因组）：基因组DNADNA中富含中富含中富含中富含GCGC碱基的区域，碱基的区域，碱基的区域，碱基的区域，其中一些对称序列中的其中一些对称序列中的其中一些对称序列中的其中一些对称序列中的 5-CG-3 5-CG-

47、3 二核苷酸二核苷酸二核苷酸二核苷酸的胞嘧啶（的胞嘧啶（的胞嘧啶（的胞嘧啶（C C）常被甲基化修饰；与基因的失活有关。常被甲基化修饰；与基因的失活有关。常被甲基化修饰；与基因的失活有关。常被甲基化修饰；与基因的失活有关。胞嘧啶胞嘧啶胞嘧啶胞嘧啶C C的甲基化修饰的甲基化修饰的甲基化修饰的甲基化修饰11/16/202269Regulation of Gene Expression二、转录速度决定二、转录速度决定RNA合成效率合成效率真真核核生生物物的的基基因因转转录录起起始始主主要要通通过过反反式式作作用用因因子子与与顺顺式式作作用用元元件件和和RNARNA聚聚合合酶酶（RNApolymeras

48、e,RNApol）的的相相互互作作用完成。用完成。11/16/202270Regulation of Gene Expression（一）（一）顺式作用元件顺式作用元件(cis-actingelement)指某些能影响基因表达但不编码新指某些能影响基因表达但不编码新的蛋白质和的蛋白质和RNA的的DNA序列序列，按照功能，按照功能分为启动子、增强子、负调控元件（沉分为启动子、增强子、负调控元件（沉默子等）。默子等）。11/16/202271Regulation of Gene Expression 真核基因启动子是在基因转录起始位点真核基因启动子是在基因转录起始位点(+1)(+1)及其及其55上

49、游近端大约上游近端大约100100200 bp 200 bp 以内的一以内的一组具有独立功能的组具有独立功能的DNADNA序列。每个元件长度约序列。每个元件长度约为为7 730 bp30 bp，是决定，是决定RNARNA聚合酶聚合酶转录起始点转录起始点和转录频率的关键元件。和转录频率的关键元件。1 1、真核基因启动子、真核基因启动子11/16/202272Regulation of Gene Expression真核真核类基因的顺式作用元件图类基因的顺式作用元件图核心启动子核心启动子(corepromoter)上游启动子元件上游启动子元件(upstreampromoterelement,UPE

50、)11/16/202273Regulation of Gene Expression指指位位于于启启动动子子上上游游或或下下游游并并通通过过启启动动子子增增强强邻邻近近基基因因转转录录效效率率的的DNA顺顺序序，增增强子本身不具备启动子活性。强子本身不具备启动子活性。2 2、增强子、增强子(enhancer)11/16/202274Regulation of Gene Expression基因远端的增强子促进转录复合体的装配基因远端的增强子促进转录复合体的装配基因远端的增强子促进转录复合体的装配基因远端的增强子促进转录复合体的装配11/16/202275Regulation of Gene E