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1、目目 录录生物化学与分子生物学八年制课件22 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。有生命必有希望目目 录录1970年年，猿猿猴猴病病毒毒40(simian virus 40,SV40）的的生生命命周周期期被被确确定定为为早早、晚晚两两个个阶阶段段，使使它它们们成成为为基基因因表表达达调调控控的典型模型。的典型模型。1975年年D.Pribonow发现发现T7启动子序列。启动子序列。1982年年C.Benoist和和P.Chambon揭揭示示了了SV40的的早早期期启启
2、动动子序列。子序列。1983年年，W.S.Dynan和和R.Tjian分分离离、鉴鉴定定了了真真核核转转录录因子因子AP1。1986年年，J.Clarke和和Chambon两两个个实实验验室室同同时时报报告告了了SV40增强子的多功能元件组成。增强子的多功能元件组成。1990年代，信号转导年代，信号转导-基因转录偶联机制成为热点课题基因转录偶联机制成为热点课题。目目 录录目目 录录目目 录录第第 一一 节节真核基因表达调控的特征真核基因表达调控的特征Features of Eukaryotic Gene Regulation目目 录录一、顺式作用元件是决定真核基因一、顺式作用元件是决定真核基因
3、转录活性的关键因素之一转录活性的关键因素之一exon1intron1exon nintron n上游上游下游下游转录起始点转录起始点增强子增强子沉默子沉默子启动子启动子TATA盒盒GC盒盒CAAT盒盒增强子增强子目目 录录（一）（一）启动子是启动子是RNA聚合酶结合并启动聚合酶结合并启动 基因转录的特异基因转录的特异DNA序列序列 真真真真核核核核基基基基因因因因的的的的启启启启动动动动子子子子指指指指的的的的是是是是RNARNA聚聚聚聚合合合合酶酶酶酶（RNA RNA polymerasepolymerase，RNA RNA PolPol）识识识识别别别别、结结结结合合合合的的的的基基基基因
4、因因因转转转转录录录录调调调调控控控控区区区区中中中中启启启启动动动动基基基基因因因因转转转转录录录录的的的的一一一一段段段段特特特特异异异异DNADNA序序序序列列列列，包包包包含含含含一一一一组组组组转转转转录录录录调调调调控控控控功功功功能能能能组组组组件件件件，其其其其中中中中每每每每一一一一个个个个功功功功能能能能组组组组件件件件的的的的DNADNA序列约序列约序列约序列约720 bp720 bp。目目 录录 TATA盒盒 CAAT盒盒 GC盒盒 增强子增强子 顺式作用元件顺式作用元件 结构基因结构基因-GCGC-CAAT-TATA转录起始转录起始真核生物启动子保守序列真核生物启动子
5、保守序列目目 录录1.近起始点的近起始点的TATA盒盒/起始子及起始子及CpG岛岛 是真核生物启动子的核心序列是真核生物启动子的核心序列真真核核细细胞胞的的启启动动子子是是包包括括转转录录起起始始点点（transcription initiation site或或transcription start site）在在内内的的、有有通通用用转转录因子及录因子及RNA聚合酶组装、结合的一段聚合酶组装、结合的一段DNA序列。序列。典典型型的的启启动动子子核核心心序序列列（core sequences）是是在在转转录录起起始始位位点点上上游游2535 bp处处，有有一一保保守守的的TATA序序列列，被
6、被称称为为TATA盒盒（TATA box），真真核核细细胞胞的的TATA盒盒多多为为TATAAAA序序列列。TATA盒盒与与原原核核细细胞胞的的启启动动子子一一样样，对对RNA聚聚合合酶酶II的的转转录录起始位点起起始位点起定位定位作用。作用。目目 录录|一一些些真真核核细细胞胞基基因因含含有有另另一一种种启启动动子子元元件件，称称为为起始子起始子(initiator,Inr)，决定启动子的强度。决定启动子的强度。|起起始始子子共共有有序序列列为为：（5）Y-Y-A+1-N-T/A-Y-Y-Y（3）；Y代代表表胞胞嘧嘧啶啶C或或胸胸腺腺嘧嘧啶啶T，N代表任意碱基，代表任意碱基，T/A代表代表T
7、或或A。目目 录录u有有一一些些编编码码蛋蛋白白质质基基因因的的转转录录可可有有多多个个起起始始点点，可产生含不同可产生含不同5 末端的末端的mRNA。u它它们们不不含含TATA盒盒或或起起始始子子，多多在在起起始始位位点点上上游游约约100 bp内内含含有有20 50个个核核苷苷酸酸的的CG序序列列，被称做被称做CpG岛（岛（CpG island）。u这这些些基基因因大大多多为为低低转转录录基基因因，编编码码中中间间代代谢谢酶酶的管家基因。的管家基因。目目 录录 2.启动子中的上游元件协助真核基因调节启动子中的上游元件协助真核基因调节GC盒盒(GC box)(GGGCGG)CAAT盒盒(CA
8、AT box)(GCCAAT)u启动子上游元件（启动子上游元件（promoter-proximal elements,或或upstream promoter elements）是一些位于是一些位于TATA盒盒上游的上游的DNA序列，与调节蛋白结合，调节通用转录序列，与调节蛋白结合，调节通用转录因子与因子与TATA盒的结合、盒的结合、RNA聚合酶与启动子的结聚合酶与启动子的结合，以及转录起始复合物的形成，从而决定基因的合，以及转录起始复合物的形成，从而决定基因的转录效率与专一性。转录效率与专一性。u常见的序列是：常见的序列是：目目 录录(二）增强子决定基因的时空特异性表达二）增强子决定基因的时空
9、特异性表达增强子（增强子（enhancer）是是能能够够结结合合特特异异基基因因调调节节蛋蛋白白，促促进进邻邻近近或或远远隔隔特特定定基基因因表表达达的的DNA序序列列；在在酵酵母母中中，被被称称为为上上游游活活化化序序列列（upstream activator sequences,UASs）。增强子的作用通常与其所处的位置和方向无关。增强子的作用通常与其所处的位置和方向无关。目目 录录增增强强子子距距转转录录起起始始位位点点的的距距离离变变化化很很大大，从从100 nt到到50,000nt，甚甚至至更更大大。但但总总是是作作用用于于最最近近的的启动子。启动子。增强子所处位置增强子所处位置在在
10、所所调调控控基基因因的的上上游游或或下下游游，但但主主要要位位于于上上游游。下下游游内内含含子子当当中中，乃乃至至下下游游最最后后外外显显子子以以外外的的序序列也可含有增强子。列也可含有增强子。很多哺乳动物基因受一个以上的增强子调控。很多哺乳动物基因受一个以上的增强子调控。目目 录录（三）沉默子阻遏基因转录（三）沉默子阻遏基因转录沉默子沉默子(silencer)是指某些真核基因转录调控区是指某些真核基因转录调控区中抑制或阻遏基因转录的一段（数百中抑制或阻遏基因转录的一段（数百bp）DNA序列。序列。沉默序列促进局部沉默序列促进局部DNA的染色质形成致密结构，从的染色质形成致密结构，从而阻止转录
11、激活因子结合而阻止转录激活因子结合DNA，是基因转录的负性，是基因转录的负性调节因素。调节因素。目目 录录二、反式作用因子和顺式作用蛋白二、反式作用因子和顺式作用蛋白 是真核基因的转录调节蛋白是真核基因的转录调节蛋白n在在真真核核细细胞胞核核中中，有有许许多多蛋蛋白白质质能能够够帮帮助助RNA聚聚合合 酶酶 转转 录录 RNA。这这 类类 蛋蛋 白白 质质 统统 称称 转转 录录 因因 子子（transcription factors，TF）或或转转录录调调节节蛋蛋白白（transcription regulatory protein）。）。n以以反反式式作作用用方方式式调调节节基基因因转转录
12、录的的转转录录因因子子称称为为反反式式作作用用因因子子（trans-acting factor），以以顺顺式式作作用用方方式式调调节节基基因因转转录录的的转转录录因因子子称称为为顺顺式式作作用用蛋蛋白白（cis-acting protein）。目目 录录cDNAaDNA反式调节反式调节C顺式调节顺式调节 mRNA C蛋白质蛋白质CBA mRNA蛋白质蛋白质AA目目 录录（一）（一）Pol转录需要基本转录因子和特异转录需要基本转录因子和特异 转录因子转录因子*基本转录因子基本转录因子(general transcription factors)是是RNA聚聚合合酶酶结结合合启启动动子子所所必必需
13、需的的一一组组蛋蛋白白因因子子，决决定定三三种种RNA(mRNA、tRNA及及rRNA)转录的类别。转录的类别。目目 录录*特异转录因子特异转录因子(special transcription factors)为为个个别别基基因因转转录录所所必必需需，决决定定该该基基因因的的时间、空间特异性表达。时间、空间特异性表达。转录激活因子转录激活因子转录抑制因子转录抑制因子目目 录录 转录调节因子结构转录调节因子结构DNA结合域结合域转录激活域转录激活域TF蛋白质蛋白质-蛋白质结合域蛋白质结合域（二聚化结构域）（二聚化结构域）谷氨酰胺富含域谷氨酰胺富含域酸性激活域酸性激活域脯氨酸富含域脯氨酸富含域目目
14、 录录（二）转录因子含有不同的（二）转录因子含有不同的DNA结合域结合域n螺旋螺旋-转角转角-螺旋螺旋是转录因子中的常见的是转录因子中的常见的DNA结合域结合域 n同源异型域结构同源异型域结构与与HTH结构域类似结构域类似 n锌指结构锌指结构是一类含锌离子转录因子的是一类含锌离子转录因子的DNA结合域结合域 n亮氨酸拉链亮氨酸拉链结构域既可介导结合结构域既可介导结合DNA又可介导蛋白又可介导蛋白质二聚体化质二聚体化 n碱性螺旋碱性螺旋-环环-螺旋螺旋结构域也可同时介导结合结构域也可同时介导结合DNA和和蛋白质二聚体化蛋白质二聚体化 目目 录录螺旋螺旋-回折回折-螺旋螺旋（helix-turn-
15、helix，HTH）同源异型域同源异型域（homeodomain，HD）识别识别螺旋螺旋DNA大沟大沟DNA小沟小沟螺旋螺旋1N端端DNA大沟大沟螺旋螺旋3目目 录录 锌指结构是一类含锌的锌指结构是一类含锌的DNADNA结合蛋白质模体结合蛋白质模体C2H2型锌指（型锌指（Zinc finger）目目 录录反向平行反向平行片层片层DNA大沟大沟螺旋螺旋Zn2目目 录录 亮氨酸拉链同时调节亮氨酸拉链同时调节DNA结合与蛋白质二聚体化结合与蛋白质二聚体化LeuLeuLeuLeuLeuLeuLeuLeuDNA大沟大沟DNA大沟大沟亮氨酸拉链亮氨酸拉链（leucine zipper）目目 录录 碱性螺旋
16、碱性螺旋-环环-螺旋结构也可调节螺旋结构也可调节DNA结合及蛋结合及蛋白质二聚体化白质二聚体化 碱性螺旋碱性螺旋-环环-螺旋螺旋（basic helix-loop-helix，bHLH）bHLH双体双体DNA大沟大沟螺螺旋旋螺旋螺旋环环目目 录录（三）转录因子含有不同的转录激活域（三）转录因子含有不同的转录激活域n n富含谷氨酰胺的转录激活域富含谷氨酰胺的转录激活域 n n富含脯氨酸的转录激活域富含脯氨酸的转录激活域 n n酸性氨基酸转录激活域酸性氨基酸转录激活域 目目 录录三、正性调节占主导的真核基因表达三、正性调节占主导的真核基因表达调控机制更加复杂调控机制更加复杂*不不同同的的DNA元元
17、件件组组合合可可产产生生多多种种类类型型的的转转录录调调节节方式；方式；*多种转录因子又可结合相同或不同的多种转录因子又可结合相同或不同的DNA元件；元件；*转转录录因因子子与与DNA元元件件结结合合后后，对对转转录录激激活活过过程程所所产生的效果各异，有正性调节或负性调节之分。产生的效果各异，有正性调节或负性调节之分。目目 录录第第 二二 节节真核基因表达的染色质真核基因表达的染色质水平调控水平调控Chromosomal Regulation ofEukaryotic Gene Expression目目 录录 基因活化蛋白质改变局部染色质结构基因活化蛋白质改变局部染色质结构异染色质（异染色质
18、（heterochromatin）是转录非活性的。是转录非活性的。常常染染色色质质（euchromatin）中中的的转转录录活活性性区区域域对对核核酸酸酶酶敏敏感感，特特别别是是转转录录基基因因的的5-侧侧翼翼区区1000 nt以以内内是是高高敏敏感感位位点点(hypersensitive sites)。很很多多高高敏敏感感位位点点是是调调节节蛋蛋白白质质的的结结合合序序列列，而而这这些些区区域域核核小小体体的的相相对对缺少也使得这些蛋白质易于与之结合。缺少也使得这些蛋白质易于与之结合。转转录录活活化化染染色色质质与与非非活活化化染染色色质质在在结结构构上有很大不同。上有很大不同。目目 录录转
19、转录录活活化化染染色色质质与与非非活活化化染染色色质质的的组组蛋蛋白共价修饰的方式也不相同。白共价修饰的方式也不相同。核核小小体体的的核核心心组组蛋蛋白白（H2A，H2B，H3，H4）中中赖赖氨氨酸酸残残基基的的非非可可逆逆性性甲甲基基化化，丝丝氨氨酸酸与与苏苏氨氨酸酸残残基基的的磷磷酸酸化化，乙乙酰酰化化以以及及泛泛素素化化多多是是转转录录活活性性染染色色质的特点。质的特点。真真核核细细胞胞DNA的的CpG序序列列（CpG岛岛）中中的的胞胞嘧嘧啶啶被被甲甲基基化化为为5-甲甲基基胞胞嘧嘧啶啶是是常常见见现现象象，但但转转录录活活性性染色质区域胞嘧啶被甲基化的程度降低。染色质区域胞嘧啶被甲基化
20、的程度降低。目目 录录l染色质重塑（染色质重塑（chromatin remodeling）基基因因活活化化蛋蛋白白质质可可以以通通过过改改变变基基因因的的启启动动子子和和调调节节序序列列区区域域的的染染色色质质结结构构来来促促进进转转录录开开始始。这这种种改改变变局局部部染染色色质质结结构构的的过过程程被称为被称为染色质重塑染色质重塑。最主要的两种方式：最主要的两种方式：组蛋白的共价修饰组蛋白的共价修饰 核小体重塑（核小体重塑（nucleosome remodeling）目目 录录染染色色质质重重塑塑目目 录录l组蛋白乙酰化组蛋白乙酰化 位位点点：组组蛋蛋白白乙乙酰酰化化转转移移酶酶（hist
21、one acetyl transferases,HATs），也也称称组组蛋蛋白白乙乙酰酰化化酶酶（histone acetylase）主主要要作作用用于于核核小小体体的的核核心心组组蛋蛋白白所所富富含含的的赖赖氨氨酸酸残残基基，降降低低整整个个核核小小体体对对DNA的亲和性。的亲和性。时间：时间：基因活化蛋白质结合在转录调节区域后。基因活化蛋白质结合在转录调节区域后。目目 录录作作用用：使使染染色色质质进进入入转转录录活活性性状状态态乙乙；还还可可能能促促进进或或防防止止与与其其他他转转录录或或调调节节相相关关蛋蛋白白的的相相互互作用。作用。逆逆转转：组组蛋蛋白白脱脱乙乙酰酰化化酶酶(hist
22、one deacetylase)减减少少核核小小体体的的乙乙酰酰化化，使使染染色色质质恢恢复复转转录录非非活活性性状态。状态。目目 录录第第 三三 节节真核基因表达的转录水平调控真核基因表达的转录水平调控Transcriptional Regulation of Eukaryotic Gene Expression目目 录录基因表达的多级调控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 转录后加工转录后加工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目目 录录基因转录激活调节基本要素基因转录激活调节基本要素:v基因的结构、性质基因的结构、性质
23、v细胞内所存在的转录调节蛋白细胞内所存在的转录调节蛋白v生物个体或细胞所处的内、外环境生物个体或细胞所处的内、外环境目目 录录 真核细胞基因开关的分子机制比原核复杂真核细胞基因开关的分子机制比原核复杂基本共同点：基本共同点：转录起始的调节是关键点转录起始的调节是关键点根本不同点：根本不同点：原核生物：原核生物：启动子在缺少转录因子情况下启动子在缺少转录因子情况下就具有天然活性就具有天然活性 真核生物：真核生物：强力启动子在缺少调节蛋白的强力启动子在缺少调节蛋白的情况下往往没有活性情况下往往没有活性 目目 录录*真真核核细细胞胞基基因因及及其其调调控控区区域域受受到到染染色色质质结结构构的的限限
24、制制，转转录录的的活活化化与与转转录录调调控控区区域域、转转录录区区域域内内染染色色质质结结构的诸多变化相关；构的诸多变化相关；*正正性性调调节节是是主主要要形形式式。因因此此，在在转转录录的的基基本本状状态态受受到到制制约约的的情情况况下下，使使得得每每个个真真核核细细胞胞基基因因需需要要活活化化才能被转录；才能被转录；*真真核核细细胞胞有有更更大大、更更为为复复杂杂、种种类类更更多多的的调调节节蛋蛋白白。单单一一启启动动子子可可以以被被分分散散在在DNA分分子子上上、数数量量近近乎乎无无限的调节序列所控制。限的调节序列所控制。真核细胞对基因表达起始的调控至少在下面真核细胞对基因表达起始的调
25、控至少在下面几个方面与原核细胞存在不同：几个方面与原核细胞存在不同：目目 录录 一、转录起始调控发生在转录起始复一、转录起始调控发生在转录起始复合物的组装过程合物的组装过程基因活化蛋白质与增强子或基因活化蛋白质与增强子或UASs的结合；的结合；通用转录因子在启动子处的组装；通用转录因子在启动子处的组装；辅辅 助助 激激 活活 子子(coactivator)和和/或或 中中 介介 子子（medicator）在在通通用用转转录录因因子子/RNA聚聚合合酶酶II复复合物与基因活化蛋白质之间的辅助和中介作用。合物与基因活化蛋白质之间的辅助和中介作用。RNA聚合酶聚合酶II与启动子的结合、启动转录需要与
26、启动子的结合、启动转录需要诸多蛋白质因子的协同作用。这通常包括：诸多蛋白质因子的协同作用。这通常包括：目目 录录基基因因活活化化蛋蛋白白质质与与增增强强子子结结合合后后，通通过过与与全全酶酶复复合合体体中中的的中中介介子子相相互互反反应应，使使全全酶酶复复合合体在空间上更接近启动子并有效组装。体在空间上更接近启动子并有效组装。此此外外，多多数数全全酶酶复复合合体体中中缺缺少少一一些些通通用用转转录录因因子子，如如TFIID与与TFIIA，它它们们需需要要在在启启动动子子处处分分别别组组装装，最最后后形形成成稳稳定定的的转转录录起起始始复复合合物物（transcription initiatio
27、n complex），启动转录。，启动转录。目目 录录TATA盒盒TF IIDRNA聚合酶聚合酶II通用转录因子通用转录因子转录方向转录方向中介子中介子活化蛋白活化蛋白活化蛋白活化蛋白增强子增强子增强子增强子DNATF IIA目目 录录基基因因活活化化蛋蛋白白与与增增强强子子结结合合后后如如何何影影响响到到远远距距离离的的RNA聚聚合合酶酶结结合合位位点点，有有以以下下几几种模式：种模式：通通过过扭扭曲曲作作用用使使DNA链链发发生生构构型型变变化化，更更适适合合于于通通用用转转录录因因子子与与RNA聚聚合合酶酶结结合合,并并通通过过直直接接接接触触或或通通过过辅辅活活化化子子/中中介介子子而
28、而影影响响通通用用转录因子和转录因子和RNA聚合酶的组装。聚合酶的组装。扭曲（扭曲（twisting）目目 录录沿沿DNA滑滑动动，直直到到接接触触另另一一个个特特异异DNA序列结合的转录因子，发挥作用。序列结合的转录因子，发挥作用。利利用用DNA分分子子的的柔柔曲曲性性弯弯曲曲成成环环，使使增增强强子子区区域域与与RNA聚聚合合酶酶结结合合位位点点靠靠近近，直直接接接接触触或通过辅活化子或通过辅活化子/中介子而发挥作用。中介子而发挥作用。滑动（滑动（sliding）成环（成环（looping）目目 录录固固醇醇类类激激素素、甲甲状状腺腺激激素素、维维甲甲酸酸类类激激素素等等激激素素与与细细胞
29、胞核核内内的的特特异异性性受受体体，即即特特异异基基因因调调节节蛋蛋白白结结合合，形形成成的的激激素素-受受体体复复合合物物结结合合到到DNA特特 定定 的的 基基 因因 调调 节节 序序 列列 激激 素素 反反 应应 元元 件件(hormone response elements,HREs)，再再通通过过与与其其他他调调节节因因子子的的相相互互作作用用，活活化化或或抑抑制制相相邻邻基基因因的表达。的表达。目目 录录几种不同的激素反应元件几种不同的激素反应元件受体受体共同结合序列共同结合序列*男性激素（男性激素（Androgen）GG(A/T)ACAN2TGTTCT糖皮质激素糖皮质激素(Glu
30、cocorticoid)GGTACAN3TGTTCT维甲酸维甲酸(Retinoic acid)AGGTCAN5AGGTCA维生素维生素D(Vitamin D)AGGTCAN3AGGTCA甲状腺激素甲状腺激素(Thyroid hormone)AGGTCAN3AGGTCA类维生素类维生素A（Retinoid X）AGGTCANAGGTCANAGGTCANAGGTCA目目 录录（一）（一）mRNA 5端加帽和端加帽和3端加尾修饰端加尾修饰利于利于mRNA稳定性和转运稳定性和转运除组蛋白外，所有真核细胞除组蛋白外，所有真核细胞mRNA都有都有5 端的端的“帽帽”和和3 端的端的Poly(A)尾结构尾结
31、构。5 端的端的“帽帽”和和3 端的端的Poly(A)尾均有尾均有其特有的作用。其特有的作用。二、转录后调控涉及修饰、剪接、二、转录后调控涉及修饰、剪接、编辑、定向转运多个环节编辑、定向转运多个环节目目 录录5 加帽的作用在于：加帽的作用在于：有助于保护有助于保护mRNA免于被核糖核酸酶降解；免于被核糖核酸酶降解；5 帽帽结结合合蛋蛋白白复复合合体体参参与与mRNA和和核核糖糖体体的结合来起始翻译的结合来起始翻译。促进促进mRNA从细胞核运输到细胞浆；从细胞核运输到细胞浆；协协助助mRNA的的剪剪接接。在在剪剪接接第第一一个个外外显显子子时时，剪接体的形成需要帽结合蛋白的参与；剪接体的形成需要
32、帽结合蛋白的参与；目目 录录poly(A)尾尾可可结结合合一一种种或或多多种种特特殊殊蛋蛋白白，避避免免mRNA被被酶酶降降解解，并并在在翻翻译译过过程程中中具具有有重重要要作作用用。许许多多原原核核mRNA也也含含有有Poly(A)尾尾，但但是是此此尾尾的的功功能能是是促促进进mRNA降降解解，而而不不是是保护保护mRNA免于被降解。免于被降解。poly(A)尾的作用：尾的作用：目目 录录（二）可变性剪接可使初始转录本产生不（二）可变性剪接可使初始转录本产生不同的成熟同的成熟mRNA许许多多初初始始转转录录本本可可以以通通过过一一种种以以上上的的选选择择性性剪剪接接（alternative
33、RNA splicing）方方式式，去去除除不不同同的的内内含含子子而而被被加加工工形形成成不不同同的的mRNAs，因因而而形成不同的多肽。形成不同的多肽。目目 录录人视黄醛还原酶人视黄醛还原酶mRNA的选择性剪接的选择性剪接mRNAPre-mRNA同种异型同种异型mRNA目目 录录初初始始转转录录本本含含有有所所有有选选择择性性加加工工途途径径所所需需要的分子信号。要的分子信号。一一种种细细胞胞偏偏好好何何种种选选择择性性加加工工途途径径取取决决于于加工因子加工因子RNA结合蛋白的特异性。结合蛋白的特异性。负调节：负调节：抑制蛋白质可以通过与原始转录本的结抑制蛋白质可以通过与原始转录本的结合
34、来防止剪接复合体切除内含子序列。合来防止剪接复合体切除内含子序列。选择性剪接可以被正负调节分子调节：选择性剪接可以被正负调节分子调节：正调节：正调节：而不能正常剪接的剪接复合体可以在活而不能正常剪接的剪接复合体可以在活化蛋白的帮助下发挥剪接功能。化蛋白的帮助下发挥剪接功能。目目 录录（三）编辑加工可增加（三）编辑加工可增加mRNA分子信息的内涵分子信息的内涵某些某些mRNAs在翻译前被编辑在翻译前被编辑(editing)。结果：结果：转录后编辑过程插入了转录后编辑过程插入了4个个U残基，从而残基，从而改变了转录本的翻译读码框。改变了转录本的翻译读码框。机机制制：尚尚不不清清楚楚。研研究究人人员
35、员已已经经发发现现线线粒粒体体转转录录一一类类特特殊殊的的RNA分分子子，其其3 端端有有一一段段 poly(U),其其5 端端序序列列与与mRNAs被被编编辑辑的的区区域域互互补补，被被称称为为引引导导RNA（guide RNA）。引引导导RNA可可能能作作为为编编辑辑过过程程的的模模板板，并并将将其其3 端端的的U转移给被编辑的转移给被编辑的mRNAs。目目 录录 （四）调解成熟（四）调解成熟mRNA的核外输出也会的核外输出也会影响基因表达影响基因表达现现象象：估估计计有有1/5的的核核内内成成熟熟mRNAs能能进进入入细细胞胞浆浆。留留在在核核内内的的mRNAs约约在在1小小时时内内降降
36、解解。mRNA通通过过核核膜膜的的过过程程是是一一个个主主动动运运输输过过程程，常常常常需需要要借借助助于于核核输输出出受受体体(nuclear export receptors)才可穿过才可穿过9nm的核孔通道。的核孔通道。机制：机制：调控调控RNA从核运输至细胞浆的机制还不很从核运输至细胞浆的机制还不很清楚。清楚。目目 录录（五）某些（五）某些mRNA定位于细胞质的特殊区域定位于细胞质的特殊区域现象：现象：一些一些mRNA分子携带有信息，可以在翻分子携带有信息，可以在翻译开始前自我导向定位于细胞内的特定译开始前自我导向定位于细胞内的特定位置。位置。作用：作用：在细胞的特定部位集中产生所需要
37、的大在细胞的特定部位集中产生所需要的大量蛋白质。量蛋白质。目目 录录机机制制：导导向向信信号号存存在在于于mRNA的的3 端端非非翻翻译译区区（3 untranslated region,3 UTR）。）。mRNA被被连连接接在在附附着着于于细细胞胞骨骨架架上上的的动动力力蛋蛋白白（motor proteins）上上，利利用用其其水水解解ATP所所提提供供的的能能量量沿沿着着骨骨架架成成分分朝朝目目的的方方向向移移动动，最最终终在在目目的的地地被被锚锚蛋蛋白白（anchor proteins）固定。）固定。mRNA在细胞浆中随机扩散并被不断地降解，只有在细胞浆中随机扩散并被不断地降解，只有碰上
38、锚蛋白才能得到保护。碰上锚蛋白才能得到保护。mRNA通通过过在在细细胞胞浆浆中中的的随随机机扩扩散散，在在其其定定位位处处被被锚蛋白捕捉、固定。锚蛋白捕捉、固定。第二种情况第二种情况第三种情况第三种情况第一种情况第一种情况目目 录录mRNA分子的分子的3种不同定位过程种不同定位过程目目 录录（六）通过改变（六）通过改变mRNA分子的稳定性分子的稳定性 调控基因表达调控基因表达 意意义义：降降解解途途径径保保证证mRNA不不在在细细胞胞中中累累积积并并避免合成过多的蛋白质。避免合成过多的蛋白质。不同真核基因的不同真核基因的mRNA的降解速率大不相同。的降解速率大不相同。暂暂时时需需要要的的基基因
39、因产产物物：半半衰衰期期可可能能仅仅为为几几分分钟钟、甚至几秒钟。甚至几秒钟。经经常常需需要要的的基基因因产产物物：其其mRNA 可可在在多多代代细细胞胞中稳定存在。中稳定存在。目目 录录真核细胞真核细胞mRNA降解有两种途径，是由每降解有两种途径，是由每种种mRNA分子的序列所决定。分子的序列所决定。Poly(A)的逐渐短缩：最常见的途径的逐渐短缩：最常见的途径vmRNA分分子子一一旦旦进进入入细细胞胞浆浆中中，核核酸酸外外切切酶酶会会使使Poly(A)末末端端逐逐步步短短缩缩，当当剩剩下下约约30个个A时时，5 端发生脱帽，端发生脱帽，mRNA分子被迅速降解。分子被迅速降解。v一一些些mR
40、NA分分子子的的3 UTR的的特特殊殊序序列列有有助助于于特特殊殊蛋白质的结合，增加或降低蛋白质的结合，增加或降低Poly(A)短缩的速度。短缩的速度。目目 录录v可可将将Poly(A)直直接接从从mRNA分分子子上上切切除除。这这种种切切除除也也有有赖赖于于mRNA分分子子的的3 UTR特特殊殊序列可以被内切酶识别。序列可以被内切酶识别。另一个途径始于特殊内切酶的作用另一个途径始于特殊内切酶的作用 转转铁铁蛋蛋白白受受体体(transferrin receptor,TfR)mRNA分分子子 3 UTR柄柄环环（stem-loop）结结构构铁反应元件铁反应元件(iron-response el
41、ement，IRE)。例如：例如：目目 录录 IRE-BP对转铁蛋白受体对转铁蛋白受体mRNA稳定性的调节稳定性的调节低铁状态低铁状态转铁蛋白受体转铁蛋白受体mRNA5编码区编码区活化的活化的IRE-BP3Poly(A)n翻译翻译TfR蛋白蛋白IRE高铁状态高铁状态转铁蛋白受体转铁蛋白受体mRNA5编码区编码区铁铁失活的失活的IRE-BP3Poly(A)nmRNA降解降解IRE目目 录录（七）（七）mRNA分子细胞质中添加分子细胞质中添加Poly(A)控制蛋白翻译控制蛋白翻译在在一一些些情情况况下下，特特殊殊的的Poly(A)尾尾端端可可以以在细胞浆得以延伸。在细胞浆得以延伸。例：正在成熟中的
42、卵母细胞与卵细胞例：正在成熟中的卵母细胞与卵细胞 一一些些存存在在于于细细胞胞浆浆的的mRNA分分子子的的3末末端端只只有有1030个个腺腺苷苷酸酸（A），它它们们并并不不翻翻译译。在在卵卵母母细细胞胞成成熟熟和和受受精精后后的的一一个个特特定定时时段段，当当需需要要这这些些mRNA所所编编码码的的蛋蛋白白质质时时，Poly(A)被被添添加加到到这这些些选选定定的的mRNA分分子，大大促进它们翻译的开始。子，大大促进它们翻译的开始。目目 录录（八）无义变化介导的（八）无义变化介导的mRNA降解是真核降解是真核mRNA的监视系统的监视系统无义变化介导的无义变化介导的mRNA降解降解(Nonsen
43、se-mediated mRNA decay,NMD）当当在在同同一一阅阅读读框框架架内内的的翻翻译译终终止止密密码码子子UAA、UAG或或UGA提提前前出出现现在在最最后后两两个个外外显显子子交交界界处处上上游游约约50 nt处处时时，mRNA被被迅迅速速降降解解。这这些些错错位位终终止止密密码码子子被被称称为为成成熟熟前前终终止止密密码码子子（premature termination codons,PTC），可可以以来自突变、重组、不完全或不正确剪接。来自突变、重组、不完全或不正确剪接。目目 录录无义变化介导的无义变化介导的mRNA的降解的降解目目 录录意义：意义：v可可以以使使某某些些
44、异异常常的的mRNA在在被被有有效效地地翻翻译译成成蛋蛋白白质质前前得得到到清清除除，这这个个mRNA监监视视系系统统可可以以防防止非正常截短的蛋白质的合成止非正常截短的蛋白质的合成。vNMD在在进进化化过过程程中中发发挥挥了了重重要要作作用用，使使真真核核细细胞胞更更容容易易探探究究由由于于DNA重重排排、突突变变或或不不同同剪剪接接方式所形成的新基因。方式所形成的新基因。v免免疫疫系系统统细细胞胞的的发发育育过过程程中中也也很很重重要要，重重排排基基因因产产生生的的这这类类mRNA被被NMD系系统统迅迅速速降降解解，避避免了截短蛋白质的细胞毒作用。免了截短蛋白质的细胞毒作用。目目 录录（九
45、）（九）RNA干涉是一种基因转录后沉默机制干涉是一种基因转录后沉默机制 RNA干涉干涉 在在高高等等真真核核生生物物中中发发现现有有一一类类小小RNAs(small RNAs)介介导导的的特特殊殊基基因因的的沉沉默默。这这是是由由于于此此类类小小RNAs与与mRNAs（经经常常是是3 UTR）相相互互作作用用，导导致致mRNA降降解解或或者者翻翻译译抑抑制制，使使mRNA及其相应基因无法表达而沉默（及其相应基因无法表达而沉默（silence）。）。控控制制至至少少某某些些生生物物体体的的适适时时发发育育。它它也也是是一一种种保保护护生生物物体体免免受受RNA病病毒毒侵侵袭袭和和控控制制转转座座
46、子子活活性的机制性的机制。意义：意义：目目 录录700bp左右左右RNA前体前体配对碱基配对碱基DICER2025bpmiRNA5RISC靶靶mRNA未配对区域未配对区域靶靶mRNA降解降解导入的双链导入的双链RNA片段片段siRNARDE-1DICERRISCRISCRISC5靶靶mRNA靶靶mRNA被核酸被核酸内切酶切割内切酶切割靶靶mRNA被核酸被核酸外切酶降解外切酶降解 miRNA 与与siRNA使靶使靶mRNA沉默机制沉默机制目目 录录第第 四四 节节真核基因表达的翻译水平真核基因表达的翻译水平调控调控Translational Regulation of Eukaryotic Ge
47、ne Expression目目 录录一、翻译起始因子一、翻译起始因子-2的磷酸化调节的磷酸化调节 蛋白质翻译蛋白质翻译条条件件变变化化活活化化了了特特殊殊的的蛋蛋白白质质激激酶酶，使使翻翻译译起起始始因因子子eIF-2（eukaryotic initiation factor，eIF-2）磷酸化所致。）磷酸化所致。目目 录录目目 录录二、二、5端或端或3端非翻译区特异端非翻译区特异RNA 结合蛋白介导蛋白质翻译负调控结合蛋白介导蛋白质翻译负调控一一些些转转录录抑抑制制蛋蛋白白质质结结合合到到mRNA的的5 端端抑抑制制转转录录起起始始，而而另另一一些些抑抑制制蛋蛋白白质质则则识识别别特特殊殊m
48、RNA分分子子的的3 UTR，通通过过干干扰扰3 Poly(A)尾与尾与5 端帽的联络而减少翻译的启动。端帽的联络而减少翻译的启动。目目 录录 IRE-BP对铁蛋白对铁蛋白mRNA翻译的调节翻译的调节低铁状态低铁状态5铁蛋白铁蛋白mRNA活化的活化的IRE-BP编码区编码区3翻译不能进行翻译不能进行高铁状态高铁状态5铁蛋白铁蛋白mRNA失活的失活的IRE-BP铁铁编码区编码区3翻译翻译目目 录录三、真核三、真核mRNA不同翻译起始点的调控不同翻译起始点的调控v易易遗遗漏漏扫扫描描：当当不不利利于于识识别别时时，扫扫描描的的核核糖糖体体小小亚亚基基有有时时可可以以无无视视第第一一个个AUG而而滑
49、滑向向第第二二个个，甚甚至至第第三三个个AUG，这这种种现现象象被被称称为为易易遗遗漏漏 扫扫 描描（leaky scanning），可可 以以 使使 一一 个个mRNA分分子子产产生生两两个个或或更更多多仅仅氨氨基基末末端端不不同同的的相相关关的的蛋蛋白白质质。在在一一些些情情况况下下，细细胞胞可可以以通通过过易易遗遗漏漏扫扫描描调调节节这这些些不不同同长长度度蛋蛋白白质质的的相对丰度。相对丰度。目目 录录v上上游游开开放放阅阅读读框框架架（upstream open reading frames,uORFs）：在在有有些些mRNA 分分子子中中，起起始始密密码码子子AUG的的上上游游（5 UTR）有有一一个个或或几几个个AUG，这这些些上上游游开开放放阅阅读读框框架架与与正正常常的的开开放放阅阅读读框框架架多多不不一一致致，翻翻译译后后很很快快会会遇遇到到终终止止密密码码子子而而释出无功能的多肽。释出无功能的多肽。意意义义:在在于于其其调调节节功功能能，它它们们的的AUG可可以以与与正正常常起起始始密密码码子子AUG竞竞争争扫扫描描核核糖糖体体起起始始复复合合物物，翻翻译译无无功功能能的的多多肽肽而而使使正正常常翻翻译译维维持持在较低水平。在较低水平。