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1、翻译和翻译后水平的调节本讲稿第一页，共十九页mRNA的寿命与蛋白质的合成mRNA的寿命决定其指导翻译蛋白质的的寿命决定其指导翻译蛋白质的时间，半衰期的长短主要决定于其选择时间，半衰期的长短主要决定于其选择性降解的速度，不同性降解的速度，不同mRNA的结构，特的结构，特别是别是3端非翻译区的序列决定其寿命。端非翻译区的序列决定其寿命。不同基因的不同基因的mRNA寿命差别很大，寿命差别很大，珠珠蛋白蛋白mRNA的半衰期约为的半衰期约为17h，而有些，而有些生长因子不超过生长因子不超过30 min。本讲稿第二页，共十九页 很多蛋白质的合成与激素的作用有关。在某些情况下，激素并不很多蛋白质的合成与激素
2、的作用有关。在某些情况下，激素并不能增加能增加mRNA的转录，而在翻译水平上起调节作用。如：催乳素可的转录，而在翻译水平上起调节作用。如：催乳素可延长酪蛋白延长酪蛋白mRNA的寿命达的寿命达25倍，其他激素也能相应提高某些特倍，其他激素也能相应提高某些特定定mRNA的稳定性。的稳定性。激素对激素对RNA稳定的影响稳定的影响本讲稿第三页，共十九页 转铁蛋白转铁蛋白(transferrin)mRNA的的3端和转铁蛋白端和转铁蛋白受体（受体（transferrin receptor,TFR）mRNA的的5端有端有非常相似的铁反应元件（非常相似的铁反应元件（iron response element,
3、IRE)，该区域可形成多个复杂的茎环结构，其中部分茎环，该区域可形成多个复杂的茎环结构，其中部分茎环与铁反应有关。细胞中这两种蛋白质的浓度受到铁离子浓度与铁反应有关。细胞中这两种蛋白质的浓度受到铁离子浓度的调节，可能主要与其基因转录后的翻译调节有关，因为通的调节，可能主要与其基因转录后的翻译调节有关，因为通过抑菌素抑制转录过程并不能阻断其对铁的反应。蛋白质的过抑菌素抑制转录过程并不能阻断其对铁的反应。蛋白质的最终浓度可能与细胞中该编码蛋白质最终浓度可能与细胞中该编码蛋白质mRNA的半衰期有关，的半衰期有关，其半衰期的长度则是受铁浓度的调控的其半衰期的长度则是受铁浓度的调控的.(见下图见下图)本
4、讲稿第四页，共十九页转铁蛋白及转铁蛋白受体转铁蛋白及转铁蛋白受体mRNA稳定性的铁依赖性稳定性的铁依赖性调节调节（自Lodish,2000）本讲稿第五页，共十九页Poly(A)对翻译的调控：对翻译的调控：在小鼠的未成熟卵母细胞在小鼠的未成熟卵母细胞质中可以翻译的质中可以翻译的mRNA具有较具有较长的长的poly(A),减数成熟分裂后减数成熟分裂后poly(A)降解，翻译终止。降解，翻译终止。在减数成熟分裂前不表在减数成熟分裂前不表达的达的mRNA的的poly(A)较短较短(15-90A),但其但其3UTR具具有胞质多聚腺苷酸化信号序有胞质多聚腺苷酸化信号序列列(CPEs)(UUUUAU in
5、mice and frogs)。减数成熟分。减数成熟分裂后这些裂后这些 mRNA迅速加上迅速加上一个长的一个长的polyA,开始翻译。开始翻译。本讲稿第六页，共十九页mRNA的结构和翻译效率 所有真核生物所有真核生物mRNA 5端都有帽子结构，早在端都有帽子结构，早在1976年年Shtkin就根据体外翻译实验结果指出，就根据体外翻译实验结果指出，5端帽子有增强翻译效率的作用。端帽子有增强翻译效率的作用。此后众多研究证实，大多数此后众多研究证实，大多数mRNA的翻译依赖于帽子结构。的翻译依赖于帽子结构。除除了帽子外，真核生物了帽子外，真核生物mRNA的的3端大都有端大都有polyA尾巴，在许多体
6、尾巴，在许多体内实验和高活性的体外翻译体系中都观察到，内实验和高活性的体外翻译体系中都观察到，mRNA polyA结构结构与翻译效率有直接的关系，带与翻译效率有直接的关系，带polyA的的mRNA比无比无polyA尾巴的尾巴的相应相应mRNA的翻译效率高得多。的翻译效率高得多。5端帽子和端帽子和3端端polyA能够协同能够协同地调节地调节mRNA的翻译效率。的翻译效率。本讲稿第七页，共十九页翻译后水平的调控许多蛋白质的合成完成后就具有生物功能，许多蛋白质的合成完成后就具有生物功能，但更多的蛋白质则必须经过适当的加工修但更多的蛋白质则必须经过适当的加工修饰才有活性，有些蛋白质的活性在与其他饰才有
7、活性，有些蛋白质的活性在与其他蛋白质的作用后往往发生明显的变化。蛋白质的作用后往往发生明显的变化。本讲稿第八页，共十九页翻译后水平的调控o一条长链被剪切并除去部分而激活一条长链被剪切并除去部分而激活,胰岛素胰岛素;o除去某些保护除去某些保护/抑制性片段而激活，抑制性片段而激活，Dorsal;o特定的亚细胞定位，膜蛋白、核蛋白等特定的亚细胞定位，膜蛋白、核蛋白等;o与其它蛋白质一起装配成为功能单位，血红蛋白；与其它蛋白质一起装配成为功能单位，血红蛋白；o与某些离子结合而激活，钙调蛋白与某些离子结合而激活，钙调蛋白;o通过蛋白质修饰（磷酸化、乙酰化）而激活，鱼精蛋白、晶体通过蛋白质修饰（磷酸化、乙
8、酰化）而激活，鱼精蛋白、晶体蛋白。蛋白。本讲稿第九页，共十九页 第五节第五节 表观遗传修饰与细胞分化表观遗传修饰与细胞分化 本讲稿第十页，共十九页表观遗传修饰表观遗传修饰o定义定义：由于DNA的甲基化、组蛋白N端的修饰、变异体及微小RNA(miRNA)的作用等引起染色体的状态和构型发生，进而引起基因表达发生相应的改变。o特点：特点：这种变化并不包括DNA序列及信息的任何改变，是经典遗传学之上或之外的改变。本讲稿第十一页，共十九页一、DNA的甲基化DNA甲基化的发生 小干扰小干扰RNA（siRNA）和长非编码）和长非编码RNA（lineRNA）可通过与基因的启动子序列结合，指导其）可通过与基因的
9、启动子序列结合，指导其发生特异性的甲基化，组合组蛋白的修饰而使染色质发生重塑发生特异性的甲基化，组合组蛋白的修饰而使染色质发生重塑而抑制其表达，但也有少数例证表明有些而抑制其表达，但也有少数例证表明有些 lincRNA（l例如例如HOTTIP)可能通过与其配体蛋白质结合定位在其靶基因区，导可能通过与其配体蛋白质结合定位在其靶基因区，导致组蛋白致组蛋白H3K4的三甲基化而激活该基因。的三甲基化而激活该基因。DNA的甲基化多发生在胞嗜陡的第的甲基化多发生在胞嗜陡的第5位碱基，在真位碱基，在真核生物中十分普遍，也被认为是核生物中十分普遍，也被认为是DNA的的“第第5种碱基种碱基”。DNA的甲基化经常
10、出现在的甲基化经常出现在3类类DNA序列（序列（CpG,CHG,CHHo）中。前）中。前2种序列为对称甲基化位点种序列为对称甲基化位点,CHH是非对称甲基化位点是非对称甲基化位点,CpG经常位于基因启动子附近经常位于基因启动子附近或者或者GC岛中岛中。本讲稿第十二页，共十九页哺乳动物中的三种甲基化酶 在哺乳动物中DNA的甲基化是由3种甲酶催化的（Dnmtl，Dnmt3 a和Dnmt3 b）。Dnmtl对DNA复制后甲基化模式的维持有重要作用，它可对半甲基化的新合成DNA链进行甲基化。Dnmt3 a和Dnmt3 b是与从头甲基化过程有关（de novo methylation)，在这个过程中需要
11、建立新的甲基化模式。Dnmtl和Dnmt3 a均可与组蛋白脱乙酞酶（HDACs）互作，从而抑制基因的表达。本讲稿第十三页，共十九页基因表达的激活和抑制 激活：胶质纤维酸性蛋白（胶质纤维酸性蛋白（GFAP)基因启动子的基因启动子的START3结合位点结合位点CpG的脱甲基化可以激活该基因的表的脱甲基化可以激活该基因的表达。达。抑制：(1)DNA的甲基化也可以通过几种甲基的甲基化也可以通过几种甲基CpG结结合蛋白合蛋白（MECPs)识别识别DNA甲基化模式而抑制基因的甲基化模式而抑制基因的表达表达 (2)另一种甲基另一种甲基CpG结合蛋白结合蛋白MBD2与多亚基与多亚基的的NuRD（它们含有依赖（
12、它们含有依赖ATP的染色体重塑因子的染色体重塑因子Mi-2和和HDACs)形成复合物，抑制甲基化的启动子，使染色体形成复合物，抑制甲基化的启动子，使染色体发生高效的重塑。发生高效的重塑。本讲稿第十四页，共十九页从头甲基化过程 在动物受精后，不论是来源于父系基因组还是母系基因组均发生大规模的脱甲基化（印迹基因除外），然后再重建新的甲基化模式。有一个模型可能揭示其机制：基因转录起始点结合RNA聚合酶B，募集SET蛋白使覆盖这个区域的核小体组蛋白H3 K4发生甲基化，H3 K4甲基可抑制Dnmt3 L的结合，使从头甲基化酶不能作用这个区域，因而整个基因组中除了结合有RNA聚合酶11的CpG岛外，均可
13、发生从头甲基化过程。本讲稿第十五页，共十九页二、组蛋白的修饰与细胞分化 组蛋白八聚体中的4种蛋白N端尾巴有许多氨基酸可被不同的酶所修饰，例如，甲基化（Me）、乙酞化（Ac）和脱乙酞化、磷酸化（P）、泛素化、ADP一核糖基化等，其中发生在精氨酸和赖氨酸的甲基化修饰比较复杂，有单甲基化、双甲基化（对称和不对称）及三甲基化。组蛋白密码：这些修饰的种类、位置和组合共同决定着核小体的状态，进一步控制基因的转录或者抑制，被称做组蛋白密码（histone code）。本讲稿第十六页，共十九页组蛋白修饰的作用 （1）组蛋白的修饰可以通过改变不同组蛋白之间及组蛋白与DNA之间的接触影响染色质的高级结构，组蛋白密
14、码决定着染色质的环境，从而进一步调节核DNA的复制、转录、DNA修复及染色体凝聚。（2）组蛋白H3K4,H3K36,H3K79的三甲基化可以导致染色体的开放构型产生常染色质，同时由组蛋白乙酞转移酶(HATs）催化的组蛋白高水平乙酞化也是保证常染色质的一个特征。本讲稿第十七页，共十九页 不管是干细胞还是组织特异性细胞，特定的miRNA均可参与重要转录因子、细胞周期蛋白、染色质修饰酶及其他调节蛋白的表达调控。在干细胞分化为组织特异性细胞的过程中及分化细胞诱导成多能干细胞的过程中，这些miRNA在调控许多重要基因的表达的网络中无疑起着十分重要的作用。三、miRNA与细胞分化本讲稿第十八页，共十九页本讲稿第十九页，共十九页