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1、第1页/共78页细胞表型 cell phenotype：是细胞特定基因型在一定的环境条件的表现，是细胞的特定性状。全能细胞:能产生完整有机体，并且机体所需要的全部基因信息都被表达的细胞多潜能细胞:含有的基因信息被限制表达的细胞分化细胞:多潜能细胞通过分离和分化发育成的特殊细胞表型个体发育过程：全能性细胞个体发育过程：全能性细胞个体发育过程：全能性细胞个体发育过程：全能性细胞多潜能性细胞多潜能性细胞多潜能性细胞多潜能性细胞分化细胞分化细胞分化细胞分化细胞概述第2页/共78页概述多潜能细胞：表现出发育潜能的一定局限性，仅能分化成为特定范围内的细胞。如多潜能生血干细胞仅能分化成为淋巴细胞、单核细胞、
2、粒细胞等。多潜能细胞后代的发育命运在一定的程度上已被限定；在不同的环境条件下也能表现出某些相同的细胞表型，而且这种决定不能通过形态或生物化学的标准（无特殊的亚显微结构变化，不含特异性蛋白质）来识别；多潜能细胞的基因表达受到一定的限制。第3页/共78页细胞分化第4页/共78页概述分化细胞：由多潜能细胞通过一系列分裂和分化发育成的特殊细胞表型。合成特异性蛋白或具有特殊功能性的细胞器；有丝分裂的频率明显降低，有的甚至完全停止细胞分型。细胞分化的过程是从全能性细胞多潜能性细胞分化细胞的发展过程，也是基因选择性表达的结果。分化细胞一般仅有5-10的基因表达，除了合成细胞生长、代谢必需的产物之外，主要是特
3、异性产物的合成。第5页/共78页DNA水平转录水平转录水平翻译水平翻译水平第6页/共78页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 转录后加工mRNA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第7页/共78页概述细胞分化是基因差异性表达的结果，差异性基因表达产生的原因主要来自于两方面。细胞内环境的差异影响核基因的表达。在早期胚胎发育的卵裂阶段，由于卵质的不均匀分布，卵裂的结果所产生的分裂球(细胞)存在不同的细胞内环境，引起胚胎细胞核基因的差异表达。细胞外环境的影响。在胚胎发育早期不同的胚胎细胞位于不同的区域，受到不同的外界环境的影响，接受不
4、同的位置信息。特别是邻近细胞的相互关系，如胚胎诱导对于胚胎细胞分化具有重要意义。各种细胞外信号分子(细胞因子、激素等信号分子)，通过细胞间的通讯，特别是信号传导间接影响细胞核基因的表达。第8页/共78页概述差异基因表达的调控机制主要是在以下几个水平完成：差异基因转录：调节哪些核基因转录成RNA。核RNA的选择性加工：调节哪些核RNA进入细胞质并加工成为mRNA，构成特殊的转录子组。mRNA的选择性翻译：调节哪些mRNA翻译成蛋白质。差别蛋白质加工：选择哪些蛋白质加工成为功能性蛋白质，即基因功能的实施者。第9页/共78页第一节 基因组相同和基因差异表达多细胞有机体具有许多形态、功能和生物化学组成
5、不同的细胞。这些不同的细胞都来自于一个共同的始祖细胞受精卵。这些不同的组织细胞虽然具有相同的基因结构，但由于基因表达受到复杂的调控，发生差别基因转录，继而合成组织专一性蛋白质，出现细胞形态和功能的分化。换句话说就是这些细胞的基因组相同，只是在发育过程中不同的细胞利用了基因组中不同的基因，结果导致各类细胞合成其特有的蛋白质。第10页/共78页1、在发育中核潜能被限定 移核试验（豹蛙）：发育时期越晚，细胞核潜能的受限性越大去核受精卵去核受精卵囊胚核囊胚核原肠胚早期内胚层核原肠胚早期内胚层核神经胚内胚层核神经胚内胚层核50%蝌蚪，蝌蚪，异常个体以内胚层细胞异常个体以内胚层细胞 形成较其他胚层细胞更容
6、易形成较其他胚层细胞更容易10%蝌蚪蝌蚪80%以上蝌蚪以上蝌蚪结论：结论：随着发育，体细胞的核潜能存在普遍的受限现象，且具有供体核的特异性随着发育，体细胞的核潜能存在普遍的受限现象，且具有供体核的特异性二、核潜能的限定第11页/共78页豹蛙核移植实验第12页/共78页（一）在发育中核潜能被限定细胞核潜能的限定是稳定的且具有一定的组织特异性。三胚层细胞核移植实验：采用具有组织特异性的原肠胚后期内胚层细胞核为供体时，易于形成内胚层细胞，指导发育成为外胚层和中胚层细胞的能力已受到限制。外胚层细胞核为供体进行移核实验，产生发育异常的蝌蚪，可具有正常的神经分化但是缺乏内胚层结构。在发育过程中体细胞核潜能
7、的限定是一个普遍的规律。第13页/共78页（二）细胞核具有潜在全能性的研究关于分化细胞核潜能限定的观点长期以来存在着争议。有些学者认为用已分化细胞核进行的移植实验在很多情况下不能获得正常发育胚胎的原因，主要是由于核移植的方法使已分化细胞核突然进入了一个高频率分裂的陌生胞质环境，容易引起染色体断裂。为真正评价细胞核的潜能，人们采用核克隆技术（连续克隆），使移植的供体核逐渐地适应这种环境，结果也可以获得发育正常的蝌蚪。第14页/共78页核克隆技术将供体细胞核先移植进激活的去核卵中，再将发育产生的大量卵裂期或囊胚期细胞核为供体，再次进行移植，移植到更多的去核卵中，通过多次核移植可制备出原来供体核的许
8、多拷贝。已分化细胞的核经历这一系列的移植后，其中有些细胞核变得可以指导整个有机体的发育。如原肠胚后期内胚层细胞核可以指导胚胎发育成为正常的蝌蚪。甚至将已分化的小肠上皮细胞核或红细胞的细胞核作为供体移植到去核卵中，也可以获得少数发育正常的蝌蚪或成体。第15页/共78页一般核移植过程第16页/共78页核克隆过程第17页/共78页Dolly的诞生克隆羊Dolly的诞生（1997）对于说明体细胞核发育的全能性具有特别重要的意义。这是人类首次成功的用哺乳动物体细胞-成年母羊乳腺上皮细胞核为供体，经过多次核移植而获得的后代。随后，克隆猴、克隆牛等一系列动物的研究获得了成功。第18页/共78页Dolly的标
9、本和伊恩博士Dolly：1996.7.5.世界上第一只克隆羊Dolly由英国爱丁堡大学的伊恩博士研制成功，2003.2.14.由于肺结核而被安乐死，它的标本于2003年4月9日陈列于苏格兰首都爱丁堡国家博物馆。第19页/共78页1、基因删除：原生动物、线虫、昆虫、甲壳动物。2、基因扩增：爪蟾的rDNA、果蝇多线染色体。3、基因重排：免疫球蛋白基因（106108种抗体）。三、基因组相同的例外基因组的改变第20页/共78页副蛔虫 染色体消减瘿蝇等 卵裂时，部分染色体丢失，丢失的体细胞；不丢失的生殖细胞。如：瘿蝇 40 8；摇蚊 4038 哺乳类（除骆驼）的红细胞、皮肤的羽毛、毛发角化细胞中 整个细
10、胞核丢失1、染色体消减、染色体消减第21页/共78页2 2、基因扩增A、基因的选择扩增（gene selective amplification）：某些特 殊基因被选择性复制出许多拷贝的现象 非洲爪蟾rDNA扩增,从变态期开始，一直到卵母细胞成熟之前；初级卵母细胞末期，其rDNA为体细胞的2105倍 果蝇卵壳蛋白基因滤泡细胞中超量DNA合成（16倍）B、基因组扩增（genome amplification）：通过多倍体和多线染 色体扩增完整基因组哺乳动物肝细胞（营养原细胞）多倍体扩增果蝇卵巢中营养细胞多线染色体扩增rDNA核糖体RNA基因5前导序列转录间隔第22页/共78页3、基因重排免疫球蛋
11、白的基因重组淋巴母细胞在为抗体制备作准备时，组合多个独立的遗传程序（体细胞重组），其间，它总是试图将抗体轻链或重链的DNA序列随机编排成受体或抗体的可变区，以增加识别和结合未知外来抗原的机会B淋巴细胞：C区编码恒定区V，D，J编码可变区第23页/共78页剪切免疫球蛋白基因重排第24页/共78页第二节 转录水平的调控差异基因转录的调控是最重要的调控机制。一、基因表达的时间和空间特异性基因表达的时间特异性：有些特异性的基因，只有在发育的某个特定时期或某些时期才具有活性，而在其他时期则是无功能的基因。基因表达的空问特异性：主要指基因表达的组织细胞特异性。第25页/共78页斑马鱼早期发育中斑马鱼早期发
12、育中vasavasa mRNA mRNA的时空表达（原位杂交）的时空表达（原位杂交）一、差异基因表达的研究方法第26页/共78页（一）珠蛋白基因的转录血红蛋白=珠蛋白+血红素利用珠蛋白mRNA的探针，对鸡胚红细胞发育中血红蛋白最初的转录进行监控。分离孵化20-23h的鸡胚后部明区血岛时，可以观察到红细胞的前体细胞，但并未检测到血红蛋白基因的转录产物。到鸡胚孵化35h，红细胞的前体细胞分化为幼红细胞，血红蛋白迅速合成。这表明血红蛋白基因是在这一段发育时期中转录的。第27页/共78页血红蛋白血红蛋白是一个四聚体蛋白质，在人和许多动物中，胚胎、胎儿和成体红细胞的血红蛋白分子的组成都不相同。人胚胎血红
13、蛋白：由2个-珠蛋白链、2个-珠蛋白链和4个血红素分子组成。第28页/共78页血红蛋白妊娠第2个月：和-珠蛋白链的合成突然停止，而-和-珠蛋白链合成量增加。由两个-和两个-珠蛋白链组成胎儿的血红蛋白分子。第29页/共78页血红蛋白妊娠第3个月：-珠蛋白基因表达逐渐停止，同时-和-基因开始表达，产量逐渐增加。出生后：血红蛋白分子的组成迅速转换，由胎儿型代之为成体型，即22。正常成体的血红蛋白分子中22占97%，22为2%-3%，22为1%。第30页/共78页血红蛋白人的-和-珠蛋白基因位于第16号染色体上，而-、-、-和-珠蛋白基因相连，在第一号染色体上依次排列。-珠蛋白基因家族的表达显示了一种
14、调控机制，即指导其从胚胎型胎儿型成体型转变的顺序开关。第31页/共78页(二)转录调控蛋白5S核糖体RNA基因的转录调控1.中心启动子元件在整个发育过程中5SrRNA基因表达的调控都是在转录水平进行的。非洲爪蟾基因组具有2个编码5SrRNA的多基因家族，即卵母细胞型和体细胞型。卵母细胞型：20 000个，转录水平很低，卵发生早期开始囊胚中期可被检测到。体细胞型：400个，合成体细胞的95以上5SrRNA，卵发生早期开始一直可以检测到。5SrRNA的基因的转录是由RNA聚合酶所调控的第32页/共78页2TFA的转录调节转录因子TFA参与RNA聚合酶对非洲爪蟾5SrRNA转录的控制。TFA既是RN
15、A聚合酶控制中的第一个转录因子，也是5SrRNA的基因的专一性转录因子。但是TFA分子与5SrRNA的基因中间启动子的结合力很弱，相比之下非特异性转录因子TFC能够更牢固地与5SrRNA的基因中间启动子相结合，所以TFA分子与TFC结合形成TFA-TFC 复合物。当RNA聚合酶与该复合物结合时5SrRNA的基因的转录即发生。第33页/共78页Switch gene:发育中可以决定细胞向两种不同命运分化的基因（主基因的表达决定）果蝇腹中线外胚层细胞具有分化成为上皮细胞或神经母细胞的双重潜能；notch转录缺乏时，腹中线所有细胞都分化成神经母细胞，胚胎不能正常发育；notch 控制分化成皮肤细胞和
16、神经母细胞 myod1转录子是肌细胞分化的主要开关基因，也是肌母细胞决定子。将其通过病毒载体转染其它细胞（如色素细胞、神经细胞、脂肪细胞、肝细胞等），可使它们转分化为肌细胞。(三)转录调控的“开关基因”(switch gene)第34页/共78页三、差异基因转录的调控机制真核生物基因的结构：(一)外显子与内含子真核生物的基因主要由两种DNA序列组成：一种是蛋白质编码序列称为外显子(exon)，另一种是非蛋白质编码序列称为内含子(intron)。编码一个蛋白质的序列常以外显子和内含子镶嵌排列的方式存在。不同基因具有内含子的数目和内含子的长度差异很大。真核生物的基因还包括5和3末端长度不等的特异性
17、序列，这些序列虽然不编码氨基酸，但在基因表达的过程中起重要作用。第35页/共78页人-珠蛋白基因的10个区域启动子区：启动子区位于转录起始点上游-95-26bp，由两个上游启动子成分和TATA盒组成。这个区域负责与RNA聚合酶结合，同时与以后的转录起始有关。ACATTG序列：该序列位于RNA的5末端，又称为帽子序列，是转录的起始点，在转录后帽子序列将被修饰，这段序列在不同的基因中有差异。翻译起始密码ATG:该密码子位于转录起始点后50bp处，在转录的起始点和翻译起始点间的这段序列称为前导序列，其长度在不同基因中差异很大。由前导序列决定翻译的速率。第36页/共78页人-珠蛋白基因的10个区域第一
18、外显子：长90bp，编码人-珠蛋白的1-30个氨基酸。第一内含子：长130bp，是人-珠蛋白的非编码序列，但对于RNA加工成为mRNA并转运到细胞核外具有重要作用。第二外显子：长222bp，编码人-珠蛋白的31-104个氨基酸。第37页/共78页人-珠蛋白基因的10个区域第二内含子：长850bp，也是人-珠蛋白的非编码序列。第三外显子：长126bp，编码人-珠蛋白的105-146个氨基酸。翻译终止密码子TAA第38页/共78页人-珠蛋白基因的10个区域3末端非翻译区：这段序列虽然转录但是并不参与蛋白质的翻译。该区域包括AATAAAA序列，此序列为转录的RNA产物在3末端增加200-300多聚核
19、苷酸poly（A）尾所必需。poly（A）尾插入进RNA的位置是在AAUAA下游约20bp处，但是转录继续进行超过AATAAAA序列的位置，终止在大约1000bp处。在3末端非翻译区序列中，从AATAAAA位点后600-900bp具有增强子功能，对于成体红细胞前体-珠蛋白基因适时的和组织特异性的表达是必需的。第39页/共78页（二）启动子和增强子真核生物基因的转录起始和表达的调控依赖于两类调控元件的相互作用，一类是顺式调节子，另一类是反式调节蛋白。启动子和增强子都是顺式调节子，它们能与特定功能基因连锁，作用于邻近基因的表达。反式调节蛋白是可溶性的分子，包括具有调控作用的蛋白因子和RNA，它们可
20、作用于邻近基因或其他基因。第40页/共78页1.启动子的结构与功能启动子：是位于转录起始位点上游的特殊DNA序列。能被RNA聚合酶识别和结合，对于决定基因转录起始和保证DNA精确，有效地转录具有极其重要作用。转录量相对较大的基因，启动子都具有相似的结构。一个保守性较高且富含TA的序列，又称为TATA框，位于转录起始位点上游大约30bp处。另外在TATA框的上游还有一个或多个上游启动子元件，如：CCAAT(CAAT框）、GGGCGGG(GC序列）、GGGAGAGGG和ATGCAAAT序列。TATA框的主要作用：是使转录精确地从起始位点开始，其他的上游启动子元件：主要调控转录起始频率和维持基因转录
21、，特别是CAAT框的作用相对较大。第41页/共78页2.与启动子结合的反式作用因子基因转录还需要RNA聚合酶与启动子的相互作用。在转录开始之前，首先要形成RNA聚合酶和启动子的转录起始复合物。绝大多数真核生物的细胞有3种类型RNA聚合酶，即RNA聚合酶、RNA聚合酶和RNA聚合酶。其中RNA聚合酶负责作用于多种基因的转录。在细胞核中存在一些转录调节蛋白因子为RNA聚合酶与启动子结合所必需，如果缺乏这些因子，纯化的RNA聚合酶并不能识别启动子序列，转录只能起始于任意位置。从不同动物细胞，甚至从酵母细胞分离的基本转录因子具有相似的活性。基本转录因子负责识别启动子序列中TATA框，并与RNA聚合酶一
22、起形成转录起始复合物，进而起始转录。已经经过鉴定的普通转录因子有TFD、TFB、TFF、TFA等。按一定顺序参与形成转录起始复合物。第42页/共78页第43页/共78页2.与启动子结合的反式作用因子RNA聚合酶和RNA聚合酶分别负责18S、28S核糖体RNA和5S核糖体RNA，tRNA基因的转录，也需要多种蛋白因子参与，这些转录因子也必须与启动子结合。第44页/共78页3.增强子的结构和功能增强子(enhancer)指增加同它连锁的基因转录频率的DNA序列。增强子是通过启动子来增加转录的。有效的增强子可以位于基因的5端，也可位于基因的3端，有的还可位于基因的内含子中。增强子的效应很明显，一般能
23、使基因转录频率增加10200倍，有的甚至可以高达上千倍。增强子的作用同增强子的取向(5-3或3-5)无关，甚至远离靶基因达几千kb也仍有增强作用。有一类增强子对基因的转录起抑制作用，称为沉默子(suencer)。当转录因子与沉默子结合时可抑制顺式调控元件相连的启动子的转录。第45页/共78页增强子的分类同一增强子在有的细胞中是顺式调控元件，但在其他细胞中可能是沉默子，这是由细胞中其他转录因子决定的。由于增强子中有的能够调节基因表达的时间；有的能够调节基因表达的组织和细胞特异性；有的具有前述两种功能；还有的增强子与激素或其他分子相关。根据增强子的功能特征可以将其分为以下几类。第46页/共78页(
24、1)时间特异性增强子在胚胎发育中存在一种时间特异性增强子。在两栖类胚胎发育中存在最典型的基因活性的时间开关，即囊胚中期转换(MBT)。MBT类型的基因由于含有一种时间特异性增强子，在囊胚中期被特异性激活。两栖类的这种增强子位于MBT基因阅读框5末端上游约700bp。人-珠蛋白基因的时间特异性增强子，位于3末端，AATAAAA序列下游600-900bp之间。通常-珠蛋白基因在人胚胎时期转录，如果把含有-珠蛋白基因的时间特异性增强子的DNA片段移到-珠蛋白基因的附近，在-珠蛋白基因的时间特异性增强子的作用下，-珠蛋白基因可在成体中表达。第47页/共78页(2)组织特异性增强子调节-珠蛋白基因表达的
25、增强子，除了3末端的临时性特异性增强子之外，还有其他两种增强子，由它们调节-珠蛋白基因表达的组织特异性。其中一种增强子位子-珠蛋白基因的第三个内含子序列内，其作用使-珠蛋白基因的转录只能在红细跑发生。另一种增强子事实上是“主”增强子，所有位于第11号染色体上的人-珠蛋白基因家族的转录都由它调控。如果缺失此增强子区将引起所有-珠蛋白基因家族的基因沉默。“主”增强子的功能可能是使整个转录调节因子区域打开。第48页/共78页(3)胰腺增强子有时基因的活性在不同类型的相邻细胞中由不同的增强子所调控。如胰腺外分泌蛋白胰凝乳蛋白酶、淀粉酶、胰蛋白酶基因的增强子，与内分泌蛋白胰岛素基因的增强子，虽然都位于各
26、自基因5末端旁的序列中，却是不相同的两类增强子。利用报道基因可对某一特定增强子的功能进行研究。氯霉素乙配转移酶(CAT)的基因活性很容易检测，同时在哺乳动物中不表达，可作为哺乳动物的报道基因。第49页/共78页(3)胰腺增强子Walker等(1983)分别构建这些基因5末端旁序列和cat的重组基因，再将不同的重组基因分别转人3种受体细胞：不产生胰岛素和胰凝乳蛋白酶的卵巢细胞；分泌胰岛素的胰腺细胞系；一种产生外分泌蛋白的胰腺细胞系。说明胰腺外分泌细胞和内分泌细胞的基因表达由不同的增强子调控。受体细胞受体细胞外分泌蛋白基因外分泌蛋白基因5末末端旁序列端旁序列+cat内分泌蛋白基因内分泌蛋白基因5末
27、末端旁序列端旁序列+cat卵巢细胞卵巢细胞不表达不表达不表达不表达分泌胰岛素分泌胰岛素的胰腺细胞系的胰腺细胞系不表达不表达表达表达产生外分泌蛋产生外分泌蛋白的胰腺细胞系白的胰腺细胞系表达表达不表达不表达第50页/共78页(4)卵黄蛋白增强子果蝇卵黄蛋白是在雌性成体果蝇的特殊细胞中才大量合成的一种蛋白。果蝇有两种卵黄蛋白基因，yp1和yp2，他们在DNA上的位置邻近但是转录的方向相反。在卵巢和脂肪体中卵黄蛋白基因都转录，但是他们能用限制性内切酶分解，在共同的5末端分开。如果将这两种基因分别与报道基因一起构建表达质粒，再导入果蝇DNA，可以检测他们转录的性别和时间特异性。卵黄蛋白基因仅在成体的雌性
28、果蝇中表达。同时yp2的mRNA仅在卵巢组织中检测到，而yp1得mRNA仅在脂肪体中表达。说明卵黄蛋白基因有两个增强子，而且都位于5末端，分别负责在卵巢和在脂肪体中的转录，使两个基因在两种细胞中正常转录。增强子对于基因表达的特异性有决定性作用。第51页/共78页脂肪体卵巢组织第52页/共78页（三）转录因子转录因子是基因调控的反式作用因子，是能与启动子和增强子结合的蛋白质。转录因子既含有特异性DNA结合域，又含有能与启动子或增强子结合并刺激基因转录的结构域。通过相互作用使任何一种细胞中只有很少的一部分启动子发生转录。转录因子可分为通用转录因子和特殊转录因子，即两类基因调节蛋白。通用转录因子：指
29、与启动子TATA框序列结合的蛋白质，他们与RNA聚合酶II共同装配成为转录起始复合物，以启动转录。特殊转录因子：能识别特殊的DNA调节序列并与其结合，或与RNA聚合酶和其他转录因子结合以行驶功能。第53页/共78页(四)激素应答成分在发育过程中经常出现基因表达的协同调节现象。当一种类型的细胞同时表达几种细胞特异性蛋白，或者在不向类型的细胞中由同一种激素诱导几种基因表达时，这种基因表达的协同调节现象即发生。具有转录因子活性的类固醇激素特异性受体以非活性状态存在时与一种热体克蛋白结合，当激素与受体蛋白结合后热体克蛋白脱离，同时受体构象发生改变。形成的激素-受体复合物进入细胞核并与特异性DNA序列结
30、合，激活启动子调节转录。能够与激素受体蛋白特异性结合的DNA序列称为激素效应元件，它们既可以是增强子，也可以是启动子。第54页/共78页(五)免疫球蛋白轻链基因的转录调控在每一个有机体中，绝大多数类型的细胞都具有相同的基因组，但是淋巴细胞例外。在与抗原接触之前，处于休止期的B淋巴细胞就合成免疫球蛋白分子，但并不分泌。每一种B淋巴细胞本身具有产生107种以上不同的抗体分子的能力，但由于基因重排，每个细胞仅仅只合成一种抗体分子，并且将其置于细胞膜表面作为抗原受体。当外来抗原与淋巴结或脾中的淋巴细胞膜上抗原受体结合后通过信号传导调控基因表达，使细胞分裂和进一步分化。第55页/共78页细胞分化的分子机
31、制细胞分化的分子机制 转录后的调控转录后的调控56第56页/共78页第一节第一节 RNARNA加工水平的调控加工水平的调控 第二节第二节 翻译和翻译后的调控翻译和翻译后的调控第57页/共78页（一）、同一基因的初始转录物（nRNA）经选择性拼接可产生不同的成熟RNA原肌球蛋白基因原肌球蛋白基因一、一、RNA加工水平的调控加工水平的调控-原肌球蛋白基因原肌球蛋白基因第58页/共78页nRNAmRNAB淋巴细胞的淋巴细胞的DNA，发生重排，发生重排生殖细生殖细胞的胞的DNA重链可变区（抗原结合区）在淋巴细胞形成过程中，发生基因重重链可变区（抗原结合区）在淋巴细胞形成过程中，发生基因重 排（排（DN
32、A水平）水平）重链恒定区发生分子转换，该模式通过重链恒定区发生分子转换，该模式通过RNA加工完成加工完成前体前体RNA区区区区IgMIgD第59页/共78页相同基因在不同发育时期或不同组相同基因在不同发育时期或不同组 织细胞中拼接不同，合成不同的蛋白质织细胞中拼接不同，合成不同的蛋白质降钙素降钙素/神经多肽神经多肽CGRP mRNA前体前体60第60页/共78页果蝇性别表型的决定事件，通过果蝇性别表型的决定事件，通过3 3个主要性别决定基因个主要性别决定基因RNARNA的不同拼接模式，引起差异基因表达的不同拼接模式，引起差异基因表达选择性选择性RNA加工与性别决定加工与性别决定第61页/共78
33、页mRNA寿命的不同对蛋白质合成的调控 通过mRNA的选择性降解和mRNA稳定性不同调控蛋白质的合成不同基因的mRNA的半衰期不同，主要受其3UTR控制。短寿命mRNA的3UTR通常含有一个或多个AU富集区，其作用是促进Poly(A)降解。-珠蛋白珠蛋白RNA的的3UTR中含有中含有3个个C富集区，稳定，半衰期富集区，稳定，半衰期17h一种生长因子一种生长因子mRNA的半寿期不超过的半寿期不超过30min第二节 翻译和翻译后的调控第62页/共78页mRNA降解性能的差异可以影响细胞的功能C-fos mRNA 5UTR coding sequence 3UTR成纤维细胞肿瘤细胞AU富集区c-fo
34、sc-fos基因编码正常成纤维细胞分裂必需的一种蛋白质基因编码正常成纤维细胞分裂必需的一种蛋白质第63页/共78页早期发育中母早期发育中母体效应因子的体效应因子的影响影响1 1、卵母细胞中合成并贮藏、卵母细胞中合成并贮藏大量的发育信息（大量的发育信息（mRNAmRNA和和蛋白质），这些信息在排蛋白质），这些信息在排卵以前至早期发育过程中卵以前至早期发育过程中逐渐被利用；逐渐被利用；2 2、每个卵母细胞中贮藏、每个卵母细胞中贮藏 20 000 20 000 50 000 50 000种不同的种不同的mRNAmRNA，每种，每种mRNA大约大约1 1 600600个拷贝；个拷贝；3 3、贮藏的信息
35、在卵细胞中、贮藏的信息在卵细胞中梯度分布或者均匀分布梯度分布或者均匀分布第64页/共78页激素对特定mRNA稳定性的影响如Prolactin（泌乳刺激素）仅提高牛的casein（酪蛋白）基因转录水平2倍，提高其mRNA寿命25倍，使mRNA更多次的翻译。第65页/共78页1、卵母细胞中翻译调控机制的假说HmRNA masking（掩蔽）:mRNA与其它蛋白结合成ribonucleoprotein(RNP)complex,阻止与核糖体结合；卵成熟或受精后，离子强度改变或蛋白磷酸化等导致RNP不稳定/解体，翻译得以进行。H5 Cap（7-甲基鸟苷酸）的调控：如某些种类(蛾)，其卵中的部分mRNA的
36、5-鸟苷酸在受精后才甲基化，然后开始翻译。HmRNA sequester（隐蔽）:指mRNA被阻隔于蛋白合成装置。如海胆未受精卵的组蛋白 mRNA定位于原核中，受精后原核破裂，mRNA才能进入胞质开始翻译。HPoly(A)对翻译的调控：卵母细胞减数分裂成熟前后，mRNA polyA的长度发生变化（由3UTR调控）。带长polyA的mRNA具翻译活性H翻译效率的调控：如将海胆卵母细胞裂解液的pH从自然状态下的pH6.9提高到pH7.4（受精后自然状态下的pH）,蛋白质合成量急剧增加。受精后pH升高的作用可能包括去除mRNA的封闭蛋白和激活翻译起始因子。三、翻译和翻译后调控的机制三、翻译和翻译后调
37、控的机制第66页/共78页Poly(A)对翻译的调控：在小鼠的未成熟卵母细胞质中可以翻译的mRNA具有较长的poly(A),减数成熟分裂后poly(A)降解，翻译终止。在减数成熟分裂前不表达的mRNA的poly(A)较短(15-90A),但其3UTR具有胞质多聚腺苷酸化信号序列(CPEs)(UUUUAU in mice and frogs)。减数成熟分裂后这些 mRNA迅速加上一个长的polyA,开始翻译。第67页/共78页 2.秀丽隐杆线虫发育的翻译调控秀丽隐杆线虫发育的翻译调控 mRNA 3UTR调控配子的决定调控配子的决定TRA-2TRA-2是卵子发育所必需的一种是卵子发育所必需的一种蛋
38、白质，如果蛋白质，如果tra-2 tra-2 mRNAmRNA翻译活翻译活性被抑制，生殖细胞性被抑制，生殖细胞精子；精子；tra-2tra-2 mRNA mRNA的的3 3UTRUTR区含有区含有2 2个个区域，它们可能结合在幼虫精子区域，它们可能结合在幼虫精子发生时合成的抑制蛋白；如果这发生时合成的抑制蛋白；如果这两个区域突变，精子不能形成两个区域突变，精子不能形成3 3 UTR UTR对发育的时空调控作用：对发育的时空调控作用：调控配子的决定；调控配子的决定；调控许多卵母细胞贮存调控许多卵母细胞贮存mRNAmRNA的翻的翻译活动；译活动；调控一些调控一些mRNAmRNA在卵母细胞中的定在卵
39、母细胞中的定位；位；参与某些组织分化的维持参与某些组织分化的维持FEM-3是精子发育所必需的一种蛋白质，如果是精子发育所必需的一种蛋白质，如果fem-3 mRNA翻译活性被抑制，生殖细胞翻译活性被抑制，生殖细胞卵子；卵子；在幼虫四龄时，在幼虫四龄时，fem-3 mRNA 3UTR区结合翻译区结合翻译抑制因子（抑制因子（TRA-2），），68第68页/共78页3、翻译后水平上的调控H一条长链被剪切并除去部分而激活,胰岛素;H除去某些保护/抑制性片段而激活，Dorsal;H特定的亚细胞定位，膜蛋白、核蛋白等;H与其它蛋白质一起装配成为功能单位，血红蛋白；H与某些离子结合而激活，钙调蛋白;H通过蛋白质修饰（磷酸化、乙酰化）而激活，鱼精蛋白、晶体蛋白。第69页/共78页四、表观遗传修饰与细胞分化四、表观遗传修饰与细胞分化第70页/共78页表观遗传修饰表观遗传修饰第71页/共78页第72页/共78页第73页/共78页第74页/共78页第75页/共78页小小RNA与细胞分化与细胞分化第76页/共78页miRNA与干细胞自我复制和分化第77页/共78页感谢您的观看！第78页/共78页