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1、关于真核生物转录表达调控2023/3/1第一页，本课件共有93页1、基因生物基因、基因生物基因结构与构与转录活性比活性比较2、真核基因、真核基因转录机器的主要机器的主要组成成3、蛋白、蛋白质磷酸化磷酸化对基因基因转录的的调控控4、蛋白、蛋白质乙乙酰化化对基因表达的影响基因表达的影响5、激素和、激素和热激蛋白激蛋白对基因表达的影响基因表达的影响6、其它水平上的表达、其它水平上的表达调控控主要内容主要内容第二页，本课件共有93页真核基因表达调控的最显著特征：显著特征：能在特定时间和特定的细胞中激活特定的基因，从而实现预定的、有序的、不可逆转的分化、发育过程，并使生物的组织和器官在一定的环境条件范围
2、内保持正常功能。调控分类调控分类1）瞬时调控或者可逆性调控）瞬时调控或者可逆性调控2）发育调控或者不可逆调控）发育调控或者不可逆调控同一基因调控的环节同一基因调控的环节转录水平转录水平转录后水平转录后水平（RNA加工、翻译水平、蛋白质加工折叠）加工、翻译水平、蛋白质加工折叠）第三页，本课件共有93页4第四页，本课件共有93页8.1 基因结构与转录活性 在真核在真核细胞中，一条成熟的胞中，一条成熟的mRNA链只能翻只能翻译出一条多出一条多肽链。真核真核细胞胞DNA都与都与组蛋白和大量非蛋白和大量非组蛋白蛋白相相结合，只有一小部分合，只有一小部分DNA是裸露的。是裸露的。高等真核高等真核细胞胞DN
3、A中很大部分是不中很大部分是不转录的，的，大部分真核大部分真核细胞的基因中胞的基因中间还存在不被翻存在不被翻译的内含子。的内含子。真核生物能真核生物能够有序地根据生有序地根据生长发育育阶段的段的需要需要进行行DNA片段重排，片段重排，还能在需要能在需要时增加增加细胞内某胞内某些基因的拷些基因的拷贝数。数。第五页，本课件共有93页 在真核生物中，基因转录的调节区相对较大，在真核生物中，基因转录的调节区相对较大，它们可能远离启动子达几百个甚至上千个碱基对，这它们可能远离启动子达几百个甚至上千个碱基对，这些调节区一般通过改变整个所控制基因些调节区一般通过改变整个所控制基因5上游区上游区DNA构型来影
4、响它与构型来影响它与RNA聚合酶的结合能力。聚合酶的结合能力。真核生物的真核生物的RNA在细胞核中合成，只有经转运穿在细胞核中合成，只有经转运穿过核膜，到达细胞质后，才能被翻译成蛋白质。过核膜，到达细胞质后，才能被翻译成蛋白质。许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接许多真核生物的基因只有经过复杂的成熟和剪接过程，才能顺利地翻译成蛋白质过程，才能顺利地翻译成蛋白质第六页，本课件共有93页8.1.1 基因家族基因基因家族（家族（genefamily），是来源于同一个祖先，），是来源于同一个祖先，由一个基因通由一个基因通过基因重复而基因重复而产生两个或更多的拷生两个或更多的拷贝而构成的一而构成的
5、一组基因，它基因，它们在在结构和功能上具有明构和功能上具有明显的相似性，的相似性，编码相似的蛋白相似的蛋白质产物物，同一家族基同一家族基因可以因可以紧密排列在一起，密排列在一起，形成一个基因簇，形成一个基因簇，但多数但多数时候，它候，它们是分散在是分散在同一染色体的不同位置同一染色体的不同位置，或者，或者存在于存在于不同的染色体上的不同的染色体上的，各自具有不同的表达，各自具有不同的表达调控控模式。模式。简单基因家族基因家族复复杂基因家族基因家族发育育调控的复控的复杂多基因家族多基因家族真核生物基因组特征真核生物基因组特征第七页，本课件共有93页81 简单基因家族简单基基因因家家族族基基因因一
6、一般般串串联方方式式前前后后连接接，这类基因家族中的基因之间结构相似，基因与基因之间有重复序列隔开，在基因组中分散成多个基因族。各个基因具有单一的非转录和转录单元。例如，rRNA基因、tRNA基因等。第八页，本课件共有93页2.复杂基因家族果蝇组蛋白基因家族果蝇组蛋白基因家族复杂多基因家族一般由几个相关基因家族构成，基因家族之间由间隔序列隔开，并作为独立的转录单位。现已发现存在不同形式的复杂多基因家族。第九页，本课件共有93页发育调控的复杂多基因家族血红蛋白第十页，本课件共有93页第十一页，本课件共有93页8.1.2 真核基因的断裂基因1）外显子和内含子*外显子占真个基因组10%*大部分基因含
7、有数目不等的内含子，有的基因不含有内含子如：组蛋白，a,b-干扰素等；内含子在RNA成熟过程中被剪切，真核生物才有这种功能；*内含子的功能，除去影响基因的正常表达真核生物基因组特征真核生物基因组特征第十二页，本课件共有93页2）内含子和外显子的连接区内含子以5端以GT开始，3端以AG结束即：5-GT.AG-3的规律但线粒体基因和酵母tRNA基因不存在这种保守序列第十三页，本课件共有93页3）外显子与内含子的可变调控组组成成型型剪剪接接：一一个个基基因因的的转转录录产产物物通通过过剪剪接接只只能能产产生生一一种种成熟的成熟的mRNAmRNA。选选择择性性剪剪接接：同同一一基基因因的的转转录录产产
8、物物由由于于不不同同的的剪剪接接方方式式形成不同形成不同mRNAmRNA，进而翻译成不同的蛋白质。，进而翻译成不同的蛋白质。真核生物基因组特征真核生物基因组特征第十四页，本课件共有93页8.2真核基因转录机器的主要组成真核基因转录机器的主要组成第十五页，本课件共有93页16第十六页，本课件共有93页1 1、启动子、启动子 存在于结构基因上游，与基因转录启动有关的一段特殊的DNA序列。一一.真核基因的转录真核基因的转录第十七页，本课件共有93页Eukaryotic PromoterATGE1 E2 E3 E4 I1 I2 I3TAAAATAAACleavageAdding PolyA tailT
9、ranscriptional TerminatorTATA BOX+1-20-70-110Promoter RegionCAAT BOXGC BOXEnhancerTATA BOX:specifically recognition of transcription initiation site.Mutation of this site lead to recognize different transcriptional initiation site.Frequenceof transcription,but not involving in the initiation of tran
10、scription Facilitate the binding of RNA polymerase to DNA template by changing the density of supercoil of DNA template1)Far distance effect;2)No direction;3)Cis regulation;4)specificity between different species and genes;5)Tissue specific;Other tissue and or gene specific transcriptional factors b
11、inding sitesX1-XnUREs第十八页，本课件共有93页2.转录模板：转录起始位点到RNA聚合酶II转录终止处的全部DNA序列3.RNA：10-12个 亚 基，转 录mRNA4.RNA所所需需的的转转录录因因子子：TF II,ABCDEFH等第十九页，本课件共有93页增强子对转录的影响 增强子是指能使和它连锁的基因转录频率明显增加的DNA序列。作为基因表达的重要调节元件，增强子通常具有下列性质：增强效应十分明显，一般能使基因转录频率增加增强效应十分明显，一般能使基因转录频率增加10-20010-200倍倍 增强效应与其位置和取向无关，不论增强子以什么方向排列（增强效应与其位置和取向
12、无关，不论增强子以什么方向排列（5 533或或3 355），甚），甚至和靶基因相距至和靶基因相距3 kb3 kb，或在靶基因下游，均表现出增强效应；，或在靶基因下游，均表现出增强效应；大大多多为为重重复复序序列列，一一般般长长约约50bp50bp，适适合合与与某某些些蛋蛋白白因因子子结结合合。其其内内部部常常含含有有一一个个核核心心序序列列：（G G）TGGA/TA/TA/TTGGA/TA/TA/T（G G），该该序序列列是是产产生生增增强强效效应应时时所所必必需需的核心序列；的核心序列；第二十页，本课件共有93页没有基因专一性，可以在不同的基因组合上表现增强效应；许多增强子还受外部信号的调控
13、，金属硫蛋白基因可以在多种组织细胞中转录，又可受类固醇激素、锌、镉和生长因子等的诱导而提高转录水平。增强效应有严密的组织和细胞特异性，说明增强子只有与特定的蛋白质（转录因子）相互作用才能发挥其功能；例如免疫球蛋白基因的增强子只有在B淋巴胞内，活性才最高。胰岛素基因和胰凝乳蛋白酶基因的增强子中都发现了有很强的组织特异性。第二十一页，本课件共有93页第二十二页，本课件共有93页增强子的作用原理1.影响米板附近的DNA双螺旋结构使DNA双螺旋弯折；2.将模板固定在细胞核的特定位置，有利于拓扑异构酶改变DNA双螺旋结构的张力，有利于RNA聚合酶的结合和滑动；3.增强子区可以作为反式作用因子或RNA聚合
14、酶II进入染色质结构的入口第二十三页，本课件共有93页反式作用因子（一）定（一）定义能直接或能直接或间接地接地识别或或结合在各合在各类顺式作用元件上，参与式作用元件上，参与调控靶基控靶基因因转录的蛋白的蛋白质,也称也称为转录因子（因子（transcriptionalfactor，TF）。）。如：如：TFD（TATA）、）、CTF（CAAT）、）、SP1(GGGCGG)、HSF(热激激蛋白启蛋白启动区区)作用：作用：反式作用因子反式作用因子识别/结合合顺式作用元件中的靶序列启式作用元件中的靶序列启动转录分分类：基本基本转录因子；因子；识别增增强子或沉默子的子或沉默子的转录因子；不通因子；不通过D
15、NA-蛋白蛋白质相互作用参与相互作用参与转录调控的共控的共调控因子控因子第二十四页，本课件共有93页 ActivatorsRepressorCoactivatorBasal transcription factors第二十五页，本课件共有93页反式因子必需的结构域反式因子必需的结构域1、DNA结合合结构域构域(DNAbindingmotif)螺旋螺旋-转折折-螺旋（螺旋（Helix-turn-helix，H-T-H）锌指指结构（构（zincfinger）碱性碱性-亮氨酸拉亮氨酸拉链（basic-leucinezipper）碱性碱性-螺旋螺旋-环-螺旋（螺旋（basichelix/loop/he
16、lix，bHLH）第二十六页，本课件共有93页2、转录激活激活结构域构域(Transcription activation domains)酸性激活域酸性激活域(Acidic activation domains)如酵母如酵母转录因子因子GCN4，GAL4Prolin-rich如如SP1,AP2,oct1,oct2Glutamine-rich如如CTF/NF1不不规则的，含双性的，含双性-helix3、配体结合域配体结合域（ligand-binding domains）Allowing regulation of transcription factor activity by binding
17、 of an accessory small molecule.The steroid hormone receptors are an example containing all for of these types of domain.第二十七页，本课件共有93页螺旋螺旋-转角转角-螺旋螺旋 (H-T-H)(H-T-H)结构结构该该结结构构域域主主要要包包含含两两个个或或以以上上-螺螺旋旋区区和和螺螺旋旋区区中中间间的的转转折折区区，主主要要通通过过一一个个靠靠C C端端的的-螺螺旋旋与与DNADNA双双螺螺旋大沟结合。旋大沟结合。第二十八页，本课件共有93页锌指（锌指（Zincfing
18、er）结构）结构定义：保守定义：保守氨基酸的残基与锌离子氨基酸的残基与锌离子结合，使中间的氨基酸结合，使中间的氨基酸残基回折成一种手指状结构，称为锌指。残基回折成一种手指状结构，称为锌指。结构：结构：Cys2/His2锌指，锌指，Cys2/Cys2锌指；锌指；功能：锌指区负责功能：锌指区负责识别并结合识别并结合于于DNA上特异的目标位点。上特异的目标位点。第二十九页，本课件共有93页30经典锌指结构示意图第三十页，本课件共有93页由于结合在大沟中的由于结合在大沟中的螺旋几乎联成一线，这类蛋白质螺旋几乎联成一线，这类蛋白质与与DNA的结合很牢固，特异性很高。的结合很牢固，特异性很高。第三十一页，
19、本课件共有93页碱性碱性-亮氨酸拉链亮氨酸拉链（basic-Leucine zippersbasic-Leucine zippers）第三十二页，本课件共有93页第三十三页，本课件共有93页第三十四页，本课件共有93页d.碱性螺旋碱性螺旋-环环-螺旋（螺旋（basic helix-loop-helix）该调控区长约该调控区长约50个个aa残基，同时具有残基，同时具有DNA结合及形成蛋白质二聚结合及形成蛋白质二聚体的功能，其主要特点为可形成两个两性体的功能，其主要特点为可形成两个两性-螺旋，螺旋之间由环螺旋，螺旋之间由环状状(loop)结构相连。结构相连。其其DNA结合功能是由一个较短的富碱性氨
20、基酸区所决定的结合功能是由一个较短的富碱性氨基酸区所决定的。第三十五页，本课件共有93页36螺螺旋旋3 3 结结合合到到DNADNA的的大大沟沟上上，螺螺旋旋1 1、2 2 露露在在双双螺螺旋旋之之外外。螺螺旋旋3 3 与与磷磷酸酸骨骨架架和和特特异异性性碱碱基基同同时时接触。接触。第三十六页，本课件共有93页 研究发现，研究发现，bHLH类蛋白只有形成二聚体时，才具有足够的类蛋白只有形成二聚体时，才具有足够的DNA结合能力。当这类二聚体中的一方不含有碱性区时，该二聚结合能力。当这类二聚体中的一方不含有碱性区时，该二聚体明显缺乏对靶体明显缺乏对靶DNA的亲和力。的亲和力。第三十七页，本课件共有
21、93页常见的转录活化结构域常见的转录活化结构域第三十八页，本课件共有93页The yeast activator GAL4,It has a 49-amino-acid domain with 11 acidic amino acids.第三十九页，本课件共有93页The activator Sp1 has two such domains,which are about 25%glutamine第四十页，本课件共有93页The activator CTF,for instance,has a domain of 84 amino acids,19 of which are prolines.
22、第四十一页，本课件共有93页steroidDissociation and dimerizationNuclear translocationGlucocorticoid receptorInibitor(HSP90)Glucocorticoid response elementIn the absence of the steroid hormone,the receptors is bound to an inhibitor,and located in the cytoplasm.the hormone binds to the receptor and releases the rec
23、eptor from the inhibitor,receptor dimerization and translocation to the nucleus.receptor interaction its specific DNA-binding sequence(response element)via its DNA-binding domain,activating the target gene.HSPSteroid目标基因 激素与热激蛋白对基因表达的影响第四十二页，本课件共有93页DNA水平上的基因表达调控基因丢失基因丢失基因扩增基因扩增基因重排基因重排表观遗传调控表观遗传调控染
24、色体结构与调控染色体结构与调控第四十三页，本课件共有93页 1.开放型活性染色质结构对转录的影响在在细细胞胞分分裂裂间间期期的的细细胞胞核核中中，染染色色质质的的形形态态不不均均匀匀。根根据据其其形形态态及及染染色色特特点点可可分分为为常染色质和异染色质两种类型。常染色质和异染色质两种类型。常染色质常染色质：折叠疏松、凝缩程度低，核小体处于伸展状态。：折叠疏松、凝缩程度低，核小体处于伸展状态。异染色质：异染色质：折叠压缩程度高，处于凝集状态，核小体处于压缩状态。折叠压缩程度高，处于凝集状态，核小体处于压缩状态。第四十四页，本课件共有93页两栖类卵母细胞rRNA基因（rDNA）在减数分裂双线期r
25、DNA由500拷贝扩增200万，10 核糖体用于卵裂期和胚胎期蛋白质的大量合成2 2基因扩增基因扩增 基基因因扩扩增增是指某某些些基基因因的的拷拷贝贝数数专一性大量增加的现象，它使细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生生长长发发育的需要育的需要，是基因活性调控的一种方式。12第四十五页，本课件共有93页463.基因丢失即将消失的Y染色体3亿年前，当男性特有的Y染色体产生之际曾含有1438个基因，其中1393个基因已经消失；而剩下的45个基因也将在1000万年后消失。Y染色体没了，这个世界还会有男人的身影吗？东欧鼹鼠没有Y染色体后仍能繁衍生存第四十六页，本课件共有93页4基因重排与变换 将一个基
26、因从远离启动子的地方移到距它很近的位点从而启动转录，这种方式被称为基因重排。通过基因重排调节基因活性的典型例子是免免疫疫球球蛋蛋白白结结构构基基因因，抗体主要由B淋巴细胞合成的。抗体有100万种以上，一种淋巴细胞只产生一种抗体。第四十七页，本课件共有93页第四十八页，本课件共有93页第四十九页，本课件共有93页研究生活习惯、环境、饮食习惯等因素在没有改变DNA序列的前体下，如何影响我们基因的表达。比如说，空气中的污染物如何改变一个人的DNA的表达，从而导致像肺气肿或肺癌之类的疾病。不同生活经历（比如服药史、酗酒、患病史）对相同遗传背景的双胞胎个性的影响表观遗传信息好像是孟德尔和Crick都遗忘
27、了的关键因素二 表观遗传学(epigenetics)第五十页，本课件共有93页一项来自40对双胞胎抽提的DNA样品的研究告诉我们外部因素如何影响这我们的健康。“One monozygotic twin could develop diabetes or cancer or arthritis,and their co-twin,the genetically identical one,could be perfectly healthy,so this is a fundamental question”在基因组中除了DNA和RNA序列以外，还有许多调控基因的信息，它们虽然本身不改变基因的序
28、列，但是可以通过基因修饰，蛋白质与蛋白质、DNA和其它分子的相互作用，而影响和调节遗传的基因的功能和特性，并且通过细胞分裂和增殖周期影响遗传。第五十一页，本课件共有93页521，遗传学和表观遗传学的定义 遗传学(genetic)是指基于基因序列改变所致基因表达水平（表型）变化，如基因突变、基因杂合丢失和微卫星不稳定等；表观遗传学(epigenetics)则是指基于非基因序列改变所致基因表达水平（表型）变化，如DNA甲基化和染色质构象变 化等；表观基因组学(epigenomics)则是在基因组水平上对表观遗传学改变的研究。第五十二页，本课件共有93页第五十三页，本课件共有93页2 表观遗传学研究
29、内容DNA甲基化组蛋白乙酰化基因沉默(RNA silencing)SiRNA/miRNA第五十四页，本课件共有93页55表观遗传调控发育，医学，细胞分化，进化等越来越多的生理过程第五十五页，本课件共有93页第五十六页，本课件共有93页3DNA甲基化与基因活性的调控甲基化与基因活性的调控在甲基转移酶的催化下，DNA的CG两个核苷酸的胞嘧啶被选择性地添加甲基，形成5甲基胞嘧啶。DNA的甲基化可引起基因的失活。DNA甲基化会导致某些区域DNA构象变化，影响DNA的稳定性和蛋白质与DNA的相互作用，进而控制基因的表达。（1）DNA甲基化甲基化第五十七页，本课件共有93页(2)DNA methylati
30、on主要形成方式主要形成方式:5-mC(5-CG-3)N6-mA 7-mG CpG岛：位于基因转录起始位点周围、由胞嘧啶(C)和鸟嘧啶(G)组成的串联重复序列；一般指一个至少含有200bp的区域，其中GC所占比例超过50%Enzymes:DNM T1 ：持续性DNA 甲基转移酶 作用于仅有一条链甲基化的DNA 双链，使其完全甲基化DNM T3a；DNM T3b：从头甲基转移酶，它们可甲基化CpG，使其半甲基化，继而全甲基化第五十八页，本课件共有93页(3)DNA甲基化抑制基因转录的机制DNA甲基化会导致某些区域DNA构象改变（B-Z），包括甲基化后染色质对于核酸酶或限制性内切酶的敏感度下降，D
31、NaseDNase超超敏敏感感位位点点丢丢失失，使DNA高度螺旋化,凝缩成团,直接影响了转录因子于启动区DNA的结合效率和结合活性，不能启始基因转录。DNA的甲基化不利于模板与RNA聚合酶的结合，降低了转录活性。第五十九页，本课件共有93页DNA甲基化提高了突变频率NNNHCHOCH35-methyl cytosineNNOHTOCH3thymine+H2O-NH3NNNHCHOcytosine+SAM比如在脑瘤，乳腺瘤和直肠癌细胞中P53的可遗传的突变（Arg-His或者Cys）第六十页，本课件共有93页DNA甲基化与X染色体失活第六十一页，本课件共有93页Xic和Xist第六十二页，本课件
32、共有93页633，组蛋白乙酰化一般情况下,组蛋白的乙酰化有利于DNA与组蛋白八聚体的解离，核小体结构松弛，从而使各种转录因子和协同转录因子能与DNA结合位点特异性结合，激活基因的转录。第六十三页，本课件共有93页在细胞核内，组蛋白乙酰化与组蛋白去乙酰化过程处于动态平衡，并由组蛋白乙酰化转酶（histone acetyltransferase,HAT）和组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase,HDAC）共同调控。HAT将乙酰辅酶A的乙酰基转移到组蛋白氨基末端特定的赖氨酸残基上。HDAC使组蛋白去乙酰化，与带负电荷的DNA紧密结合，染色质致密卷曲，基因的转录受到抑制。第六十四页，
33、本课件共有93页组蛋白乙酰基转移酶（Histone acetyltransferase,HAT）I类：与转录有关 转录激活因子本身还有HAT活性中心 TAFII 250（H3,H4）转录因子TFIID复合物的亚基，协助起始转录 p300/CBP（H2A,H2B,H3,H4）共激活因子，跟增强子结合蛋白相互作用，转录激活子II类：与核小体组装和染色体结构有关 第六十五页，本课件共有93页去乙酰化酶HDAC使组蛋白去乙酰化，与带负电荷的DNA紧密结合，染色质致密卷曲，基因的转录受到抑制。第六十六页，本课件共有93页组蛋白乙酰化增强与去乙酰化抑制基因表达的机制乙酰化中和了组蛋白尾巴的正电荷，降低了它
34、与DNA的亲和性和结合能力，最终影响核小体的浓缩水平和可接近性增加，使核小体变得松散，转录因子更容易与基因组的这一部分接触，有利于提高转录水平；第六十七页，本课件共有93页68RNA干扰(RNAi)定义：双链RNA诱发的、同源mRNA高效特异性降解的技术。可以特异性降低或关闭目的基因的表达，该技术被广泛应用于基因功能的探索和疾病基因的治疗。机制：特异性地降解靶mRNA（清除错误mRNA）异染色质和转座子区产生的siRNA，通过RNA-蛋白质，蛋白质-蛋白质相互作用募集甲基转移酶到相应位置，导致异染色质话或者基因沉默；进而阻止有害基因表达第六十八页，本课件共有93页SiRNA1998年，安德鲁法
35、厄（Andrew Z.Fire）等在秀丽隐杆线虫（C.elegans）中进行反义RNA抑制实验时发现，作为对照加入的双链RNA相比正义或反义RNA显示出了更强的抑制效果。并且将这种现象命名为RNA干扰。2006年，安德鲁法厄与克雷格梅洛（Craig C.Mello）由于在RNAi机制研究中的贡献获得诺贝尔生理及医学奖。21核苷酸的双链RNA，其中19个互补配对，3端2个不配对，5端为磷酸基团；引导链介导靶mRNA的降解，乘客链在siRNA包装成熟后被降解。病毒RNA，或者环境，人为导入的外源RNA都是siRNA的来源。第六十九页，本课件共有93页SiRNA的生物合成1）Dicer切割成双链小片
36、段2）组装复合物3）形成活性的沉默复合物（RISC）组装到Ago蛋白中第七十页，本课件共有93页71Dicer20nt左右第七十一页，本课件共有93页ArgonauteRnase H催化RNA的剪切第七十二页，本课件共有93页基因沉默的生物学意义转录水平和转录后水平参与基因调控维护基因组的稳定性，保护基因组免受外源核酸侵入 （细胞RDRP利用入侵RNA为模版，合成双链RNA经过Dicer切割组装成有活性的RISC，抑制外源RNA对宿主的破坏）第七十三页，本课件共有93页miRNA长度为22nt左右的5端带磷酸基团、3端带羟基的非蛋白编码的调控小RNA家族。miRNA广泛存在于真核生物中，不具有
37、开放阅读框架，不编码蛋白质，一般长20-24nt，通过转录和转录后水平上调控基因的表达。miRNAs在物种进化中相当保守，在植物、动物和真菌中发现的miRNAs只在特定的组织和发育阶段表达，miRNA的组织特异性和时序性，决定组织和细胞的功能特异性，表明miRNA在细胞生长和发育过程中起多种调节作用。第七十四页，本课件共有93页miRNA生物合成1)RNA poly II转录 含有颈环结构的pri-miRNA,5端帽子结构和3-PolyA；2)第一次切割5和3端（Drosha或DCL1），70nt颈环结构，末端有2-3个碱基不配对（Pre-miRNA）；3）第二次切割颈环的环，形成21nt的双
38、链成熟miRNA(miRNA-miRNA*)(Mature miRNA)第七十五页，本课件共有93页动物miRNA生物合成过程RNaseIII 70nt的颈环结构 末端2-3nt不配对（5，3端）RNaseIII 21nt的颈环结构（颈环的环端）miRNA-miRNA*第七十六页，本课件共有93页miRNA的功能装载成RISC后，使与之互补配对的mRNA降解；miRNA可抑制靶mRNA的翻译，降低靶基因蛋白水平miRNA的异常往往跟肿瘤形成，恶性转化，转移，“oncomir”第七十七页，本课件共有93页miRNA与健康在miR-96突变引起的遗传性进行性听力丧失在mir-184的突变导致遗传性
39、白内障删除的miR-17 92类，导致骨骼发育和生长缺陷第七十八页，本课件共有93页SiRNA和miRNA的相同之处1.长度都约在22nt左右。2.依赖Dicer酶的加工，是Dicer的产物，所以具有Dicer产物的特点。3.需要Argonaute家族蛋白存在。4.RISC组分，所以其功能界限变得不清晰，如二者在介导沉默机制上有重叠。5.miRNA和siRNA合成都是由双链的RNA或RNA前体形成的。第七十九页，本课件共有93页区别1.根本区别是miRNA是内源的，是生物体的固有因素；而siRNA是人工体外合成的，通过转染进入人体内，是RNA干涉的中间产物。2.结构上，miRNA是单链RNA，
40、而siRNA是双链RNA。3.Dicer酶对二者的加工过程不同，miRNA是不对称加工，miRNA仅是剪切pre-miRNA的一个侧臂，其他部分降解；而siRNA对称地来源于双链RNA的前体的两侧臂。第八十页，本课件共有93页4.作用位置上作用位置上，miRNA主要作用于靶标基因3-UTR区，而siRNA可作用于mRNA的任何部位。5.作用方式上作用方式上，miRNA可抑制靶标基因的翻译，也可以导致靶标基因降解，即在转录水平后和翻译水平起作用，而siRNA只能导致靶标基因的降解，即为转录水平后调控。6.miRNA主要在发育过程中起作用，调节内源基因表达，而siRNA不参与生物生长，是RNAi的
41、产物，原始作用是抑制转座子活性和病毒感染。第八十一页，本课件共有93页第六节第六节 其他水平上的基因调控其他水平上的基因调控第八十二页，本课件共有93页一一 RNA的加工成熟 各种基因的转录产物都是RNA，无论是rRNA、tRNA还是mRNA，初级转录产物只有经过加工，才能成为有生物功能的活性分子。rRNArRNA和和tRNAtRNA的加工成熟的加工成熟rRNA加工有两个内容，一个是分子内的切割，另一个是化学修饰。真核生物的rRNA基因转录时，先产生一个45S的前体rRNA，然后被核酸酶逐渐降解，形成成熟的18S、28S和5.8S rRNA。真核生物rRNA则主要是核糖核糖甲基化第八十三页，本
42、课件共有93页 tRNA基因转录时也可能先生成前体tRNA，然后再进行加工成熟。一般认为，tRNA基因的初级转录产物在进入细胞质后，首先经过核苷的修饰，生成4.5S前体tRNA，再行剪接成为成熟tRNA（4S）。第八十四页，本课件共有93页mRNAmRNA的加工成熟的加工成熟这些加工主要包括在mRNA的5末端加加“帽帽子子”，在在其其3 3末末端端加加上上多多聚聚（A A），进行RNA的剪接以及核苷酸的甲基化修饰甲基化修饰等。由于mRNA的这些结构与它作为蛋蛋白白质质合合成成模模板板的的功功能能有密切关系，所以是基因表达的重要调控环节。第八十五页，本课件共有93页真核生物的基因可以按其转录方式
43、分为两大类：即简单转录单位和复杂转录单位。(1)简单转录单位简单转录单位。这类基因只编码产生一个多肽，其原始转录产物有时需要加工，有时则不需要加工。第一种，如组蛋白基因，它们没有内含子，因此不存在转录后加工问题，其mRNA 3末端没有多聚（A），但有一个保守的回文序列作为转录终止信号。第二种包括腺病毒蛋白IX，-干扰素和许多酵母蛋白质基因，它们没有内含子，所编码的mRNA不需要剪接，但需要加多聚（A）。第三种包括许多细胞蛋白基因，这些基因虽然都有内含子，需要进行转录后加工剪接，还要加多聚（A），但它们只产生一个有功能的mRNA，所以仍然是简单转录单位。真核生物基因转录后加工的多样性真核生物基因
44、转录后加工的多样性第八十六页，本课件共有93页87利用多个5端转录起始位点或剪接位点产生不同的蛋白质。(2)复杂转录单位。复杂转录单位。含有复杂转录单位的主要是一些编码组织和发育特异性蛋白质的基因，它们除了含有数量不等的内含子以外，其原始转录产物能通过多种不同方式加工成两个或两个以上的mRNA。利用多个加多聚（A）位点和不同的剪接方式产生不同的蛋白质。虽无剪接，但有多个转录起始位点或加多聚（A）位点的基因。虽然原始转录产物的蛋白质编码区和3末端都相同，不同的5末端却导致了分泌型和胞内型蛋白的产生。第八十七页，本课件共有93页Exon 1Exon 2Exon 3Exon 4Transcript
45、1Transcript 2Different proteins不同剪切方式不同剪切方式第八十八页，本课件共有93页利用不同启动子利用不同启动子第八十九页，本课件共有93页在不同位置加PolyA第九十页，本课件共有93页二二 翻译水平的调控翻译水平的调控第九十一页，本课件共有93页过程更复杂，转录和翻译不同步过程更复杂，转录和翻译不同步 过程相对简单，转录和翻译同步过程相对简单，转录和翻译同步 第九十二页，本课件共有93页原核和真核基因表达调控的区别原核生物的机体能在基因表达过程的任何阶段进行调控，如调控可在转录阶段、转录后加工阶段和翻译阶段进行。转录的调控主要发生在起始阶段，通常不在转录延伸阶段进行调控，但可在终止阶段进行调控，终止可以防止越过终止子而进行下一个基因的转录。初级转录产物转变为成熟分子的加工能力可决定最后mRNA分子的组成和功能。在细菌中，mRNA只要一合成，就可用于翻译。翻译也像转录一样，在起始阶段和终止阶段进行调控。DNA转录的起始和RNA翻译的起始路线也很相似。第九十三页，本课件共有93页