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1、第五章第五章 真核生物转录起始真核生物转录起始第1页 第一节第一节 真核细胞核真核细胞核第2页真核细胞核真核细胞核第3页染色质染色质(chromatin)(chromatin)n真核生物细胞中细胞核真核生物细胞中细胞核内内DNA和蛋白质高度包和蛋白质高度包装紧密复合体结构。装紧密复合体结构。n染色质低水平包装：核染色质低水平包装：核小体和小体和30nm螺旋管纤维螺旋管纤维是分裂间期细胞核染色是分裂间期细胞核染色质形式。（涣散）质形式。（涣散）n中期染色体是最高水平中期染色体是最高水平压缩。压缩。第4页常染色质常染色质(euchromatin)(euchromatin)与异与异染色质染色质(he
2、terchromatin)(heterchromatin)n常染色质，是指间期核内染色质纤维折叠压缩程常染色质，是指间期核内染色质纤维折叠压缩程度地处于伸展状态，用碱性染料染色时着色浅那度地处于伸展状态，用碱性染料染色时着色浅那些染色质。是基因转录必要条件，也就是说不是些染色质。是基因转录必要条件，也就是说不是常染色质全部基因都转录。常染色质全部基因都转录。n异染色质，是指在间期细胞核中，依然高度折叠、异染色质，是指在间期细胞核中，依然高度折叠、用碱性染料染色着色深一部分染色质。它们不转用碱性染料染色着色深一部分染色质。它们不转录而且复制较晚。录而且复制较晚。第5页组成性异染色质和兼性异组成性
3、异染色质和兼性异染色质染色质n组成性异染色质（组成性异染色质（constitutive heterchromatatin),constitutive heterchromatatin),是是指全部细胞中永久存在异染色质。其指全部细胞中永久存在异染色质。其DNADNA不含基因，包含不含基因，包含着丝粒、端粒等特定区域着丝粒、端粒等特定区域DNADNA。n兼性异染色质（兼性异染色质（facultative heterchromatatin),facultative heterchromatatin),是指是指在一些细胞类型一定阶段出现高度聚缩，丧失基因转录活在一些细胞类型一定阶段出现高度聚缩，丧失
4、基因转录活性性DNADNA。普通胚胎细胞含量较少，而告独特化细胞含量较。普通胚胎细胞含量较少，而告独特化细胞含量较多。这种兼性染色质，实际上是基因组活性调控一个形式。多。这种兼性染色质，实际上是基因组活性调控一个形式。第6页核基质核基质n核基质核基质(nuclear matrix),(nuclear matrix),细胞核内除核膜、染色质、核细胞核内除核膜、染色质、核仁和核孔外骨架结构。仁和核孔外骨架结构。第7页核基质与染色质核基质连核基质与染色质核基质连接区域接区域n常染色质中附着于基质上常染色质中附着于基质上DNADNA区域，富含区域，富含ATAT，称为基，称为基质相关区域质相关区域(ma
5、trix-(matrix-associated region,MAR)associated region,MAR)或骨架附着区或骨架附着区(scaffold(scaffold attachment region,SAR)attachment region,SAR)n连接在核基质上连接在核基质上DNADNA环，称环，称为结构域。为结构域。第8页结构域、功效域和结构域、功效域和DNADNA酶酶I I敏感区域敏感区域n功效域，也称为活功效域，也称为活性染色质，含有转性染色质，含有转录活性染色质，即录活性染色质，即表示基因周围表示基因周围DNADNA区区域。域。n活性染色质对活性染色质对DNADNA酶
6、酶I I消化作用更敏感。消化作用更敏感。这些敏感位点常位这些敏感位点常位于基因于基因55端开启子端开启子区域。区域。第9页 第二节第二节 染色质结构染色质结构第10页染色质结构调控基因组表示方染色质结构调控基因组表示方式式n染色质结构区间性染色质结构区间性1 1）绝缘子）绝缘子2 2）基因座控制区（）基因座控制区（LCRLCR）n染色质结构改变染色质结构改变1 1）核小体重建）核小体重建2 2）组蛋白修饰：乙酰化、甲基化、磷酸化）组蛋白修饰：乙酰化、甲基化、磷酸化3 3）DNADNA甲基化甲基化4 4）异染色质扩展）异染色质扩展第11页绝缘子（绝缘子（insulatorinsulator）n功
7、效域中或功效域功效域中或功效域间，阻断基因激活间，阻断基因激活或失活效应元件或失活效应元件n当其位于增强子和当其位于增强子和开启子之间时候，开启子之间时候，能阻断增强子对开能阻断增强子对开启子激活作用启子激活作用第12页绝缘子与异染色质扩展绝缘子与异染色质扩展n异染色质扩展，异染色异染色质扩展，异染色质在特殊序列生成关键，质在特殊序列生成关键，随即沿染色质纤维传输随即沿染色质纤维传输阻断开启子阻断开启子n当绝缘子位于一条活性当绝缘子位于一条活性基因和异染色质之间时，基因和异染色质之间时，能够提供一个屏障来保能够提供一个屏障来保护基因免受异染色质扩护基因免受异染色质扩展所造成失活效应展所造成失活
8、效应第13页绝缘子维持功效域独立性绝缘子维持功效域独立性第14页基因座控制区基因座控制区(l locus ocus c control ontrol r region,LCR)egion,LCR)与调控结构域与调控结构域n染色体染色体DNADNA中一个顺式中一个顺式作用元件，含有稳定染作用元件，含有稳定染色质疏松结构作用色质疏松结构作用n实际上一个增强子实际上一个增强子n一个调控结构域，可能一个调控结构域，可能由一个绝缘子、一个由一个绝缘子、一个LCRLCR、一个核基质附着、一个核基质附着点（点（MARMAR）和单个或多）和单个或多个转录单位组成。个转录单位组成。第15页核小体重建核小体重建能
9、量依赖能量依赖第16页组蛋白修饰组蛋白修饰n乙酰化乙酰化 乙酰化活化基乙酰化活化基因组；去乙酰因组；去乙酰缄默基因组缄默基因组n甲基化甲基化 缄默基因组缄默基因组n磷酸化磷酸化n泛素化泛素化第17页第18页DNADNA甲基化甲基化nDNADNA甲基化和组蛋白甲基化是非活性染色质特甲基化和组蛋白甲基化是非活性染色质特征征n这两类甲基化常相互关联这两类甲基化常相互关联n大多数大多数DNADNA甲基化位点是甲基化位点是CpGCpG岛岛第19页 第三节第三节 DNA结合蛋白结合蛋白第20页染色质化学组成染色质化学组成n染色质染色质DNA：携带遗传信息：携带遗传信息n染色质蛋白质染色质蛋白质1 1）组蛋
10、白：与）组蛋白：与DNADNA非特异性结合非特异性结合2 2）非组蛋白：与）非组蛋白：与DNADNA特异性结合，特异性结合，DNADNA结合蛋白结合蛋白 a)a)种类多样种类多样 b)b)功效多样功效多样 c)c)对对DNADNA含有识别特异性含有识别特异性第21页DNADNA结合蛋白结合蛋白第22页DNADNA结合蛋白结构特征结合蛋白结构特征以转以转录因子为例录因子为例n转录因子三个结构转录因子三个结构组成部分组成部分1 1）DNADNA结合结构域结合结构域（分类依据）（分类依据）2 2）连接域）连接域3 3）转录活化结构域）转录活化结构域第23页DNADNA结合结构域常见类型结合结构域常见
11、类型n螺旋螺旋-转角转角-螺旋花样螺旋花样(helix-turn-helix motif,HTH,图图A)n锌指花样锌指花样(zinc finger motif,图图B,C)n亮氨酸拉链花样亮氨酸拉链花样(Leucine zipper motif，图，图D)n螺旋螺旋-环环-螺旋花样螺旋花样(heliex-loop-helix motif,图图E)nHMG框花样框花样(HMG box motif，图，图F)第24页第四节第四节 转录起始中转录起始中DNADNA与与蛋白质相互作用蛋白质相互作用第25页DNADNA-蛋白质相互作用是转录调蛋白质相互作用是转录调控方式控方式nDNA:DNA:顺式调控
12、元件顺式调控元件(cis-regulating element),(cis-regulating element),是指对基因表示有调控活性是指对基因表示有调控活性DNA DNA 序列，其活性只序列，其活性只影响与其本身同处于一个影响与其本身同处于一个DNADNA分子上基因分子上基因n蛋白质：反式作用因子蛋白质：反式作用因子(trans-acting factor)(trans-acting factor)是是经过识别和结合顺式调控元件关键序列而调控靶经过识别和结合顺式调控元件关键序列而调控靶基因转录效率一组蛋白质基因转录效率一组蛋白质第26页顺式调控元件顺式调控元件n开启子开启子(promo
13、ter)(promoter)n增强子增强子(enhancer)(enhancer)n负调控元件负调控元件寂静子寂静子(silencer)n绝缘子绝缘子n其它顺式调控元件：其它顺式调控元件：1 1）应答元件）应答元件(responsive elements)(responsive elements)真核细胞中对一些特定环境作出应答基因，常含有相同顺真核细胞中对一些特定环境作出应答基因，常含有相同顺式元件式元件应答元件应答元件 应答元件能被在一些特定情况下表示调控因子识别应答元件能被在一些特定情况下表示调控因子识别(又称又称为可诱导顺式调控元件反式作用因子为可诱导顺式调控元件反式作用因子)。2 2
14、）转座元件）转座元件第27页开启子开启子(promoter)(promoter)n与基因转录开启相关一组与基因转录开启相关一组DNA DNA 序列，普通位于转录起始点上游序列，普通位于转录起始点上游100-100-200bp 200bp 以内，其功效是决定转录起始点和调控转录频率以内，其功效是决定转录起始点和调控转录频率n原核开启子：原核开启子：1 1）-35-35框：框：5-TT 5-TTG GACA-3ACA-3 2 2）-10-10框框 5-TAT 5-TATAAAAT-3T-3第28页真核开启子真核开启子n真核开启子区域包含关键开启子和开启子上游近侧序列：真核开启子区域包含关键开启子和
15、开启子上游近侧序列：1 1、关键开启子、关键开启子(core promoter)(core promoter)是决定转录起始位置关键是决定转录起始位置关键序列，也是普通转录因子序列，也是普通转录因子TFD TFD 结合位点，结合位点，TATA TATA 盒盒(TATA box)(TATA box)位于转录起始点上游位于转录起始点上游-25-25-30bp-30bp 起始子起始子(initiator(initiator，Inr)Inr Inr)Inr 是与转录起始位点重合短是与转录起始位点重合短较保守序列较保守序列 注：注：不是全部基因都含有不是全部基因都含有 TATA TATA 盒或盒或Inr
16、 Inr 序列有只有其序列有只有其中之一，有二者都无中之一，有二者都无 这些关键开启子序列和它们之间间隔多变这些关键开启子序列和它们之间间隔多变n2 2、上游开启子元件、上游开启子元件(Upstream Promoter element(Upstream Promoter element，UPE)UPE)位位于较上游于较上游(-30(-30 一一-110bp)-110bp)，能较强影响转录起始频率，如，能较强影响转录起始频率，如CAAT CAAT 盒和盒和GC GC 盒其中盒其中GCGC盒是转录因子盒是转录因子SPl SPl 结合位点。结合位点。第29页增强子增强子(enhancer)(enh
17、ancer)n能显著提升基因转录效率一类顺式调控元件（其关键序能显著提升基因转录效率一类顺式调控元件（其关键序列常为列常为8-12bp)8-12bp)n增强子作用特点：增强子作用特点：1 1）能）能(经过开启子经过开启子)提升同一条链上靶基因转录速率；提升同一条链上靶基因转录速率；2 2）增强子对同源基因或异源基因一样有效；）增强子对同源基因或异源基因一样有效；3 3）增强子位置可在基因）增强子位置可在基因5-5-上游、基因内或上游、基因内或33下游序下游序列中；列中；4 4）本身没有）本身没有5-5-或或3-3-方向性；方向性；5 5）增强子可远离转录起始点）增强子可远离转录起始点(最多最多
18、30Kb)30Kb)；6 6）增强子普通含有组织或细胞特异性）增强子普通含有组织或细胞特异性第30页RNARNA聚合酶聚合酶nRNA RNA 聚合酶聚合酶I,I,转录转录28S,5.8S 28S,5.8S 和和18S 18S 核糖体核糖体 RNA RNA(rRNA)(rRNA)nRNA RNA 聚合酶聚合酶，负责真核生物蛋白编码基因和大部分小负责真核生物蛋白编码基因和大部分小核核RNARNA（snRNA)snRNA)转录，有转录，有7-10 7-10 个亚基，最大亚基羧基末个亚基，最大亚基羧基末端结构域端结构域(CTD)(CTD)含有含有7 7 个氨基酸个氨基酸(Tyr-Ser-Pro-Thr
19、-Ser-(Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Set)Pro-Set)重复序列，其中有多个磷酸化位点重复序列，其中有多个磷酸化位点CTD CTD 磷酸磷酸化对调控基因转录有主要作用化对调控基因转录有主要作用nRNA RNA 聚合酶聚合酶III,III,转录转录tRNA,5S rRNA,U6-snRNA,tRNA,5S rRNA,U6-snRNA,小核仁小核仁RNA(snoRNA),RNA(snoRNA),小细胞质小细胞质 RNA(seRNA)RNA(seRNA)第31页基础转录因子基础转录因子(basal(basal transcription factor)transcript
20、ion factor)n真核基因转录除真核基因转录除 RNA RNA 聚合酶外，还需要许多蛋白因子聚合酶外，还需要许多蛋白因子转录因子参加，其中一些转录因子是转录因子参加，其中一些转录因子是RNA RNA 聚合酶聚合酶转录转录起始必需，而且能够维持基础水平转录，所以称为基础起始必需，而且能够维持基础水平转录，所以称为基础转录因子或普通转录因子转录因子或普通转录因子(general transcription(general transcription factor)factor)nRNA RNA 聚合酶聚合酶 II II 普通转录因子普通转录因子(TF II)(TF II)包含包含TFIID,
21、TFB,TFIIFTFIID,TFB,TFIIF，TFIIETFIIE，TFIIHTFIIH，TFIIA TFIIA 等等nTFIID TFIID 是最先结合到是最先结合到DNADNA上转录因子，由上转录因子，由TATATATA结合蛋白结合蛋白（TATA-binding protein,TBP)TATA-binding protein,TBP)和和1212个个TBPTBP相关因子相关因子（TAF,TBP-associated factor)TAF,TBP-associated factor)组成组成第32页转录起始事件转录起始事件nRNA RNA 聚合酶结合关键聚合酶结合关键开启子开启子n封闭
22、开启子复合物转封闭开启子复合物转换为开放开启子复合换为开放开启子复合物物nRNARNA合成起始合成起始n开启子去除：聚合酶开启子去除：聚合酶向开启子下游移动向开启子下游移动第33页RNARNA聚合聚合酶酶IIII转录转录起始起始（1 1）第34页RNARNA聚合酶聚合酶IIII转录起始（转录起始（2 2）三个关键事件：三个关键事件：nTBPTBP结合诱导结合诱导TATATATA框区段框区段DNADNA形成弯曲形成弯曲nDNADNA弯曲提供了弯曲提供了TFIIBTFIIB识别结构，从而确保了识别结构，从而确保了RNARNA聚合酶聚合酶IIII在转录起始位点上正确定位在转录起始位点上正确定位nTFIIHTFIIH破环碱基配对，这是形成开放开启子所破环碱基配对，这是形成开放开启子所必需必需第35页