真核生物的转录因子课件.ppt

1、.1Eukaryotic transcruption factors(真核生物的转录因子真核生物的转录因子).2 真核生物启动子和增强子是由若干DNA序列元件组成的，由于他们常与特定的功能基因连锁在一起，因此被称为顺式作用元件。这些序列组成基因转录的调控区，影响基因的表达。在转录调控过程中，除了需要调控区外，还需要反式作用反式作用因子因子.3 反式作用因子是能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件核心序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白质。.4转录因子结构域结构转录因子结构域结构转录因子结构域结构，转录因子能特异性结合转录因子结构域结构，转录因子能特异性结合DNA并激活转录，由两个结构域：并

2、激活转录，由两个结构域：DNA结合结构结合结构域和激活结构域。有些转录因子还有二聚体结构域域和激活结构域。有些转录因子还有二聚体结构域(Transcription factor domain structure,transcription factors have two distinct activities and two domains,They bind specifically to their DNA-binding site(DNA-binding domains)and activate transcription.(activation domains).Some trans

3、cription factors have dimerization domains).5转录因子结构域结构转录因子结构域结构lDNA结合结构域结合结构域l转录激活结构域l二聚体结构域.7Eukaryotic regulators use a range of DNA binding domains(DNA结合结构域结合结构域)lDNA结合结构域，螺旋结合结构域，螺旋-转角转角-螺旋结构域螺旋结构域:两个两个-螺旋由一个螺旋由一个-转角转角分开，识别的分开，识别的-螺旋与螺旋与DNA发生作用。锌指结构域，有两种：发生作用。锌指结构域，有两种：C2H2型锌指有一个型锌指有一个12氨基酸的环，通过

4、氨基酸的环，通过2个半胱氨酸和个半胱氨酸和2个组氨酸残基固个组氨酸残基固定与锌离子形成定与锌离子形成4面体结构，一般需要面体结构，一般需要3个或更多的个或更多的C2H2型锌指才能型锌指才能与与DNA结合；结合；C4锌指结构由锌指结构由4个半胱氨酸与锌离子结合而成。碱性个半胱氨酸与锌离子结合而成。碱性结构域，通常与亮氨酸拉链或结构域，通常与亮氨酸拉链或HLH基序中的一个联合一起，又称碱基序中的一个联合一起，又称碱性亮氨酸拉链或碱性性亮氨酸拉链或碱性HLH 蛋白蛋白(DNA-binding domains,The helix-turn-helix domain:A recognition-heli

5、x interacts with the DNA and is separated from another-helix by a characteristic right angle-turn.The zinc finger domain exists in two forms.The C2H2 zinc finger has a loop of 12 amino acids anchored by two cysteine and two histidine residues that tetrahedrally co-ordinate a zinc ion.Usually three o

6、r more C2H2 zinc fingers are required for DNA binding.C4 zinc finger in which the zinc ion is co-ordinated by four cysteine residues.The basic domain is generally associated with one or other of two dimerization domains,the leucine zipper or the helix-loop-helix(HLH)motif).8lThe helix-turn-helix dom

7、ainlThe zinc finger domainlThe basic domain:Leucinezipper(bZIP)or helix-loop-helix(HLH).9DNA结合结构域 1.1.螺旋螺旋-转折转折-螺旋螺旋(helix-turn-helix(helix-turn-helix，H-T-H)H-T-H)结构结构 这一类蛋白质分子中有至这一类蛋白质分子中有至少两个少两个 螺旋，中间由短侧链氨基酸残螺旋，中间由短侧链氨基酸残基形成基形成“转折转折”，近竣基端的，近竣基端的 螺旋中螺旋中氨基酸残基的替换会影响该蛋白质在氨基酸残基的替换会影响该蛋白质在DNADNA双螺旋大沟中的结

8、合。双螺旋大沟中的结合。与与DNADNA相相互作用时，同源域蛋白的第一、二两个互作用时，同源域蛋白的第一、二两个螺旋往往靠在外侧，其第三个螺旋则与螺旋往往靠在外侧，其第三个螺旋则与DNADNA大沟相结合大沟相结合，并通过其，并通过其N-N-端的多余端的多余臂与臂与DNADNA的小沟相结合。的小沟相结合。.10.11.122.2.锌指结构域锌指结构域 这种结构域有两种形式，这种结构域有两种形式，“C C2 2HH2 2”型锌指通过型锌指通过2 2个半胱氨酸和个半胱氨酸和2 2个组氨酸个组氨酸残基固定残基固定，这四个残基与锌离子在空间，这四个残基与锌离子在空间上形成一个四面体结构。这种锌指折叠上形

9、成一个四面体结构。这种锌指折叠形成一个紧密的结构，由二条形成一个紧密的结构，由二条 链和一链和一个个-螺旋组成，螺旋组成，-螺旋与螺旋与DNADNA大沟结大沟结合。该合。该-螺旋区域上含有保守的碱性氨螺旋区域上含有保守的碱性氨基酸，负责与基酸，负责与DNADNA的结合。的结合。.13 另一锌指结构是锌离子与另一锌指结构是锌离子与4 4个半个半胱氨酸结合胱氨酸结合，它出现在一百多种类，它出现在一百多种类固醇激素受体转录因子中。这些因固醇激素受体转录因子中。这些因子由同型或异型的二聚体组成，其子由同型或异型的二聚体组成，其中中每一单体包含每一单体包含2 2个个C4C4锌指结构锌指结构。两个单体通过

10、锌离子稳定折叠成更两个单体通过锌离子稳定折叠成更复杂的构象，再把每个单体的复杂的构象，再把每个单体的-螺螺旋插入到旋插入到DNADNA的连续大沟中。的连续大沟中。.14.15.163.3.碱性结构域碱性结构域 在许多在许多DNADNA结合蛋白中都发现结合蛋白中都发现了碱性结构域，它通常是与亮氨酸了碱性结构域，它通常是与亮氨酸拉链或拉链或HLHHLH基序中的一个联合在一基序中的一个联合在一起的，结果被称做起的，结果被称做碱性亮氨酸拉链碱性亮氨酸拉链(bZIP)(bZIP)或碱性或碱性HLHHLH蛋白蛋白。蛋白的二。蛋白的二聚作用使二个碱性结构城相邻，进聚作用使二个碱性结构城相邻，进而可与而可与D

11、NADNA发生作用。发生作用。.17二聚体结构域二聚体结构域二聚体结构域,亮氨酸拉链和螺旋-环-螺旋结构域(Dimerization domains include leucine zippers and the helix-loop-helix domain).18二聚体结构域二聚体结构域 1.1.亮氨酸拉链亮氨酸拉链 亮氨酸拉链的肽链上每亮氨酸拉链的肽链上每相隔七个残基就会有一个疏水的亮氨酸相隔七个残基就会有一个疏水的亮氨酸残基残基，这些残基位于，这些残基位于DNADNA结合域的结合域的C C端端-螺旋上，这样螺旋上，这样-螺旋的侧面每两圈就会螺旋的侧面每两圈就会出现一个亮氨酸，形成一个疏

12、水的表面。出现一个亮氨酸，形成一个疏水的表面。结果在结果在-螺旋的疏水表面间就可以互相螺旋的疏水表面间就可以互相作用，形成二聚体。这种相互作用形成作用，形成二聚体。这种相互作用形成一个卷曲的卷曲结构一个卷曲的卷曲结构 (coiled-(coiled-coilstructure)coilstructure)。.19.202.2.螺旋螺旋-环环-螺旋（螺旋（HLHHLH）结构域）结构域 这一结构在总体上与亮氨酸拉链相这一结构在总体上与亮氨酸拉链相似，只是似，只是它的二个它的二个-螺旋被一个非螺旋被一个非螺旋的多肽环分成二个单体蛋白螺旋的多肽环分成二个单体蛋白，C C端端-螺旋一侧的疏水残基可以二聚

13、螺旋一侧的疏水残基可以二聚化。与亮氨酸拉链一样，化。与亮氨酸拉链一样，HLHHLH结构结构也经常与碱性结构域相邻，以形成也经常与碱性结构域相邻，以形成DNADNA结合所需的二聚体。结合所需的二聚体。.21.22 HOOC COOH HOOC COOH LL LL LL LL +NH2 NH2 +NH2 NH2 亮氨酸拉链 螺旋环螺旋(HLH)MyoD-DNA.23myogenic factor:生肌调节蛋白生肌调节蛋白是一种转录因子是一种转录因子.24Transcription activating regions(转录激活结构域转录激活结构域)The activating regions a

14、re grouped on the basis of amino acids content.Acidic activation region(酸性激活区域酸性激活区域):contain both critical acidic amino acids(such as Asp,Glu).yeast Gal4 Glutamine-rich region(谷氨酰胺富集区谷氨酰胺富集区):mammalian activator SP1 Proline-rich region(脯氨酸富集区脯氨酸富集区):mammalian activator CTF-NF1,Oct-2,AP2 and c-Jun.2

15、5.26阻抑物结构域阻抑物结构域 阻抑物结构域，转录阻抑可能是通过间接地阻抑物结构域，转录阻抑可能是通过间接地对激活因子功能干扰而实现。分三种：阻断对激活因子功能干扰而实现。分三种：阻断激活因子结合位点，非激活因子结合位点，非DNA结合复合体的结合复合体的形成；不阻碍形成；不阻碍DNA结合但掩盖激活结构域结合但掩盖激活结构域.27阻抑物结构域阻抑物结构域 转录的阻抑有可能是通过间接地对激活因转录的阻抑有可能是通过间接地对激活因子功能的干扰而实现的，有以下几种情子功能的干扰而实现的，有以下几种情况况:阻断了激活因子的阻断了激活因子的DNA结合位点结合位点(与与原核生物的阻抑蛋白一样原核生物的阻抑

16、蛋白一样)。并非阻碍。并非阻碍DNA结合而是掩盖了激活结构域。非结合而是掩盖了激活结构域。非DNA结合复合体的形成（缺少结合复合体的形成（缺少DNA结合结合的结构域的结构域）（Repressor domains，Repression of transcription may occur by indirect interference with the function of an activator.Blocking the activator DNA-binding complex；formation of a non-DNA-binding complex;Masking of the

17、activation domain without preventing DNA binding）.28转录调控的对象转录调控的对象 不同的转录激活因子调控的对象可能有以下不同的转录激活因子调控的对象可能有以下几种：几种：v染色质结构染色质结构v通过特定的通过特定的TAF与与TFD作用作用v与与TF B作用作用v对对TF H复合体的调整和作用导致复合体的调整和作用导致RNA聚合聚合酶酶 的的CTD的特异性磷酸化的特异性磷酸化.29N2 Examples of Transcroptional Regulation(转录调控举例转录调控举例).301组成性转录因子组成性转录因子:SP1vSP1 与

18、一段富含GC的保守序列GGGCGG相连，是一种组成型转录因子，其结合位点存在于许多持家基因的启动子中。vC末端 DNA结合域 3个锌指结构 活化结构域 2个rich-Gluv在大沟中结合GCbox,一个SP1结合-20bp，无组织特异性，作用无方向，可提高转录10-25倍。最初在SV40中发现，普遍存在于脊椎动物中，每个细胞中有6万个。.31锌指（zinc finger）Zn2+与4个Cys、或2个Cys和2个His相结合。v整个蛋白质分子有2-9个锌指重复单位。v每一个单位的指部伸入DNA双螺旋的深沟，接触5个核苷酸。.3232Zinc containing DNA-binding doma

19、ins(锌锌指结构域指结构域):Zinc finger proteins(TFIIIA)and Zinc cluster domain(Gal4).33.34ZnCysHis锌指结构图.35SP1与GC盒结合的转录因子SP1中有连续的3个锌指重复结构。.36vSP1的富含谷氨酰胺结构域与TAF110发生特异性作用，TAF110是TAF中的一种，后者与TATA结合蛋白（TBP)相结合组成TFD。这就是SP1如何调控起始转录复合体的一种方式。.372激素调控：类固醇激素受体激素调控：类固醇激素受体v类固醇激素是脂溶性的，可以穿过细胞膜与被称作类固醇激素受体的转录基因相互作用。v在没有类固醇激素存在

20、的条件下，该受体与抑制蛋白结合，游离在细胞质中，当类固醇激素与受体结合后，可以使受体从抑制蛋白上游离出来，然后受体二聚化，进而转移到细胞核中。受体上的DNA结合结构域与特定的DNA序列或反应元件作用，从而激活目标基因。.38v相关受体中比较重要的的有：糖皮质激素、雌性激素、视黄酸和甲状腺激素受体。v所有固醇类激素受体蛋白分子都有相同的结构框架：同源性最差的N端、高度保守的中央DNA结合区、C端较保守的激素结合区。v激素-受体-激素应答元件一起调控与生长、发育及分化有关基因的表达。.39类固醇解离并二聚化转移至核内糖皮质激素受体抑制因子(HSP90)糖皮质激素反应元件类固醇激素激活糖皮质激素受体

21、的模式图.40糖皮质激素特糖皮质激素特异性异性雌激素特雌激素特异性异性v 类固醇激素受体是以二聚体形式发挥其促进转录作用的。它们的两个锌指的功能不同。v第1个锌指的右侧是控制与DNA结合的，第2个锌指的左侧则是控制形成二聚体的能力的。.41糖皮质激素对转录的调控糖皮质激素对转录的调控激素-受体复合物激进入细胞核，与增强子结合从而激活启动子，开始转录。糖皮质激素进入细胞，与受体结合；.423磷酸化调控：磷酸化调控：STAT蛋白蛋白v许多激素不穿过细胞，他们与细胞表面的受体结合，通过称为细胞转导得得过程将信号传递到细胞内。vR-干扰素通过激活一种成为JAK的激酶诱发转录因子STAT1的磷酸化。若S

22、TAT1没有磷酸化，它只以单体的形成存在于细胞质中并且没有转录活性。然而它的一个特定l酪氨酸残基发生磷酸化后，便能够形成同型二聚体，并从细胞质中转移到细胞核中，进而激活在启动子处含有一保守DNA结合基序的目标基因的表达.43由由STAT转录因子的磷酸化及二聚化引起的转录因子的磷酸化及二聚化引起的-干扰素的转录激活干扰素的转录激活过程过程-干扰素 干扰素受体未磷酸化的STAT1 单体磷酸化二聚化磷酸化的STAT1 二聚体转移至核内反应元件JAK激酶+2ADP+2ATP.44vJAK属非受体酪氨酸激酶，底物为STAT，即信号转导子和转录激活子。v配体受体二聚化 JAK STAT 基因表达。JAK/

23、STAT Pathway.45v .46vHIV(人类免疫缺陷病毒）编码一种称为Tat的激活蛋白，该蛋白为HIV基因的大量表达所必需。vTat与RNA上的一段称为TAR的茎环结构结合（TAR是HIV RNA5端的转录起始点后的一段不翻译区域）。v在哺乳动物细胞中Tat所起的主要作用表现在转录延伸的过程中，若没有Tat的存在，RNA聚合酶转录复合体将因进程过慢而使HIV的转录过早终止。4.转录延伸：转录延伸：HIV Tat.47vTat可与RNA结合因子一起以复合体形式结合在转录物的TAR序列上，Tat-RNA复合体可以向后成环，并与装配在启动子处的新形成的转录起始复合体作用，这种作用导致TFH

24、的激酶活性被激活，结果RNA聚合酶的羧基端结构域(CTD)实现磷酸化，使得RNA聚合酶前进，完成HIV转录单位的阅读，实现HIV蛋白的大量合成。.48HIV Tat蛋白激活转录延伸的机制蛋白激活转录延伸的机制 起始复合体起始复合体x被激活的被激活的TFH使使RNAPOI的的CTD磷酸化磷酸化聚合酶聚合酶细胞因子细胞因子TatTAR茎环结构茎环结构Tat-TAR 细胞因子复合体激活TFIIH先前的转录环向后移动并与先前的转录环向后移动并与起始复合体作用起始复合体作用TFIIH.49vMyoD最初是最为一个在（成肌细胞，myoblast）未分化细胞中表达并负责肌肉形成与执行细胞决定的基因被鉴定出来

25、的，它的过量表达可以使成纤维细胞（在许多组织中的基质铺垫细胞）变成表达肌细胞特异基因的类肌肉细胞和类生肌节。MyoD蛋白可以直接激活肌细胞特异基因的表达，同时也可以激活P21WAF1/CIP1的表达。5细胞决定：细胞决定：myoD.5050myogenic factor:生肌调节蛋白是生肌调节蛋白是一种转录因子。一种转录因子。.51P21WAF1/CIP1是一个依赖细胞周期蛋白的激酶（CDK）的小分子抑制因子,该因子对CDK活性的抑制可以使细胞周期停滞在G1期。所以说MyoD的表达使细胞退出细胞周期的原因，而退出细胞周期正是已分化细胞的特征.v现在已发现的四种基因MyoD,myogennin,

26、myf5,mrf4中任意基因的表达都可以使成纤维细胞转化为肌细胞，他们编码的蛋白都属于HLH转录因子家族的成员。MyoD与组成性HLH转录因子E12和E47结合成异型二聚体时活性最强。.52v通过不同的组合，这些HLH型的转录因子能够产生多种各自具有不同功能与作用的同型或异型的转录因子，这些因子可以受一种被成为ID的抑制因子调控。该ID缺乏与DNA结合的结构域，但都含有HLH的二聚化结构域，当它与MYOD和相关蛋白结合后，形成的异型二聚无法与DNA结合，因此也就无法调控转录.53MyoD-DNA HOOC COOH HOOC COOH LL LL LL LL +NH2 NH2 +NH2 NH2

27、 亮氨酸拉链 螺旋环螺旋(HLH).54DNAOFFOFFOFFmRNAmRNAmRNAmRNAmRNAAnothertranscriptionfactorMyoDMuscle cell(fully differentiated)MyoD protein(transcription factor)Myoblast(determined)Embryonicprecursor cellMyosin,othermuscle proteins,and cell-cycleblocking proteinsOther muscle-specific genesmyoDNucleusDeterminati

28、on.Signals from other cells activate a masterregulatory gene,myoD,1Differentiation.MyoD protein activatesother muscle-specific transcription factors,which in turn activate genes for muscle proteins.2Cell determination:myoDFig 21.10The cell is now ireversibly determinedThe cell is now fully different

29、iatedmyoD is a“master control”gene:it makes a transcription factor that can activate other muscle specific genes.The embryonic precursor cell is still undifferentiated.55DNAOFFOFFOFFmRNAmRNAmRNAmRNAmRNAAnothertranscriptionfactorMyoDMuscle cell(fully differentiated)MyoD protein(transcription factor)M

30、yoblast(determined)Embryonicprecursor cellMyosin,othermuscle proteins,and cell-cycleblocking proteinsOther muscle-specific genesMaster control gene myoDNucleusDetermination.Signals from other cells activate a masterregulatory gene,myoD,1Differentiation.MyoD protein activatesother muscle-specific tra

31、nscription factors,which in turn activate genes for muscle proteins.2 Determination and differentiation of muscle cellsThe cell is now ireversibly determinedThe cell is now fully differentiated.566.胚胎发育胚胎发育:同源域蛋白同源域蛋白v同源框是一段保守的DNA序列，编码一种同源异型域的螺旋-转角-螺旋的DNA结合蛋白。同源异型域最初在果蝇同源异性基因编码的转录因子中发现，果蝇同源异型基因编码的转录因子中的同源异型域负责身体各部分的正确分化。v例如，同源异型基因中的一种Antennapedia的突变可使果蝇在应该长触角的地方长出腿来。这些基因对胚胎的空间构型的形成非常重要。.57.58v 最早在果蝇的homeotic loci（决定身体结构）中发现同形异位现象(homeosis):果蝇头部长触角部位长出脚来。同形异位盒基因(homeobox):高度保守的一段核苷酸序列（180bp）,控制胚胎发育的基因。v 从酵母到人类都存在；v homeobox,DNA序列高度保守。同源异形结构域（同源异形结构域（Homeodomains，HD）.59