1、真核生物的基因调控第1页，共86页。一 真核细胞的基因结构 第2页，共86页。第3页，共86页。第4页，共86页。第5页，共86页。第6页，共86页。第7页，共86页。二 基因家族(gene family)第8页，共86页。第9页，共86页。2 复杂多基因家族：第10页，共86页。组蛋白 （海胆）组蛋白 （果蝇）第11页，共86页。3 发育调控的复杂多基因家族第12页，共86页。第13页，共86页。三 真核基因的断裂结构 第14页，共86页。第15页，共86页。第16页，共86页。第17页，共86页。第18页，共86页。第19页，共86页。第20页，共86页。第21页，共86页。3 外显子与内
2、含子的连接区：V.表 RNA聚合酶的基本转录因子1激素直接与DNA结合，促进RNA聚合酶或其它蛋白因子与转录起始区的相互作用。TFD：与TATA区相结合。优点：它的形成有利于防止Pr酶对表达蛋白的降解，有利于分离表达产物。现在认为启动子-25-35区含有TATA序列，在-70-80区有CCAAT序列（CAAT box），在-80-110区含有GCCACACCC或GGGCGGG（GC box）。外显子-内含子连接区很短，但却高度保守（consensus sequence），它是RNA剪接的信号序列。只有真核基因具有切除基因中内含子，产生功能型mRNA和Pr的能力，原核生物不具有此种特性。碱性-螺
3、旋-环-螺旋（basic-helix/loop/helix）：即bHLH结构。外源基因在原核细胞，尤其是在大肠杆菌中高效表达时，表达Pr往往在细胞质内聚集，称包含体。表 RNA聚合酶的基本转录因子The helix-turn-helix domain1 RNA的加工成熟：锌指（Zinc finger）结构:锌指结构家族蛋白大体可分为锌指、锌钮（twist）和锌簇（cluster）结构，基特有的半胱氨酸和组氨酸残基之间氨基酸残基数基本恒定，有锌参与时才具备转录调控活性。第22页，共86页。四 真核生物DNA水平的调控第23页，共86页。第24页，共86页。第25页，共86页。基因的重排与变换基因
4、的重排与变换 一个基因可以通过从远离其启动子的地方移到距它很近的位点而被一个基因可以通过从远离其启动子的地方移到距它很近的位点而被启动转录，这种方式称为重排。通过基因重排调节基因活性的典型例子启动转录，这种方式称为重排。通过基因重排调节基因活性的典型例子是小鼠免疫球蛋白结构基因的表达。是小鼠免疫球蛋白结构基因的表达。V D J C C E 未分化细胞 V D J C C E 产生C细胞V D J C E 产生C细胞 类型转换 免疫球蛋白中连基因的组织特一行表达与基因重排 V.可变区;D.多态区;J.结合区 第26页，共86页。五 顺式作用元件与基因调控 第27页，共86页。1、染色体水平的调控
5、、染色体水平的调控 A、染色体结构的改变、染色体结构的改变Tu1Tu2 染色质结构变化影响基因转录染色质结构变化影响基因转录染色质去超螺旋基因转录 真核基因的活跃转录是在常真核基因的活跃转录是在常染色质上进行的。转录发生之前，染色质上进行的。转录发生之前，染色质常常会在特定的区域被解染色质常常会在特定的区域被解旋或松弛，形成自由旋或松弛，形成自由DNADNA。这种。这种变化可能包括核小体结构的消除变化可能包括核小体结构的消除或改变，或改变，DNADNA本身局部结构的变本身局部结构的变化，如双螺旋的局部超旋或松弛，化，如双螺旋的局部超旋或松弛，DNADNA从右旋型变为左旋型（从右旋型变为左旋型（
6、Z-DNAZ-DNA）等。这些变化可导致结构基因暴等。这些变化可导致结构基因暴露，促进转录因子与启动区露，促进转录因子与启动区DNADNA的结合，从而导致基因转录的结合，从而导致基因转录。多线染色体多线染色体第28页，共86页。第29页，共86页。第30页，共86页。第31页，共86页。第32页，共86页。第33页，共86页。Sequence elements within a typical eukaryotic gene1GCTATACAATGC-25-50-80-95-1301 based on the thymidine kinase gene octamer transcriptio
7、n elementpromoterTATA box(TATAAAA)located approximately 25-30 bp upstream of the+1 start site determines the exact start site(not in all promoters)binds the TATA binding protein(TBP)which is a subunit of TFIID GC box(CCGCCC)binds Sp1(Specificity factor 1)CAAT box(GGCCAATCT)binds CTF(CAAT box transcr
8、iption factor)Octamer(ATTTGCAT)binds OTF(Octamer transcription factor)+1ATTTGCAT第34页，共86页。RNA聚合酶II启动子 第35页，共86页。第36页，共86页。第37页，共86页。第38页，共86页。第39页，共86页。第40页，共86页。六 反式作用因子对转录的调控第41页，共86页。第42页，共86页。第43页，共86页。第44页，共86页。第45页，共86页。表 RNA聚合酶的基本转录因子第46页，共86页。间隔序列的长度约为ssrRNA长度的26倍，并含有中等重复序列，每个ssrRNA基因都被单独转录，
9、产生独立于其它部分的RNA分子，经加工为成熟的ssrRNA。目前在病毒、植物、动物和人类正常细胞中都发现有增强子存在，是基因表达的重要调控元件。1 细菌RNA聚合酶不能识别真核基因的启动子。1)转录起始复合物形成过程受到控制。每个超敏感位点是一段长约100-200bp的DNA序列。其结果是同一段DNA序列加工生成了两条或两条以上的mRNA链。家族中各成员的表达水平和酶活性可以很不相同，但通常是密切相关的。1 染色质结构对转录的影响：在一个结构基因中，编码某一Pr不同区域的各个外显子并不连续地排列在一起，而常常被长度不等的内含子所隔离，形成镶嵌排列的断裂方式，所以真核基因有时称为断裂基因(int
10、errupted gene)。1螺旋-转折-螺旋（helix-turn-helix,H-T-H）结构：这一类蛋白质分子中至少有两个螺旋，中间由短侧链AA残基形成“转折”，近羧基端的螺旋中氨基酸残基的替换会影响该蛋白质在DNA双螺旋大沟中的结合。外显子和内含子的关系并不是完全固定不变的，有时会出现这样的情况：在同一条DNA链上的某一段DNA序列，它作为编码茉一条多肽链基因的一部分时是外显子，但作为编码另一条多肽链基因的一部分时，则成了内含子，这是由于mRNA剪接加工的方式不同造成的。二 基因家族(gene family)back第47页，共86页。Phosphorylation of the p
11、olymerase CTD by TFIIHFormation of a processive RNA polymerase complex and allows the RNA Pol to leave the promoter region.Back第48页，共86页。第49页，共86页。第50页，共86页。第51页，共86页。SP1锌指结构域Zinc fingers may form-helices that insert into the major groove,associated with-sheets on the other side 第52页，共86页。The first
12、finger of a steroid receptor controls specificity of DNA-binding(positions shown in red);the second finger controls specificity of dimerization(positions shown in blue).The expanded view of the first finger shows that discrimination between GRE and ERE target sequences rests on two amino acids at th
13、e base.第53页，共86页。4常见的反式作用因子中的DNA识别或结合域：第54页，共86页。The helix-turn-helix domain第55页，共86页。HTH结构及其与DNA的结合 第56页，共86页。第57页，共86页。蛋白质的锌指结构 第58页，共86页。The zinc finger domain第59页，共86页。编码序列称为外显子（exon），非编码序列称为内含子（intron）。真核基因启动子在由RNA聚合酶催化转录的DNA序列5上游区富含TA的保守序列，该序列前4个碱基为TATA，所以称为TATA框（TATA box，或TATA区）。锌指（Zinc finge
14、r）结构:锌指结构家族蛋白大体可分为锌指、锌钮（twist）和锌簇（cluster）结构，基特有的半胱氨酸和组氨酸残基之间氨基酸残基数基本恒定，有锌参与时才具备转录调控活性。优点：它的形成有利于防止Pr酶对表达蛋白的降解，有利于分离表达产物。所谓启动子是指确保转录精确而有效地启始的DNA序列。目前在病毒、植物、动物和人类正常细胞中都发现有增强子存在，是基因表达的重要调控元件。这种方式仅存在于进化程度较低的生物中，如马蛔虫。当淋巴细胞发育分化时，能通过染色体内的重组，把三个远离的基因紧密地连接在一起，从而产生免疫球Pr。初生的Pr以Pr原或酶原形式存在，无生物活性，经过有限的酶解或化学水解成为有
15、活性的物质。染色质结构变化影响基因转录同源域蛋白（homeo domains）是指编码60个保守氨基酸序列的DNA片断，广泛存在于真核生物基因组内，与生物有机体的生长、发育和分化密切相关。TFA蛋白有9个相似的重复单位，每个单位大约由30个AA残基组成，每个单位中有一对固定位点的半胱氨酸残基，一对固定的组AA残基，它们和Zn离子络合，使中间的AA残基回折成一种手指状结构，称锌指或锌指区。1在细菌内比较稳定，容易高效表达。与Pr分泌有关的切割。习惯上将TATA区上游的保守序列称为上游启动子元件（upstream promoter element,UPF）或称上游激活序列（upstream act
16、ivating sequence,UAS）。The zinc finger domain3 外显子与内含子的连接区：back第60页，共86页。第61页，共86页。Back第62页，共86页。The basic regions of the bZIP motif are held together by the dimerization at the adjacent zipper region when the hydrophobic faces of two leucine zippers interact in parallel orientation.第63页，共86页。Back第64页，共86页。第65页，共86页。第66页，共86页。第67页，共86页。第68页，共86页。第69页，共86页。七 激素及其影响 第70页，共86页。类固醇类固醇第71页，共86页。第72页，共86页。八 其它水平上的基因调控 第73页，共86页。第74页，共86页。第75页，共86页。九 真核基因在原核中的表达：第76页，共86页。第77页，共86页。第78页，共86页。（二）真核基因在大肠杆菌中的几种表达方式 第79页，共86页。第80页，共86页。第81页，共86页。第82页，共86页。第83页，共86页。第84页，共86页。第85页，共86页。第86页，共86页。
