1、8 8 真核生物基因表达的调控真核生物基因表达的调控真核生物基因调控的特点真核生物基因调控的特点 DNADNA水平的调控水平的调控转录水平的调控转录水平的调控转录后成熟调控转录后成熟调控 翻译水平的调控翻译水平的调控 翻译后水平的调控翻译后水平的调控 本本 章章 概概 要要真核基因表达的调控是当前分子生物学这一前沿学科中的前沿领域，现有的研究证明，许多重要生命现象的深层问题都集结于此，形成了许多的热点探索课题。在一定程度上可以说基因的表达调控是分子生物学的真谛所在。真核生物细胞内绝大部分DNA是用于储存调控信息的，用于合成蛋白质的信息仅占很小一部分。真核生物能在特定时间和特定的细胞中激活特定的
2、基因，从而实现“预定”的、有序的、不可逆转的分化发育过程，并使组织器官在一定环境条件下保持正常功能。真核生物基因表达的调控更加复杂、多层次、涉及更多的蛋白质因子参与。第一节第一节 真核生物基因调控的特点真核生物基因调控的特点真核生物的染色质由真核生物的染色质由DNADNA与组蛋白结合形成为核小体，活跃与组蛋白结合形成为核小体，活跃转录区与非转录区的核小体结构明显不同，转录区与非转录区的核小体结构明显不同，活跃转录区的活跃转录区的DNADNA对核酸酶的敏感性提高对核酸酶的敏感性提高。例如，当用例如，当用DNADNA酶酶消化未发生转录的染色质时，通常得到消化未发生转录的染色质时，通常得到的是约的是
3、约200 200 bpbp长的片段，而在活跃转录区消化后形成更小长的片段，而在活跃转录区消化后形成更小的片段，且长短不一。的片段，且长短不一。1.1.染色质的结构对基因表达有调控作用染色质的结构对基因表达有调控作用真核生物染色质由真核生物染色质由DNADNA与与5 5种组蛋白结合组成，它们种组蛋白结合组成，它们折叠和缠绕形成核小体，折叠和缠绕形成核小体，进一步折叠缠绕形成细胞进一步折叠缠绕形成细胞分裂中期染色体。染色质分裂中期染色体。染色质的结构对基因的表达起总的结构对基因的表达起总体控制作用。体控制作用。原核生物存在正调控和负调控两个同等重要的方面。而在真原核生物存在正调控和负调控两个同等重
4、要的方面。而在真核生物中主要是正调控，且一个基因需有多个激活物诱导。核生物中主要是正调控，且一个基因需有多个激活物诱导。3.3.基因表达调控的多层次性基因表达调控的多层次性原核生物转录和翻译在细胞内同一地点进行，翻译可以对转原核生物转录和翻译在细胞内同一地点进行，翻译可以对转录发生影响。录发生影响。真核生物的基因表达调控贯穿在从真核生物的基因表达调控贯穿在从DNADNA到蛋白质到蛋白质的全过程，涉及的全过程，涉及基因结构的活化、转录的起始、转录本的加基因结构的活化、转录的起始、转录本的加工、转运和工、转运和mRNAmRNA的翻译的翻译等。等。基因转录是遗传信息传递过程中第一个具有高度选择性的环
5、基因转录是遗传信息传递过程中第一个具有高度选择性的环节，真核基因的表达调控以转录水平为主。节，真核基因的表达调控以转录水平为主。2.2.以正调控为主以正调控为主4.4.具有细胞特异性或组织特异性具有细胞特异性或组织特异性在生长发育过程中，随着细胞需求的不断改变，各种基因变得有活性或沉寂。Kn1决定玉米细胞命运的基因，是植物分生组织所必需的，在正常的叶片中无活性。不正确表达会刺激维管束细胞增生，形成节状组织。拟南芥中发现类似基因KNAT1真核生物基因表达的调控可发生在不同水平上第二节第二节 DNADNA水平的调控水平的调控u基因封闭基因封闭 异染色质化异染色质化 染色体染色体DNADNA的修饰的
6、修饰 染色体组蛋白的修饰染色体组蛋白的修饰u基因丢失基因丢失u基因扩增基因扩增u基因重排基因重排（1 1）异染色质化）异染色质化 紧密的染色质结构阻止基因表达，因此异染色质区的基因很紧密的染色质结构阻止基因表达，因此异染色质区的基因很少表达。可能原因：组蛋白是带正电荷的碱性蛋白质，可与少表达。可能原因：组蛋白是带正电荷的碱性蛋白质，可与DNADNA链上带负电荷的磷酸基相结合，封闭了链上带负电荷的磷酸基相结合，封闭了DNADNA分子，从而妨分子，从而妨碍基因转录。碍基因转录。1.1.基因封闭基因封闭例如，雌性哺乳动物细胞有两个例如，雌性哺乳动物细胞有两个X X染色体，但雄性只有一个染色体，但雄性
7、只有一个X X染色体。为了避免雌性表现过多染色体。为了避免雌性表现过多X X染色体的基因，在胚胎时期染色体的基因，在胚胎时期其中一个其中一个X X染色体会被去活。去活的染色体会被去活。去活的X X染色体即使在细胞分裂染色体即使在细胞分裂的间期亦表现出浓缩的异染色质状态，能用显微镜观察到。的间期亦表现出浓缩的异染色质状态，能用显微镜观察到。（2 2）染色体）染色体DNADNA的修饰的修饰 DNADNA的甲基化修饰也可引起基因失活。真核的甲基化修饰也可引起基因失活。真核DNADNA中的胞嘧啶约中的胞嘧啶约有有5%5%被甲基化为被甲基化为5-5-甲基胞嘧啶（甲基胞嘧啶（m m5 5C C），），甲基
8、化最常发生在甲基化最常发生在某些基因某些基因55侧区的侧区的CpGCpG序列中，甲基化可能影响了序列中，甲基化可能影响了DNADNA的构的构象或象或DNADNA的稳定性，阻碍了转录因子与的稳定性，阻碍了转录因子与DNADNA特定部位的结合从特定部位的结合从而影响转录。而影响转录。脊椎动物的基因组大部分脊椎动物的基因组大部分CpGCpG被甲基化，未被甲基化的被甲基化，未被甲基化的CpGCpG大大多存在于经常被转录的基因，主要包括管家基因。多存在于经常被转录的基因，主要包括管家基因。（3 3）染色体组蛋白的修饰）染色体组蛋白的修饰 组蛋白组蛋白磷酸化、乙酰化、泛素化以及磷酸化、乙酰化、泛素化以及H
9、3H3组蛋白巯基化组蛋白巯基化等现等现象，会改变染色质的结构状态，调控基因转录的开关。象，会改变染色质的结构状态，调控基因转录的开关。组蛋白的组蛋白的N N端含有数个赖氨酸，它们的侧链基团在细胞正常端含有数个赖氨酸，它们的侧链基团在细胞正常的的pHpH范围内带正电荷，范围内带正电荷，DNADNA的磷酸根带负电荷，能与之紧密的磷酸根带负电荷，能与之紧密结合，使转录因子或结合，使转录因子或RNARNA聚合酶很难与聚合酶很难与DNADNA结合进行转录。结合进行转录。组蛋白的赖氨酸残基被乙酰化后就不带电荷，与组蛋白的赖氨酸残基被乙酰化后就不带电荷，与DNADNA的结合的结合力降低，有利于转录调控因子的
10、结合。力降低，有利于转录调控因子的结合。组蛋白乙酰转移酶、组蛋白去乙酰酶组蛋白乙酰转移酶、组蛋白去乙酰酶基因丢失是在某些低等真核生物的个体发育过程中，细胞基因丢失是在某些低等真核生物的个体发育过程中，细胞分化时一些不需要的基因被消除的现象。分化时一些不需要的基因被消除的现象。某些原生动物、某些原生动物、昆虫及甲壳纲动物通过这种方式可以消除某些基因的活性，昆虫及甲壳纲动物通过这种方式可以消除某些基因的活性，控制细胞的分化。控制细胞的分化。例如，例如，马蛔虫马蛔虫 体细胞核中失去一部分基因，这些基因的丢体细胞核中失去一部分基因，这些基因的丢失决定了细胞的分化方向，而生殖细胞却没有染色体破碎失决定了
11、细胞的分化方向，而生殖细胞却没有染色体破碎和丢失现象，生殖细胞核内仍保存基因组的完整性。和丢失现象，生殖细胞核内仍保存基因组的完整性。四膜虫四膜虫 生殖细胞小核生殖细胞小核DNA降解后剩余片段复制建成大降解后剩余片段复制建成大核核具有转录活性具有转录活性2.2.基因丢失基因丢失基因组中的特定基因在某些情况下复制产生大量拷贝的现象，基因组中的特定基因在某些情况下复制产生大量拷贝的现象，可使细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，可使细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是基因活性调控的一种方式。是基因活性调控的一种方式。3.3.基因扩增基因扩增(gene amplifi
12、cation)(gene amplification)特定的发育时期特定的发育时期 非洲爪蟾在卵裂期和胚胎期能通过非洲爪蟾在卵裂期和胚胎期能通过rRNArRNA基因基因的大量扩增形成大量核糖体，供卵裂和胚胎发育所用的大量扩增形成大量核糖体，供卵裂和胚胎发育所用。特定的环境条件特定的环境条件 环境条件改变时，有些生物的基因会发生生环境条件改变时，有些生物的基因会发生生理适应性扩增。理适应性扩增。例如组织培养细胞在有适当抗生素存在时，可例如组织培养细胞在有适当抗生素存在时，可以有选择地扩增某一基因。以有选择地扩增某一基因。异常细胞中异常细胞中 在某些情况下基因扩增发生在异常的细胞中。在某些情况下基
13、因扩增发生在异常的细胞中。人人类癌细胞中的许多致癌基因，经大量扩增后高效表达，导致细类癌细胞中的许多致癌基因，经大量扩增后高效表达，导致细胞生长失控。胞生长失控。原癌基因是一些与调节和控制细胞生长、分裂和细胞周期相关的基因。原癌基因的结构变化或者失控就会演变成癌基因。某些基因片段改变原来存在的顺序而重新排布的现象。重排可某些基因片段改变原来存在的顺序而重新排布的现象。重排可以仅仅是空间位置或方向的不同，也可同时伴有某些基因片段以仅仅是空间位置或方向的不同，也可同时伴有某些基因片段的添加或丢失。重排可使一种基因转换为另一种基因，也可能的添加或丢失。重排可使一种基因转换为另一种基因，也可能产生一种
14、新的基因。产生一种新的基因。4.4.基因重排（基因重排（gene rearrangementgene rearrangement）非定向重排非定向重排 转座子在染色体上的移动，转座子的插入可激转座子在染色体上的移动，转座子的插入可激活或抑制某些基因。活或抑制某些基因。定向重排与变换定向重排与变换 小鼠免疫球蛋白结构基因，免疫球蛋白的小鼠免疫球蛋白结构基因，免疫球蛋白的肽链由可变区（肽链由可变区（V V区）、恒定区（区）、恒定区（C C区）以及连接区（区）以及连接区（J J区）区）组成的，组成的，V V、C C和和J J基因在小鼠胚胎细胞中是相隔较远的。当基因在小鼠胚胎细胞中是相隔较远的。当免疫
15、细胞发育分化时，能通过基因重排，把免疫细胞发育分化时，能通过基因重排，把3 3个远离的基因个远离的基因紧密地连接在一起，从而使多个基因编码一条肽链。紧密地连接在一起，从而使多个基因编码一条肽链。第三节第三节 转录转录水平的调控水平的调控原核生物基因表达是以操纵子为单位，调控区很小，原核生物基因表达是以操纵子为单位，调控区很小，调控蛋白结合在调节位点上可直接促进或抑制调控蛋白结合在调节位点上可直接促进或抑制RNARNA聚聚合酶的结合而调控转录。合酶的结合而调控转录。真核生物基因组中无操纵子结构。基因转录的调节区真核生物基因组中无操纵子结构。基因转录的调节区较大，转录激活与起始需要多种元件和蛋白因
16、子的参较大，转录激活与起始需要多种元件和蛋白因子的参与，包括与，包括启动子、增强子、通用转录因子、上游因子启动子、增强子、通用转录因子、上游因子、诱导型转录因子和、诱导型转录因子和RNARNA聚合酶聚合酶等。等。转录调控是通过转录调控是通过顺式作用元件和反式作用因子的相互作用实现的。顺式作用元件和反式作用因子的相互作用实现的。调控基因表达的一段调控基因表达的一段DNA序列，一般自身没有转录功能序列，一般自身没有转录功能,它们它们与特定的功能基因连锁在一起，可与许多同起始转录有关的与特定的功能基因连锁在一起，可与许多同起始转录有关的蛋白因子相互作用而调控转录。蛋白因子相互作用而调控转录。1.1.
17、顺式作用元件顺式作用元件(ciscis-acting elements)-acting elements)启动子启动子(promoter)(promoter)增强子（增强子（enhancer）沉默子（沉默子（silencer）转录起始位点附近启动转录所必需的一段转录起始位点附近启动转录所必需的一段DNADNA序列。通常转序列。通常转录因子和录因子和RNARNA聚合酶在启动子部位可装配成转录起始复合物，聚合酶在启动子部位可装配成转录起始复合物，从而启动转录。从而启动转录。启动子启动子(promoter)(promoter)NoImage典型的真核基因启动子能显著提高基因转录效率的顺式调控元件。由
18、若干短的元件组能显著提高基因转录效率的顺式调控元件。由若干短的元件组成的，增强子一般都在成的，增强子一般都在100bp100bp以上，因此又称远上游序列。以上，因此又称远上游序列。增强子增强子 与增强子的功能相反结构相似，对基因表达进行负调控即抑制与增强子的功能相反结构相似，对基因表达进行负调控即抑制基因的表达。与沉默子作用的蛋白因子称为阻遏物，二者结合基因的表达。与沉默子作用的蛋白因子称为阻遏物，二者结合后能抑制基因的转录。后能抑制基因的转录。沉默子是最早在酵母中发现的，以后在沉默子是最早在酵母中发现的，以后在T T淋巴细胞的淋巴细胞的T T抗原受体抗原受体基因的转录和重排中证实这种负顺式作
19、用元件的存在。基因的转录和重排中证实这种负顺式作用元件的存在。沉默子沉默子沉默子的作用可不受序列方向的影响沉默子的作用可不受序列方向的影响能远距离发挥作用能远距离发挥作用并可对异源基因的表达起作用并可对异源基因的表达起作用真核真核RNARNA聚合酶不包含类似于原核生物聚合酶不包含类似于原核生物 因子的亚基，不能识因子的亚基，不能识别别DNADNA上的启动子，需借助于其他反式作用因子来辨认启动子上的启动子，需借助于其他反式作用因子来辨认启动子并解开并解开DNADNA的双螺旋，这些与顺式作用元件结合而影响转录的的双螺旋，这些与顺式作用元件结合而影响转录的可扩散蛋白称为反式作用因子。分为三类：可扩散
20、蛋白称为反式作用因子。分为三类：2.2.反式作用因子（反式作用因子（trans-acting factorstrans-acting factors）通用或基本转录因子通用或基本转录因子 结合在启动子上与结合在启动子上与RNARNA聚合酶一起形成聚合酶一起形成转录起始复合物，是转录起始复合物，是RNARNA聚合酶转录起始必需的，可以维持基聚合酶转录起始必需的，可以维持基础水平的转录。础水平的转录。上游因子上游因子 结合在启动子和增强子的上游控制位点。结合在启动子和增强子的上游控制位点。可诱导因子可诱导因子 与应答元件相互作用。与应答元件相互作用。转录因子必需能同转录因子必需能同DNADNA上的
21、调控元件识别与结合，并且这些转上的调控元件识别与结合，并且这些转录因子还要与其他转录因子或录因子还要与其他转录因子或RNARNA聚合酶之间相互作用才能形聚合酶之间相互作用才能形成转录起始复合物而起始转录。成转录起始复合物而起始转录。DNADNA结合结构域、转录激活结构域、连接区结合结构域、转录激活结构域、连接区 不与不与DNADNA直接结合的转录因子没有结合直接结合的转录因子没有结合DNADNA结构域，但能通过激结构域，但能通过激活转录结构域作用于转录复合体而影响转录效率。还有一些转活转录结构域作用于转录复合体而影响转录效率。还有一些转录因子具有结合配体结构域，可以与一些小分子物质结合来调录因
22、子具有结合配体结构域，可以与一些小分子物质结合来调控转录因子自身的活性。控转录因子自身的活性。3.3.反式作用因子的结构模式反式作用因子的结构模式由由6010060100个氨基酸残基组成的几个亚区组成。与转录因子结个氨基酸残基组成的几个亚区组成。与转录因子结合的合的DNADNA区常是一段反向重复序列，因此许多转录因子常以区常是一段反向重复序列，因此许多转录因子常以二聚体形式与二聚体形式与DNADNA结合。结合。DNADNA结合结构域结合结构域（DNA binding domain）l锌指结构域锌指结构域l螺旋螺旋-转角转角-螺旋结构域螺旋结构域/同源异形域同源异形域l螺旋螺旋-环环-螺旋结构域
23、螺旋结构域l亮氨酸拉链亮氨酸拉链锌指环上突出的锌指环上突出的赖氨酸和精氨酸赖氨酸和精氨酸参与同参与同DNADNA的结合。每个重复的结合。每个重复的指状结构约含的指状结构约含2323个氨基酸残基，多个指状结构间常通过个氨基酸残基，多个指状结构间常通过7 78 8个氨基酸残基相连。由于重复出现的个氨基酸残基相连。由于重复出现的-螺旋几乎联成一线，这螺旋几乎联成一线，这种蛋白质与种蛋白质与DNADNA序列的结合牢固且特异性很高。序列的结合牢固且特异性很高。TFATFA、SP1SP1锌指与基因的启动子区结合，锌指的尖端可进入锌指与基因的启动子区结合，锌指的尖端可进入DNADNA的大沟或的大沟或小沟，以
24、识别它特异结合的小沟，以识别它特异结合的DNADNA序列并与之结合。序列并与之结合。Cys2/His2Cys2/His2锌指锌指锌指结构域（锌指结构域（zinc finger）类固醇受体家族等一些蛋白的锌指结构为类固醇受体家族等一些蛋白的锌指结构为Cys2/Cys2Cys2/Cys2类型，类型，4 4个半胱氨酸和个半胱氨酸和1 1个个ZnZn2+2+结合。结合。实验表明，当将类固醇受体的后两个半胱氨酸残基突变为组实验表明，当将类固醇受体的后两个半胱氨酸残基突变为组氨酸残基时，它就不能再活化其靶基因了。可见氨酸残基时，它就不能再活化其靶基因了。可见Cys2/Cys2Cys2/Cys2锌指和锌指和
25、Cys2/His2Cys2/His2锌指是不同类型的锌指。锌指是不同类型的锌指。Cys2/Cys2Cys2/Cys2锌锌指指n首先在原核首先在原核DNA调控蛋白中发现。调控蛋白中发现。如降解物基因活化蛋白如降解物基因活化蛋白CAPCAP和和 噬菌体的阻遏物噬菌体的阻遏物CroCro蛋白。蛋白。n目前发现许多真核生物的调控蛋白也含有与螺旋目前发现许多真核生物的调控蛋白也含有与螺旋-转角转角-螺螺旋相似的旋相似的DNADNA结合结构域。结合结构域。例如在调控胚胎发育和正常细胞例如在调控胚胎发育和正常细胞分化基因表达中起作用的调控蛋白所具有的分化基因表达中起作用的调控蛋白所具有的同源异形域同源异形域
26、。螺旋螺旋-转角转角-螺旋结构域螺旋结构域 （helix-turn-helixhelix-turn-helix，HTHHTH）螺旋螺旋-环环-螺旋（螺旋（helix-loop-helix，HLH）NoImage长约20个氨基酸，至少有两个螺旋其间由短肽段形成的转角或环连接，两个这样的 motif 结构以二聚体形式相连，距离正好相当于DNA一个螺距（3.4nm）,两个螺旋刚好分别嵌入DNA的大沟。两条均含有亮氨酸残基的蛋两条均含有亮氨酸残基的蛋白质通过疏水键结合成二聚白质通过疏水键结合成二聚体，二聚体的另一端的肽段体，二聚体的另一端的肽段富含碱性氨基酸残基（富含碱性氨基酸残基（Lys、Arg），
27、借其正电荷与），借其正电荷与DNA双螺旋链上带负电荷的磷酸双螺旋链上带负电荷的磷酸基团结合。亮氨酸拉链蛋白基团结合。亮氨酸拉链蛋白在真核中广泛存在，在真核中广泛存在，亮氨酸拉链（亮氨酸拉链（leucine zipper,LZIP）肽链上每隔肽链上每隔6个氨基酸就有一个亮氨酸残基，结果就导致个氨基酸就有一个亮氨酸残基，结果就导致这些亮氨酸残基都在这些亮氨酸残基都在螺旋的同一个方向出现。螺旋的同一个方向出现。亮氨酸拉链亮氨酸拉链转录因子的转录因子的DNA结合结构域本身并不具有调控转录活性的功结合结构域本身并不具有调控转录活性的功能，其转录活化功能是由另一种结构域，即转录激活结构域能，其转录活化功能
28、是由另一种结构域，即转录激活结构域所作用的。所作用的。转录激活域通常是由转录激活域通常是由3010030100氨基酸残基组成，根据氨基酸组氨基酸残基组成，根据氨基酸组成的特点主要包括以下三种类型：成的特点主要包括以下三种类型：转录激活结构域转录激活结构域 （transcription activating domain）酸性酸性-螺旋结构域螺旋结构域富含谷氨酰胺结构域富含谷氨酰胺结构域富含脯氨酸的结构域富含脯氨酸的结构域酸性酸性-螺旋结构域螺旋结构域含有酸性氨基酸残基组成的保守序列，多呈带负电荷的疏水含有酸性氨基酸残基组成的保守序列，多呈带负电荷的疏水性性-螺旋。螺旋。含有这种结构域的转录因子
29、有酵母的含有这种结构域的转录因子有酵母的GAL4GAL4和和GCN4GCN4，哺乳动物细胞中的糖皮质激素受体以及哺乳动物细胞中的糖皮质激素受体以及AP1AP1家族的家族的JunJun等。等。对转录起始的特异诱导活性相对较低，可能与对转录起始的特异诱导活性相对较低，可能与TF-D复合物复合物中某个通用因子或中某个通用因子或RNA聚合酶聚合酶作用发挥转录活化功能，并作用发挥转录活化功能，并有稳定转录起始复合物的作用。有稳定转录起始复合物的作用。富含谷氨酰胺结构域富含谷氨酰胺结构域 SPl是启动子是启动子GC盒的结合蛋白，除结合盒的结合蛋白，除结合DNA的锌指结构以外，的锌指结构以外，SP1共有共有
30、4个参与转录活化的区域，其中最强的转录激活域很少个参与转录活化的区域，其中最强的转录激活域很少有极性氨基酸而谷氨酰胺含量却达有极性氨基酸而谷氨酰胺含量却达25左右。左右。酵母的酵母的HAP1HAP1、HAP2HAP2和哺乳动物细胞中的和哺乳动物细胞中的Oct-1Oct-1、Oct-2Oct-2、JunJun、AP2AP2以及血清应以及血清应答因子答因子(SRF)(SRF)等都有同样的结构域。等都有同样的结构域。富含脯氨酸的结构域富含脯氨酸的结构域 CTF家族的家族的C末端与其转录激末端与其转录激活功能有关，含有活功能有关，含有20%30%的脯氨酸残基。脯氨酸的存在可防碍的脯氨酸残基。脯氨酸的存
31、在可防碍-螺旋的形成。螺旋的形成。在在Oct2Oct2、JunJun、AP2AP2、SRFSRF等哺乳动物因子中也有富含脯氨酸的结构域。等哺乳动物因子中也有富含脯氨酸的结构域。基础转录因子的调控基础转录因子的调控基础转录因子是所有启动子起始基础转录因子是所有启动子起始RNARNA合成的必需因子，与合成的必需因子，与RNA RNA 聚合酶结聚合酶结合形成围绕在起始位点周围的复合合形成围绕在起始位点周围的复合物，决定转录的起始位点。物，决定转录的起始位点。转录起始复合物转录起始复合物TBPTBP（TF-DTF-D）、）、TF-BTF-B和和TF-FTF-F与与RNARNA聚合酶聚合酶可在可在启动子
32、上形成最低限度的复合物，启动子上形成最低限度的复合物，开始转录开始转录mRNAmRNA，随着随着TF-ETF-E和和TF-H TF-H 的加入形成完整的转录复合的加入形成完整的转录复合物并转录出长链的物并转录出长链的RNARNA。加入加入TF-ATF-A可再进一步提高转录效率。可再进一步提高转录效率。4.4.反式作用因子对转录的调控反式作用因子对转录的调控TBP:TATA-binding proteinTAFS:TBP-associated factorsRNARNA聚合酶聚合酶的基本转录因子的基本转录因子转录因子转录因子分子量分子量(kDkD)功能功能TFTF-D(TBP)-D(TBP)30
33、30与与TATATATA盒结合盒结合,协助协助TAFsTAFs的加入的加入TFTF-B-B3333介导介导RNARNA聚合酶聚合酶的结合的结合,结合在起始位点处结合在起始位点处TFTF-F-F30,7430,74大亚基大亚基-解旋酶解旋酶;小亚基小亚基-携带携带RNARNA聚合酶聚合酶TFTF-E-E34,3734,37ATPATP酶酶,参与调节参与调节TF-HTF-H的激酶活性的激酶活性TFTF-H-H62,8962,89激酶活性激酶活性,使使RNARNA聚合酶聚合酶的的CTDCTD磷酸化磷酸化TFTF-A-A12,19,3512,19,35稳定稳定TFTF-D-D的结合的结合,活化活化TB
34、PTBP并释放并释放TAFTAFTFTF-I-I120120促进促进TFTF-D-D的结合的结合RNARNA聚合酶聚合酶启动子元件与启动子元件与TFDTFD、A A、B B、F F、RNA RNA 聚聚合酶合酶、TFETFE、H H和和TFITFI等顺序结合，形成最基本等顺序结合，形成最基本的转录起始复合物。的转录起始复合物。一个启动子要达到足够的转一个启动子要达到足够的转录效率和具有特异性，要依录效率和具有特异性，要依靠上游启动子元件、增强子靠上游启动子元件、增强子和应答元件等，这些元件由和应答元件等，这些元件由上游转录因子上游转录因子或或诱导型因子诱导型因子所识别。所识别。上游转录因子识别
35、并特异地结合在上游顺式元件上，这种上游转录因子识别并特异地结合在上游顺式元件上，这种转录因子普遍存在，且活性不受调控，能作用于任何启动转录因子普遍存在，且活性不受调控，能作用于任何启动子上提高启动效率（相当于子上提高启动效率（相当于TFA和和TFC），），这是强启这是强启动子所必需的。动子所必需的。这些因子结合在上游元件上后并不直接作用于这些因子结合在上游元件上后并不直接作用于RNA聚合酶聚合酶，而是作用于基础转录因子，再由基础转录因子作用于，而是作用于基础转录因子，再由基础转录因子作用于RNA聚合酶聚合酶。在转录的启动中，蛋白质与蛋白质之间的在转录的启动中，蛋白质与蛋白质之间的相互作用具有和
36、蛋白质与相互作用具有和蛋白质与DNADNA之间的作用同等的重要性。之间的作用同等的重要性。上游转录因子的调控上游转录因子的调控结合结合CAAT box的转录因子的转录因子 CTF（CAAT box transcription factor）家族）家族是能识别是能识别CAAT box的一组转录因子，它们是同一基因转录后由不同的一组转录因子，它们是同一基因转录后由不同剪接方式形成的一组剪接方式形成的一组mRNA翻译产生的。翻译产生的。CTF1的转录激活的转录激活结构域富含脯氨酸。结构域富含脯氨酸。与与CAAT框结合的另一类因子是框结合的另一类因子是CP家族家族，其成员与不同基，其成员与不同基因的启
37、动子中因的启动子中CAAT框的亲合力不同。框的亲合力不同。例如，例如，CP1CP1与与-珠蛋珠蛋白基因的白基因的CAATCAAT框亲和力高，而框亲和力高，而CP2CP2与与-血纤维蛋白原基因中血纤维蛋白原基因中的的CAATCAAT框亲和力高。框亲和力高。结合结合GC boxGC box的转录因子的转录因子 SP1SP1可与可与GCGC框以任意的方向结合，覆盖约框以任意的方向结合，覆盖约20bp20bp。在一个启动子中在一个启动子中常有多个常有多个SP1SP1的结合位点，在的结合位点，在SV40SV40启动子区有启动子区有6 6个个GC GC 框全部框全部与与SP1SP1结合。结合。八碱基对元件
38、激活蛋白八碱基对元件激活蛋白 八碱基对元件八碱基对元件(ATTTGCAT)(ATTTGCAT)可被多个转录因子识别。可被多个转录因子识别。Oct-1普遍存在于各种细胞中，主要参与组蛋白普遍存在于各种细胞中，主要参与组蛋白H2BH2B等基因的等基因的表达，无组织特异性。表达，无组织特异性。Oct-2主要存在于主要存在于B淋巴细胞中，在淋巴细胞中可活化免疫球淋巴细胞中，在淋巴细胞中可活化免疫球蛋白蛋白 轻链基因，是有组织特异性的激活因子。轻链基因，是有组织特异性的激活因子。在特定时间、条件或特定的组织中合成或被活化，因而有调在特定时间、条件或特定的组织中合成或被活化，因而有调控基因在不同时间、条件
39、或不同地点表达的作用。控基因在不同时间、条件或不同地点表达的作用。与诱导型转录因子结合的顺式作用元件称为应答元件。与诱导型转录因子结合的顺式作用元件称为应答元件。诱导型转录因子的调控诱导型转录因子的调控糖皮质激素应答元件（糖皮质激素应答元件（glucocorticoid response element，GRE）热休克应答元件（热休克应答元件（heat shock response element，HSE）金属应答元件（金属应答元件（metal response element，MRE）血清应答元件（血清应答元件（serum response element，SRE）热休克应答调节热休克应答调
40、节许多生物在最适温度范围以上时，受热诱导能合成一系许多生物在最适温度范围以上时，受热诱导能合成一系列热休克蛋白（列热休克蛋白（heat shock proteinheat shock protein），），产生热休克应产生热休克应答。受热激后许多基因被关闭，而热休克基因则被转录，答。受热激后许多基因被关闭，而热休克基因则被转录，并进行翻译。并进行翻译。例如，果蝇细胞内例如，果蝇细胞内Hsp70Hsp70的的mRNAmRNA水平在热休克条件下可水平在热休克条件下可提高提高10001000倍，就是因为热休克因子（倍，就是因为热休克因子（heat shock heat shock factorfac
41、tor，HSFHSF）与）与Hsp70Hsp70基因基因TATATATA区上游区上游60bp60bp处的处的HSEHSE相相结合，激发转录起始。热休克基因在进化中一般是保守结合，激发转录起始。热休克基因在进化中一般是保守的。的。金属硫蛋白基因的多途径调节金属硫蛋白基因的多途径调节 金属硫蛋白（金属硫蛋白（metallathionein,MT）在细胞中能螯合多余的）在细胞中能螯合多余的重金属离子而起到保护细胞的作用。在重金属（如镉）离重金属离子而起到保护细胞的作用。在重金属（如镉）离子或糖皮质激素的诱导下则可较高水平表达。子或糖皮质激素的诱导下则可较高水平表达。金属离子对金属硫蛋白基因转录的诱导
42、是由多个金属应答金属离子对金属硫蛋白基因转录的诱导是由多个金属应答元件（元件（MRE）介导的。）介导的。NoImage人金属硫蛋白基因启动区构造人金属硫蛋白基因启动区构造 基因特异表达调控的关键是根据需要来调控诱导型转录因子基因特异表达调控的关键是根据需要来调控诱导型转录因子的活性，当需要某些或某个基因表达时，则提供有活性的特的活性，当需要某些或某个基因表达时，则提供有活性的特异转录因子，当不需要它表达时，则灭活此因子。异转录因子，当不需要它表达时，则灭活此因子。当某一基因需要表达时，首先需要合成特异启动该基因转录当某一基因需要表达时，首先需要合成特异启动该基因转录的转录因子的转录因子,并且可
43、以通过化学修饰来调控其活性，最常见并且可以通过化学修饰来调控其活性，最常见的化学修饰是磷酸化和脱磷酸化。的化学修饰是磷酸化和脱磷酸化。诱导型转录因子活性的调节诱导型转录因子活性的调节 NoImageu有的转录因子要由配体的结合来活化或灭活。有的转录因子要由配体的结合来活化或灭活。如糖皮质激素受体如糖皮质激素受体u有的转录因子的活性还要通过解除抑制因子后体现有的转录因子的活性还要通过解除抑制因子后体现NFNF B B是在是在B B淋巴细胞中活化免疫球蛋白基因的转录因淋巴细胞中活化免疫球蛋白基因的转录因子，广泛存在于多种细胞的胞浆中但不发挥作用；在子，广泛存在于多种细胞的胞浆中但不发挥作用；在B
44、B淋巴细胞中淋巴细胞中NFNF B B与抑制因子与抑制因子I-I-B B必须解离，释放出有必须解离，释放出有活性的活性的NFNF B B，才能激活免疫球蛋白，才能激活免疫球蛋白 基因的转录。基因的转录。u许多转录因子可通过二聚体调控基因的表达许多转录因子可通过二聚体调控基因的表达 含有螺旋环螺旋结构域的蛋白之间可以形成二聚含有螺旋环螺旋结构域的蛋白之间可以形成二聚体，如果二聚体中的两个亚基都是碱性螺旋环螺体，如果二聚体中的两个亚基都是碱性螺旋环螺旋蛋白（旋蛋白（bHLHbHLH），则能够和），则能够和DNADNA特异结合。如果两个亚特异结合。如果两个亚基中有一个是非碱性基中有一个是非碱性HLHHLH蛋白，则此二聚体不能与蛋白，则此二聚体不能与DNADNA特异结合。特异结合。
