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1、Section M 真核生物的转录,M1 三种RNA聚合酶:性质与功能,真核生物的转录机制类似于原核生物的转录机制. 参与真核生物转录的蛋白种类比原核生物要多, 因而导致转录过程更加复杂.,3.三种RNA聚合酶转录不同类型的基因 4. 另外，真核生物的线粒体和叶绿体包含有不同的 RNA 聚合酶.,Three eukaryotic polymerases,RNA 聚合酶亚基,真核生物的RNA聚合酶都含有12个或更多亚基的大分子的 其中某些RNA聚合酶的亚基和E. coli的RNA聚合酶具有相似性或同源性. 至少还有五种小亚基普遍存在于真核生物的三种RNA聚合酶中. 另外仅存于某一种特定的RNA聚
2、合酶中的亚基还有47个.,真核生物 RNA 聚合酶的活性与原核生物相类似： 1、不需要引物； 2、从 5 到 3 的方向合成RNA.,与细菌（原核）RNA聚合酶的区别： 真核生物的RNA聚合酶在与启动子结合、起始转录前，需要额外的起始蛋白的参与. RNA聚合酶的C-端含有一段多次重复的7个氨基酸的多肽，氨基酸序列为: TyrSerProThrSer ProSer, 被称为羧基末端结构域（CTD）; CTD的Ser和Tyr的磷酸化对酶的活性是必须的（ 酵母中重复26 次, 小鼠中重复52 次）。,M2 RNA聚合酶基因: 核糖体重复,核糖体RNA基因, RNA 聚合酶 I(RNA Pol I)
3、在间期主要负责rRNA的连续合成; 人类细胞在不同的染色体上分布有5簇 rRNA 重复基因; 每个 rRNA 基因可以转录产生一个45s rRNA (13000nt), 该转录物然后剪切成28S RNA, 18S RNA, 5.8S RNA各一个拷贝。,RNA Pol I promoters in human cells,核心启动子: 足以发动转录的起始（sufficient for transcription initiatiation）. 上游控制元件（UCE）: 增强转录得效率（to increase the transcription efficiency(10100-folds).,
4、核糖体RNA基因,在真核生物中，一拷贝的18S, 5.8S 和28S rRNA 组织成一个单一的转录单元. 在转录时一个45S rRNA 一次转录出来, 然后被剪切为18S, 5.8S and 28S rRNA. 2. 前-rRNA 转录单元被一些非转录的间隔区 分隔，在基因组上按先后顺序排列.,一个典型的转录单元,先后排列分布,5 簇; 在人类细胞中每簇含有40拷贝,5000 nt,2000 nt,160 nt,RNA聚合酶I的两个 辅助因子及其与转录的起始,上游结合因子 (Upstream binding factor/UBF ): 为一DNA结合蛋白，结合到上游调控元件（UCE）和 核心
5、核心元件上游的一段序列结合. UBF 对于高水平的转录是必须的. 2.选择因子1 (Selectivity factor 1 /SL1 ): (1) 、SL1结合并稳定UBF-DNA 复合物;与核心元件游离的下游部分相互作用； (2)招募 RNA 聚合酶I，发动转录的起始 。,起始复合物的组装：,M3 RNA 聚合酶 III 基因: 5S基因和tRNA基因的转录,RNA 聚合酶 III 启动子 tRNA 和 5S rRNA 基因 可变的 RNA 聚合酶 III 启动子,RNA 聚合酶 III(RNA Pol III), 是一个至少含有16个亚基的复合物； 与RNA 聚合酶 II一样, 定位于核
6、质中； 负责转录5S rRNA前体, tRNA 、其他得 snRNA 以及 胞质 RNAs,RNA聚合酶III启动子III,Promoter of 5s RNA,Promoter of tRNA,tRNA 基因,tRNA转录控制区（启动子）位于转录起始点得下游. 两个高度保守得序列位于tRNA 的编码区内, 称为 A box 和 B box. 这些序列同时编码tRNA自身重要的一些序列 如, D-loop 和 TC-loop . .,两个DNA结合因子Two complex DNA-binding factors,TFIIIC 结合到 A 和 B boxes,TFIIIB 结合到A框上游50b
7、p处（binds 50 bp upstream from the A box）. 由三个亚基组成（TBP, BRF and B） 其与DNA的结合依赖于TFIIIC 负责招募 RNA Pol III,5S rRNA 基因, 5S rRNA基因串联成簇排列，在人类基因组中，有一个大约由2000个基因组成的基因簇. 转录控制区（启动子）的组织形式除了C box替代B box外类似于tRNA. C box: +81-99 bp; A box: +50-65 C box 为TFIIIA的结合位点. TFIIIA 充当了一个组装因子，允许TFIIIC 和5S rRNA 启动子相互作用. TFIIIC 结
8、合到TFIIIA+DNA 形成的复合物上. 该复合物允许TFIIIB 结合上去然后招募RNA聚合酶，发动转录。,TFIIIA,TFIIIC,TFIIIB,Pol III,M4 RNA 聚合酶II基因: 启动子和增强子,RNA 聚合酶II定位于核质中 负责转录所有的蛋白质基因和某些核内小RNA基因 前-mRNAs必须经过加帽和poly(A)尾巴等加工,是RNA聚合酶结合并调节基因转录的一段DNA序列，, 包括核心启动子元件和上游调控元件.,启动子,典型的启动子包括TATA box, CAAT box 和 GC box,RNA 聚合酶II启动子 基本启动子 上游调控元件/增强子,基本启动子,Py2
9、CAPy5,基本成分 (TATA box 和 起始元件) : 主要决定转录的起始位点，只是低水平的发动转录。 上游调控元件 (如 SP1 box 和 CCAAT boxes) : 大大增加发动转录起始的频率，很可能与通用转录因子直接作用提高组装转录起始复合物的效率。,增强子:,真核生物的转录可以被距离启动子约几千个bp的一段DNA调控元件大大增强，这种调控序列称为增强子。 强有力地激活转录； 可以在上游和下游都可以激活转录； 可以远距离激活转录，在启动子上游和下游可以超过1kb以上； 对其附近的启动子，对最近的启动子的影响最大；,M5 通用转录因子 和RNA聚合酶II的起始 General t
10、ranscription factors and RNA Polinitiation,RNA 聚合酶II基本转录因子: 一系列复杂的基本转录因子，具有与RNA聚合酶II启动子结合并一起起始转录的特征。而这些因子及其组成亚基正在被逐个鉴定，最初命名为TFIIA, TFIIB, TFIIC等.,通用转录因子GTFs),转录需要蛋白结合到基本启动子（核心启动子）上才能发动专一性的转录； 不是所有的RNA聚合酶亚基都可同时被纯化出来； 对于RNA聚合酶结合到启动子上是所必须的 RNA聚合酶II的通用转录因子被称为TFIIx, x 代表 A, B, D, 可能具有多个亚基；,The basal mach
11、inery,GTFs for RNA polymerase II,IIF,IIH,helicase,protein kinase,IIF,IIH,CTD of large subunit of Pol II,Recognize core promoter,Targets Pol II to promoter,Modulates helicase,Helicase,CTD protein kinase,Many GTFs are possible targets for activators of transcription.,RNA聚合酶II转录起始复合体在一个含有TATA框的启动子上的组装,
12、TFIID,负责结合到TATA框的核心启动子元件上，形成早期的转录起始复合物 ; 为一个多亚基转录因子: 只有一条多肽链级TATA结合蛋白 (TBP) 结合到TATA框; 还含有其他多肽如TBP相关因子 (TAFIIs),三种转录复合体都含有TBP 蛋白, TBP是3种RNA聚合酶的一种重要通用转录因子的亚基 : TBP or TFIID for Pol II SL1 for Pol I TFIIIB for Pol III TBP不总是和TATA框结合; RNA Pol I 和 Pol III 启动子没有TATA框，但是TBP蛋白仍然存在； 含有TBP蛋白的通用转录因子可能在各自的RNA聚合
13、酶中充当位置因子的作用。,TFIIA：,结合到 TFIID ，提高 TFIID 结合到 TATA box的能力；,TFIIB 与 RNA 聚合酶的结合：,一旦 TFIID 结合到 DNA上,TFIIB 结合到 TFIID上, 同时结合到RNA聚合酶上, 这一步对于转录的起始非常的重要. 因而TFIIB 在转录复合物的组装的过程中充当了一个桥梁的作用，允许招募RNA聚合酶和TFIIF,RNA聚合酶结合后的结合因子,在 RNA 聚合酶结合后, TFIIE, TFIIH(large multiprotein), 和TFIIJ (function?) 迅速按照一定的顺序结合到复合物上.,.,CTD 被
14、 TFIIH磷酸化：,TFIIH 具有激酶和螺旋酶活性： TFIIH的激活导致RNA聚合酶羧基末端结构域carboxyl-terminal domain，CTD)的磷酸化； 导致RNA聚合酶复合体的形成，允许RNA聚合酶离开启动子； 因而TFIIH 对于控制转录的起始和延伸非常重要, 当然在DNA的修复以及细胞周期依赖的激酶复合体(cyclin-dependent kinase complexes ，CDK)的磷酸化中起重要作用。,CTD 的磷酸化：,Model: Phosphorylation of Pol IIa to make Pol IIo is needed to clear pro
15、moter of the polymerase from the initiation complex and allow it to start elongation.,CTD has repeat of (YSPTSPS)26-50.,Stages in Initiation of Transcription,Bacterial transcription Closed complex: holoenzyme+promoter Open complex (DNA melting, not need ATP) Abortive transcripton Productive initiati
16、on Transcribe past +9 Sigma dissociates Elongation,Eukaryotic transcription Preinitiation complex (PIC) assembly PIC activation (DNA melting, needs ATP) Abortive transcription Productive initiation CTD phosphorylated Promoter clearance Elongation,转录前起始复合物的组装模型,Polymerization of 1st few NTPs and phosphorylation of CTD leads to promoter clearance. TFIIB, TFIIE and TFIIH dissociate, PolII+I
