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1、AdvancedMGlecture第六章真核基因表达调控(dio kn)演示文稿1页，共64页，星期日。AdvancedMGlecture第六章真核基因(jyn)表达调控2页，共64页，星期日。Eukaryotic Gene Expression and Regulation第六章第六章真核基因表达真核基因表达(biod)调控控3页，共64页，星期日。The Nobel Prize in physiology or medicine 1983巴巴拉巴巴拉麦克麦克(mi k)林托克林托克4页，共64页，星期日。The Nobel Prize in physiology or medicine 1
2、993发现发现(fxin)断裂基因断裂基因(split genes)5页，共64页，星期日。The Nobel Prize in Chemistry 2004 for the discovery of ubiquitin(泛素泛素)-mediated proteolysis蛋白蛋白质降解降解(jin ji)是一个有序的是一个有序的过程程6页，共64页，星期日。罗杰杰科恩伯格科恩伯格( (Roger Kornberg), ), 斯坦福大学教授，因斯坦福大学教授，因对“真核真核转录的的分子分子(fnz)(fnz)基基础所作的研究所作的研究”而荣而荣获20062006年年诺贝尔化学化学奖。科恩伯格科
3、恩伯格发现了构成了构成(guchng)染色体的基本染色体的基本单位位核小体核小体The Nobel Prize in Chemistry 20067页，共64页，星期日。Andrew Z. FireAndrew Z. FireCraig C. MelloCraig C. Mello8页，共64页，星期日。AlbertLaskerBasicMedicalResearchAwardVictor Ambros, University of Massachusetts Medical School2008年艾伯特年艾伯特拉斯克医学拉斯克医学(yxu)(yxu)研究研究奖 discoveriesthat
4、revealedanunanticipatedworldoftinyRNAsthatregulategenefunctioninplantsandanimals 9页，共64页，星期日。表观遗传学(epigenetics)热点(rdin)诺贝尔奖？请大家查阅表观遗传学相关的文献，并作总结。10页，共64页，星期日。本章主要内容本章主要内容1.1.基因基因(jyn)(jyn)表达与表达与调控的基本概念与原理控的基本概念与原理2.2.转录水平的水平的调控控(transcriptional regulation): : uGenetic leveluEpigenetic level3.3.转录后水平
5、的后水平的调控控(post-transcriptional regulation)：uRNA interference （RNAi）uProtein degradation （Ubiquitin/proteasome）11页，共64页，星期日。第一第一(dy)(dy)部分部分基本概念与原理基本概念与原理Basic Concepts and Principles12页，共64页，星期日。Genome(cells repertoire of DNA)Transcriptome(cells repertoire of RNA transcripts)Proteome(cells repertoire
6、 of proteins)单个基因个基因(jyn)单个个细胞胞(xbo)中心法中心法则13页，共64页，星期日。一、基因表达一、基因表达(biod)的概念的概念基因基因组(genome)一个一个细胞或病毒所携胞或病毒所携带(xidi)的全部的全部遗传信息或整信息或整套基因。套基因。基因表达基因表达(gene expression)基因基因经过转录、翻、翻译，产生具有特异生物学功能的生具有特异生物学功能的蛋白蛋白质分子或分子或RNA分子的分子的过程。程。基因表达基因表达调控控(gene regulation, or regulation of gene expression) 基因表达是受基因表
7、达是受严格格调控的。控的。14页，共64页，星期日。RegulationofGeneExpressionChromatinepigenetic controlRNA silencingProteindegradation一般而言的基因表达一般而言的基因表达调控范畴控范畴15页，共64页，星期日。二、基因二、基因(jyn)表达的表达的时间性及空性及空间性性（一）（一）时间(shjin)特异特异性性按功能需要，某一特定基因的表达按功能需要，某一特定基因的表达严格按格按特定的特定的时间顺序序发生，称之生，称之为基因表达的基因表达的时间特异性特异性(temporal specificity)。 多多细
8、胞生物基因表达的胞生物基因表达的时间特异性又称特异性又称阶段特异性段特异性(stage specificity)。16页，共64页，星期日。人体人体发育育过程中不同程中不同类型型(lixng)-珠蛋白的含量珠蛋白的含量变化化 17页，共64页，星期日。（二）空（二）空间(kngjin)特异特异性性基基因因表表达达伴伴随随时间顺序序所所表表现出出的的这种种分分布布差差异异(chy)，实际上上是是由由细胞胞在在器器官官的的分分布布决决定定的的，所所以以空空间特特异异性性又又称称细胞胞或或组织特特异异性性(cell or tissue specificity)。在在个个体体生生长全全过程程，某某种种
9、基基因因产物物在在个个体体按按不不同同组织空空间顺序序出出现，称称之之为基基因因表表达达的的空空间特特异异性性(spatial specificity)。18页，共64页，星期日。Expression pattern of BARD1In Situ hybridization19页，共64页，星期日。四种母源影响基因的四种母源影响基因的mRNA和蛋白沿果和蛋白沿果蝇胚胚胎前胎前-后后轴分布分布(fnb)的的浓度度变化化图 APBICOIDCAUDALHUNCHBACKNANOS20页，共64页，星期日。Facts Identical genome: Virtually every cell i
10、n an organism contains a complete set of genes Spatial specificity: But they are not all turned on in every cell or tissueTemporal specificity: Each cell of an organism expresses a distinctive subset of genes at different time or developmental stageTight regulation: During development different cell
11、s express different sets of genes in a precisely regulated fashion21页，共64页，星期日。三、基因表达三、基因表达(biod)的方式的方式按按对刺激的反刺激的反应性，基因性，基因(jyn)表达的方式分表达的方式分为：1. 1. 组成性表达组成性表达 (constitutive expression)某某些些基基因因在在一一个个个个体体的的几几乎乎所所有有细细胞胞中中持持续续表表达达，通通常被称为常被称为管家基因管家基因( (housekeeping gene) )。- 指那些在指那些在细胞胞结构和代构和代谢途径中必不可少的基因
12、途径中必不可少的基因 (如如 rRNA, actin, tubulin)- 通常通常高高水平表达。水平表达。22页，共64页，星期日。2. 2. 诱导和阻遏和阻遏(z )(z )表达表达在在特特定定环境境信信号号刺刺激激下下，相相应的的基基因因(jyn)(jyn)被被激激活活，基基因因(jyn)(jyn)表表达达产物物增增加加，这种种基基因因(jyn)(jyn)称称为可可诱导基基因因 ( (inducible genes) )。如如果果基基因因对对环环境境信信号号应应答答是是被被抑抑制制，这这种种基基因因是是可可阻阻遏遏基因基因 ( (repressible genes) )。基因表达调控大多
13、数是对这些基因的转录和翻译速率的调节基因表达调控大多数是对这些基因的转录和翻译速率的调节, ,从而导从而导致其编码产物的水平发生改变，影响其功能。致其编码产物的水平发生改变，影响其功能。23页，共64页，星期日。四、基因表达四、基因表达(biod)(biod)调控的生物学意控的生物学意义（一）（一）维持持(wich)(wich)细胞增殖、胞增殖、分化分化（二）（二）维持个体生持个体生长、发育育 （三）适（三）适应环境境变化化24页，共64页，星期日。1.Transcripts（转录(zhunl)本）beginandendbeyondthecodingregion(5UTRand3UTR)2.T
14、heprimarytranscriptisprocessedby:5capping3formation/polyAsplicing3.Maturetranscriptsaretransportedtothecytoplasmfortranslation一般而言，基因一般而言，基因(jyn)表达表达调控主要控主要发生在基因生在基因(jyn)转录水水平上的平上的调节，既，既mRNA合成的多少合成的多少transcription25页，共64页，星期日。五、基因五、基因转录调节基本要素基本要素（一）（一）RNA聚合聚合酶 (RNA Polymerase)（二）特异（二）特异(ty)DNA序列序列 (
15、cis-acting elements)（三）（三）调节蛋白蛋白 (trans-acting factors)Gene expression regulation at the level of DNA (transcriptional regulation)-highly sequence-dependent-varied regulation for different genes26页，共64页，星期日。cis-acting elements: promoters/regulatory sequences of genestrans-acting factors: proteins an
16、d RNAs that bind cis-elements and promote or repress gene expression27页，共64页，星期日。 ( (一一) RNA) RNA聚合聚合酶启启动子、子、调节序列和序列和调节蛋白通蛋白通过DNA-DNA-蛋白蛋白质相互作用、蛋相互作用、蛋白白质- -蛋白蛋白质相互作用影响相互作用影响(yngxing)(yngxing)RNARNA聚合聚合酶活性。活性。RNARNA PolPol I:I: rRNA,rRNA, 相对活性相对活性50-70%50-70%RNARNA PolPol IIII: : mRNAmRNA, ,相对活性相对活性20-40%20-40%RNA Pol III: tRNA,RNA Pol III: tRNA,相对活性相对活性10%10%RNA Pol IV: small ncRNA,RNA Pol IV: small ncRNA,相对活性相对活性?28页，共64页，星期日。1. 原核生物的特异原核生物的特异DNA序列序列 原核生物的基因表达原核生物的基因表达调控是通控是通过操操纵子机制子机制实现的。的。 操
