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1、第十二章第十二章基因表达调控基因表达调控Regulation of Gene Expression基因表达调控为生物体生长、发育所必需基因表达调控为生物体生长、发育所必需（一）以适应环境、维持生长和增殖（一）以适应环境、维持生长和增殖生物体所处的内、外环境是在不断变化的。通过一定的程序生物体所处的内、外环境是在不断变化的。通过一定的程序调控基因的表达，可使生物体表达出合适的蛋白质分子，以便更好调控基因的表达，可使生物体表达出合适的蛋白质分子，以便更好地适应环境，维持其生长和增殖。地适应环境，维持其生长和增殖。 （二）以维持细胞分化与个体发育（二）以维持细胞分化与个体发育在多细胞个体生长、发育的
2、不同阶段，或同一生长发育阶段，在多细胞个体生长、发育的不同阶段，或同一生长发育阶段，不同组织器官内蛋白质分子分布、种类和含量存在很大差异，这些不同组织器官内蛋白质分子分布、种类和含量存在很大差异，这些差异是调节细胞表型的关键。差异是调节细胞表型的关键。 第一节第一节基因表达与基因表达调控基因表达与基因表达调控 Gene Expression and Gene Expression Regulation基因组基因组(genome)(genome) 来自一个生物体的一整套遗传物质。来自一个生物体的一整套遗传物质。遗传信息以各种生命现象表现出来的过程，包括基因转录及翻译。遗传信息以各种生命现象表现出
3、来的过程，包括基因转录及翻译。基因表达基因表达(gene expression)(gene expression)基因表达调控基因表达调控 (regulation of gene expression )(regulation of gene expression ) 细胞或生物体在接受内外环境信号刺激或细胞或生物体在接受内外环境信号刺激或适应环境适应环境变化的过程中，基变化的过程中，基因表达水平的改变方式因表达水平的改变方式 及其过程。及其过程。 一、基因表达及其特点一、基因表达及其特点（一）基因表达的时间特异性（一）基因表达的时间特异性按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生
4、，称之为按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间特异性基因表达的时间特异性(temporal specificity)(temporal specificity)。 多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性(stage (stage specificity)specificity)。（二）基因表达的空间特异性（二）基因表达的空间特异性基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分布差异，实际上是由细胞在器基因表达伴随时间顺序所表现出的这种分布差异，实际上是由细胞在器官的分布决定的，所以空间特异性又称细胞或组织特异性官的分
5、布决定的，所以空间特异性又称细胞或组织特异性(cell or (cell or tissue specificity)tissue specificity)。在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，称在个体生长全过程，某种基因产物在个体按不同组织空间顺序出现，称之为基因表达的空间特异性之为基因表达的空间特异性(spatial specificity)(spatial specificity)。某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，不易受环境条件某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，不易受环境条件影响的基因，通常被称为管家基因影响的基因，通常被称为管家基因(hou
6、sekeeping gene)(housekeeping gene)。管家基因较少受环境因素影响，在正常生理条件下基本不变或变化很管家基因较少受环境因素影响，在正常生理条件下基本不变或变化很小。区别于其他基因，这类基因表达被视为组成性基因表达小。区别于其他基因，这类基因表达被视为组成性基因表达(constitutive gene expression)(constitutive gene expression)。（三）基因表达的持续性（三）基因表达的持续性（四）基因表达的可诱导性（四）基因表达的可诱导性在特定环境信号刺激下，相应的基因被激活，基因表达产物增加，这种在特定环境信号刺激下，相应的基
7、因被激活，基因表达产物增加，这种基因称为可诱导基因基因称为可诱导基因(inducible gene)(inducible gene)。如果基因对环境信号应答是被抑。如果基因对环境信号应答是被抑制，这种基因是可阻遏基因制，这种基因是可阻遏基因(repressible gene)(repressible gene)。可诱导基因在特定环境中表达增强的过程，称为诱导可诱导基因在特定环境中表达增强的过程，称为诱导(induction)(induction)。 可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为阻遏可阻遏基因表达产物水平降低的过程称为阻遏(repression)(repression)。目录目录10 w
8、ks14 wks1 day6 mos12 mos18 mosAt different stages of the life cycle, different genes need to be on and off.In time:Gene expression is regulated in several different dimensionsIn space: Paddock S.W. (2001). BioTechniques 30: 756 - 761.Each colored stripe in this fly embryo shows the expression of a d
9、ifferent gene or set of genes. The spatial regulation of these genes allows the embryo to be divided up into different regions that will give rise to the head, the internal organs, the abdomen, etc.In abundance:Clyde et al. (2003). Nature 426:849-853Note how the gene whose expression is indicated in
10、 blue varies in abundance from strong expression (bold arrow) to weak (thin arrow) within its expression domain. These differences in strength of gene expression have important functional consequences.二、基因表达调控二、基因表达调控（一）基因表达调控的多层次（一）基因表达调控的多层次基因激活基因激活拷贝数拷贝数重排重排DNADNA 甲基化甲基化转录后加工转录后加工mRNAmRNA降解降解蛋白质翻
11、译蛋白质翻译翻译后加工修饰翻译后加工修饰蛋白质降解等蛋白质降解等转录起始转录起始基因表达调控概况基因表达调控概况在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，无论其为何种表达方式，在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，无论其为何种表达方式，均需协调一致、共同表达，即为协同调节均需协调一致、共同表达，即为协同调节(coordinate regulation)(coordinate regulation)。（二）基因表达调控的协调性（二）基因表达调控的协调性（三）基因表达调控的主要方式（三）基因表达调控的主要方式顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)(cis-acting e
12、lement)可影响结构基因表达的调节序列可影响结构基因表达的调节序列反式作用因子反式作用因子(trans-acting factor) (trans-acting factor) 由某一基因表达产生的蛋白质因子，与被调节的由某一基因表达产生的蛋白质因子，与被调节的DNADNA调节序列相调节序列相互作用而发挥作用，这些蛋白质分子称为反式作用因子。互作用而发挥作用，这些蛋白质分子称为反式作用因子。 目录目录转录调控是以特定的转录调控是以特定的DNA序列和蛋白质序列和蛋白质结构为基础结构为基础特定的特定的DNA序列是转录起始调控的结构基础序列是转录起始调控的结构基础 在基因内和基因外都有一些特定的
13、在基因内和基因外都有一些特定的DNA序列，与序列，与结构基因表达调控相关、能够被基因调控蛋白特异结构基因表达调控相关、能够被基因调控蛋白特异性识别和结合，这些特定的性识别和结合，这些特定的DNA序列称为序列称为顺式作用顺式作用元件（元件（cis-acting elements），亦称为顺式调控元件。，亦称为顺式调控元件。在原核生物中主要是启动子、阻遏蛋白结合位点、在原核生物中主要是启动子、阻遏蛋白结合位点、正调控蛋白结合位点、增强子等。正调控蛋白结合位点、增强子等。目录目录 调控蛋白具有结合调控蛋白具有结合DNA所需的结构特征所需的结构特征 基因特异性转录因子基因特异性转录因子（gene sp
14、ecific transcription factors）:能够与顺式作用元件特异性结合、对基能够与顺式作用元件特异性结合、对基因表达的转录起始过程有调控作用的蛋白质因表达的转录起始过程有调控作用的蛋白质 激活蛋白或正调控蛋白激活蛋白或正调控蛋白:对基因表达有激活作用的对基因表达有激活作用的 蛋白质蛋白质 阻遏蛋白阻遏蛋白:对基因表达有抑制作用的蛋白质对基因表达有抑制作用的蛋白质 有些反式作用因子具有特殊的有些反式作用因子具有特殊的DNADNA结合结构域结合结构域(DNA-binding domain) (DNA-binding domain) 能特异识别某些能特异识别某些DNADNA序列并与
15、顺式作用元件相互作用。如序列并与顺式作用元件相互作用。如DNADNA双螺旋的双螺旋的大沟是最常见的调节蛋白与大沟是最常见的调节蛋白与DNADNA序列发生相互作用的部位。序列发生相互作用的部位。（四）基因表达调控的生理意义（四）基因表达调控的生理意义适应环境适应环境维持生长维持生长 细胞增殖细胞增殖第二节第二节 原核基因表达调控原核基因表达调控一、原核基因转录调节特点一、原核基因转录调节特点操纵子操纵子(operon)是由结构基因及其上游调控序列组成的是由结构基因及其上游调控序列组成的转录单元，结构基因转录受调控序列控制。转录单元，结构基因转录受调控序列控制。 多顺反子多顺反子 （ polyci
16、stron)polycistron) 启动子启动子 操纵元件操纵元件 其他调节基因其他调节基因(promoter)(promoter)(operator)(operator)是是RNA polRNA pol和各种调控蛋白作用的部位，是决定基因表达效和各种调控蛋白作用的部位，是决定基因表达效率的关键元件。率的关键元件。1 1、启动子、启动子RNA转录起始转录起始-35区区-10区区TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrptrp tRNATyrtRNAT
17、yrlaclacrecArecAAra BADAra BAD TTGACA TATAAT（ pribnow box)共有序列共有序列图图13-1 13-1 五种五种E.coli启动序列的共有序列启动序列的共有序列2 2、操纵元件操纵元件 阻遏蛋白阻遏蛋白(repressor)(repressor)的识别和结合位点的识别和结合位点当操纵序列结合有阻遏蛋白时，会阻碍当操纵序列结合有阻遏蛋白时，会阻碍RNARNA聚合酶与启动序列的结合，或聚合酶与启动序列的结合，或是是RNARNA聚合酶不能沿聚合酶不能沿DNADNA向前移动向前移动 ，阻碍转录，介导负性调节，阻碍转录，介导负性调节(negative
18、(negative regulation)regulation)。启动序列启动序列编码序列编码序列操纵序列操纵序列polpol阻遏蛋白阻遏蛋白二、乳糖操纵子调节机制二、乳糖操纵子调节机制（一）乳糖操纵子（一）乳糖操纵子(lac operon)(lac operon)的结构的结构 调控区调控区CAPCAP结合位点结合位点启动序列启动序列操纵序列操纵序列 结构基因结构基因Z Z： -半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y Y： 通透酶通透酶A A：乙酰基转移酶：乙酰基转移酶ZYAOPDNADNAmRNAmRNA阻遏蛋白阻遏蛋白IDNADNAZYAOPpol没有乳糖存在时没有乳糖存在时（二）乳糖操纵子的调节（二）乳
19、糖操纵子的调节阻遏基因阻遏基因1 1、阻遏蛋白的负调节、阻遏蛋白的负调节mRNAmRNA阻遏蛋白阻遏蛋白有乳糖存在时有乳糖存在时IDNADNAZYAOPpol启动转录启动转录mRNAmRNA乳糖乳糖半乳糖半乳糖-半乳糖苷酶半乳糖苷酶图图13-4 lac 13-4 lac 操纵子与阻遏蛋白的负性调节操纵子与阻遏蛋白的负性调节+ + + + + + + + 转录转录无葡萄糖，无葡萄糖，cAMPcAMP浓度高时浓度高时有葡萄糖，有葡萄糖，cAMPcAMP浓度低时浓度低时2 2、CAPCAP的正性调节的正性调节ZYAOPDNADNACAPCAPCAPCAPCAPCAP3 3、协同调节、协同调节当阻遏蛋
20、白封闭转录时，当阻遏蛋白封闭转录时，CAPCAP对该系统不能发挥作用。对该系统不能发挥作用。如无如无CAPCAP存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合，操纵子仍无转录活性。存在，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合，操纵子仍无转录活性。单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖单纯乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖/ /乳糖共同乳糖共同存在时，细菌首先利用葡萄糖。葡萄糖对存在时，细菌首先利用葡萄糖。葡萄糖对 lac lac 操纵子的阻遏作用称分解代操纵子的阻遏作用称分解代谢阻遏谢阻遏(catabolic repression)(catabolic repression)。
21、mRNA低半乳糖时低半乳糖时高半乳糖时高半乳糖时 葡萄糖低葡萄糖低 cAMPcAMP浓度高浓度高 葡萄糖高葡萄糖高cAMPcAMP浓度浓度低低RNA-polOOOO转录衰减转录衰减RNARNA链在转录过程中翻译产生的特殊蛋白质与自身基因的调节序列链在转录过程中翻译产生的特殊蛋白质与自身基因的调节序列结合而导致转录提前终止。结合而导致转录提前终止。抗终止抗终止阻止前者的发生，使下游基因得以表达。阻止前者的发生，使下游基因得以表达。三、其他转录调节机制三、其他转录调节机制大肠埃希菌在转录终止阶段有两种调控终止的方式大肠埃希菌在转录终止阶段有两种调控终止的方式目录目录 Trp operon色氨酸操纵
22、子的基本结构及前导序列转录产物结构色氨酸操纵子的基本结构及前导序列转录产物结构低低Trp, Trp, 前导肽的合成停滞在序列前导肽的合成停滞在序列1 1上上, , 形成形成2/32/3发夹发夹, , 不影响转录不影响转录高高Trp, Trp, 完整的前导肽与完整的前导肽与3/43/4发夹结构作用发夹结构作用, , 合并后续多聚合并后续多聚U U序列使得转录提序列使得转录提前终止前终止色氨酸操纵子的结构及其关闭机制色氨酸操纵子的结构及其关闭机制第三节第三节 真核基因表达调控真核基因表达调控Regulation of Gene Expression in Eukaryote一、真核基因的结构特点一
23、、真核基因的结构特点 哺乳类动物基因组结构庞大，哺乳类动物基因组结构庞大，DNA DNA 约约 3 3109109碱基对。碱基对。 人编码基因约人编码基因约4 4万个，编码序列仅占总长的万个，编码序列仅占总长的1%1%。 rDNArDNA等重复基因约占等重复基因约占5%10%5%10%。u真核基因组结构庞大真核基因组结构庞大u真核基因转录产物为单顺反子真核基因转录产物为单顺反子单顺反子单顺反子(monocistron) (monocistron) 即一个编码基因转录生成一个即一个编码基因转录生成一个mRNAmRNA分子，经翻译生成一条分子，经翻译生成一条多肽链。多肽链。u真核基因组含有大量的重
24、复序列真核基因组含有大量的重复序列单拷贝序列（一次或数次）单拷贝序列（一次或数次）高度重复序列（高度重复序列（106 106 次）次）中度重复序列（中度重复序列（103 104103 104次）次）多拷贝序列多拷贝序列 真核结构基因两侧存在有不被转录的非编码序列，往往是基因真核结构基因两侧存在有不被转录的非编码序列，往往是基因表达的调控区。在编码基因内部尚有内含子（表达的调控区。在编码基因内部尚有内含子（intronintron）、外显子）、外显子（exonexon）之分，因此真核基因是不连续的。）之分，因此真核基因是不连续的。 u真核基因中存在非编码序列和间隔区，故：具有不连续性真核基因中存
25、在非编码序列和间隔区，故：具有不连续性二、染色质的活化二、染色质的活化 具有转录活性的染色质被称为活性染色质。具有转录活性的染色质被称为活性染色质。染色质活化后，出现对核酸酶高度敏感的位点，称为超敏位点，位于调节染色质活化后，出现对核酸酶高度敏感的位点，称为超敏位点，位于调节蛋白结合位点附近。蛋白结合位点附近。Organization/ packaging of DNANucleus= 5-10 m (0.01mm)Diploid genome= 6.4x109 bp0.34nm/bpDNA=2 meters (2000 mm)富含富含LysLys的的H1H1组蛋白水平降低组蛋白水平降低H2A
26、H2AH2BH2B二聚体不稳定性增加二聚体不稳定性增加核心组蛋白核心组蛋白H3H3、H4H4发生乙酰化、甲基化或磷酸化修饰发生乙酰化、甲基化或磷酸化修饰（一）组蛋白修饰与染色质重塑（一）组蛋白修饰与染色质重塑组蛋白结构及其化学修饰组蛋白结构及其化学修饰Chromatin remodelingFigure 18-4Condensed chromatinDecondensed chromatinAcetyl group on histone组蛋白修饰对于基因表达影响的机制也包括两种相互包容的理论。即：组蛋白修饰对于基因表达影响的机制也包括两种相互包容的理论。即：组蛋白的修饰直接影响染色质或核小体的
27、结构，以及化学修饰征集了其他组蛋白的修饰直接影响染色质或核小体的结构，以及化学修饰征集了其他调控基因转录的蛋白质，为其他功能分子与组蛋白结合搭建了一个平台。调控基因转录的蛋白质，为其他功能分子与组蛋白结合搭建了一个平台。这些理论构成了这些理论构成了“组蛋白密码组蛋白密码 (histone code)(histone code) ”的假说。的假说。( (二）二）DNADNA甲基化甲基化真核生物在染色质水平控制基因转录的机制之一。真核生物在染色质水平控制基因转录的机制之一。CpGCpG岛岛(CpG island)(CpG island)：基因组中可见到成簇的非甲基化：基因组中可见到成簇的非甲基化C
28、GCG存在于某个区段存在于某个区段, , 一一般将这些般将这些CGCG含量最高达含量最高达60%, 60%, 长度为长度为3003003000bp3000bp的区段称为的区段称为CpGCpG岛。岛。表观遗传（表观遗传（epigenetic inheritance):epigenetic inheritance):以染色质结构的改变而非基因序列导以染色质结构的改变而非基因序列导致的遗传现象。致的遗传现象。采用正性调节机制更精确：一个负性调节元件的结合足可阻断采用正性调节机制更精确：一个负性调节元件的结合足可阻断RNARNA聚合酶聚合酶的结合，因此同时采用几个负性调节元件一般不会改变特异性；相反，
29、如的结合，因此同时采用几个负性调节元件一般不会改变特异性；相反，如果采用多种正性调节元件、正性调节蛋白可提高基因表达调节的特异性和果采用多种正性调节元件、正性调节蛋白可提高基因表达调节的特异性和精确性。精确性。采用负性调节不经济：在正性调节中，大多数基因不结合调节蛋白，所采用负性调节不经济：在正性调节中，大多数基因不结合调节蛋白，所以是没有活性的；只要细胞表达一组激活蛋白时，相关靶基因即可被激活。以是没有活性的；只要细胞表达一组激活蛋白时，相关靶基因即可被激活。（三）在真核基因表达调控中以正性调节占主导（三）在真核基因表达调控中以正性调节占主导三、转录起始的调控三、转录起始的调控真核生物的真核
30、生物的RNA Pol RNA Pol 需要多个转录因子相互作用才能形成转录起始需要多个转录因子相互作用才能形成转录起始复合物复合物真核生物真核生物( (一一) ) 顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element)(cis-acting element)可影响自身基因表达活性的可影响自身基因表达活性的DNADNA序列序列 顺式作用元件顺式作用元件1.1.启动子启动子真核基因启动子是真核基因启动子是RNARNA聚合酶结合位点周围的一组转录控制组件，聚合酶结合位点周围的一组转录控制组件，至少包括一个转录起始点以及一个以上的功能组件。至少包括一个转录起始点以及一个以上的功能组件。TAT
31、ATATA盒盒GCGC盒盒CAATCAAT盒盒CCAAT盒盒GC盒盒TATA盒盒转录起始点转录起始点高等真核生物高等真核生物上游激活序上游激活序列（列（UAS）TATA盒盒转录起始点转录起始点酵母酵母真核基因启动子的典型结构真核基因启动子的典型结构很多启动子不含很多启动子不含TATATATA盒，这类启动子分为两类盒，这类启动子分为两类一类为富含一类为富含GCGC的启动子，最初的启动子，最初 发现于一些管家基因。这类启动子一般发现于一些管家基因。这类启动子一般含数个分离的转录起始点，并有数个转录因子含数个分离的转录起始点，并有数个转录因子SP1SP1结合位点，对基本转录结合位点，对基本转录活化有
32、重要作用。活化有重要作用。另一类启动子既不含另一类启动子既不含TATATATA盒，也没有盒，也没有GCGC富含区，这类启动子可有一个或富含区，这类启动子可有一个或多个转录起始点，大多转录活性很低或根本没有转录活性，而是在胚胎多个转录起始点，大多转录活性很低或根本没有转录活性，而是在胚胎发育、组织分化或再生过程中受调节。发育、组织分化或再生过程中受调节。2.2.增强子增强子(enhancer)(enhancer)指远离转录起始点、决定基因的时间、空间特异性、增强启动子转指远离转录起始点、决定基因的时间、空间特异性、增强启动子转录活性的录活性的DNADNA序列。其发挥作用的方式通常与方向、距离无关
33、。序列。其发挥作用的方式通常与方向、距离无关。 3.3.沉默子沉默子(silencer)(silencer)某些基因的负性调节元件，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起某些基因的负性调节元件，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。阻遏作用。（二）转录因子（二）转录因子还有蛋白质因子可特异识别、结合自身基因的调节序列，调节自还有蛋白质因子可特异识别、结合自身基因的调节序列，调节自身基因的表达，称顺式作用。具有这种调节方式的调节蛋白称为顺身基因的表达，称顺式作用。具有这种调节方式的调节蛋白称为顺式作用因子。式作用因子。转录因子是由特定基因表达产生的蛋白质因子，通过与特异的顺转录因子是由特定
34、基因表达产生的蛋白质因子，通过与特异的顺式作用元件相互作用，反式激活另一基因的转录，称为反式作用因式作用元件相互作用，反式激活另一基因的转录，称为反式作用因子子(trans-acting factor)(trans-acting factor)。 反式调节：基因反式调节：基因A A的表达产物蛋白质的表达产物蛋白质A A调节基因调节基因B B的表达，蛋白质的表达，蛋白质A A为反式作用为反式作用因子；因子；PAPA 和和PBPB为基因为基因A A和和B B的启动子。的启动子。反式调节反式调节顺式调节顺式调节顺式调节：基因顺式调节：基因C C的表达产物蛋白质的表达产物蛋白质C C调节自身基因的表达
35、，蛋白质调节自身基因的表达，蛋白质C C为顺式为顺式作用因子；作用因子；PCPC：基因：基因C C的启动子的启动子n转录因子分类（按功能特性）转录因子分类（按功能特性）通用转录因子通用转录因子(general transcription factors)(general transcription factors)是是RNARNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白因子，决定三种聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白因子，决定三种RNA(mRNARNA(mRNA、tRNAtRNA及及rRNA)rRNA)转录的类别，也称基本转录因子。转录的类别，也称基本转录因子。特异转录因子特异转录因子(special
36、transcription factors)(special transcription factors)为个别基因转录所必需，决定该基因的时间、空间特异性表达。为个别基因转录所必需，决定该基因的时间、空间特异性表达。转录激活因子转录激活因子转录抑制因子转录抑制因子转录起始过程还有上游因子转录起始过程还有上游因子(upstream factor)(upstream factor)和和可诱导因子可诱导因子(inducible factor)(inducible factor)。 RNA Pol IIRNA Pol II启动转录需要多种蛋白质因子的协同作用。启动转录需要多种蛋白质因子的协同作用。可
37、诱导因子或上游因子与增强子或启动子上游元件的结合；可诱导因子或上游因子与增强子或启动子上游元件的结合；通用转录因子在启动子处的组装；辅激活因子和（或）中介子在通用转通用转录因子在启动子处的组装；辅激活因子和（或）中介子在通用转录因子或录因子或RNARNA pol IIpol II复合物与可诱导因子复合物与可诱导因子 、上游因子之间的辅助和中介作、上游因子之间的辅助和中介作用。用。因子与因子之间互相辨认、结合，以准确控制基因是否转录，何时转录。因子与因子之间互相辨认、结合，以准确控制基因是否转录，何时转录。n转录因子结构转录因子结构 谷氨酰胺富含域谷氨酰胺富含域酸性激活域酸性激活域脯氨酸富含域脯
38、氨酸富含域反式作用因子与顺式作用元件之间的特异结合主要依赖于转录因子反式作用因子与顺式作用元件之间的特异结合主要依赖于转录因子DNADNA结合域中的特殊蛋白质模体。结合域中的特殊蛋白质模体。（三）顺式作用元件与转录因子的结合（三）顺式作用元件与转录因子的结合最常见的最常见的DNA结合域：结合域：1.1.锌指锌指(zinc finger)(zinc finger)结构结构C CysH His常结合常结合GCGC盒盒2.2.碱性螺旋碱性螺旋- -环环- -螺旋螺旋(basic helix-loop-helix, bHLH) (basic helix-loop-helix, bHLH) 结构结构碱性
39、螺旋碱性螺旋- -环环- -螺旋螺旋(bHLH)(bHLH)结构与结构与DNADNA的结合的结合3 3 碱性亮氨酸拉链碱性亮氨酸拉链(basic (basic leucine zipper, bZIP) leucine zipper, bZIP) 结构结构碱性亮氨酸拉链碱性亮氨酸拉链(bZIP)(bZIP)结构与结构与DNADNA的结合的结合（ 四四）转录起始复合物的形成转录起始复合物的形成真核真核RNARNA聚合酶聚合酶在转录因子帮助下，形成转录起始复合物在转录因子帮助下，形成转录起始复合物 （PICPIC）。）。 转录起始复合物转录起始复合物目录目录Basal Transcription
40、Combinatorial Model of Gene ExpressionLiverRegulatoryTFs increasetranscriptionactivityBrainNo reg.TFs in this cell for albumin enhancer四、其他水平的调控四、其他水平的调控（一）转录后的调控（一）转录后的调控稳定性受很多因素的影响，如加帽、加尾等。稳定性受很多因素的影响，如加帽、加尾等。 组蛋白组蛋白3 3- -端会形成一种发夹结构端会形成一种发夹结构, , 使其免受核酸酶的攻击使其免受核酸酶的攻击 。AREARE结合蛋白可降低结合蛋白可降低mRNAmRNA的稳
41、定性。的稳定性。1. mRNA1. mRNA的稳定性的稳定性核蛋白体复合物核蛋白体复合物(ribonucleoprotein, RNP)(ribonucleoprotein, RNP)中的相关蛋白质含量可直接中的相关蛋白质含量可直接影响影响mRNA mRNA 的运输及在胞质内的稳定性。的运输及在胞质内的稳定性。 IREIRE结合蛋白结合蛋白(IRE-binding protein, IRE-BP)(IRE-binding protein, IRE-BP)与与IREIRE (iron response (iron response element, IRE)element, IRE)结合可以延长
42、结合可以延长TfR (transferrin receptor, TfR)TfR (transferrin receptor, TfR) 的半的半寿期。寿期。2. mRNA2. mRNA前体的选择性剪接前体的选择性剪接（二）翻译及翻译后的调控（二）翻译及翻译后的调控蛋白质合成速率的快速变化在很大程度上取决于起始水平，通过磷蛋白质合成速率的快速变化在很大程度上取决于起始水平，通过磷酸化调节翻译起始因子（酸化调节翻译起始因子（eukaryotic initiation factor, eIFeukaryotic initiation factor, eIF）的）的活性对起始阶段有重要的控制作用。活
43、性对起始阶段有重要的控制作用。eIF2aeIF2a的磷酸化导致蛋白质翻译受阻，但的磷酸化导致蛋白质翻译受阻，但eIF-4EeIF-4E及其结合蛋白的磷及其结合蛋白的磷酸化则激活翻译起始。酸化则激活翻译起始。1.1.对翻译起始因子活性的调节对翻译起始因子活性的调节2. RNA2. RNA结合蛋白的调节结合蛋白的调节RNARNA结合蛋白（结合蛋白（RNA binding protein, RBPRNA binding protein, RBP），是指那些能够与），是指那些能够与RNARNA特异特异序列结合的蛋白质。序列结合的蛋白质。基因表达的许多调节环节都有基因表达的许多调节环节都有RBPRBP的
44、参与，如前述转录终止、的参与，如前述转录终止、RNARNA剪接、剪接、RNARNA转运、转运、RNARNA胞浆内稳定性控制以及翻译起始等。胞浆内稳定性控制以及翻译起始等。 3 . 3 . 翻译产物的调节翻译产物的调节新合成蛋白质的半衰期长短是决定蛋白质生物学功能的重要影响因素。新合成蛋白质的半衰期长短是决定蛋白质生物学功能的重要影响因素。因此，通过对新生肽链的水解和运输，可以控制蛋白质的浓度在特定的部因此，通过对新生肽链的水解和运输，可以控制蛋白质的浓度在特定的部位或亚细胞器保持在合适的水平。位或亚细胞器保持在合适的水平。许多蛋白质需要在合成后经过特定的修饰才具有功能活性。通过对蛋白许多蛋白质
45、需要在合成后经过特定的修饰才具有功能活性。通过对蛋白质的可逆的磷酸化、甲基化、酰基化修饰，可以达到调节蛋白质功能的作质的可逆的磷酸化、甲基化、酰基化修饰，可以达到调节蛋白质功能的作用，是基因表达的快速调节方式。用，是基因表达的快速调节方式。 是一大家族小分子非编码单链是一大家族小分子非编码单链RNARNA，长度约，长度约20252025个碱基，由一段具有发个碱基，由一段具有发夹环结构，长度为夹环结构，长度为70907090个碱基的单链个碱基的单链RNA RNA 前体前体(pre-miRNA)(pre-miRNA)经经DicerDicer酶剪酶剪切后形成。切后形成。 （三）小分子（三）小分子RN
46、ARNA对基因表达的调控对基因表达的调控1 1微小微小RNA (microRNA, miRNA)RNA (microRNA, miRNA)某些小分子某些小分子RNARNA也可调节真核基因表达，这些也可调节真核基因表达，这些RNARNA均属于非编码均属于非编码RNA(non-RNA(non-coding RNA, ncRNA) coding RNA, ncRNA) 。其长度一般为其长度一般为20252025个碱基；个碱基；在不同生物体中普遍存在；在不同生物体中普遍存在；其序列在不同生物中具有一定的保守性；其序列在不同生物中具有一定的保守性；具有明显的表达阶段特异性和组织特异性；具有明显的表达阶段
47、特异性和组织特异性；miRNA miRNA 基因以单拷贝、多拷贝或基因簇等多种形式存在于基因组中，基因以单拷贝、多拷贝或基因簇等多种形式存在于基因组中，大多位于基因间隔区。大多位于基因间隔区。 nmiRNAmiRNA的特点：的特点：是细胞内一类双链是细胞内一类双链RNA(double-stranded RNARNA(double-stranded RNA，dsRNA)dsRNA)在特定情况下通过在特定情况下通过一定酶切机制，转变为具有特定长度一定酶切机制，转变为具有特定长度(2123(2123个碱基个碱基) )和特定序列的小片段和特定序列的小片段RNARNA。双链双链siRNAsiRNA参与参
48、与RISCRISC组成，与特异的靶组成，与特异的靶mRNAmRNA完全互补结合，导致靶完全互补结合，导致靶mRNAmRNA降降解，阻断翻译过程。解，阻断翻译过程。由由siRNAsiRNA介导的基因表达抑制作用被称为介导的基因表达抑制作用被称为RNARNA干涉干涉(RNA interference(RNA interference，RNAi)RNAi)。2 2干扰小干扰小RNA (small interfering RNA, siRNARNA (small interfering RNA, siRNA) )RNARNA干扰作用干扰作用siRNA siRNA 和和miRNAmiRNA的区别的区别目录目录
