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1、Regulation of Gene Expression第第 一一 节节基本概念与原理基本概念与原理Basic Conceptions and Principle一、基因表达的概念一、基因表达的概念* * 基因基因(gene)负载特定遗传信息的负载特定遗传信息的DNA片断，通常包括片断，通常包括DNA编码序编码序列、非编码调节序列和内含子。列、非编码调节序列和内含子。基因经过转录基因经过转录或或转录和翻译，产生具有转录和翻译，产生具有特异生物学功能的特异生物学功能的RNARNA或蛋白质分子的过程。或蛋白质分子的过程。* * 基因表达基因表达(gene expression)基因表达是受调控的
2、基因表达是受调控的* * 基因组基因组(genome)一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息。一个细胞或病毒所携带的全部遗传信息。二、基因表达的时间性及空间性二、基因表达的时间性及空间性（一）时间特异性（一）时间特异性按功能需要，某些特定基因的表达严格按特定的时按功能需要，某些特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称之为基因表达的间顺序发生，称之为基因表达的时间特异性时间特异性(temporal specificity)。 多细胞生物基因表达的时间特异性又称多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性阶段特异性(stage specificity)。（二）空间特异性（二）空间特异性基基因因表表达
3、达伴伴随随时时间间顺顺序序所所表表现现出出的的这这种种分分布布差差异异，实实际际上上是是由由细细胞胞在在器器官官的的分分布布决决定定的的，所所以以空空间间特特异异性性又又称称细细胞胞或或组组织织特特异异性性(cell or tissue specificity)。在在个个体体生生长长全全过过程程，某某种种基基因因产产物物在在个个体体按按不不同同组组织织空空间间顺顺序序出出现现，称称之之为为基基因因表表达达的的空间特异性空间特异性(spatial specificity)。三、基因表达的方式三、基因表达的方式按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：（一）组成性
4、表达（基本表达）（一）组成性表达（基本表达）基基因因在在一一个个个个体体的的不不同同发发育育阶阶段段的的几几乎乎所所有有组组织织细细胞胞中中持持续续表表达达，通通常常被被称称为为管管（持持）家家基基因因(house-keeping gene)。管管家家基基因因较较少少受受环环境境因因素素影影响响，在在个个体体各各个个生生长长阶阶段段的的大大多多数数或或几几乎乎全全部部组组织织中中持持续续表表达达，表表达达量几乎没有变化。量几乎没有变化。但两种不同的管家基因表达水平并不一定一致。但两种不同的管家基因表达水平并不一定一致。这类基因表达被视为这类基因表达被视为组成组成性基因表达性基因表达(const
5、itutive gene expression)。（二）诱导和阻遏表达（二）诱导和阻遏表达在在特特定定环环境境信信号号刺刺激激下下，相相应应的的基基因因被被激激活活，基基因因表表达达产产物物增增加加，这这种种基基因因称称为为可可诱诱导导基因基因。可可诱诱导导基基因因在在特特定定环环境境中中表表达达增增强强的的过过程程，称为称为诱导诱导(induction)。 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基因因。可可阻阻遏遏基基因因表表达达产产物物水水平平降低的过程称为降低的过程称为阻遏阻遏(repression)。 在一定机制控制下，功能上相
6、关的一组基因，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，无论其为何种表达方式，均需协调一致、共同表达，称为称为协调表达协调表达(coordinate expression)，这种调节称为这种调节称为协调调节协调调节(coordinate regulation)。四、基因表达调控的生物学意义四、基因表达调控的生物学意义（一）适应环境、维持生长和增殖（一）适应环境、维持生长和增殖（二）维持个体发育与分化（二）维持个体发育与分化五、基因表达调控的基本原理五、基因表达调控的基本原理（一）基因表达的多级调控（一）基因表达的多级调控基因基因激活激活转录转录 转录
7、后加工转录后加工mRNA降解降解蛋白质降解等蛋白质降解等翻译翻译翻译后加工修饰翻译后加工修饰转录转录转录起始转录起始（二）基因转录激活调节基本要素（二）基因转录激活调节基本要素基基因因表表达达的的调调节节与与基基因因的的结结构构、性性质质，生生物物个个体体或或细细胞胞所所处处的的内内、外外环环境境，以及细胞内所存在的转录调节蛋白有关。以及细胞内所存在的转录调节蛋白有关。原核生物原核生物 蛋白质因子蛋白质因子 操纵子操纵子(operon) 机制机制特异特异DNA序列序列编码序列编码序列 启动子启动子 操纵序列操纵序列 其它调节序列其它调节序列(promoter)(operator)1. 特异特异
8、DNA序列和调节蛋白质序列和调节蛋白质是是RNA聚合酶聚合酶识别，结合并启识别，结合并启动转录动转录的特异的特异DNA序列。序列。1) 启动子启动子RNA转录起始转录起始-35区区-10区区TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrp tRNATyrlacrecAAra BAD TTGACA TATAAT共有序列共有序列共共有有序序列列(consensus sequence) 决决定定启启动动序列的转录活性大小。序列的转录活性大小。2 2 操纵序列操纵序
9、列 阻遏蛋白阻遏蛋白(repressor)的结合位点的结合位点当当操操纵纵序序列列结结合合有有阻阻遏遏蛋蛋白白时时，会会阻阻碍碍RNA聚聚合合酶酶与与启启动动序序列列的的结结合合，或或是是RNA聚聚合合酶不能沿酶不能沿DNA向前移动向前移动 ，阻碍转录。，阻碍转录。启动序列启动序列编码序列编码序列操纵序列操纵序列pol阻遏蛋白阻遏蛋白3) 3) 其他调节序列、调节蛋白其他调节序列、调节蛋白例如例如激激活活蛋蛋白白(activator)可可结结合合启启动动序序列列邻邻近近的的DNA序序列列，促促进进RNA聚聚合合酶酶与与启启动动序序列列的的结结合合，增增强强RNA聚聚合合酶酶的的转转录录活活性性
10、，如如分分解解（代代谢谢）物物基基因因激激活活蛋蛋白白（catabolite gene activate protein, CAP）。有有些些基基因因在在没没有有激激活活蛋蛋白白存存在在时时，RNA聚合酶很少或完全不能结合启动序列聚合酶很少或完全不能结合启动序列。真核生物真核生物1) 顺式作用元件顺式作用元件(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DNA序列序列BADNA编码序列编码序列转录起始点转录起始点不不同同真真核核生生物物的的顺顺式式作作用用元元件件中中也也会会发发现现一一些些共共有有序序列列 ，如如TATA盒盒、CAAT盒盒等等，这这些
11、些共共有有序序列列是是RNA聚聚合合酶酶或或特特异异转转录录因因子子的的结合位点。结合位点。 2) 2) 真核基因的调节蛋白真核基因的调节蛋白有有些些基基因因产产物物（蛋蛋白白质质）可可特特异异识识别别、结结合合自自身身基基因因的的调调节节序序列列，调调节节自自身身基基因因的的表表达达，称称顺顺式式作作用用。这这种种蛋蛋白白可可称称为为顺顺式式作作用蛋白用蛋白。由由某某一一基基因因表表达达产产生生的的蛋蛋白白质质因因子子，通通过过与与另另一一基基因因的的特特异异的的顺顺式式作作用用元元件件相相互作用互作用，调节其表达。，调节其表达。 反式作用因子反式作用因子(trans-acting fact
12、or) 这种调节作用称为这种调节作用称为反式作用反式作用。 cDNAaDNA反式作用反式作用C顺式作用顺式作用 mRNA C蛋白质蛋白质CbA mRNA蛋白质蛋白质AA指指的的是是反反式式作作用用因因子子与与顺顺式式作作用用元元件件之之间间的的特特异异识识别别及及结结合合。通通常常是是非非共共价价结结合合，被被识识别别的的DNA结结合合位位点点通通常常呈呈对对称称、或或不不完完全对称结构。全对称结构。绝绝大大多多数数调调节节蛋蛋白白质质结结合合DNA前前，需需通通过过蛋蛋白白质质-蛋蛋白白质质相相互互作作用用，形形成成二二聚聚体体(dimer)或或多聚体多聚体(polymer)。2. DNA
13、- 蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质-蛋白质蛋白质的相互作用的相互作用第第 二二 节节 原核基因转录调节原核基因转录调节Regulation of Prokaryotic Gene Transcription调节的主要环节在调节的主要环节在转录起始转录起始一、原核基因转录调节特点一、原核基因转录调节特点（一一）因子因子决定决定RNA聚合酶聚合酶识别特异性识别特异性（二）（二）操纵子模型操纵子模型的普遍性的普遍性（三）（三）阻遏蛋白阻遏蛋白与与阻遏机制阻遏机制的普遍性的普遍性二、乳糖操纵子调节机制二、乳糖操纵子调节机制（一一）乳糖操纵子乳糖操纵子(lac operon)的结构的结构 调控区调控区CAP结
14、合位点结合位点启动序列启动序列操纵操纵序列序列 结构基因结构基因Z： -半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y： 透酶透酶A：乙酰基转移酶：乙酰基转移酶ZYAOPDNAI调节基因调节基因mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白IDNAZYAOPpol没有乳糖存在时没有乳糖存在时（二二）阻遏蛋白的负性调节阻遏蛋白的负性调节阻遏基因阻遏基因mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白有乳糖存在时有乳糖存在时IDNAZYAOPpol启动转录启动转录mRNA乳糖乳糖半乳糖半乳糖-半乳糖苷酶半乳糖苷酶半乳糖类似物异丙基半乳糖类似物异丙基硫代半乳糖苷硫代半乳糖苷（IPTGIPTG）是一种极强）是一种极强的诱导剂的诱导剂+ + + + + + + + 转录转
15、录无葡萄糖，无葡萄糖，cAMP浓度高时浓度高时有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP浓度低时浓度低时（三三）CAP的正性调节的正性调节ZYAOPDNACAPcAMPCAPpol（四四）协调调节协调调节当当阻阻遏遏蛋蛋白白封封闭闭转转录录时时，CAP对对该该系系统统不不能能发发挥挥作作用；用；当当无无CAP存存在在时时，即即使使没没有有阻阻遏遏蛋蛋白白与与操操作作序序列列结结合，操纵子转录活性仍然很弱。合，操纵子转录活性仍然很弱。若若有有葡葡萄萄糖糖或或葡葡萄萄糖糖/乳乳糖糖共共同同存存在在时时，细细菌菌首首先先利用利用葡萄糖葡萄糖。单纯乳糖单纯乳糖存在时，细菌才利用乳糖作碳源；存在时，细菌才利用乳糖作碳
16、源；葡葡萄萄糖糖对对 lac 操操纵纵子子的的阻阻遏遏作作用用称称分分解解代代谢谢阻阻遏遏(catabolic repression)。 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 cAMP浓度高浓度高 葡萄糖高葡萄糖高cAMP浓度低浓度低RNA-polOOOO低乳糖时低乳糖时高乳糖时高乳糖时图图18-318-3CAPCAP、阻遏蛋白、阻遏蛋白、cAMPcAMP和诱导剂对和诱导剂对laclac操纵子的调节操纵子的调节 第第 三三 节节 真核基因转录调真核基因转录调控控 Regulation of Eukaryotic Gene Transcription一、真核基因组结
17、构特点一、真核基因组结构特点（一）真核基因组结构庞大一）真核基因组结构庞大哺乳类动哺乳类动物基因组物基因组DNA 约约 3 10 9 碱基对碱基对编码基因编码基因约约 有有 22.522.5万万个，个，存在着存在着1.51.5万个基因家万个基因家族族人的基因组中，编码序列仅占全基因组的人的基因组中，编码序列仅占全基因组的1%；在；在一个基因的全部序列中，编码序列仅占一个基因的全部序列中，编码序列仅占5%。rDNA等重复基因等重复基因约约 占占 5% 10%（二）单顺反子二）单顺反子单顺反子单顺反子(monocistron) 编编码码基基因因转转录录生生成成的的一一个个mRNA分分子子，经经翻翻
18、译译只只能能生生成成一一条条多肽链。多肽链。（三）重复序列三）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 次）次）中度重复序列（中度重复序列（103 104次）次）多拷贝序列多拷贝序列（四）基因不连续性四）基因不连续性真核生物基因表达的多层次复杂调控真核生物基因表达的多层次复杂调控二、染色质结构与真核基因表达密切相关二、染色质结构与真核基因表达密切相关活性染色质活性染色质 (active chromatin)(active chromatin)具有转录活性的染色质具有转录活性的染色质超敏位点（超敏位点（hypersensitive site)hy
19、persensitive site)当染色质活化后，常出现一些对核酸酶当染色质活化后，常出现一些对核酸酶（如（如DNase I）高度敏感的位点）高度敏感的位点（一）转录活化的染色质对核酸酶极为敏感（一）转录活化的染色质对核酸酶极为敏感 (二二) 转录活化染色质的组蛋白发生改变转录活化染色质的组蛋白发生改变 组蛋白结构及其化学修饰组蛋白结构及其化学修饰（a a）组蛋白与）组蛋白与DNADNA组成的核小体；（组成的核小体；（b b）组蛋白的氨基端伸出核小）组蛋白的氨基端伸出核小体，形成组蛋白尾巴；（体，形成组蛋白尾巴；（c c）四种组蛋白组成的八聚体）四种组蛋白组成的八聚体组蛋白修饰对于基因表达影
20、响的机制也包括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：两种相互包容的理论。即：组蛋白的修饰直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。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”的假说。的假说。组蛋白蛋白氨基酸残基位点氨基酸残基位点修修饰类型型功功 能能H3Lys-4甲基化甲基化激活激活H3Lys-9甲基化甲基化染色染色质浓缩H3Lys-9甲基化甲基化DNA甲基化所必
21、需甲基化所必需H3Lys-9乙乙酰化化激活激活H3Ser-10磷酸化磷酸化激活激活H3Lys-14乙乙酰化化防止防止Lys-9的甲基化的甲基化H3Lys-79甲基化甲基化端粒沉默端粒沉默H4Arg-3甲基化甲基化H4Lys-5乙乙酰化化装配装配H4Lys-12乙乙酰化化装配装配H4Lys-16乙乙酰化化核小体装配核小体装配H4Lys-16乙乙酰化化Fly X激活激活组蛋白修饰对染色质结构与功能的影响组蛋白修饰对染色质结构与功能的影响 （三三） CpG岛甲基化水平反映甲基化水平反映转录活性活性CpG岛岛（CpG island) ：甲甲基基化化胞胞嘧嘧啶啶在在基基因因组组中中并并不不是是均均匀匀分
22、分布布，有有些些成成簇簇的的非非甲甲基基化化CG存存在在于于整整个个基基因因组组中中，人人们们将将这这些些GC含含量量可可达达60%，长长度度为为300-3000bp的区段。的区段。表表观观遗遗传传（epigenetic inheritance) ：染染色色质质结结构构对对基基因因表表达达的的影影响响可可以以遗遗传传给给子子代代细细胞胞，其其机机制制是是细细胞胞内内存存在在着着具具有有维维持持甲甲基基化化作作用用的的DNA甲甲基基转转移移酶酶，可可以以在在DNA复复制制后后，依依照照亲亲本本DNA链链的的甲甲基基化化位位置置催化子链催化子链DNA在相同位置上发生甲基化在相同位置上发生甲基化。三
23、三、顺式作用元件是转录起始的顺式作用元件是转录起始的关键调节部位关键调节部位1. 启动子启动子真真核核基基因因启启动动子子是是RNA聚聚合合酶酶结结合合位位点点周周围围的的一一组组转转录录控控制制组组件件，至至少少包包括括一一个个转转录起始点录起始点以及一个以上的以及一个以上的功能组件功能组件。TATA盒盒 -20-30bp RNApol结合位点结合位点GC盒盒CAAT盒盒-70bp 反式作用因子反式作用因子结合位点结合位点順式作用元件順式作用元件 指可影响自身基因表达活性的指可影响自身基因表达活性的DNADNA序列序列+1-30 -25 -110 2. 增强子增强子(enhancer)指指远
24、远离离转转录录起起始始点点(130kb)、决决定定基基因因的的时时间间、空空间间特特异异性性、增增强强启启动动子子转转录录活活性性的的DNA序列序列。具有如下特征：具有如下特征：与被调控基因位于同一条与被调控基因位于同一条DNA链上，属于链上，属于顺式作用顺式作用元件元件。是组织特异性转录因子的是组织特异性转录因子的结合部位结合部位不仅能够在基因的不仅能够在基因的上游上游或或下游下游起作用，而且还可以起作用，而且还可以远距离远距离实施调节作用实施调节作用作用与序列的作用与序列的方向性无关方向性无关需要有启动子需要有启动子才能发挥作用才能发挥作用3. 沉默子沉默子(silencer)某些基因的某
25、些基因的负性负性调节元件，当其调节元件，当其结合特异结合特异蛋白因子蛋白因子时，对基因转录时，对基因转录起阻遏作用起阻遏作用。四、转录因子是转录调控的四、转录因子是转录调控的关键分子关键分子真核基因的转录调节蛋白又称转录调节因子或真核基因的转录调节蛋白又称转录调节因子或转录转录因子因子（transcription factor, TF）。）。绝大多数真核转录调节因子由其编码基因表达后，绝大多数真核转录调节因子由其编码基因表达后，进入细胞核，通过识别、结合特异的顺式作用元件进入细胞核，通过识别、结合特异的顺式作用元件而增强或降低相应基因的表达。而增强或降低相应基因的表达。转录因子也被称为反式作用
26、蛋白或转录因子也被称为反式作用蛋白或反式作用因子反式作用因子。1. 转录调节因子分类（按功能特性）转录调节因子分类（按功能特性）* 基本转录因子基本转录因子(general transcription factors)是是RNA聚聚合合酶酶结结合合启启动动子子所所必必需需的的一一组组蛋蛋白白 因因 子子 ， 决决 定定 三三 种种 RNA(mRNA、 tRNA及及rRNA)转录的类别。转录的类别。* 特异转录因子特异转录因子(special transcription factors)为为个个别别基基因因转转录录所所必必需需，决决定定该该基基因因的的时间、空间特异性表达。时间、空间特异性表达。
27、转录激活因子转录激活因子-增强子增强子转录抑制因子转录抑制因子-沉默子沉默子2. 转录调节因子结构转录调节因子结构DNA结合域结合域转录激活域转录激活域TF蛋白质蛋白质-蛋白质结合域蛋白质结合域（二聚化结构域）（二聚化结构域） 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氨酸富含域最常见的最常见的DNA结合域：结合域：1.锌指模体锌指模体(zinc finger)常结合常结合GC盒盒C=半胱氨酸；半胱氨酸；H=组氨酸；组氨酸；F=苯苯丙氨酸；丙氨酸；L=亮氨酸；亮氨酸；Y=酪氨酸；酪氨酸；Zn=锌离子锌离子图图18-9锌指结构锌指结构2. 2.碱性螺旋碱性螺旋- -环环- -
28、螺旋螺旋（basic helix-loop-helix,bHLH)（a）独立的碱性螺旋）独立的碱性螺旋-环环-螺旋模体结构示螺旋模体结构示意图；（意图；（b）bLHL模体二聚体与模体二聚体与DNA结合结合的示意图。两个的示意图。两个 -螺旋的碱性区分别嵌入螺旋的碱性区分别嵌入DNA双螺旋的大沟内双螺旋的大沟内常结合常结合CAAT盒盒图图18-10 bHLH 模体结构模体结构常结合常结合CAAT盒盒3. 3.碱性亮氨酸拉链碱性亮氨酸拉链( (basic leucine zipper, bZip) （a）碱性亮氨酸拉链模体结构示意图；（）碱性亮氨酸拉链模体结构示意图；（b）bZIP模体与模体与DN
29、A结合的示意图。结合的示意图。两个两个 -螺旋上的亮氨酸残基彼此接近，形成了类似拉链的结构，而富含碱性氨螺旋上的亮氨酸残基彼此接近，形成了类似拉链的结构，而富含碱性氨基酸残基的区域与基酸残基的区域与DNA骨架上的磷酸基团结合骨架上的磷酸基团结合图图18-11 bZip模体结构模体结构四、转录后调控主要影响真核四、转录后调控主要影响真核mRNA的结构与功能的结构与功能（一）（一）mRNA的稳定性影响真核生物基因表达的稳定性影响真核生物基因表达1.5 -端的帽子结构可以增加端的帽子结构可以增加mRNA的稳定性的稳定性2.3 -端的端的poly(A)尾结构防止尾结构防止mRNA降解降解 RNA无无论
30、论是是在在核核内内进进行行加加工工、由由胞胞核核运运至至胞胞浆浆，还还是是在在胞胞浆浆内内停停留留（至至降降解解），都都是是通通过过与与蛋蛋白白质质结结合合形形成成核蛋白颗粒核蛋白颗粒(ribonucleoprotein, RNP)进行的。进行的。 与与原原核核基基因因表表达达调调节节一一样样，某某些些小小分分子子RNA也也可可调调节节真真核核基因表达。基因表达。这这些些RNA都都是是非非编编码码RNA（noncoding RNA, ncRNA）。如如：具具有有催催化化活活性性的的RNA（核核酶酶）、细细胞胞核核小小分分子子RNA （snRNA）以及核仁小分子）以及核仁小分子RNA（snoRN
31、A）目前人们广泛关注的非编码目前人们广泛关注的非编码RNA有有miRNA和和siRNA。小分子小分子RNA对基因表达的调节十分复杂，对基因表达的调节十分复杂， （二）一些非编码小分子（二）一些非编码小分子RNA可引起转录后可引起转录后基因沉默基因沉默（三）（三）mRNA前体的选择性剪接可以调节真前体的选择性剪接可以调节真核生物基因表达核生物基因表达真真核核生生物物基基因因所所转转录录出出的的mRNA前前体体含含有有交交替替连连接接的的内内含含子子和和外外显显子子。通通常常状状态态下下，mRNA前前体体经经过过剔剔除除内内含含子子序序列列后后成成为为一一个个成成熟熟的的mRNA，并并被被翻翻译译
32、成成为为一一条条相相应应的的多多肽肽链链。但但是是，参参与与拼拼接接的的外外显显子子可可以以不不按按照照其其在在基基因因组组内内的的线线性性分分布布次次序序拼拼接接，内内含含子子也也可可以以不不完完全全被切除被切除，由此产生了，由此产生了选择性剪接选择性剪接五、真核基因表达在翻译以及翻译后五、真核基因表达在翻译以及翻译后仍可受到调控仍可受到调控（一）对翻译起始因子活性的调节主要通过磷（一）对翻译起始因子活性的调节主要通过磷酸化修饰进行酸化修饰进行蛋白质合成速率的快速变化在很大程度上取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决于起始水平，通过磷酸化调节翻译起
33、始因子（eukaryotic initiation factor, eIF）的活性对起）的活性对起始阶段有重要的控制作用。始阶段有重要的控制作用。1 1翻译起始因子翻译起始因子eIF-2eIF-2的磷酸化抑制翻译起的磷酸化抑制翻译起始始 2 2eIF-4EeIF-4E及及eIF-4EeIF-4E结合蛋白的磷酸化激活翻译起结合蛋白的磷酸化激活翻译起始始 帽结合蛋白帽结合蛋白eIF-4E与与mRNA帽结构的结合是翻译帽结构的结合是翻译起始的限速步骤，磷酸化修饰及与抑制物蛋白的起始的限速步骤，磷酸化修饰及与抑制物蛋白的结合均可调节结合均可调节eIF-4E的活性。的活性。磷酸化的磷酸化的eIF-4E与
34、帽结构的结合力是非磷酸化的与帽结构的结合力是非磷酸化的eIF-4E的的4倍，因而可提高翻译的效率。倍，因而可提高翻译的效率。（二）（二）RNA结合蛋白参与了对翻译起始的调节结合蛋白参与了对翻译起始的调节RNA结合蛋白（结合蛋白（RNA binding protein, RBP），是指那些能够与是指那些能够与RNA特异序列结合的蛋白质。特异序列结合的蛋白质。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RBP的参与，如的参与，如前述转录终止、前述转录终止、RNA剪接、剪接、RNA转运、转运、RNA胞胞浆内稳定性控制以及翻译起始等。浆内稳定性控制以及翻译起始等。 （三）对翻译产物水平及活性的
35、调节可以快速（三）对翻译产物水平及活性的调节可以快速调控基因表达调控基因表达新合成蛋白质的半衰期长短是决定蛋白质生物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学功能的重要影响因素。因此，通过对新生肽。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。定的部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有功能活性。通过对蛋白质的可逆的磷酸化、。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甲基化、酰基
36、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。能的作用，是基因表达的快速调节方式。 是是一一大大家家族族小小分分子子非非编编码码单单链链RNA，长长度度约约20-25个个碱碱基基，由由一一段段具具有有发发夹夹环环结结构构，长长度度为为7090个个碱碱基基的的单单链链RNA 前体前体(pre-miRNA)经经Dicer酶剪切后形成。酶剪切后形成。这这些些成成熟熟的的miRNA 与与其其他他蛋蛋白白质质一一起起组组成成RNA诱诱导导的的沉沉默默复复合合体体（RNA-induced silencing complex, RISC），通通过过与与其其靶靶mRNA 分分子子的的3 端端
37、非非翻翻译译区区域域（3 UTR）互互补补匹匹配配，再再以以目目前前尚尚不不清清楚楚的的机机制制抑抑制制该该mRNA 分分子子的的翻译。翻译。 （四）小分子（四）小分子RNA对基因表达的调节对基因表达的调节1微小微小RNA (microRNA, miRNA)其长度一般为其长度一般为2025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特异性和组织特异性；miRNA 基因以单拷贝、多拷贝或基因簇等多种基因以单拷贝、多拷贝或基因簇等多种形式存在于基因组中
38、，大多位于基因间隔区。形式存在于基因组中，大多位于基因间隔区。 nmiRNA的特点：的特点：是是细细胞胞内内一一类类双双链链RNA(double-stranded RNA，dsRNA)在在特特定定情情况况下下通通过过一一定定酶酶切切机机制制，转转变变为为具具有有特特定定长长度度(2123个个碱碱基基)和和特特定定序序列列的的小小片片段段RNA。双双链链siRNA参参与与RISC组组成成，与与特特异异的的靶靶mRNA完完全互补结合，导致靶全互补结合，导致靶mRNA降解，阻断翻译过程。降解，阻断翻译过程。由由siRNA介介导导的的基基因因表表达达抑抑制制作作用用被被称称为为RNA干干涉涉(RNA
39、interference，RNAi)。2小干扰小干扰RNA (small interfering RNA, siRNA) 30bp 双链双链RNA（dsRNA）水解生成水解生成21-23nt siRNA 5335 RISC形成形成 识别特异序列识别特异序列并使其降解并使其降解RNA干扰干扰作用机制作用机制siRNAmiRNA前体前体内源或外源长双链内源或外源长双链RNA诱导诱导产生产生内源发夹环结构的转录产物内源发夹环结构的转录产物结构结构双链分子双链分子单链分子单链分子功能功能降解降解mRNA阻遏其翻译阻遏其翻译靶靶mRNA 结合结合需完全互补需完全互补不需完全互补不需完全互补生物学效应生物
40、学效应抑制转座子活性和病毒感染抑制转座子活性和病毒感染发育过程的调节发育过程的调节siRNA 和和miRNA的差异比较的差异比较（五）长链非编码（五）长链非编码RNA在基因表达调控在基因表达调控中的作用不容忽视中的作用不容忽视长链非编码长链非编码RNA（lncRNA）是一类转录本长）是一类转录本长度超过度超过200个核苷酸的个核苷酸的RNA分子，不直接参与分子，不直接参与基因编码和蛋白质合成，但是可在表观遗传水基因编码和蛋白质合成，但是可在表观遗传水平、转录水平和转录后水平调控基因的表达。平、转录水平和转录后水平调控基因的表达。1、基因、基因组，基因表达、基因表达调控。、基因、基因组，基因表达、基因表达调控。2、操纵子概念和原核生物乳糖操纵子的结构及调控机理。、操纵子概念和原核生物乳糖操纵子的结构及调控机理。 3、真核生物基因组结构特点、真核生物基因组结构特点 4、顺式作用元件、顺式作用元件、增强子、沉默子、增强子、沉默子、反式作用因子反式作用因子、转录、转录 因子因子。5、了解、了解非编码非编码RNA对基因表达的调控对基因表达的调控5533反向重复序列反向重复序列识别序列、识别序列、 结合序列、起始序列结合序列、起始序列
