目录目录生物化学与分子生物学生物化学与分子生物学杨杨 中中 汉汉 副副 教教 授授中山医学院生化教研室中山医学院生化教研室yangzhh@yangzhh@ 目录目录第十八章第十八章基因表达调控基因表达调控Regulation of Gene Expression DNA复制复制RNA转录转录蛋白质蛋白质翻译翻译基基因因表表达达机体如何控制遗机体如何控制遗传信息的传递过传信息的传递过程、有何规律程、有何规律 基因表达调控的多层次性基因表达调控的多层次性基因激活转录起始RNA抑制、稳定及降解蛋白质降解翻译后修饰多多级级水水平平上上的的调调控控转录后修饰翻译起始 目录目录第一节第一节基因表达与基因表达调控的基因表达与基因表达调控的基本概念与特点基本概念与特点Basic Conceptions and Characters of Gene Expression and it’s Regulation 目录目录一、基因表达是基因转录和翻译的过程一、基因表达是基因转录和翻译的过程是基因转录及翻译的过程，也是基因所是基因转录及翻译的过程，也是基因所携带的遗传信息表现为表型的过程，包括基携带的遗传信息表现为表型的过程，包括基因转录成互补的因转录成互补的RNA序列，对于蛋白质编码序列，对于蛋白质编码基因，基因，mRNA继而翻译成多肽链，并装配加继而翻译成多肽链，并装配加工成最终的蛋白质产物。
工成最终的蛋白质产物 Ø基因表达基因表达(gene expression)Ø基因表达是受调控的基因表达是受调控的 目录目录二、基因表达具有时间特异性和空间特异性二、基因表达具有时间特异性和空间特异性（一）时间特异性是指基因表达按一定的时间（一）时间特异性是指基因表达按一定的时间顺序发生顺序发生Ø按功能需要，某一特定基因的表达严格按一按功能需要，某一特定基因的表达严格按一定的时间顺序发生，称之为基因表达的定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间时间特异性特异性(temporal specificity) Ø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阶段特异性特异性(stage specificity) 目录目录（二）空间特异性是指多细胞生物个体在特（二）空间特异性是指多细胞生物个体在特定生长发育阶段，同一基因在不同的定生长发育阶段，同一基因在不同的组织器官表达不同组织器官表达不同 Ø在在个个体体生生长长、、发发育育过过程程中中，，一一种种基基因因产产物物在在个个体体的的不不同同组组织织或或器器官官表表达达，，即即在在个个体体的的不不同同空空间间出出现现，，这就是基因表达的这就是基因表达的空间特异性空间特异性(spatial specificity)。
Ø基基因因表表达达伴伴随随时时间间或或阶阶段段顺顺序序所所表表现现出出的的这这种种空空间间分分布布差差异异，，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所所决决定定的的，，因因此此基基因因表表达达的的空空间间特特异异性性又又称称细细胞胞特特异异性性(cell specificity)或组织特异性或组织特异性(tissue specificity) 指多细胞生物成长发育中，在一些内在机制作用下，细胞在结构、形态、生理功能及生化特征等方面逐渐产生稳定性差异，成为多种不同的细胞类型，以形成个体不同的组织、器官和系统 人体约有人体约有200200种不同的分化细胞种不同的分化细胞 细胞分化细胞分化（（cell differentiation ））补充资料：补充资料： 动物及人体的基本组织类型动物及人体的基本组织类型人体约人体约200200种不同的分化细胞归种不同的分化细胞归为为四类：四类： 1 1．上皮组织．上皮组织: :来源于外胚层，如皮肤表层来源于外胚层，如皮肤表层 2 2．结缔组织．结缔组织: :由中胚层产生的，分布在表皮之内各由中胚层产生的，分布在表皮之内各 器官组织之间，如韧带、器官组织之间，如韧带、纤维、血浆纤维、血浆 3 3．肌肉组织．肌肉组织: :来自中胚层，又有平滑肌、骨胳肌和来自中胚层，又有平滑肌、骨胳肌和 心肌，主要组分是肌原纤维心肌，主要组分是肌原纤维 4 4．神经组织．神经组织: :来自外胚层，由神经元和神经胶质细来自外胚层，由神经元和神经胶质细 胞组成胞组成 全能细胞全能细胞胚囊细胞胚囊细胞原胚细胞原胚细胞多能干细胞多能干细胞胚囊内层细胞胚囊内层细胞n人类胚胎从何时起人类胚胎从何时起享有人的尊严？享有人的尊严？n胚胎是早期生命吗？胚胎是早期生命吗？ 细胞分化的机制 （（1 ））“决定决定”先于分化先于分化 细胞决定（ determination ）是指细胞内某些基因永久地关闭，而另一些基因顺序表达，具备向某一特定方向分化的能力（稳定的、可遗传的）。
如，胚胎早期的外（神经细胞、上皮细胞、肛门上皮细胞）、中（泌尿、生殖）、内（呼吸、消化） 3 胚层在细胞形态上并无差别，但已预定要分化出各自不同的组织细胞 （（ 2 ）细胞质在决定细胞差别中作用）细胞质在决定细胞差别中作用 细胞质分配的不均匀，子代干细胞的胞质组分不同，导致子细胞产生差别（即分化的表现） （（ 3 ）细胞间相互作用）细胞间相互作用 位置效应：细胞分化与细胞所在位置及与其他细胞的联系有关，包括细胞间直接接触所进行信息转导和细胞外物质（细胞因子）的作用结果n细胞内不同基因在不同发育阶段被选择激活，即基因在时空上的有序表达 n动物卵细胞中贮存有动物卵细胞中贮存有大量大量mRNA，呈非均匀分布；，呈非均匀分布；n用转录抑制剂放线菌素D处理海胆受精卵，胚胎发育仍能进行至囊胚期n用蛋白质翻译抑制剂嘌呤霉素处理受精卵，受精卵停止发育n卵裂后的细胞质的特性决定了子细胞核的分化命运卵裂后的细胞质的特性决定了子细胞核的分化命运n昆虫以表面卵裂的方式形成胚层细胞的迁入卵的后端极质部的细胞发育为原始生殖细胞，用紫外线照射这一区域，破坏极质，卵将发育为无生殖细胞的不育个体 （一）细胞分裂的不对称性（一）细胞分裂的不对称性细胞的不对称分裂细胞的不对称分裂使姐妹细胞产生了差异使姐妹细胞产生了差异在细胞分裂时一些重要的分子被不均等地分配到两个子细胞中在细胞分裂时一些重要的分子被不均等地分配到两个子细胞中 n1、、胚胚胎胎诱诱导导(embryonic induction) ：：胚胎发育过程中，一部分细胞影响相邻细胞向一定方向分化的作用。
n诱导者(inductor) ：对其它细胞起诱导作用的细胞：n脊索可诱导其顶部外胚层发育成神经板，神经沟和神经管；n视胞可诱导其外面的外胚层形成晶体，而晶体又可诱导外胚层形成角膜二）细胞间的相互作用（二）细胞间的相互作用进一步更复杂的模式由细胞间相互作用产生进一步更复杂的模式由细胞间相互作用产生诱导的相互作用可以在原本等同的细胞中建立起有序的差异诱导的相互作用可以在原本等同的细胞中建立起有序的差异 n2、、分分化化抑抑制制：：分化成熟的细胞可以产生抑素，抑制相邻细胞发生同样的分化n如含有成蛙心组织的培养液培养蛙胚，则蛙胚不能发育出正常的心脏n3、细胞数量效应、细胞数量效应n小鼠胚胎胰腺原基在体外进行组织培养时，可发育成具有功能的胰腺组织，但如果把胰原基切成8小块分别培养，则都不能形成胰腺组织，如果再把分开的小块合起来，又可形成胰腺组织 n4、细胞外基质的影响、细胞外基质的影响n干细胞在IV型胶原和层粘连蛋白上分化为上皮细胞；n在I型胶原和纤粘连蛋白上形成纤维细胞；n在II型胶原及软骨粘连蛋白上发育为软骨细胞n5、激素的作用、激素的作用n如昆虫的保幼激素和脱皮激素 目录目录三、基因表达的方式存在多样性三、基因表达的方式存在多样性Ø基因表达调控（基因表达调控（regulation of gene expression））就是指细胞或生物体在接受内外环境信号刺激就是指细胞或生物体在接受内外环境信号刺激时或适应环境变化的过程中在基因表达水平上做出时或适应环境变化的过程中在基因表达水平上做出应答的分子机制，即位于基因组内的基因如何被表应答的分子机制，即位于基因组内的基因如何被表达成为有功能的蛋白质（或达成为有功能的蛋白质（或RNA），在什么组织表），在什么组织表达，什么时候表达，表达多少等。
达，什么时候表达，表达多少等 目录目录按对刺激的反应性，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：Ø基本（或组成性）表达基本（或组成性）表达Ø诱导或阻遏表达诱导或阻遏表达 目录目录（一）有些基因几乎在所有细胞中持续表达（一）有些基因几乎在所有细胞中持续表达Ø某某些些基基因因在在一一个个生生物物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，，不不易易受受环环境境条条件件的的影影响响，，通通常常被被称称为为管管家家基基因因(housekeeping gene)Ø管管家家基基因因的的表表达达水水平平受受环环境境因因素素影影响响较较小小，，而而是是在在生生物物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，，或或变变化化很很小小这这类类基基因因表表达达被被视视为为基基本本（（或或组组成性）基因表达成性）基因表达(constitutive gene expression)基本的基因表达水平并非绝对基本的基因表达水平并非绝对“一成不变一成不变”，， 所谓所谓“不变不变”是相对的是相对的 目录目录（二）有些基因的表达受到环境变化的诱导（二）有些基因的表达受到环境变化的诱导和阻遏和阻遏Ø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，，即即这这种种基基因因表表达达是是可可诱诱导的。
导的Ø可可诱诱导导基基因因(inducible gene)在在一一定定的的环环境境中中表达增强的过程，称为表达增强的过程，称为诱导诱导(induction) Ø如如果果基基因因对对环环境境信信号号应应答答时时被被抑抑制制，，这这种种基基因因是是可可阻阻遏遏基基因因(repressible gene)可可阻阻遏遏基基因因 表表 达达 产产 物物 水水 平平 降降 低低 的的 过过 程程 称称 为为 阻阻 遏遏(repression) 目录目录Ø在在一一定定机机制制控控制制下下，，功功能能上上相相关关的的一一组组基基因因，，无无论论其其为为何何种种表表达达方方式式，，均均需需协协调调一一致致、、共共同同表表达达，，即即为为协协同同表表达达(coordinate expression)，， 这这 种种 调调 节节 称称 为为 协协 同同 调调 节节(coordinate regulation)三）生物体内不同基因的表达受到协调调节（三）生物体内不同基因的表达受到协调调节 目录目录四、基因表达调控受顺式作用元件四、基因表达调控受顺式作用元件和反式作用因子共同调节和反式作用因子共同调节Ø一一般般说说来来，，调调节节序序列列与与被被调调控控的的编编码码序序列列位位于于同同一一条条DNADNA链链上上，，称称为为顺顺式式作作用用元元件件( (cis -acting element) )。
Ø调调节节序序列列远远离离被被调调控控的的编编码码序序列列，，实实际际上上是是其其他他分分子子的的编编码码基基因因，，只只能能通通过过其其表表达达产产物物来来发发挥挥作作用用，，这这些些蛋蛋白白质质分分子子称称为为反反式式作作用用因子因子( (trans-acting factor) ) 目录目录转录起始点转录起始点TATA盒盒CAAT盒盒GC盒盒增强子增强子AATAAA剪接加尾剪接加尾转录终止点转录终止点修饰点修饰点外显子外显子翻译起始点翻译起始点内内含含子子 OCT-1 OCT-1：：ATTTGCAT八聚体八聚体+1结构基因结构基因启动子启动子上游启动子元件上游启动子元件n顺式作用元件顺式作用元件(cis-acting element) 目录目录五、基因表达调控呈现多层次和复杂性五、基因表达调控呈现多层次和复杂性Ø首先，遗传信息以基因的形式贮存于首先，遗传信息以基因的形式贮存于DNADNA中Ø其其次次，，遗遗传传信信息息经经转转录录由由DNADNA传传向向RNA RNA 过过程程中中的许多环节的许多环节 (最重要、最复杂最重要、最复杂) )Ø最后，蛋白质生物合成即翻译与翻译后加工。
最后，蛋白质生物合成即翻译与翻译后加工 目录目录六、基因表达调控为生物体生长、六、基因表达调控为生物体生长、发育的基础发育的基础（一）生物体调节基因表达以适应环境、维（一）生物体调节基因表达以适应环境、维持生长和增殖持生长和增殖生物体所处的内、外环境是在不断变化生物体所处的内、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 目录目录（二）生物体调节基因表达以维持细胞（二）生物体调节基因表达以维持细胞分化与个体发育分化与个体发育在多细胞个体生长、发育的不同阶段，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些差异是调节细胞表型的关键 n基因与细胞分化基因与细胞分化n无论是母体mRNA的作用还是细胞间的相互作用，其结果是启动特定基因的表达n根据对果蝇、家蚕等实验动物的研究表明：n卵受精后，首先表达的是母体基因；母体基因的产物是转录因子，沿胚的前后轴形成一个浓度梯度，决定了胚的前后位置和头尾区域；控制其它基因的表达：n母体基因→ 间隙基因→ 成对基因→体节极性基因→同源异形基因（homeotic gene，Hox） Gene and Development母体基因间隙基因成对基因体节极性基因同源异形基因同源异型基因决定身体各部分的特异性同源异型基因决定身体各部分的特异性 目录目录第二节第二节 原核基因表达调控原核基因表达调控Regulation of Gene Expression in Prokaryote 目录目录原核生物基因组结构特点原核生物基因组结构特点① ① 基因组中很少有重复序列；基因组中很少有重复序列；② ② 编编码码蛋蛋白白质质的的结结构构基基因因为为连连续续编编码码，，且且多多为为单单拷拷贝基因，但编码贝基因，但编码rRNArRNA的基因仍然是多拷贝基因；的基因仍然是多拷贝基因；③ ③ 结结构构基基因因在在基基因因组组中中所所占占的的比比例例（（约约占占50%50%））远远远大于真核基因组；远大于真核基因组；④ ④ 许多结构基因在基因组中以操纵子为单位排列许多结构基因在基因组中以操纵子为单位排列原核生物基因组是具有超螺旋结构的闭合环状原核生物基因组是具有超螺旋结构的闭合环状DNA分子分子 目录目录原核生物大多数基因表达调控是通过原核生物大多数基因表达调控是通过操纵子机制操纵子机制实现实现一、一、操纵子是原核基因转录调控的基本操纵子是原核基因转录调控的基本单位单位 蛋白质因子蛋白质因子特异特异DNA序列序列编码序列编码序列 启动子启动子 操纵元件操纵元件 其他调节基因其他调节基因(promoter)(operator) 目录目录操纵子模型的普遍性操纵子模型的普遍性Ø多顺反子多顺反子(polycistron)：：mRNA分子携带了几个多肽链分子携带了几个多肽链的编码信息。
的编码信息Ø启动子启动子是是RNA聚合酶和各种调控蛋白作用的部位，是聚合酶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决定基因表达效率的关键元件Ø各种原核基因启动序列特定区域内，通常在转录起始各种原核基因启动序列特定区域内，通常在转录起始点上游点上游-10及及-35区域存在一些相似序列，称为区域存在一些相似序列，称为共有序列共有序列Ø E.coli及一些细菌启动序列的共有序列在及一些细菌启动序列的共有序列在-10区域是区域是TATAAT，在，在-35区域为区域为TTGACAØ 共有序列决定启动序列的转录活性大小共有序列决定启动序列的转录活性大小 目录目录图图18-1 518-1 5种种E.coliE.coli启动序列的共有序列启动序列的共有序列 目录目录基因表达有正调控和负调控基因表达有正调控和负调控调节原核生物基因表达的效应蛋白可分：调节原核生物基因表达的效应蛋白可分：阻遏蛋白阻遏蛋白----负调控因素负调控因素 激活蛋白激活蛋白----正调控因素正调控因素 目录目录调调节节基基因因（（regulatory gene））编编码码能能够够与与操操纵纵序序列列结结合合的的调调控控蛋蛋白白，，可可以以分分为为三三类类：：特特异异因因子、阻遏蛋白和激活蛋白。
子、阻遏蛋白和激活蛋白 调控蛋白的作用分别是调控蛋白的作用分别是 ①① 特异因子特异因子决定决定RNA聚合酶对一个或一套启动序列的聚合酶对一个或一套启动序列的特异性识别和结合能力；特异性识别和结合能力； 目录目录②② 阻遏蛋白阻遏蛋白可以识别、结合特异可以识别、结合特异DNA序列序列──操纵序列，抑操纵序列，抑制基因转录，所以阻遏蛋白介导负调节（制基因转录，所以阻遏蛋白介导负调节（negative regulation）阻遏蛋白介导的负性调节机制在原核生物）阻遏蛋白介导的负性调节机制在原核生物中普遍存在；中普遍存在；③③ 激活蛋白激活蛋白可结合启动序列邻近的可结合启动序列邻近的DNA序列，提高序列，提高RNA聚聚合酶与启动序列的结合能力，从而增强合酶与启动序列的结合能力，从而增强RNA聚合酶的转聚合酶的转录活性，是一种正调控（录活性，是一种正调控（positive regulation） 目录目录二、乳糖操纵子是典型的诱导型调控二、乳糖操纵子是典型的诱导型调控（（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：： β-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ZYAOPDNA 目录目录图图18-2 lac 18-2 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 目录目录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））乳糖操纵子受阻遏蛋白和乳糖操纵子受阻遏蛋白和CAP的双重调节的双重调节阻遏基因阻遏基因1.1.阻遏蛋白的负性调节阻遏蛋白的负性调节 目录目录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乳糖乳糖别乳糖别乳糖β-半乳糖苷酶半乳糖苷酶图图18-4 18-4 laclac 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 目录目录+ + + + + + + + 转录转录无葡萄糖，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2. CAP的正性调节的正性调节ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP 目录目录3. 3. 协同同调节Ø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挥作用。
发挥作用Ø如如无无CAP存存在在，，即即使使没没有有阻阻遏遏蛋蛋白白与与操操纵纵序序列结合，操纵子仍无转录活性列结合，操纵子仍无转录活性Ø单单纯纯乳乳糖糖存存在在时时，，细细菌菌利利用用乳乳糖糖作作碳碳源源；；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利用用葡葡萄萄糖糖葡葡萄萄糖糖对对 lac 操操纵纵子子的的阻阻遏遏作作用称用称分解代谢阻遏分解代谢阻遏(catabolic repression) 目录目录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 目录目录图图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 目录目录三、三、色氨酸操纵子通过转录衰减的方式色氨酸操纵子通过转录衰减的方式阻遏基因表达阻遏基因表达色氨酸操纵子的作用原理色氨酸操纵子的作用原理Trp Trp 高时高时Trp 低时低时mRNA OPtrpR调节区调节区 结构基因结构基因 RNA聚合酶聚合酶 RNA聚合酶聚合酶 操纵子关闭操纵子关闭 目录目录四、原核基因表达在转录终止阶段四、原核基因表达在转录终止阶段有不同的调控机制有不同的调控机制（（一一）不依）不依赖RhoRho因子的因子的转录终止止（二）依（二）依赖RhoRho因子的因子的转录终止止常见于噬菌体中，结构特点不清楚。
常见于噬菌体中，结构特点不清楚 Ø两段富含两段富含GC的反向重复序列，中间间隔的反向重复序列，中间间隔若干核苷酸；若干核苷酸；Ø下游含一系列下游含一系列T序列 终止子结构特点：终止子结构特点： 目录目录五、原核基因表达在翻译水平的多个环五、原核基因表达在翻译水平的多个环节受到精细调节节受到精细调节 （一）转录与翻译的偶联调节提高了基因表（一）转录与翻译的偶联调节提高了基因表达调控的有效性达调控的有效性衰减是转录衰减是转录- -翻译的偶联调控翻译的偶联调控色色氨氨酸酸操操纵纵子子（（trp operon））除除了了产产物物阻阻遏遏负负调控外，还有调控外，还有转录衰减（转录衰减（attenuation））调控方式调控方式 目录目录图图18-4 18-4 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 目录目录（二）蛋白质分子结合于启动序列或启动序列周围进行自我调节（二）蛋白质分子结合于启动序列或启动序列周围进行自我调节 Ø调节蛋白结合调节蛋白结合mRNA靶位点，阻止核蛋白体识别翻译起靶位点，阻止核蛋白体识别翻译起始区，从而阻断翻译始区，从而阻断翻译Ø调节蛋白一般作用于自身调节蛋白一般作用于自身mRNA，抑制自身的合成，称，抑制自身的合成，称自我控制自我控制(autogenous control)。
(小亚基蛋白rpS-1) 目录目录（三）翻译阻遏利用蛋白质与自身（三）翻译阻遏利用蛋白质与自身mRNA的的结合实现对翻译起始的调控结合实现对翻译起始的调控Ø编码区的起始点可与编码区的起始点可与调节分子（蛋白质调节分子（蛋白质或或RNA）直接或间）直接或间接地结合来决定翻接地结合来决定翻译起始译起始Ø调节蛋白可以结合到调节蛋白可以结合到起始密码子上，阻起始密码子上，阻断与核糖体的结合断与核糖体的结合S816S rRNA充足时充足时,全被结合全被结合16S rRNA不足时不足时,S8与与L5 mRNA结合结合 目录目录（四）反义（四）反义RNA结合结合mRNA翻译起始部位的翻译起始部位的互补序列对翻译进行调节互补序列对翻译进行调节Ø可调节基因表达的可调节基因表达的RNA称为调节称为调节RNAØ细细菌菌中中含含有有与与特特定定mRNA翻翻译译起起始始部部位位互互补补的的RNA，，通通过过与与mRNA杂杂交交阻阻断断30S小小亚亚基基对对起起始始密密码码子子的的识识别别及及与与SD序序列列的的结结合合，，抑抑制制翻翻译译起起始始这这种种调调节节称称为为反反义义控控制制(antisense control)。
目录目录（五）（五）mRNA密码子的编码频率影响翻译速度密码子的编码频率影响翻译速度Ø当基因中的密码子是常用密码子时，当基因中的密码子是常用密码子时，mRNA的的翻译速度快，反之，翻译速度快，反之，mRNA的翻译速度慢的翻译速度慢 目录目录补充资料：遗传密码的偏好性补充资料：遗传密码的偏好性Ø遗传密密码的偏好性：在不同宿主中同一氨基酸的偏好性：在不同宿主中同一氨基酸对应的不同密的不同密码子之中子之中,有使用有使用频率的高低之分偏好性可通率的高低之分偏好性可通过细胞内的氨基酸胞内的氨基酸“搬运工搬运工”——转运运RNA（（tRNA）的相）的相对丰度反映出来丰度反映出来Ø每个每个tRNA可可识别某个特定的密某个特定的密码子，并将相子，并将相应的氨基酸搬运至的氨基酸搬运至核糖体核糖体进而而组装成装成肽链当一个密当一个密码子子较为稀有稀有时，胞内与，胞内与该密密码子相匹配的子相匹配的tRNA也就相也就相对较少，蛋白少，蛋白质的的组装装过程程缓慢Ø原因之一：无原因之一：无论在原核在原核还是真核生物体内是真核生物体内 ,密密码子的使用子的使用频率率都是与都是与 tRNA的丰度呈正相关的表达量的丰度呈正相关的。
表达量较高的蛋白所含的密高的蛋白所含的密码子种子种类会会较少，少，对应的的 tRNA分子的数目也分子的数目也较多，使生物能多，使生物能合成出更多蛋白合成出更多蛋白对于含量于含量较少的蛋白，其基因中少的蛋白，其基因中则含有低含有低 tRNA丰度的密丰度的密码子，从而限制子，从而限制该蛋白的表达蛋白的表达Ø如果按照宿主密如果按照宿主密码子偏好性子偏好性对基因基因编码序列序列进行改造，表达量行改造，表达量可以提高可以提高 10～～50倍，即使只倍，即使只对目的基因的目的基因的 5’末端末端进行改造，行改造，其表达量都有明其表达量都有明显的提高的提高 目录目录要提高某一蛋白在某生物体要提高某一蛋白在某生物体内的表达量内的表达量 ,根据该生物的密根据该生物的密码子偏好性码子偏好性 ,改造该基因序列改造该基因序列是一个可行的策略是一个可行的策略酵母表达系统Marker:低分子量蛋白 BSA:小牛血清蛋白; 1: P1号克隆; 2: P2号克隆; 3: P3号克隆; 4:空载体阴性对照大肠杆菌表达系统#1~7: 1~7号克隆; control:空载体阴性对照 目录目录第三节第三节 真核基因表达调控真核基因表达调控Regulation of Gene Expression in Eukaryote 目录目录一、真核细胞基因表达的特点一、真核细胞基因表达的特点①① 真核基因组比原核基因组真核基因组比原核基因组大大得多得多②② 原原核核基基因因组组的的大大部部分分序序列列都都为为编编码码基基因因，，而而哺哺乳乳类类基基因因组组中中只只有有10%的的序序列列编编码码蛋蛋白白质质、、rRNA、、tRNA等等，，其其余余90%的的序序列列，，包包括括大大量量的重复序列功能至今还不清楚，可能参与调控的重复序列功能至今还不清楚，可能参与调控③③ 真真核核生生物物编编码码蛋蛋白白质质的的基基因因是是不不连连续续的的，，转转录录后后需需要要剪剪接接去去除除内内含含子子，，这这就就增增加加了了基基因因表表达达调控的层次调控的层次 目录目录 ④④ 原原核核生生物物的的基基因因编编码码序序列列在在操操纵纵子子中中，，多多顺顺反反子子mRNA使使得得几几个个功功能能相相关关的的基基因因自自然然协协调调控控制制；；而而真真核核生生物物则则是是一一个个结结构构基基因因转转录录生生成成一一条条mRNA，，即即mRNA是是单单顺顺反反子子（（monocistron）），，许许多多功功能能相相关关的的蛋蛋白白、、即即使使是是一一种种蛋蛋白白的的不不同同亚亚基基也也将将涉涉及及到到多多个个基基因因的的协调表达协调表达 目录目录⑤⑤ 真真核核生生物物DNA在在细细胞胞核核内内与与多多种种蛋蛋白白质质结结合合构构成成染染色色质质，，这这种种复复杂杂的的结结构构直直接接影影响响着着基基因因表表达；达；⑥⑥ 真真核核生生物物的的遗遗传传信信息息不不仅仅存存在在于于核核DNA上上，，还还存存在线粒粒体体DNA上上，，核核内内基基因因与与线线粒粒体体基基因因的的表达调控既相互独立而又需要协调。
表达调控既相互独立而又需要协调 目录目录图图18-5 18-5 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 目录目录二、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Ø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Ø超敏位点（超敏位点（hypersensitive site)hypersensitive 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 目录目录(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，形体，形 成组蛋白尾巴；（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 目录目录Ø组蛋白修饰对于基因表达影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：组蛋白的修饰直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 目录目录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 目录目录（（三三）） CpG岛甲基化水平降低甲基化水平降低ØCpG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Ø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 补充资料：补充资料： DNADNA甲基化甲基化在在DNADNA复制后，复制后，由甲基化酶将由甲基化酶将S-S-腺苷甲硫腺苷甲硫氨酸的甲基转移到胞嘧啶的氨酸的甲基转移到胞嘧啶的5-C5-C上完成对碱基的上完成对碱基的修饰，甲基化位置上可阻止转录因子与修饰，甲基化位置上可阻止转录因子与DNADNA结合。
结合 越是活跃的基因其甲基化程度越低，越不活越是活跃的基因其甲基化程度越低，越不活跃的基因甲基化程度越高跃的基因甲基化程度越高在发育过程中，当在发育过程中，当某些基因表达完成后，某些基因表达完成后，DNADNA的甲基化可能参与了的甲基化可能参与了基因的关闭过程基因的关闭过程 小鼠成纤维细胞小鼠成纤维细胞 （（5-5-氮胞苷）氮胞苷）培养，培养，~处于休止状态的基因被重新激活而进行表达，甚至可处于休止状态的基因被重新激活而进行表达，甚至可观察到一部分细胞中与肌肉细胞发育有关的激活而表观察到一部分细胞中与肌肉细胞发育有关的激活而表达，细胞彼此发生融合而发育成肌肉细胞达，细胞彼此发生融合而发育成肌肉细胞•5-氮胞苷进入细胞内转变为三磷酸氮胞苷进入细胞内转变为三磷酸5-氮胞苷，这种氮胞苷，这种5-氮胞苷化的氮胞苷化的DNA由于不能被甲基化，结果使相关基因由于不能被甲基化，结果使相关基因被重新激活被重新激活 RNA多肽多肽转录转录翻译翻译DNA（去甲基化）（去甲基化）（（5-5-氮胞苷）氮胞苷）甲基化甲基化 目录目录三、基因组中的顺式作用元件是转录起三、基因组中的顺式作用元件是转录起始的关键调节部位始的关键调节部位Ø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 目录目录图图18-718-7顺式作用元件顺式作用元件A A、、B B分别代表同一基因中的两段特异分别代表同一基因中的两段特异DNADNA序列。
序列B B序列通过一定机制影响序列通过一定机制影响A A序列，并通过序列，并通过A A序列控制该基因的转录起始的准确性及频率序列控制该基因的转录起始的准确性及频率A A、、B B序列序列就是调节这个基因转录活性的顺式作用元件就是调节这个基因转录活性的顺式作用元件 目录目录（一）真核生物启（一）真核生物启动子子结构和构和调节远较原核原核生物复生物复杂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录起始点转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GC盒盒CAAT盒盒 目录目录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 目录目录（二）增（二）增强强子是能子是能够提高提高转录效率的效率的顺式式调控元件控元件增强子的功能及其作用特征如下：增强子的功能及其作用特征如下：Ø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，属于顺顺式作用元件式作用元件。
Ø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Ø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，而且起作用，而且还可以还可以远距离远距离实施调节作用实施调节作用Ø作用与序列的作用与序列的方向性无关方向性无关Ø需要有启动子需要有启动子才能发挥作用才能发挥作用 目录目录（三）沉默子能（三）沉默子能够抑制基因的抑制基因的转录Ø沉沉默默子子是是一一类类基基因因表表达达的的负负性性调调控控元元件件，，当当其其结结合合特特异异蛋蛋白白因因子子时时，，对对基基因因转转录录起起阻阻遏遏作用作用 目录目录四、转录因子是转录调控的关键分子四、转录因子是转录调控的关键分子Ø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因子转录因子（（transcription factor, TF）Ø绝大多数真核转录调节因子由其编码基因表达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、结合特异的顺式后，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作用元件而增强或降低相应基因的表达Ø转录因子也被称为反式作用蛋白或转录因子也被称为反式作用蛋白或反式作用因反式作用因子子。
目录目录真核基因的调节蛋白真核基因的调节蛋白Ø还还有有蛋蛋白白质质因因子子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，，称称顺式作用顺式作用Ø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互作作用用，，调调节节其其表表达达这这种种调调节节作作用用称称为为反式作用反式作用 反式作用因子反式作用因子(trans-acting factor) 目录目录图图18-8 18-8 反式与顺式作用蛋白反式与顺式作用蛋白 目录目录Ø通用转录因子通用转录因子(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1.转录调节因子分类转录调节因子分类（按功能特性）（按功能特性）通用转录因子通用转录因子特异转录因子特异转录因子 目录目录Ø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时间、空间特异性表达。
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 目录目录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 目录目录最常见的最常见的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 目录目录2. 2.碱性螺旋碱性螺旋- -环环- -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 目录目录常结合常结合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DNA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 目录目录五、转录起始复合物的动态构成是五、转录起始复合物的动态构成是转录调控的主要方式转录调控的主要方式（一）启动序列（一）启动序列/启动子与启动子与RNA聚合酶活性聚合酶活性（二）调节蛋白与（二）调节蛋白与RNA聚合酶活性聚合酶活性启启动动序序列列或或启启动动子子的的核核苷苷酸酸序序列列会会影影响响其其与与RNA聚聚合合酶酶的的亲亲和和力力，，而而亲亲和和力力大大小小则则直直接接影影响响转录起始的频率转录起始的频率真真核核RNA聚聚合合酶酶II不不能能单单独独识识别别、、结结合合启启动动子子，，而而是是先先由由基基本本转转录录因因子子与与RNA聚聚合合酶酶II形形成成一个功能性的转录前起始复合物一个功能性的转录前起始复合物 目录目录图图18-12 转录起始复合物的形成转录起始复合物的形成 真核真核RNA聚合酶聚合酶Ⅱ在转录因子帮助下，在转录因子帮助下，形成转录起始复合物。
形成转录起始复合物PolⅡTFⅡⅡHTAFTFⅡⅡFTAFTAFTFⅡⅡATFⅡⅡBTBP DNATATAEBPTBP 目录目录六、转录后调控主要影响真核六、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稳定性的影响真核生物基因表达稳定性的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 目录目录Ø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Ø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（（snoRNA））Ø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。
Ø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 目录目录（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Ø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，由此产生了被切除，由此产生了选择性剪接选择性剪接 目录目录七、真核基因表达在翻译以及翻译后七、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-2αeIF-2α的磷酸化抑制翻译起的磷酸化抑制翻译起始始 目录目录例例1 1：血红素通过：血红素通过抑制抑制HCIHCI激酶激酶进而进而抑制抑制eIF-2αeIF-2α的磷的磷酸化酸化促进珠蛋白合成促进珠蛋白合成 否定之否定=肯定HCI:heme-controlled inhibitor （血红素控制的抑制剂）eIF参与起始Met-tRNAi的进位 例例2：细胞抗病毒作用机制：细胞抗病毒作用机制:干扰素诱导的蛋白激酶干扰素诱导的蛋白激酶dsRNA干扰素诱导干扰素诱导eIF2磷酸化而失活，抑制蛋白质合成起始磷酸化而失活，抑制蛋白质合成起始ATPeIF2ADPeIF2-P（失活）（失活）Pi磷酸酶磷酸酶 目录目录2 2．．eIF-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 Ø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Ø磷酸化的磷酸化的eIF-4E与帽结构的结合力是非磷酸化与帽结构的结合力是非磷酸化 的的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种类种类生物学功能生物学功能起始因子起始因子eIF-1多功能因子，参与翻译的多个步骤多功能因子，参与翻译的多个步骤eIF-2促进促进Met-tRNAiMet与小亚基结合与小亚基结合eIF-2B结合小亚基，促进大、小亚基分离结合小亚基，促进大、小亚基分离 eIF-3结合小亚基，促进大、小亚基分离；介导结合小亚基，促进大、小亚基分离；介导eIF-4F复合物复合物-mRNA与与小亚基结合小亚基结合 eIF-4AeIF-4F复合物成分；有复合物成分；有RNA解螺旋酶活性，解除解螺旋酶活性，解除mRNA 5 -端的端的发夹结构，使其与小亚基结合发夹结构，使其与小亚基结合 eIF-4B结合结合mRNA，促进，促进mRNA扫描定位起始扫描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F复合物成分，识别结合复合物成分，识别结合mRNA 的的5 帽结构帽结构eIF-4GeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合eIF-4E、、eIF-3和和PABeIF-5促进各种起始因子从小亚基解离促进各种起始因子从小亚基解离eIF-6促进大、小亚基分离促进大、小亚基分离延长因子延长因子eIF1-α促进氨基酰促进氨基酰-tRNA进入进入A位，结合分解位，结合分解GTP，相当于，相当于EF-TueIF1-βγ调节亚基，相当于调节亚基，相当于EF-TseIF-2有转位酶活性，促进有转位酶活性，促进mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位移至位移至P位，促进位，促进tRNA卸载与释放，相当于卸载与释放，相当于EF-G 释放因子释放因子eRF识别所有终止密码子，具有原核生物各类识别所有终止密码子，具有原核生物各类RF的功能的功能 目录目录（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ØRNA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Ø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 目录目录（三）对翻译产物水平及活性的调节可以快速（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Ø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Ø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 目录目录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70~90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 （四）小分子（四）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1．微小．微小RNA (microRNA, miRNA) The biogenesis of microRNAs 97miRNA processingPri-miRNA(miRNA初级转初级转录产物录产物)DroshaDrosha(1)(1)pre-miRNA(miRNA前体前体)DicerDicer(2)(2) miRNAExportin 5 (Exp5) transports pre-miRNA to the cytoplasm 目录目录Ø其长度一般为其长度一般为20~25个碱基；个碱基；Ø在不同生物体中普遍存在；在不同生物体中普遍存在；Ø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；Ø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；ØmiRNA 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，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： Models for generation of circular RNA课外资料：环形课外资料：环形RNA结合并封闭结合并封闭microRNAs来行使功能来行使功能 Circular RNAs generate distinct and unexpected paired-end sequence reads cirsRNA结构特征结构特征ncircRNA没有“尾巴”ncircRNA不翻译ncircRNA的细胞定位和稳定性Ø环状RNA在细胞浆中富集，其丰度比相应的线性mRNA高10余倍Ø对核酸酶具有高耐受性 Functions of Circular RNA环状环状RNARNA充当分子充当分子““海绵海绵””，结合并封闭，结合并封闭microRNAsmicroRNAs来行使功能来行使功能ciRS-7 的miR-7海绵作用 circRNA与疾病与疾病n作为疾病新型生物标记n可能作为神经性系统疾病和癌症发生的重要调节因子 Dicer contains two RNAse III domainssiRNAslong dsRNA 是细胞内一类双链是细胞内一类双链RNA（（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和序列的小片段一定酶切机制，转变为具有特定长度和序列的小片段RNA2. 小干扰小干扰RNA (small interfering RNA, siRNA) 1990年，年，Jorgensen 等等RNA干扰干扰的发现的发现苯基苯乙烯酮合酶苯基苯乙烯酮合酶 (chalcone synthase) 共抑制（共抑制（co-suppression）现象）现象 C. eleganssilencingOver-expression1995年，年，Guo 等等++_par-1 mRNAantisense strand RNAsense strand RNA C. eleganspar-1 mRNAantisense strand RNAsense strand RNAsilencing++_1995年，年，Guo 等等 ssRNAsilencing 1998年，年， Fire和和Mello － RNA＋ RNANo silencing RNA interferenceRNA interference（（（（RNAiRNAi））））dsRNAsilencing dsRNAsilencing contaminant Andrew Z. FireAndrew Z. FireCraig C. MelloCraig C. Mello 什么是RNA干扰?由siRNA介导的基因表达抑制作用称为RNA干扰。
•靶基因同源的dsRNA进入胞内 •任何与dsRNA序列同源的 mRNA 将被沉默nucleusdsRNA RAN干扰如何实现干扰如何实现?RNAi干扰是在转录后特异性降解干扰是在转录后特异性降解mRNA……关键两步骤关键两步骤! dsRNA 被水解为被水解为 21-23 nt 的小分子干扰的小分子干扰RNA3427212016short-interfering RNA第一步第一步: Tuschl, 2001Dicer属于RNase家族,专门将双链RNA切割成等长的小片段 Tuschl, 2002siRNA与蛋白质形成RISC，与特异mRNA结合使其降解第二步第二步: RNA-induced silencing complex, RISC siRNARNAi干扰模式 > 30bp 双链双链RNA（（dsRNA））水解生成水解生成21-23nt siRNA 5’3’3’5’ 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nhttp://www.scivee.tv/node/9346 RNAi干扰过程录像干扰过程录像 > 30bp 双链双链RNA（（dsRNA））水解生成水解生成21-23nt siRNA 5’3’3’5’ 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 目录目录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 120A comparison between miRNA and siRNA 目录目录（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Ø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。