真核基因表達(dá)調(diào)控

1、真核生物的基因組 真核生物基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)和種類(lèi)真核生物DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控 真核生物轉(zhuǎn)錄水平上的基因表達(dá)調(diào)控 真核基因轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控,Contents,,第四節(jié) 真核生物轉(zhuǎn)錄水平上的基因表達(dá)調(diào)控,一、真核基因轉(zhuǎn)錄二、真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控的主要模式,,信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),（一）概 述,單細(xì)胞生物 —— 直接作出反應(yīng),多細(xì)胞生物 ——通過(guò)細(xì)胞間復(fù)雜的信號(hào)傳遞系統(tǒng)來(lái)傳遞信息，從而調(diào)控機(jī)體活動(dòng)。,外界環(huán)境變化時(shí),跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的一般

2、步驟,特定的細(xì)胞釋放信息物質(zhì),信息物質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散或血循環(huán)到達(dá)靶細(xì)胞,與靶細(xì)胞的受體特異性結(jié)合,受體對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)信使系統(tǒng),靶細(xì)胞產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng),,,,,※細(xì)胞間信息物質(zhì)是由細(xì)胞分泌的調(diào)節(jié)靶細(xì)胞生命活動(dòng)的化學(xué)物質(zhì)的統(tǒng)稱，又稱作第一信使。,如生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子、胰島素等,在細(xì)胞內(nèi)傳遞信息的小分子物質(zhì)，如：Ca2+、IP3、DAG、cAMP、cGMP等。,※第二信使(secondary messenger),能與受體呈特異性結(jié)合的生

3、物活性分子則稱 配體(ligand)。,受體的定義,是細(xì)胞膜上或細(xì)胞內(nèi)能特別識(shí)別生物活性分子并與之結(jié)合的成分。它能把識(shí)別和接受的信號(hào)正確無(wú)誤地放大并傳遞到細(xì)胞內(nèi)部，進(jìn)而引起生物學(xué)效應(yīng)的特殊蛋白質(zhì)，個(gè)別是糖脂。,存在于細(xì)胞質(zhì)膜上的受體，根據(jù)其結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)換信號(hào)的方式又分為三大類(lèi)：離子通道受體，G蛋白偶聯(lián)受體和跨膜蛋白激酶受體。,1、膜受體(membrane receptor),,（1）G 蛋白偶聯(lián)受體又稱七個(gè)跨膜?螺旋受體/蛇型受體,,,,

4、,目 錄,※ G蛋白(guanylate binding protein),是一類(lèi)和GTP或GDP相結(jié)合、位于細(xì)胞膜胞漿面的外周蛋白，由?、?、? 三個(gè)亞基組成。有兩種構(gòu)象：非活化型；活化型,兩種G蛋白的活性型和非活性型的互變,,,,,目 錄,霍亂毒素能催化ADP核糖基共價(jià)結(jié)合到Gs的α亞基上，致使α亞基喪失GTP酶的活性，結(jié)果GTP永久結(jié)合在Gs的α亞基上，使α亞基處于持續(xù)活化狀態(tài)，腺苷酸環(huán)化酶永久性活化。導(dǎo)致霍亂病患者細(xì)胞內(nèi)Na+

5、和水持續(xù)外流，產(chǎn)生嚴(yán)重腹瀉而脫水。,2、胞內(nèi)受體(membrane receptor),高度可變區(qū),位于N端，具有轉(zhuǎn)錄活性,DNA結(jié)合區(qū),含有鋅指結(jié)構(gòu),激素結(jié)合區(qū),位于C端，結(jié)合激素、熱休克蛋白，使受體二聚化，激活轉(zhuǎn)錄,配體：類(lèi)固醇激素、甲狀腺素等,功 能：多為反式作用因子，當(dāng)與相應(yīng)配體結(jié)合后，能與DNA的順式作用元件結(jié)合，調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。,（二）信號(hào)傳導(dǎo)途徑,1、膜受體介導(dǎo)的信息傳遞,（1） cAMP - 蛋白激酶Ａ途徑/（P269）,

6、A激酶（PKA）：依賴于cAMP的蛋白激酶。,,cAMP調(diào)控的A激酶活性,,不同細(xì)胞對(duì)cAMP信號(hào)途徑的反應(yīng)速度不同： ●在肌肉細(xì)胞1秒鐘之內(nèi)可啟動(dòng)糖原降解為葡糖1-磷酸（圖），而抑制糖原的合成,,cAMP活化糖原磷酸化酶示意圖,●在某些分泌細(xì)胞，需要幾個(gè)小時(shí)，激活的PKA 進(jìn)入細(xì)胞核，將CRE結(jié)合蛋白磷酸化，調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)。 CRE（cAMP response element， cAMP應(yīng)答元件）是DNA上的調(diào)節(jié)區(qū)域。 (

7、TGACGTCA),CRE結(jié)合蛋白(cAMP response element bound protein,CREB),cAMP信號(hào)與基因表達(dá),該信號(hào)途徑涉及的反應(yīng)鏈可表示為：激素→G蛋白耦聯(lián)受體→G蛋白→腺苷酸環(huán)化酶→cAMP→依賴cAMP的蛋白激酶A→基因調(diào)控蛋白→基因轉(zhuǎn)錄,4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）,,磷脂酶C（PLC-β）,,1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）,,二酰基甘油（DAG）,（2）磷脂酰肌醇途徑,,（3）酪氨

8、酸蛋白激酶途徑（PTK/TPK）,分類(lèi)：跨膜受體型TPK和胞質(zhì)非受體型TPK,,,細(xì)胞外信號(hào)EGF、PDGF等,,具PTK活性的受體,,,Ras-GTP,,細(xì)胞膜,二聚化,,,,,目 錄,跨膜受體型TPK,胞質(zhì)非受體型TPK：,受體分子缺乏酪氨酸蛋白激酶活性，但它們能借助細(xì)胞內(nèi)的一類(lèi)具有激酶結(jié)構(gòu)的連接蛋白JAK完成信息轉(zhuǎn)導(dǎo)。,干擾素誘導(dǎo)JAK、STAT復(fù)合體核內(nèi)轉(zhuǎn)移及調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄機(jī)制,,,,,目 錄,STAT：信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活

9、子,JAK-STAT途徑,2、胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信息傳遞,小分子激素激活其受體分子的機(jī)制,胞內(nèi)受體的基本結(jié)構(gòu)分析,細(xì)胞內(nèi)受體的本質(zhì)是激素激活的基因調(diào)控蛋白,類(lèi)固醇激素與甲狀腺素通過(guò)胞內(nèi)受體調(diào)節(jié)生理過(guò)程,真核生物的基因組 真核生物基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)和種類(lèi)真核生物DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控 真核生物轉(zhuǎn)錄水平上的基因表達(dá)調(diào)控 真核基因轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控,Contents,,五、真核基因轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控,（一）RNA的加工成熟,1、rRN

10、A和tRNA的加工成熟,rRNA的加工：分子內(nèi)的切割和化學(xué)修飾,,rRNA化學(xué)修飾：甲基化 原核生物：堿基甲基化 真核生物：核糖甲基化,tRNA基因轉(zhuǎn)錄時(shí)也可能先生成前體tRNA，然后再進(jìn)行加工成熟。一般認(rèn)為，tRNA基因的初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物在進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后，首先經(jīng)過(guò)核苷的修飾，生成4.5S前體tRNA，再行剪接成為成熟tRNA（4S）。,2、mRNA的加工成熟,hnRNA確定是mRNA前體的證據(jù),3、真

11、核生物基因轉(zhuǎn)錄后加工的多樣性,真核生物的基因可以按其轉(zhuǎn)錄方式分為兩大類(lèi)：即簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)錄單位和復(fù)雜轉(zhuǎn)錄單位。,(1) 簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)錄單位。這類(lèi)基因只編碼產(chǎn)生一個(gè)多肽，其原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物有時(shí)需要加工，有時(shí)則不需要加工。這類(lèi)基因轉(zhuǎn)錄后加工有3種不同形式：,(2) 復(fù)雜轉(zhuǎn)錄單位。含有復(fù)雜轉(zhuǎn)錄單位的主要是一些編碼組織和發(fā)育特異性蛋白質(zhì)的基因，它們除了含有數(shù)量不等的內(nèi)含子以外，其原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物能通過(guò)多種不同方式加工成兩個(gè)或兩個(gè)以上的mRNA。,①利用多個(gè)5’端轉(zhuǎn)錄

12、起始位點(diǎn)或剪接位點(diǎn)產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)。,②利用多個(gè)加多聚（A）位點(diǎn)和不同的剪接方式產(chǎn)生不同的蛋白質(zhì)。,③雖無(wú)剪接，但有多個(gè)轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)或加多聚（A）位點(diǎn)的基因。,（二）翻譯水平的調(diào)控,1、mRNA的穩(wěn)定性與基因表達(dá)調(diào)控,例：轉(zhuǎn)運(yùn)鐵蛋白受體（TfR）和鐵蛋白負(fù)責(zé)鐵吸收和鐵解毒。這兩個(gè)mRNA上存在相似的順式作用元件，稱為鐵應(yīng)答元件（iron response element，IRE）。 IRE與IRE結(jié)合蛋白（IREBP）相互作用控制了

13、這兩個(gè)mRNA的翻譯效率。當(dāng)細(xì)胞缺鐵時(shí)，IREBP與IRE具有高親和力，兩者的結(jié)合有效地阻止了鐵蛋白mRNA的翻譯，與此同時(shí)，TfR mRNA上3'非翻譯區(qū)中的IRE也與IREBP特異結(jié)合，有效地阻止了TfR mRNA的降解，促進(jìn)TfR的合成。,2、 蛋白質(zhì)因子的修飾與翻譯起始調(diào)控 用兔網(wǎng)織紅細(xì)胞粗抽提液研究蛋白質(zhì)合成時(shí)發(fā)現(xiàn)，如果不向這一體系中添加氯高鐵血紅素，網(wǎng)織紅細(xì)胞粗抽提液中的蛋白質(zhì)合成抑制劑HCI就被活化，蛋白質(zhì)合

14、成活性在幾分鐘之內(nèi)急劇下降，很快就徹底消失?，F(xiàn)已查明，網(wǎng)織紅細(xì)胞蛋白質(zhì)合成的抑制劑HCI是受氯高鐵血紅素調(diào)節(jié)的eIF-2的激酶，可以使該因子的α-亞基磷酸化并由活性型轉(zhuǎn)變?yōu)榉腔钚孕汀?(A) 順式作用元件 (B) 反式作用元件 (C) 順式作用因子 (D) 反式作用因子 (E) 順／反式作用元件 對(duì)自身基因轉(zhuǎn)錄激活具有調(diào)控作用的DNA序列        

15、  由特定基因編碼、對(duì)另一基因轉(zhuǎn)錄具有調(diào)控作用的轉(zhuǎn)錄因子,A,D,,反式作用因子上的幾種重要的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域有:,螺旋-轉(zhuǎn)折-螺旋、鋅指結(jié)構(gòu)、亮氨酸拉鏈和堿性-螺旋-環(huán)-螺旋,,真核生物基因表達(dá)不需要 （A）轉(zhuǎn)錄因子   （B）衰減子   （C）啟動(dòng)子   （D）沉默子  （E）增強(qiáng)子,,表皮生長(zhǎng)因子（EGF）的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與下列哪種

16、物質(zhì)有關(guān)（A）受體型酪氨酸蛋白激酶                    （B）G蛋白偶聯(lián)受體（C）CGMP          （D）腺苷酸環(huán)化酶

17、60;        （E）離子通道受體,,依賴cAMP的蛋白激酶是:A.PKC　　B.PLC　　C.CKⅡ　　D.PKG 　E.PKA,,下列哪種物質(zhì)不屬于第二信使:A.cAMP　　B.DAG　　C.PLC　　D.IP3 　E.Ca2+,真核生物DNA中胞嘧啶存在甲基化修飾，絕大多數(shù)甲基化發(fā)生（ ）二核苷酸對(duì)上 A、 CC B、

18、 CT C 、CG D、 CA,中科院上海生化所 98,增強(qiáng)子的作用具有細(xì)胞或組織的特異性。 （ ）,中科院上海生化所 2001,,非洲爪蟾體細(xì)胞中rDNA拷貝數(shù)約有500個(gè)，而在卵母細(xì)胞中的拷貝數(shù)約增加了———倍，可以用來(lái)轉(zhuǎn)錄合成卵裂所需要的ribosome。a.1000 b.2000 c.4000 d.400,中科院上海生化所 2001,,RNA聚合酶I是轉(zhuǎn)錄核糖體RNA的（ ） 活躍轉(zhuǎn)錄的基因均位于常染色質(zhì)中，