第九讲-真核生物的基因表达调控.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,基因表达,基因表达是基因经过一系列步骤表现出其生物功能的整个过程，是受着严密、精确调控的。,某些基因表达不大受环境影响，称为组成性表达；另一类基因表达易随环境信号而变化，称为适应性表达。,真核基因表达调控的特点和复杂性,原核,生物和真核生基因表达调控的差异,基因组,DNA,存在的形式,基因表达调控的层次和复杂程度,基因转录调控的方式,转录单位,基因表达调控的目的,基因调控的信号,真核基因表达调控的特点和复杂性,真核,生物基因表达调控的不同水平,DNA,和染色体水平上的调控,转录水平调控,转录后,RNA,加工过程和运送调控,翻译水平上的调控,翻译后的调控,mRNA,降解的控制,DNA和染色体水平上的调控,（三）染色体的重排,染色质中可分为常染色质和异染色质。细胞中由常染色质变成异染色质本身也是一种真核生物的表达调控途径。,（四）异染色质化,DNA和染色体水平上的调控,（五）DNase的敏感性和基因表达,当一个基因处于转录活性状态时，含有这个基因的染色质区域对DNase（一种内切酶）降解的敏感性要比无转录活性区域高得多。,DNase敏感区的范围随着序列的不同而变化，从基因周围几个kb到两侧20kb大小不等。,真核基因转录水平的调控,（一）转录的起始和加工的调节,5,末端,的,选择,3,末端的选择,选择不同外显子,真核基因转录水平的调控,5末端的选择,真核基因转录水平的调控,3末端的选择,真核基因转录水平的调控,选择不同外显子,真核基因转录水平的调控,（二）真核生物转录调控的顺式作用元件,顺式作用元件存在于基因旁侧序列中，根据其在所处的位置在转录中的功能以及作用方式，可分为启动子、增强子、和沉默子等,它们的作用是参与基因表达的调控。,真核基因转录水平的调控,增强子作用的几个特点：,（1）增强转录效应十分明显,（2）有效的增强子的位置变化很大,（3）增强子的作用无明显方向性,（4）增强子的核心元件常由,812bp,组成，可以有完整的或部分的回文结构，并以单拷贝或多拷贝串联的形式存在。,（5）增强子无物种和基因的特异性,（6）增强效应有严密的组织和细胞特异性,（7）许多增强子还受外部信号的调控,增强子对转录的影响,真核基因转录水平的调控,增强子的作用机制：,“开或关”或“双重”模型：,增强子只是增大了其识别基因进行转录的可能性，从而增加了转录活化的细胞数，而并不影响每一细胞的表达水平。,“渐进”模型：,增强子增强了启动子的活性，从而提高了细胞中表达水平，而表达细胞的个数基本不变，转录水平的高低在一定程度上反应子增强子的活性。,增强子对转录的影响,真核基因转录水平的调控,沉默子的结构与功能,与增强子相似，沉默子在结构上也是复合的，由多个遗传元件或称组件构成，不同的组件和特异蛋白因子结合后协同产生复杂的阻遏模式。,负调控元件沉默子,真核基因转录水平的调控,沉默子的作用机理,沉默子介导产生的沉默是一种状态的变化。,沉默子含阻遏蛋白结合序列，阻遏蛋白与其结合后阻遏基因的转录。,某些沉默子中含有骨架结合位点保守序列。,负调控元件沉默子,真核基因转录水平的调控,绝缘子及染色质边界元件,绝缘子是一类新近发现的边界元件，它能阻止邻近的调控元件对其所界定的基因启动子起增强或抑制作用。,绝缘子,真核基因转录水平的调控,绝缘子的功能,保护启动子功能不受其它异常增强子或其它激发信号的有害影响；防止基因免受邻近沉默信号的作用。,绝缘子,真核基因转录水平的调控,与绝缘子作用有关的蛋白质因子,真核生物基因的启动子和增强子等调控元件都是通过和细胞内特定的蛋白质因子相互作用而产生调控效应的。因此，在讨论绝缘子的作用机理时，也不可忽视它们的结合蛋白。,绝缘子与其蛋白形成的复合物对绝缘子的生物学功能至关重要。这些蛋白常常被称为“绝缘子蛋白”。,绝缘子,真核基因转录水平的调控,在整合基因的5端连接着一段具有高度专一性的DNA序列，称为传感基因（sensor gene），当它与某种信号分子（如激素或激素蛋白复合物）相互作用时，激活了整合基因的表达，产生具有生物活性的RNA或蛋白质分子；当整合基因的表达产物和受体基因相互作用时，就启动子结构基因的表达。,Britten-Davidson模型,真核基因转录水平的调控,根据感受位点、调节基因、应答元件以及结构基因的排列组合，Britten-Davidson模型可以分解为以下四种基本点形式：,Britten-Davidson模型,单调节基因-单结构基因模式,单调节基因-多结构基因模式,多调节基因-单结构基因模式,多调节基因-多结构基因模式,翻译水平的调控,(一)mRNA的降解控制,在细胞质中所有的RNA都要受到降解控制。在控制中RNA降解的速率（也称为RNA的转换率）是受到调节的。,mRNA的降解可能是基因表达调控的一个重要控制点，mRNA降解速率的不同表现了和各mRNA结构特点有关。特别是mRNA的选择性降解在很大程度上是由于核酸酶和mRNA内部结构相互作用的结果。,翻译水平的调控,（二）mRNA的结构和翻译的效率,翻译的起始调节是在蛋白质合成水平控制基因表达的主要环节。,对于通过滑动搜索起始的转录过程来说，mRNA的翻译活性依赖于5端的帽子结构。,3非翻译区对翻译的影响很大。,3端的poly(A)尾巴不仅与mRNA穿越核膜的能力有关，而且影响到mRNA的稳定性和翻译效率。,翻译水平的调控,（三）翻译的起始调节,翻译水平的调控,（四）选择性翻译,在原核生物中常常通过操纵子来控制合成的相关蛋白浓度比，而在真核生物中不存在操纵子，所以必需采用别的方式进行控制，选择性翻译就是其中的一个例子。,翻译水平的调控,（五）小分子RNA的调控,干扰,RNA,微,RNA,干扰,RNA(RNAi)的,调控,一些小分子双链RNA通过特异性结合互补链，促使mRNA降解，从而特异地抑制体内特定基因的表达，导致细胞表现出特定的基因缺失表现型，引发转录后沉默（PTGS），称为干扰RNA。,干扰,RNA的,调控,RNAi作用机制模型，包括起始阶段和效应阶段两步。,siRNA（小干扰RNA）形成阶段,扩增循环阶段,干扰,RNA(RNAi)的,调控,RNAi主要有3种形式，即转录水平、翻译水平和转录后水平。其中转录后水平是RNAi在各种生物中实现的主要方式。,转录水平上的干扰机制是通过对靶基因染色质结构的改变，使其基因转录受限，导致表达系统的关闭。,翻译水平上的干扰机制，是通过抑制相应mRNA的翻译，使相应的蛋白质表达受阻。,微,RNA(miRNAs)的,调控,微RNA是近年来才引起广泛关注的在真核生物中发现的一类5端带磷酸基团，3端带羟基长度为22nt左右的内源性非编码RNA，在转录后水平负调控基因表达。,翻译水平的调控,（六）翻译的自我调节,在真核生物中也存在蛋白质合成的调节。,过量的微管蛋白可能会结合于核糖体的新生蛋白上或结合于mRNA上，阻止翻译，导致mRNA的降解所致。,细胞周期的调控,细胞周期是指正常连续分裂的细胞从前一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂完成所经历的连续动态过程，也是多阶段、多因子参与的精确而有序的调控过程，可分为5期：即G,0,期、G,1,期、S期、G,2,期、M期，有两个主要限制点，即G,1,/S限制点和G,2,/M限制点。,细胞周期蛋白、细胞周期蛋白依赖激酶和细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子在真核生物细胞周期调控中的重要作用。,细胞周期的调控,细胞周期受蛋白质的磷酸化和去磷酸化的控制,细胞周期调控通路由一系列激酶和磷酸酶组成，通过响应外界信号或关卡来磷酸化/去磷酸化通路下游的分子。,磷酸化（由激酶催化的）和去磷酸化（由磷酸酶催化的）是调控细胞周期的关键事件。它们不仅被用来控制调控通路自身的活性，也控制着执行调控通路指令的底物的活性。,细胞周期的调控,DNA损伤对细胞周期的调控,在细胞周期通路上，细胞添加了很多关卡，它们评估细胞是否做好了进入下一步的充分准备。只有当前面的阶段全部完成后，细胞才能进入下一个阶段。在细胞周期中，一些最重要的细胞周期关卡是由DNA损伤触发的。,细胞周期的调控,细胞周期与外源信号调控,THANK YOU,