《分子生物学》课程教学课件（讲稿）第六章 真核基因表达调控（核基因转录水平调控）

真核生物基因组的特点想一想1.基因组大，DNA与蛋白质结合形感染色体纯构：第六章真核生物基因的表非编码序列的比例较高（90%以上）达调控2.一般有多条线性染色体DNA真核生物基因组的特点？3.每个DAN分子有多个复制起点4.有大量置复序列6. 形成单顺反子mRNA，编码蛋白的基因一般为单搏员福6. 形成基因家族7.存在断裂基因福国区园国风国际aa国D店鸡的卵清蛋白著因DNA与其 RNA 杂交断裂基因（interrupted gene）重复序列制致基因(spltting gene)不迹续基园(discontinuous gene）1、高度重复序列2、中度重复序列靓者：由内舍子和外夏于狗成的基图，共内合子序列不3、低重复序列出现在成热动ENA序列中。R一环4、单一序列5、反内重复序列斯裂基因的发现■通过成热mRNA（或CDNA）与端码基国的DNA杂交试验而发观introns国exonsUCN团国国图国图thtron2Exon3Eson1Intron1Exon2DIA基固家族斯裂基因RNA ermthesis早铃DNA基园家被（Gcaefumly）真核生物的基因组中许多来源相同，premfo前体mRNA增构相假、功能相关的一妞基因美联代的DNSolcngremoves introns根搁基因结构和转录方向可分为三类：Introns除①属草多基国家族：由同一基因率联重复构成mRNAExons速接R或由不同基因构成但一起特录anthes②复杂亲多基圆家旗：家旗各个成要并不都是相购的，分别特录Proteinodo推以事草量直基医集的形式出现国12-22用电锁检副间路序列的承意图?由发育阶教拉制的多基因家旋：人奥来蛋白的基周家族LenghofprecursorRNAonotmfeaydefreregionofgene食Individual codingregians are separated in gene中出园国区园ARRENGS团区E茗图非潮原绝的583基国结构基固美（gene clustet）：2基因家族的各成要素密成类，格列成大段的率要重复单位,真核生教限益网格5.86定位于来色样的特球区域S216*85rINA非转录空限器加蛋白基网、LRNA基同和CRNA基周中联置复基国正好满足基因产物被加跑大量常要闻闯s商你S+A满伴在爪端体细胞中5SrRNA基因的有500考页，而在细胞中5S基因可重复20000多次。领基因（Pseudogenes），与正常基因站构相似，但没有福正常功能的DNA房列国国SS国国E表12-4组蛋白基因的重复频率复窗国Ha品种基因的拷贝数海海胆300~1000果蝇（Droso)110禁M不糖（XenopusLaenis）20~50小鼠10~20成人血红蛋白：图12-20在钟海期（鸡1097%02P2果绳（Droiophilamclamoganter）中组蛋白基国族的图进124路402%是，830~40需头表示转录的方肉，1%保持婴儿期的α22图12-25在人类发育过程中直性蛋白基因的表达形式人和5国和基园B国SASAAAAA网国E

aaCMw想一想吉a.cluster位于16号案色体bAARI-βcluster坐于11号禁色体0?真核生物表达调控的特点与原核有什么不同？RXe。基因表达调控主要靠哪些分子间的相互作用？10203050kbDATRRENNSERTSPMEEBRBLREA雨13-2英团家放的儿种英品国国园aa国店第二节 转录水平的调拉二、顺式作用元件(cis-acting element)第一节概述影响基因衰达活性的DNA序列，一般为非轴码→真核基园表造调拉的格点一、顾式作用无件序列二、 反武作用国子●包括：肩动子、增塞子、沉默子等发育调妆、组织细胞格异性、多层次、正调检三、格异性种录调拉的制一两具造体信商沉默子（silencer）：负性调节元件，起阻遇作用DNA水平的调被染色质水平上的点肉活化调节神录水平的调拉+调控层次格最后水平的调被加评水平调业加骨居水平烟业GKS国区E图国国一转录起始的调控1、启动子与转录起始复合物B-globin如高加滑。转录起始复合物的形成CAASV40,earty面停起纱内吉字外题子转录因子(transcriptionfactor,TF)；座修点真正婚比+纯系彩味thymidine kina。启动子与TF结合后，才能被RNA pol识别TATAE与结合：o-25~-30区：TATA盒AATA120100120erTAADOXA-(Go.ex子GGCCTRREateeaj图12-9真核生物RXAplI转录的基因一AKA国R金S国金SE+2、增强子与转录激活增强子的特点湖#于区城S9I#e草x蓄因饵中量早发现自动势受的到。FSV40的F含2个72bp的正向列n口增强子特性RESA二0n效皮非常明显10-200倍SY40的增强子（珠217772百200%人巨大曲腔润素600-1000件Hmo-72.与其位置、取向无关（上下游、距高）3.核心序列是重复序列，是增强效应所必须4.有细胞组织特异性需与特异蛋白因子作用GG1GIGGAAGccccc5.无基因特异性美利装点，翌外界信号调控金属硫蛋白基因上游增疆子对环境图9-13SV40基固表达调控区结构示意图降集友放AANSONPHON BRGINS基园通增的增激子便造种量复合作的的配S国国国国国园SS国北星R品路净摄干电动BAt增强子作用机理：o业体美心aiE线爱自理的品具点动干DNA&ANAnollBRNA合员散治的增保子周7-66适更事转录器子的作用模室DNA分子能年化的结军，便样明选图高准至于结会的养学器子，能参可基能供家分物有工作用，并皮为医7-47，增登子在费思费象窝生理效度中的关慰作用功活在的基城特录复自物的国现部分。一蒙活蛋白质（的因千重及质替意与可路性的受体强白结合，形流的重分物结合在增强子序列上，并生之活受，于延增理于使四学位进来索效皮看园的种采求平BKSESA国国E国RS国E

三、反式作用因子（trans-acting factor）AA3、沉默子与转录阻遇（transcriptional repression）可作为转录复合物的一部分，据其作用分为3类：PAP说默于（silencer）：负调控的DNA元件转录阶段RNA聚合酶的亚基H28阻通物（repressor），负调控的特异性转录因子转录起始和终止的辅助因子特异性调控序列结合蛋白作用机制：RNIranscrotiontactors·阻通转录起始复合体的组装（与遗用转录因子作用）反式作用因子三个功能结构域·与转录激活因于竞争结合DNA与转录激活因子相互作用，影响其活性1.DNA识测结合域(DNA-bindingdomain);·改交染色质构型（招募重塑复合体、组蛋白修饰酶）ukanm2.转录激活城(transcriptionalactivationdomain)：(TATAE)3.结合其它蛋白等的结合域#际a国国店国际国区国国国际1、反式作用因子DNA结合域（domain）的模式怎样实现蛋白和DNA序列的特异性结合？（motif，基序，基元，花式）：非特异性结合：静电作用，距高远，作用翼特站DNAMOM特异性结合：氢糖，距高短，作用力增蛋10-倍1）锦指结构(zincfingermotif)2）眼爽-转角鼎施(helix-turn-helix)3）亮氨脱拉能（(leucinezipper)B4）螺度-环旋(helix-loop-helix,HLH)BOER5）同源结构域(homeodomains，HD)：HTH3He这些特殊结构都直接或间接识别顺式作用元件中的图7-54、特录国子的增华结构核心序列,参与靶基因转录频率的调控.中的学黑验任室GS国区园图国团风国国2)锌指结构(zinc finger motif)：两种1)HTH,HELIX-TURN-HELIX许多调控蛋白都有HTH?2个螺旋被一个转角隔开Crs2/H1s2:近羧基端的识别螺谈，与DNA在2个半胱氨股2个组氨o入顾理委备与cro蛋命限与Zn2*结合成配位能大沟中特异结合CAP例如多种转录因子量合理教委中1α2指环上失出的赖氨脱精高与结合C282遵过多不指环结与DNA结合bCOOH主特技3公国区园金S国-N2TFIIIA转录因子SP12D34488，N端与DNA地合Cy12/Cym21(CA)09个钟指，每个~30aa4个半胱氧魂基与Z2结合形盛配位键O口与5TRNA益国内意动子例如:GALA,醇母的转录因子HOOV(50bp)结会响乳类的固略类激素受体GC4以二豪体形式结合与DNA结合888老DNA能套M控倪避特录落丝国S国国国园S国国国国糖皮质激素委体C2/C23) Leu zipper水鲜酸益选，每喝7个点益晚出现一个Leu，所者Leu出鼠在用一制面，类固醇激素受体家族或直病掉列，形或酸水面以同源或异源二聚体氢益鸡，高合城性氢蒸晚，的方式将两个α螺旋结合第性区司在相邻的两个大沟中，诚慢DNA结合城DNA结合+E..LRCYEVCNDIROORRDRROGMOT依章Leu的减水作用,2个helixw&000相互缝跳，形成拉键站构（H美使经器党化）（食E可）ANTE00000000000100000000000VDNA bindngDimertzation金K国BKSESAR国AAN

4)bHLH（Helix-oop-helix)MYOD-DNA■bHLH类蛋白形成含碱性区的同源或异源二。两个双性a螺旋被非聚体时才具有足够的DNA结合力螺旋的环状结构隔开N端富含碱性氨基酸active HLH homodinerinactiveHLHheturodimer国园国园国际aa国D店乏减性区的委白质，即健形成（同，单）二泉体，也5.同源城蛋白Homeodomain无活间DNA结合最虫不体节的形态不同最平在要地中发观网形异位观象(homeosis)：BrotndmeneandBRAtHcHHpdenspreren细鹿中含有不同的转录因子地头部长触角部位长出即来差达不同的美因CHH控制感虫体节发育的转系因子称光有60个aa的Nobasc绿专【商服城），同源城蛋古的DNA结合城有兰个邮股，R9E12nd构成HTH.MYoD/E12AC-SAo码网域蛋白保守区的DNA序列称为homeobox（静网营广泛存在于真核基因组中，从醇母到人类都存在。insumcientaffinityto bindto DNe同NRGS国区园国国网国国楚黑醇改素受只星体站合国子SP1TFIIIA能GAL4因子Homeodomain bound to its specific DNA sequence同馨味所白mntamisinnntHEN857820830:口者3个a——hellx,OH1与H2平行OH2鸟H3形威HTHmotifBOTOOH3位于大肉中，与DNA格异结合ON来海位于小曲中，与DNA0四换触Heksies ntrewioe goRGQLELEREFHRYLTRRIEIAHALCETERQiKIWONRENHLL上银院IOROR：MO电RR国金S团国区园2、转录激活结构域(transcriptionalactivationdomain)一般由DNA结合结构域外的30~100个aa组成Many factor sites(eg.c.os,cJun,tyM)(Sp,CREB,EtsCF,etc)transcrintion晚性a-螺旋结构城（acidica-helixdomain）sat (+1base)喜dTFIB如GCN4，GALApol ll0富合各氨联胺结构城（glutanine-richdomain）MWNNIIMNMNNCREDCMCCEB TLYSP1,Oet1,Oct2exonTGACGCACACOTO00OCO0C2富含脂氨酸结构域（proline-richdonain)如CTP/NP1，AP214788222281 C00pright1996M.WKirmg国SS国DNA结合城格录激活域真检业物益的染这训验根据反式作用因子的作用不同可以分为哪些类别？3、反式作用因于的种类ONA1cquence-specit括化结构域种炎始合位量潜性作用柔性联结物B泉ER益瑞特最因子（(TF)动子孩心元件决定种禁正费超势t不更瞬控nn点鲜书器等子（自动子上整元件美高神票效本TATPAPCAATY（UPE）和子特界轮染因子增翟子皮营件上海启动子元件自动子应管元件受调控决定特鼻性表站（谢季型因于）DNA结合域constitutive expression图13-18转录因子作用的模式图共调节因子：不与DNA结合参与转录调控inducible expressionB国SESAR国AS国S国区E

Thespecifictranscriptionfactor SPIbinds toGCS356SPIrich sequence in TATA less promoter顺式作用元件反式作用因子C末增DNA结合域，3个Zn指2个活化结构域，rich-Gln心元件在大沟中结合GCbox，一个SP1结合～20bp，基本转妥图子HNApalI基本的高因转无组织特异性，作用无方向性，可提高转录10-25a启动干上游转录国子倍30上需元件景初在SV40中发现，普遗存在于脊椎动物中，(PE)可调节承因子时空特异性每个细胞中有6万个110150基因转录增深子一增强子元件SPTTBPzine finger motifsAGCAACCATAGTCCCGCCCTAACTCGCCCATCCCGCCCCTAACTCCCCCAGTTCCGCCATTCTCCGCCTAAGATAGGGAGCGC日C#3a国国#国国园国表S-4部分转录园子及其所结合的DNA位点B干种润启动子识别位点CTFGGCGSP1启动子GC区◆结合CCAATbox，作用于大沟，无组织GGGCGG专性AATT每个细胞中有30万个B果地动子TATA区TATA区欢超点真核生物有组织细胞分化和基因的特意性衰达，有许多蛋白质可与CAAT结合TFID人原彩考TATAK如何实现不同组织细胞表达不同基因？NF1,藤病毒复制原点的核因子1CTF/NP1人家病春、养蓝口、TKCAATKOct1C/EBP，大藏肝中CCAAT结合强白人年蛋白H.BATTTGCAT（包称8碳基区1)Oet2免疫球蛋白CTF家族ATGCAAAT（佳称8碳基区2）GCN醇带氨基股生物合成基因CP家族TGACTCAJonY原癌基因GALR基国集上的敬活序列CGG (Ng) CCG一种元件可被一种以上的IF识别！Coupn伴清亚白基因启动子GGTGTCAAAGGTCAAACT个特定蛋白质能识别不止一种序列！cPef原瘤基因C-AGAAAGGGAAAGAA一中启动子国国GS国区园图其核加胞主要跨膜信号传导造径作用方式体系2、诱导型转录因子活性调控四、转录水平特异性表达的机制蛋白激牌受体医性器的素症凝预强体氧胞质内蛋白脂氨酸激酶有活性的特异转录因子如何产生？1、信号的感知：即由细脑膜到细随核的信息传递受体概联的G蛋白配体结合后激活特定的G蛋白，活化其。亚单2、 诱导型转录因子括性调控产生后与应管元件结合，诱导基因的特异性表达。清奶能：(GNIP穿度一脂酸和高子通道的活性3，应答元件（Responseelement）离子通进4、特界性表达实例：配体结合特定可关闭成开启的离子适增热休克基因表达心的密：CANF）受体配体结合活化高香限环化购金属硅蛋白基因的多重调控细胸送子受体班因子与受体结合，抑制成激活核基因表适福美国源素基因家读的核受与配体结合诱导成拍明柜基因表站AKANSKaAE真核生物特异转录因子、应答元件及其保守序列4、热休克基因表达TranscriptionRespouse Ekiment3、应答元件ResponseelementConsensus SequenceFacterFticoteGRE（物度质应客元件）AGAACANNNTGTTCT能与诱导型转录因于结合，控制基因特异表达的上游序列。精庆丽教家更体■受热后，果烟细脑内Hsp70mRNA水平捷高1000倍MRE（金具应客元件）MTFCGNCCCGGNCNCTPATRE（佛微瘤皮管元件）TGACTCA正常条件下，Hsp70主要作用于新生肤的从头折叠。CmnORERDC MREHSFHSE（热激皮管元件）GAANNTTCNNGAAHsp70被热激成其他形式的助追迅速调导，与变性多25024022020010044042040040604020*AGGTCANNNTGACCTERE（单微素应管元件）肽结合，防止形成不可逆事集。会属蔬滋白基因的日动子区CREBCRE（CAMP座等元件）TGACGTCASRESRE（血清应元件）CC(AT,GGEthyleneERE（乙孵应客元件）AGCCGCCT福乙姆A际S国SS38国*(A/T),means sixAor T; N=any表15-1主要hsp家族发其生理功能热激活固子HSF的活化童婴生理功的家族主要成员免疫应等中的可能作用HSP (heat shock protein)国止能序受体在与能尊结合常福口常温下，HSP为单体，不与DRA给hup90tbap90,tapa3以前和 DNA 结合：脂氨服款抵抗肿瘤，自身免疫性合（无活性）隔碎酸化■hsp基因bap70,BiP,重白质折业和去折受：董白免疫球蛋自装配：类批原加■热激活元件 HSE （heat shock element)口热漆后，多豪化、股化，与hue70dnukhuc70,特位：多案复合物组装工病原体抗源有身免皮粒BSB络合pp78热体克基因散布于染色体的各个部位或不同染色体上，其上涨都有HSE.hp,8r023蛋白质折业和去新业：多豪复小分于hp我原体抗原，自身免疫性热薇后hup16合物装配热微活因子HSF（heatshockfactor）类抗原加工：淋巴维胞目果，芝素芝素（Ubiqutin）重白质降解自身免疫性TMK国EB国SESAA国AAN

1.环境因索转激爽达HSP韩啤化氨基酸英似物重金属离子0.9严禁代5与HSE合口热休克应答现象酱速存在热体克?×2.病理因素口热休克基因象族是迄今被发现的最保守的遗传发热000HSESD准雅度精先HSP家4系统病苯及细菌够染第与HSF地合复老化CSE口热休克反应可被多种因素诱导，应激反应E nGAAnTTCnGAAn3局部缺直药物HSP炒?神经摄伤o解高3.非刺微条三乘体C0008养容发生细陶周期生长因子别激发育及分化O#图际0.9AMS8PD类固醇激素受体与GRE结合诱导基因表达5、金属殊蛋白基因的多重调控RLE22020018020:21-240全属硫蛋白（MT）是细胞内多余重金属高子的整和蛋白RocoptoCbCusFCdAP2AsmoCtoplum基因本版水平的表达、诱导水平的大量表达气聘受置会质，糖皮质微事和像改康（一种拉蓝素）等的诱，其中在何一种特录齿手活花都可谢导衰送，图13-23人金属流强白基因的调程区，在其自动子中分有基础元件，并含有增强子-启动子中还有金国诱亮皮质放家象及应的元图上是示出无件，下示出与之增的强自更。GRE：糖皮质激素元MRE：重金属元件TRE：伟波酯元件1BLE：基础水平元件BKSRNS国国国NS区非靶细肤如缺乏靶细胞EAE或很少相应受体408。1.真核生物在转录水平是如何调控基因表达的？。2.一个组成型基因和一个特异性表达的基因的调控有什么不同？-我中an美心R图）5美群家京时真核#医养品的效压AKAESNASOANSKEASE