1、目目 錄錄Gene Expression Regulation 目目 錄錄中心法則與操縱子中心法則與操縱子目目 錄錄第第 一一 節節基本概念與原理基本概念與原理Basic Conceptions and Principle目目 錄錄一、基因表達的概念一、基因表達的概念* * 基因基因（gene） 是遺傳的基本單位，含有編碼一種是遺傳的基本單位，含有編碼一種RNA，大多數情況是，大多數情況是編碼一種多肽的信息單位。編碼一種多肽的信息單位。* * cDNAcDNA (complementary DNA) (complementary DNA) 是人為地由是人為地由mRNAmRNA反轉錄而得反轉錄而

2、得, ,與與mRNAmRNA序列互補的序列互補的DNADNA。* * 基因組基因組(genome)一個細胞或病毒所攜帶的全部遺傳信息或整套基一個細胞或病毒所攜帶的全部遺傳信息或整套基因。因。目目 錄錄* * 基因表達基因表達(gene expression)就是基因轉錄、翻譯，生成具有生就是基因轉錄、翻譯，生成具有生物學功能的產物的過程。物學功能的產物的過程?；虮磉_是受調控的基因表達是受調控的 rRNA、tRNA編碼基因轉錄產生編碼基因轉錄產生RNA的過程也屬于基因表達。的過程也屬于基因表達。 目目 錄錄二、基因表達的時間性及空間性二、基因表達的時間性及空間性（一）時間特異性（一）時間特異性

3、按功能需要，某一特定基因的表達嚴按功能需要，某一特定基因的表達嚴格按特定的時間順序發生，稱之為基因表格按特定的時間順序發生，稱之為基因表達的達的時間特異性時間特異性(temporal specificity)。例。例如如AFPAFP 多細胞生物基因表達的時間特異性又多細胞生物基因表達的時間特異性又稱稱階段特異性階段特異性(stage specificity)。目目 錄錄目目 錄錄（二）空間特異性（二）空間特異性基因表達伴隨時間順序所表現出的這種分基因表達伴隨時間順序所表現出的這種分布差異，實際上是由細胞在器官的分布決定布差異，實際上是由細胞在器官的分布決定的，所以空間特異性又稱的，所以空間特異

4、性又稱細胞或組織特異性細胞或組織特異性(cell or tissue specificity)。在個體生長全過程，某種基因產物在個體在個體生長全過程，某種基因產物在個體按不同組織空間順序出現，按不同組織空間順序出現，稱之為基因表達的稱之為基因表達的空間特異性空間特異性(spatial specificity)。例如胰島素。例如胰島素目目 錄錄目目 錄錄三、基因表達的方式三、基因表達的方式按對刺激的反應性，基因表達的方式分為：按對刺激的反應性，基因表達的方式分為：（一）組成性表達（一）組成性表達某些基因在一個個體的幾乎所有細胞某些基因在一個個體的幾乎所有細胞中持續表達，通常被 稱 為中持續表達，

5、通常被 稱 為 管 家 基 因管 家 基 因(housekeeping gene)。目目 錄錄無論表達水平高低，管家基因較少受無論表達水平高低，管家基因較少受環境因素影響，而是在個體各個生長階段環境因素影響，而是在個體各個生長階段的大多數或幾乎全部組織中持續表達，或的大多數或幾乎全部組織中持續表達，或變化很小。區別于其他基因，這類基因表變化很小。區別于其他基因，這類基因表達被稱為達被稱為組成性基因表達組成性基因表達(constitutive gene expression)。目目 錄錄（二）誘導和阻遏表達（二）誘導和阻遏表達在特定環境信號刺激下，相應的基因被激在特定環境信號刺激下，相應的基因被

6、激活，基因表達產物增加，這種基因稱為活，基因表達產物增加，這種基因稱為可誘可誘導基因導基因?？烧T導基因在特定環境中表達增強的過可誘導基因在特定環境中表達增強的過程，稱為程，稱為誘導誘導(induction)。 如果基因對環境信號應答是被抑制，這種如果基因對環境信號應答是被抑制，這種基因是基因是可阻遏基因可阻遏基因?？勺瓒艋虮磉_產物水平可阻遏基因表達產物水平降低的過程稱為降低的過程稱為阻遏阻遏(repression)。目目 錄錄在一定機制控制下，功能上相關的一在一定機制控制下，功能上相關的一組基因，無論其為何種表達方式，均需組基因，無論其為何種表達方式，均需協調一致、共同表達，即為協調一致、共

7、同表達，即為協調表達協調表達(coordinate expression)，這種調節稱為這種調節稱為協調調節協調調節(coordinate regulation)。目目 錄錄四、基因表達調控為生物體生長、四、基因表達調控為生物體生長、發育所必需發育所必需（一）以適應環境、維持生長和增殖（一）以適應環境、維持生長和增殖生物體所處的內、外環境是在不斷變化生物體所處的內、外環境是在不斷變化的。通過一定的程序調控基因的表達，可使的。通過一定的程序調控基因的表達，可使生物體表達出合適的蛋白質分子，以便更好生物體表達出合適的蛋白質分子，以便更好地適應環境，維持其生長和增殖。地適應環境，維持其生長和增殖。

8、目目 錄錄（二）以維持細胞分化與個體發育（二）以維持細胞分化與個體發育在多細胞個體生長、發育的不同階段，在多細胞個體生長、發育的不同階段，或同一生長發育階段，不同組織器官內蛋白或同一生長發育階段，不同組織器官內蛋白質分子分布、種類和含量存在很大差異，這質分子分布、種類和含量存在很大差異，這些差異是調節細胞表型的關鍵。些差異是調節細胞表型的關鍵。 目目 錄錄第二節第二節基因表達調控的基本原理基因表達調控的基本原理Basic Principles of Gene Expression Regulation目目 錄錄一、基因表達調控呈現多層次和復雜性一、基因表達調控呈現多層次和復雜性基因表達的多級調

9、控基因表達的多級調控基因激活基因激活拷貝數拷貝數重排重排甲基化程度甲基化程度轉錄起始轉錄起始 轉錄后加工轉錄后加工mRNA降解降解蛋白質翻譯蛋白質翻譯翻譯后加工修飾翻譯后加工修飾蛋白質降解等蛋白質降解等轉錄起始轉錄起始目目 錄錄二二、基因轉錄激活調節基本要素基因轉錄激活調節基本要素基因表達的調節與基因表達的調節與基因基因的結構、性質，的結構、性質，生物個體或細胞所處的內、外生物個體或細胞所處的內、外環境環境，以及，以及細胞內所存在的轉錄細胞內所存在的轉錄調節蛋白調節蛋白有關。有關。（一）特異（一）特異DNA序列序列 指具有調控功能的指具有調控功能的DNA序列序列 目目 錄錄原核生物原核生物 蛋

10、白質因子蛋白質因子 操縱子操縱子(operon) 機制機制特異特異DNA序列序列編碼序列編碼序列 啟動序列啟動序列 操縱序列操縱序列 其他調節序列其他調節序列(promoter)(operator)目目 錄錄是是RNA聚合酶結合并啟動轉聚合酶結合并啟動轉錄的特異錄的特異DNA序列。序列。1. 啟動序列啟動序列RNA轉錄起始轉錄起始-35區區-10區區TTGACATTAACTTTTACATATGATTTTACATATGTTTTGATATATAATCTGACGTACTGTN17N16N17N16N16N7N7N6N7N6AAAAAtrp tRNATyrlacrecAAra BAD TTGACA T

11、ATAAT共有序列共有序列目目 錄錄共有序列共有序列(consensus sequence) 決決定啟動序列的轉錄活性大小。定啟動序列的轉錄活性大小。某些特異因子（蛋白質）某些特異因子（蛋白質）決定決定RNA聚合酶聚合酶對一個或一套啟動序列的對一個或一套啟動序列的特異性識別和結合能力。特異性識別和結合能力。目目 錄錄2. 操縱序列操縱序列 阻遏蛋白阻遏蛋白(repressor)的結合位點的結合位點當操縱序列結合有阻遏蛋白時，會阻礙當操縱序列結合有阻遏蛋白時，會阻礙RNA聚合酶與啟動序列的結合，或是聚合酶與啟動序列的結合，或是RNA聚聚合酶不能沿合酶不能沿DNA向前移動向前移動 ，阻礙轉錄。，阻

12、礙轉錄。啟動序列啟動序列編碼序列編碼序列操縱序列操縱序列pol阻遏蛋白阻遏蛋白目目 錄錄真核生物真核生物順式作用元件順式作用元件(cis-acting element)可影響自身基因表達活性的可影響自身基因表達活性的DNA序列序列BADNA編碼序列編碼序列轉錄起始點轉錄起始點不同真核生物的順式作用元件中也會發現不同真核生物的順式作用元件中也會發現一些共有序列一些共有序列 ，如，如TATA盒、盒、CAAT盒等，這盒等，這些共有序列是些共有序列是RNA聚合酶或特異轉錄因子的聚合酶或特異轉錄因子的結合位點。結合位點。 目目 錄錄 是指能直接或間接作用于特異是指能直接或間接作用于特異DNA 序列的蛋白

13、質因子序列的蛋白質因子 1. 原核生物調節蛋白分為三類：原核生物調節蛋白分為三類： 特異因子、阻遏蛋白和激活蛋白特異因子、阻遏蛋白和激活蛋白。 特異因子：特異因子：決定決定RNA聚合酶對一個或一套聚合酶對一個或一套啟動序列的特異性識別和結合能力。啟動序列的特異性識別和結合能力。 阻遏蛋白阻遏蛋白(repressor)：可結合操縱序列，阻：可結合操縱序列，阻 遏基因轉錄。遏基因轉錄。 （二）調節蛋白（二）調節蛋白目目 錄錄激活蛋白激活蛋白(activator)可結合啟動序列鄰可結合啟動序列鄰近的近的DNA序列，促進序列，促進RNA聚合酶與啟動序聚合酶與啟動序列的結合，增強列的結合，增強RNA聚合

14、酶活性。如聚合酶活性。如分解分解物基因激活蛋白物基因激活蛋白(catabolite gene activator protein, CAP)。有些基因在沒有激活蛋白存在時，有些基因在沒有激活蛋白存在時，RNA聚合酶很少或完全不能結合啟動序列。聚合酶很少或完全不能結合啟動序列。目目 錄錄2. 真核基因的調節蛋白真核基因的調節蛋白 還有蛋白質因子可特異識別、結合自身還有蛋白質因子可特異識別、結合自身基因的調節序列基因的調節序列，調節自身基因的表達，稱調節自身基因的表達，稱順式作用順式作用。由某一基因表達產生的蛋白質因子，通由某一基因表達產生的蛋白質因子，通過與另一基因的特異的順式作用元件相互作過與

15、另一基因的特異的順式作用元件相互作用，調節其表達。用，調節其表達。 反式作用因子反式作用因子(trans-acting factor) 這種調節作用稱為這種調節作用稱為反式作用反式作用。 又稱為轉錄因子又稱為轉錄因子 (transcription factor) 目目 錄錄cDNAaDNA反式調節反式調節C順式調節順式調節 mRNA C蛋白質蛋白質CBA mRNA蛋白質蛋白質AA目目 錄錄DNA-蛋白質的相互作用蛋白質的相互作用指的是反式或指的是反式或順式作用因子與順式作用元件之間的特異順式作用因子與順式作用元件之間的特異識別及結合，識別及結合，形成形成DNA-蛋白質復合物蛋白質復合物。通常是

16、非共價結合，被識別的通常是非共價結合，被識別的DNA結結合位點通常呈對稱、或不完全對稱結構。合位點通常呈對稱、或不完全對稱結構。例如例如SP1 GGGACCC（三）（三） DNA - 蛋白質蛋白質 蛋白質蛋白質-蛋白質蛋白質的相互作用的相互作用目目 錄錄 大多數調節蛋白單體形式不能結合大多數調節蛋白單體形式不能結合DNA序序列，也有一些調節因子不能直接結合列，也有一些調節因子不能直接結合DNA序序列，故需要通過蛋白質蛋白質相互作用，列，故需要通過蛋白質蛋白質相互作用，才能調節基因轉錄。才能調節基因轉錄。 最常見的作用形式是二聚化最常見的作用形式是二聚化(dimerization) 即兩分子單體

17、通過一定結構域結合成二聚即兩分子單體通過一定結構域結合成二聚體體(dimer),分為同源二聚體分為同源二聚體(homodimer)和異和異源二聚體源二聚體(heterodimer)。 也有多聚化(polymer)目目 錄錄 蛋白質蛋白質相互作用蛋白質蛋白質相互作用結果結果:有些有些增強增強與與DNA結合能力，有些結合能力，有些喪失喪失DNA結合能力，有結合能力，有些不能直接結合些不能直接結合DNA的蛋白質可通過相互作的蛋白質可通過相互作用間接結合用間接結合DNA調節基因轉錄。調節基因轉錄。目目 錄錄（三）（三） RNA聚合酶聚合酶1. 原核啟動序列原核啟動序列/真核啟動子與真核啟動子與RNA聚

18、合聚合酶活性酶活性 RNA聚合酶與其的親和力，影響轉錄。聚合酶與其的親和力，影響轉錄。2.調節蛋白與調節蛋白與RNA聚合酶活性聚合酶活性一些特異調節蛋白在適當環境信號刺激一些特異調節蛋白在適當環境信號刺激下表達，然后通過下表達，然后通過DNA-蛋白質、蛋白質蛋白質、蛋白質-蛋蛋白質相互作用影響白質相互作用影響RNA聚合酶活性。聚合酶活性。目目 錄錄第第 三三 節節 原核基因表達調節原核基因表達調節Regulation of Prokaryotic Gene Expression目目 錄錄調節的主要環節在調節的主要環節在轉錄起始轉錄起始一、原核基因轉錄調節特點一、原核基因轉錄調節特點（一一）因子

19、決定因子決定RNA聚合酶識別特異性聚合酶識別特異性（二）操縱子模型的普遍性（二）操縱子模型的普遍性（三）阻遏蛋白與阻遏機制的普遍性（三）阻遏蛋白與阻遏機制的普遍性目目 錄錄Inhibitor genePZYZ啟動子啟動子結構基因結構基因1，2，3.O操縱基因PromoterOperator geneStructure gene調控區調控區結構基因結構基因 操縱子操縱子表達阻遏蛋白 結合RNA聚合酶聚合酶 結合阻遏蛋白蛋白表達功能蛋白功能蛋白?I阻遏物基因操縱子(operon)的結構與功能二、原核生物轉錄起始調節二、原核生物轉錄起始調節目目 錄錄（一一）乳糖操縱子乳糖操縱子(lac operon

20、)的結構的結構 調控區調控區CAP結合位點結合位點啟動序列啟動序列操縱序列操縱序列 結構基因結構基因Z： -半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y： 透酶透酶A：乙酰基轉移酶：乙?；D移酶ZYAOPDNA目目 錄錄mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白IDNAZYAOPpol有葡萄糖存在時有葡萄糖存在時1.1.阻遏蛋白的負性調節阻遏蛋白的負性調節阻遏基因阻遏基因（二）乳糖操縱子的調節機制（二）乳糖操縱子的調節機制目目 錄錄mRNA阻遏蛋白阻遏蛋白無葡萄糖存在時無葡萄糖存在時IDNAZYAOPpol啟動轉錄啟動轉錄mRNA乳糖乳糖半乳糖半乳糖-半乳糖苷酶半乳糖苷酶目目 錄錄+ + + + + + + + 轉錄轉錄無葡萄糖，無

21、葡萄糖，cAMP濃度高時濃度高時有葡萄糖，有葡萄糖，cAMP濃度低時濃度低時2. CAP的正性調節的正性調節ZYAOPDNACAPCAPCAPCAPCAPCAP目目 錄錄3. 協調調節協調調節當阻遏蛋白封閉轉錄時，當阻遏蛋白封閉轉錄時，CAP對該系統不能對該系統不能發揮作用發揮作用；如無如無CAP存在，即使沒有阻遏蛋白與操縱序存在，即使沒有阻遏蛋白與操縱序列結合，操縱子仍無轉錄活性。列結合，操縱子仍無轉錄活性。單純乳糖存在時，細菌利用乳糖作碳源；單純乳糖存在時，細菌利用乳糖作碳源；若有葡萄糖或葡萄糖若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時，乳糖共同存在時，細菌首先利用葡萄糖。細菌首先利用葡萄糖。葡萄

22、糖對葡萄糖對 lac 操縱子的阻遏作用稱操縱子的阻遏作用稱分解代分解代謝阻遏謝阻遏(catabolic repression)。 目目 錄錄mRNA低半乳糖時低半乳糖時高半乳糖時高半乳糖時 葡萄糖低葡萄糖低 cAMP濃度高濃度高 葡萄糖高葡萄糖高cAMP濃度低濃度低RNA-polOOOO目目 錄錄 細菌優先利用細菌優先利用葡萄糖葡萄糖作為能源作為能源 有葡萄糖：有葡萄糖：cAMPCAP無活性無活性不促進轉錄不促進轉錄無葡萄糖：無葡萄糖：cAMPCAP有活性有活性促進轉錄促進轉錄目目 錄錄乳糖操縱子調控方式的比較乳糖操縱子調控方式的比較負調控正調控調節蛋白 阻遏蛋白 CAP變構物 別乳糖，乳糖

23、cAMP與變構物結合 無活性 有活性基因位點 O基因 CAP位點結合于基因位點 基因關閉 基因開放目目 錄錄三、原核生物轉錄終止調節三、原核生物轉錄終止調節（一一）大腸桿菌轉錄終止機制大腸桿菌轉錄終止機制1. 不依賴不依賴因子的轉錄終止因子的轉錄終止 （1）RNA單鏈內部接近終止區域有富含單鏈內部接近終止區域有富含G-C配對區，形成穩定的二級結構。配對區，形成穩定的二級結構。莖環莖環（stemloop）或）或發夾發夾（hairpin）結構）結構（2）在）在發夾結構發夾結構的下游有的下游有poly U結構結構。目目 錄錄2. 依賴依賴因子的轉錄終止因子的轉錄終止功功能能v 識別結合識別結合富含富

24、含C的的RNA鏈鏈v ATPase活性活性v 解螺旋酶活性解螺旋酶活性 因子因子與新合成的與新合成的RNA單鏈單鏈poly C結合，促進轉錄產物從轉錄復合物中釋結合，促進轉錄產物從轉錄復合物中釋放出來，終止轉錄。放出來，終止轉錄。目目 錄錄 轉錄終止也可在距轉錄起始點較近的位置轉錄終止也可在距轉錄起始點較近的位置(約約幾百幾百bp)發生，阻止下游基因的轉錄。這種過發生，阻止下游基因的轉錄。這種過早終止受一定機制控制。在大腸桿菌存在兩種早終止受一定機制控制。在大腸桿菌存在兩種終止調節方式，一種為衰減終止調節方式，一種為衰減(attenuation)，另，另一種為抗終止。前者導致一種為抗終止。前者

25、導致RNA鏈的過早終止，鏈的過早終止，后者則阻止前者的發生，使下游基因得以表達。后者則阻止前者的發生，使下游基因得以表達。（二）轉錄衰減（二）轉錄衰減目目 錄錄四、原核生物翻譯水平調節四、原核生物翻譯水平調節（一一）蛋白質分子的自我調節蛋白質分子的自我調節 調節蛋白結合調節蛋白結合mRNA靶位點，阻止核蛋白體靶位點，阻止核蛋白體識別翻譯起始區，從而阻斷翻譯。識別翻譯起始區，從而阻斷翻譯。 調節蛋白一般作用于自身調節蛋白一般作用于自身mRNA，抑制自身，抑制自身的合成，因而這種調節方式稱的合成，因而這種調節方式稱自我控制自我控制(autogenous control)。目目 錄錄（二二）反義反義

26、RNA對翻譯的調節作用對翻譯的調節作用 某些某些RNA分子也可調節基因表達，這種分子也可調節基因表達，這種RNA成為成為調節調節RNA。 細菌中的反義細菌中的反義RNA含有與特定含有與特定mRNA翻譯起翻譯起始部位互補的序列，通過與始部位互補的序列，通過與mRNA雜交阻斷小亞雜交阻斷小亞基對起始密碼子的識別及與基對起始密碼子的識別及與SD序列的結合，抑序列的結合，抑制翻譯起始。這種調節成為反義控制制翻譯起始。這種調節成為反義控制 (antisense control)。目目 錄錄第第 四四 節節 真核基因表達調節真核基因表達調節Regulation of Eukaryotic Gene Exp

27、ression目目 錄錄一、真核基因組結構特點一、真核基因組結構特點（一）真核基因組結構龐大一）真核基因組結構龐大哺乳類動哺乳類動物基因組物基因組DNA 約約 3 10 9 堿基對堿基對編碼基因編碼基因約約 有有 40000 個個，占總長的占總長的6 %rDNA等重復基因等重復基因約約 占占 5% 10%目目 錄錄（二）單順反子二）單順反子單順反子單順反子(monocistron) 即一個編碼基因轉錄生成一個即一個編碼基因轉錄生成一個mRNA分子，經翻譯生成一條多肽鏈。分子，經翻譯生成一條多肽鏈。（三）重復序列三）重復序列單拷貝序列（一次或數次）單拷貝序列（一次或數次）高度重復序列（高度重復序

28、列（106 次）次）中度重復序列（中度重復序列（103 104次）次）多拷貝序列多拷貝序列目目 錄錄 還有一種重復序列是由兩個互補序列、在同還有一種重復序列是由兩個互補序列、在同一一DNA鏈上反向排列而成，稱為鏈上反向排列而成，稱為反轉重復序列反轉重復序列(inverted repeat)。衛星。衛星DNA (satellite DNA), 可可做為很好的遺傳標記。做為很好的遺傳標記。 內含子（內含子（intron）與外顯子（）與外顯子（exon）相）相間排列間排列,因此真核基因是不連續的。因此真核基因是不連續的。（四）基因不連續性四）基因不連續性目目 錄錄二、真核基因表達調控特點二、真核基因

29、表達調控特點（一）一）RNA聚合酶聚合酶 細菌細菌的的RNA聚合酶識別的是聚合酶識別的是一段一段DNA順序順序，而而真核生物真核生物RNA聚合酶識別的不單是聚合酶識別的不單是DNA順序，順序，而是而是DNA-蛋白質復合物蛋白質復合物，即只有當一個或多個，即只有當一個或多個轉錄因子（轉錄因子（transcription factor，TF）結合到）結合到DNA上，形成有功能性的啟動子時，才能被上，形成有功能性的啟動子時，才能被RNA聚合酶分子識別、結合。聚合酶分子識別、結合。 目目 錄錄（二）活性染色體結構變化二）活性染色體結構變化1. 對核酸酶敏感對核酸酶敏感活化基因常有超敏位點，位于調節蛋活

30、化基因常有超敏位點，位于調節蛋白結合位點附近。白結合位點附近。2. DNA拓撲結構變化拓撲結構變化天然雙鏈天然雙鏈DNA均均以負性超螺旋構象存在；以負性超螺旋構象存在；負性超螺旋變成正性超螺旋，阻礙核小負性超螺旋變成正性超螺旋，阻礙核小體形成，組蛋白解聚。體形成，組蛋白解聚。目目 錄錄基因活化后基因活化后RNA-pol正超螺旋正超螺旋負超螺旋負超螺旋轉錄方向轉錄方向3. DNA堿基修飾變化堿基修飾變化真核真核DNA約有約有5%的胞嘧啶被甲基化，的胞嘧啶被甲基化，甲基化范圍與基因表達程度呈反比。甲基化范圍與基因表達程度呈反比。目目 錄錄4. 組蛋白變化組蛋白變化使核小體結構變松弛使核小體結構變松

31、弛 富含富含Lys組蛋白水平降低組蛋白水平降低 H2A, H2B二聚體不穩定性增加二聚體不穩定性增加 組蛋白修飾組蛋白修飾 H3組蛋白巰基暴露組蛋白巰基暴露目目 錄錄組蛋白組蛋白氨基酸殘基位點氨基酸殘基位點修飾類型修飾類型功功 能能H3Lys-4甲基化甲基化激活激活H3Lys-9甲基化甲基化染色質濃縮染色質濃縮H3Lys-9甲基化甲基化DNA甲基化所必需甲基化所必需H3Lys-9乙?；阴；せ罴せ頗3Ser-10磷酸化磷酸化激活激活H3Lys-14乙酰化乙?；乐狗乐筁ys-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?；阴；b配

32、裝配H4Lys-12乙酰化乙?；b配裝配H4Lys-16乙?；阴；诵◇w裝配核小體裝配H4Lys-16乙?；阴；疐ly X激活激活組蛋白修飾對染色質結構與功能的影響組蛋白修飾對染色質結構與功能的影響 目目 錄錄（三三）正性調節占主導正性調節占主導1.采用正性調節機制更精確采用正性調節機制更精確2.采用負性調節不經濟采用負性調節不經濟目目 錄錄（四四）轉錄與翻譯分隔進行轉錄與翻譯分隔進行（五）轉錄后修飾、加工五）轉錄后修飾、加工目目 錄錄真核細胞內含有多種真核細胞內含有多種RNA聚合酶聚合酶真核真核RNA聚合酶有三種，即聚合酶有三種，即RNA pol I、II及及 III，分別負責三種，分別

33、負責三種RNA轉錄。轉錄。 目目 錄錄三、三、RNA pol 和和 pol 的轉錄調節的轉錄調節 （一）（一）RNA pol 轉錄體系的控制轉錄體系的控制 人人rRNA前體基因的啟動子只有兩個元件前體基因的啟動子只有兩個元件 ：核心元件（核心元件（core element）：）：位于轉錄起始位于轉錄起始點附近（點附近（-45 +20bp），它的存在足以起始），它的存在足以起始轉錄；轉錄； 上游控制元件（上游控制元件（upstream control element, UCE）：）：位于起始點上游位于起始點上游-156 -107bp，可，可大大提高轉錄起始效率。大大提高轉錄起始效率。 目目 錄錄

34、 RNA pol需需兩種轉錄因子兩種轉錄因子來正確有效來正確有效的幫助起始轉錄的幫助起始轉錄：上游結合因子上游結合因子1（upstream binding factor 1, UBF1）：既能與）：既能與UCE結合又能與核心元件特異結合又能與核心元件特異結合。結合。 選擇性因子選擇性因子1（selectivity factor 1, SL1）：繼）：繼UBF1后與兩個元件結合，結合無序列特異性，后與兩個元件結合，結合無序列特異性，可能與蛋白質間的相互作用有關?？赡芘c蛋白質間的相互作用有關。 目目 錄錄（二）（二）RNA pol 轉錄體系的控制轉錄體系的控制 RNA pol 轉錄多種轉錄多種RN

35、A的基因，這里的基因，這里主要討論主要討論 tRNA和和5S rRNA基因基因的轉錄調節。的轉錄調節。 這兩類基因結構方面頗具特色，其啟動這兩類基因結構方面頗具特色，其啟動子位于轉錄起始點下游即轉錄區內，稱子位于轉錄起始點下游即轉錄區內，稱內部內部控制區（控制區（internal control regions, ICR）。 目目 錄錄tRNA基因的基因的ICR： 由由A盒盒（TGGCNNAGTGG）和）和B盒盒（GGTTCGANNCC）兩個兩個元件組成。元件組成。RNA pol 轉錄起始需兩種轉錄因子轉錄起始需兩種轉錄因子TFC和和TFB。 5S rRNA的轉錄起始需三種轉錄因子，的轉錄起始

36、需三種轉錄因子，除上述兩種外，尚需除上述兩種外，尚需TFIIIA 目目 錄錄三、三、RNA pol 轉錄起始的調節轉錄起始的調節 RNA pol II轉錄生成所有轉錄生成所有mRNA前前體及大部分體及大部分snRNA。 真核生物基因表達在轉錄水平上的調控，真核生物基因表達在轉錄水平上的調控，是各級調控中最重要的一步，主要涉及是各級調控中最重要的一步，主要涉及RNA聚合酶，順式作用元件聚合酶，順式作用元件和和反式作用因子反式作用因子三種三種因素的相互作用。因素的相互作用。目目 錄錄真核生物真核生物RNA聚合酶聚合酶轉錄的轉錄的基因結構與功能基因結構與功能 其他調其他調控元件控元件增強子增強子或或

37、 沉默子沉默子CAAT盒盒 GC盒盒 TATA 盒盒結構基因結構基因+1調節調節基因表達水平基因表達水平決定基因表達的決定基因表達的時空特異性等。時空特異性等。激素，金屬離子，激素，金屬離子，小分子化合物等小分子化合物等反應元件。反應元件。決定基因決定基因表達的基表達的基礎水平礎水平 與與RNA poly II 結合，決定轉錄結合，決定轉錄起始點的精確定位起始點的精確定位使轉錄使轉錄增強增強或或減弱減弱維持維持基本基本的表達水平的表達水平目目 錄錄1. 啟動子啟動子真核基因啟動子是真核基因啟動子是RNA聚合聚合酶結合位點周圍的一組轉錄控制酶結合位點周圍的一組轉錄控制組件，至少包括一個組件，至少

38、包括一個轉錄起始點轉錄起始點以及一個以上以及一個以上的的功能組件功能組件。TATA盒盒GC盒盒CAAT盒盒確保轉錄精確而有效地起始的確保轉錄精確而有效地起始的DNA序列序列（一）順式作用元件（一）順式作用元件目目 錄錄目目 錄錄 GC盒盒 TATA 盒盒結構基因結構基因+1 決定基因表決定基因表達的基礎水平達的基礎水平 與與RNA poly II 結合，決定轉結合，決定轉錄起始點的精錄起始點的精確定位。確定位。CAAT盒盒 上游啟動子序列（上游啟動子序列（UPS）-25-35-70-80-110目目 錄錄 能增強啟動子活性的能增強啟動子活性的DNA序列序列。特點：特點：1. 能能遠距離遠距離增

39、強啟動子的活性；增強啟動子的活性；2. 在啟動子的上游和下游均起作用；在啟動子的上游和下游均起作用；3. 無無方向性；方向性；4. 對啟動子的影響對啟動子的影響無無嚴格的專一性。嚴格的專一性。作用機理：作用機理：目前已知目前已知增強子增強子與蛋白質與蛋白質因子結合后能改變因子結合后能改變染色質的結構染色質的結構。含義：含義：2. 增強子增強子(enhancer)目目 錄錄3. 沉默子沉默子(silencer)某些基因的負性調節元件，當其結某些基因的負性調節元件，當其結合特異蛋白因子時，對基因轉錄起阻遏合特異蛋白因子時，對基因轉錄起阻遏作用。作用。目目 錄錄（二）反式作用因子二）反式作用因子 1

40、. 轉錄調節因子分類（按功能特性）轉錄調節因子分類（按功能特性）基本轉錄因子基本轉錄因子 (general transcription factors) 是是RNA聚合酶結合啟動子所必需的一組蛋聚合酶結合啟動子所必需的一組蛋白因子，決定三種白因子，決定三種RNA(mRNA、tRNA及及rRNA)轉錄的類別。轉錄的類別。目目 錄錄特異轉錄因子特異轉錄因子(special transcription factors)為個別基因轉錄所必需，決定為個別基因轉錄所必需，決定該基因的時間、空間特異性表達。該基因的時間、空間特異性表達。轉錄激活因子轉錄激活因子轉錄抑制因子轉錄抑制因子目目 錄錄2. 轉錄調節

41、因子結構轉錄調節因子結構DNA結合域結合域轉錄激活域轉錄激活域TF蛋白質蛋白質-蛋白質結合域蛋白質結合域（二聚化結構域）（二聚化結構域） 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目 錄錄最常見的最常見的DNA結合域結合域 1. 鋅指鋅指(zinc finger)C CysH His常結合常結合GC盒盒目目 錄錄ZnCysHis目目 錄錄 鋅指的鋅指的N-端端部分形成部分形成折疊折疊結構，結構，C-端端部分形成部分形成螺旋螺旋結構。結構。 每個每個螺旋有兩處識別特異的螺旋有兩處識別特異的DNA序列；序列；3個個螺旋結構與一個螺旋結構與一個DNA雙螺旋的深溝（雙螺

42、旋的深溝（major groove）結合，調控結合，調控RNA的轉錄。的轉錄。目目 錄錄N NC C鋅指N NC C目目 錄錄 2. 螺旋螺旋-轉角轉角-螺旋螺旋（helix-turn-helix，HTH） HTH的基本結構基本結構含有兩個螺旋, 螺旋之間有一個轉角,約有60個氨基酸。 其中一個螺旋(羧基端)識別識別特異的順式作用元件上的DNA序列，另一個螺旋(氨基端)則結合結合在DNA上，調控基因的轉錄。目目 錄錄3. 亮氨酸拉鏈（Leu zipper） 亮氨酸拉鏈亮氨酸拉鏈是蛋白質二聚體化是蛋白質二聚體化(蛋蛋白質相互作用的一種方式白質相互作用的一種方式)的一種結構的一種結構基礎?；A。

43、某些癌基因某些癌基因(如如c-jun，v-jun，c-fos，v-fos等等)表達產物通過表達產物通過亮氨酸拉鏈亮氨酸拉鏈形成同源或異源二聚體，大大增加對形成同源或異源二聚體，大大增加對DNA的結合能力，調控基因表達。的結合能力，調控基因表達。目目 錄錄 在亮氨酸拉鏈近在亮氨酸拉鏈近N-端有富含端有富含堿性堿性(帶正電荷帶正電荷)氨基酸殘基的區域，是氨基酸殘基的區域，是DNA的結合區的結合區。 亮氨酸拉鏈亮氨酸拉鏈是一個高亮氨酸組成的螺旋，每兩個螺圈出現一個亮氨酸，形成拉鏈的一邊。 兩個蛋白質因子的螺旋通過亮氨酸亮氨酸的疏水作用結合在一起形成拉鏈結構拉鏈結構目目 錄錄亮氨酸拉鏈目目 錄錄（三（

44、三）mRNA 轉錄激活及其調節轉錄激活及其調節polTFHTAFTFFTAFTAFTFATFBTBP真核真核RNA聚合酶聚合酶在轉錄因子幫助下，形成在轉錄因子幫助下，形成的轉錄起始復合物的轉錄起始復合物TATA DNATBP相關因子相關因子目目 錄錄五、五、RNA Pol II轉錄終止的調節機制轉錄終止的調節機制尚不清楚尚不清楚（一）（一）HIV基因組轉錄終止調節基因組轉錄終止調節（二）熱休克蛋白基因的轉錄終止調節（二）熱休克蛋白基因的轉錄終止調節病毒蛋白病毒蛋白Tat與轉錄產物與轉錄產物5端特異端特異RNA序列結序列結合，并與宿主蛋白質、合，并與宿主蛋白質、RNA Pol II相互作用，阻止

45、相互作用，阻止HIV基因組轉錄的提早終止。基因組轉錄的提早終止。 在應激條件下暫時性停止大多數基因的轉錄在應激條件下暫時性停止大多數基因的轉錄和翻譯，啟動一套能夠提高細胞生存能力的蛋白和翻譯，啟動一套能夠提高細胞生存能力的蛋白質即熱休克蛋白質即熱休克蛋白(heat shock protein)的表達。的表達。 目目 錄錄六、轉錄后水平的調節也是六、轉錄后水平的調節也是基因表達調控的重要環節基因表達調控的重要環節（一）（一）hnRNA加工成熟的調節加工成熟的調節（二）（二）mRNA運輸、胞漿內穩定性的調節運輸、胞漿內穩定性的調節加工過程包括加帽、加尾、剪接、堿加工過程包括加帽、加尾、剪接、堿基修

46、飾和編輯等。基修飾和編輯等。 通過與蛋白質結合形成通過與蛋白質結合形成核蛋白體復合物核蛋白體復合物(ribonucleoprotein, RNP)進行。進行。 目目 錄錄運鐵蛋白受體 (transferrin receptor TfR)通過延長mRNA的壽命進行基因表達調控目目 錄錄七、基因表達在翻譯水平以及翻譯七、基因表達在翻譯水平以及翻譯后階段仍然可以受到調節后階段仍然可以受到調節 （一）對翻譯起始因子活性的調節主要通過磷（一）對翻譯起始因子活性的調節主要通過磷酸化修飾進行酸化修飾進行蛋白質合成速率的快速變化在很大程度蛋白質合成速率的快速變化在很大程度上取決于起始水平，通過磷酸化調節翻譯起

47、上取決于起始水平，通過磷酸化調節翻譯起始因子（始因子（eukaryotic initiation factor, eIF）的活性對起始階段有重要的控制作用。的活性對起始階段有重要的控制作用。目目 錄錄（二）（二）RNA結合蛋白參與了對翻譯起始的調節結合蛋白參與了對翻譯起始的調節RNA結合蛋白（結合蛋白（RNA binding protein, RBP），），是指那些能夠與是指那些能夠與RNA特異序列結合的蛋白質。特異序列結合的蛋白質。基因表達的許多調節環節都有基因表達的許多調節環節都有RBP的參與，如的參與，如前述轉錄終止、前述轉錄終止、RNA剪接、剪接、RNA轉運、轉運、RNA胞胞漿內穩定性

48、控制以及翻譯起始等。漿內穩定性控制以及翻譯起始等。 目目 錄錄（三）對翻譯產物水平及活性的調節可以快速（三）對翻譯產物水平及活性的調節可以快速調控基因表達調控基因表達 新合成蛋白質的半衰期長短是決定蛋白質生物新合成蛋白質的半衰期長短是決定蛋白質生物學功能的重要影響因素學功能的重要影響因素。因此，通過對新生肽。因此，通過對新生肽鏈的水解和運輸，可以控制蛋白質的濃度在特鏈的水解和運輸，可以控制蛋白質的濃度在特定的部位或亞細胞器保持在合適的水平。定的部位或亞細胞器保持在合適的水平。 許多蛋白質需要在合成后經過特定的修飾才具許多蛋白質需要在合成后經過特定的修飾才具有功能活性有功能活性。通過對蛋白質的可

49、逆的磷酸化、。通過對蛋白質的可逆的磷酸化、甲基化、?；揎?，可以達到調節蛋白質功甲基化、?；揎?，可以達到調節蛋白質功能的作用，是基因表達的快速調節方式。能的作用，是基因表達的快速調節方式。 目目 錄錄是一大家族小分子非編碼單鏈是一大家族小分子非編碼單鏈RNA，長度，長度約約2025個堿基，由一段具有發夾環結構，長個堿基，由一段具有發夾環結構，長度為度為7090個堿基的單鏈個堿基的單鏈RNA 前體前體(pre-miRNA)經經Dicer酶剪切后形成。酶剪切后形成。 （四）小分子（四）小分子RNA對基因表達的調節十分復雜對基因表達的調節十分復雜1微小微小RNA (microRNA, miRNA)目目 錄錄 其長度一般為其長度一般為2025個堿基；個堿基；