真核生物基因表達(dá)的調(diào)控歡迎學(xué)習(xí)真核生物基因表達(dá)調(diào)控課程！基因表達(dá)調(diào)控是生命科學(xué)中的核心問(wèn)題，它決定了細(xì)胞如何精確控制基因的開(kāi)啟與關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)生命活動(dòng)的精準(zhǔn)調(diào)控。在本課程中，我們將探討真核生物基因表達(dá)調(diào)控的多層次機(jī)制，從DNA層面的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)控，到轉(zhuǎn)錄、RNA加工、翻譯以及蛋白質(zhì)水平的調(diào)控。我們還將介紹最新的研究技術(shù)和前沿進(jìn)展。真核生物的基因表達(dá)調(diào)控比原核生物更為復(fù)雜，涉及更多的分子機(jī)制和調(diào)控層次，對(duì)于理解生命的本質(zhì)和疾病的發(fā)生具有重要意義。讓我們一起揭開(kāi)真核生物基因表達(dá)調(diào)控的奧秘！課程目標(biāo)掌握真核生物基因表達(dá)調(diào)控的基本原理理解從DNA到蛋白質(zhì)各個(gè)層次的調(diào)控機(jī)制，建立系統(tǒng)的基因表達(dá)調(diào)控知識(shí)框架了解最新的研究方法與技術(shù)熟悉單細(xì)胞測(cè)序、CRISPR等現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)在基因表達(dá)調(diào)控研究中的應(yīng)用培養(yǎng)分析問(wèn)題的能力能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解釋特定基因表達(dá)調(diào)控的現(xiàn)象和機(jī)制建立科研思維培養(yǎng)對(duì)基因表達(dá)調(diào)控研究前沿問(wèn)題的探索精神和批判性思維能力真核生物基因組的特點(diǎn)復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)真核生物基因組DNA與蛋白質(zhì)形成復(fù)雜的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)對(duì)基因表達(dá)有重要影響。染色質(zhì)可以通過(guò)凝聚和松弛來(lái)控制基因的可接近性?；蚪M大小變異顯著，從酵母的約12Mb到人類(lèi)的約3000Mb不等，但基因數(shù)量變化相對(duì)較小，表明非編碼DNA占比很大?；蚪Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)真核基因含有外顯子和內(nèi)含子，需要通過(guò)RNA剪接去除內(nèi)含子。這種結(jié)構(gòu)增加了基因的復(fù)雜性，也為選擇性剪接提供了可能?；蛎芏容^低，編碼序列僅占人類(lèi)基因組的約2%，大部分是非編碼區(qū)域，包括重復(fù)序列、轉(zhuǎn)座子和調(diào)控元件等。這些非編碼區(qū)也參與基因表達(dá)調(diào)控。真核生物基因表達(dá)調(diào)控的復(fù)雜性1多層次調(diào)控從DNA到蛋白質(zhì)的每一步都有精確調(diào)控2時(shí)空特異性不同組織、不同發(fā)育階段的調(diào)控機(jī)制各異3多因素參與轉(zhuǎn)錄因子、表觀遺傳修飾、非編碼RNA等協(xié)同作用4網(wǎng)絡(luò)化調(diào)控形成復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，確保基因表達(dá)的精準(zhǔn)性真核生物基因表達(dá)調(diào)控的復(fù)雜性遠(yuǎn)超原核生物，這種復(fù)雜性是生物進(jìn)化的結(jié)果，也是多細(xì)胞生物實(shí)現(xiàn)細(xì)胞分化和組織特異性功能的基礎(chǔ)。通過(guò)多層次、多因素的精確調(diào)控，真核生物可以在不改變基因組序列的情況下，靈活應(yīng)對(duì)環(huán)境變化和發(fā)育需求。真核生物基因表達(dá)調(diào)控的層次1DNA水平染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、組蛋白修飾、DNA甲基化轉(zhuǎn)錄水平轉(zhuǎn)錄因子、增強(qiáng)子、沉默子、轉(zhuǎn)錄起始與終止RNA加工水平選擇性剪接、RNA編輯、加帽、加尾、RNA穩(wěn)定性4翻譯水平翻譯起始、延伸、終止的調(diào)控、miRNA調(diào)控蛋白質(zhì)水平翻譯后修飾、蛋白質(zhì)穩(wěn)定性、亞細(xì)胞定位DNA水平的調(diào)控：染色質(zhì)結(jié)構(gòu)染色質(zhì)的基本單位核小體是染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位，由DNA纏繞在組蛋白八聚體外側(cè)形成。這種結(jié)構(gòu)對(duì)基因表達(dá)起著重要的調(diào)控作用。染色質(zhì)的構(gòu)象變化染色質(zhì)可以在松散的常染色質(zhì)和緊密的異染色質(zhì)之間轉(zhuǎn)換，影響DNA的可及性。松散的染色質(zhì)有利于轉(zhuǎn)錄，而緊密的染色質(zhì)則抑制基因表達(dá)。染色質(zhì)修飾組蛋白修飾（如甲基化、乙酰化等）和DNA甲基化能改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)，影響轉(zhuǎn)錄因子和轉(zhuǎn)錄機(jī)器的結(jié)合，從而調(diào)控基因表達(dá)。染色質(zhì)重塑染色質(zhì)重塑復(fù)合物能夠以ATP依賴(lài)的方式改變核小體的位置或結(jié)構(gòu)，調(diào)整基因的可及性，是基因表達(dá)調(diào)控的重要環(huán)節(jié)。染色質(zhì)的組成組蛋白主要包括核心組蛋白H2A、H2B、H3和H4，以及連接組蛋白H1。這些堿性蛋白質(zhì)富含賴(lài)氨酸和精氨酸殘基，帶正電荷，可與帶負(fù)電荷的DNA緊密結(jié)合。組蛋白高度保守，表明其在進(jìn)化上的重要性。它們不僅是DNA包裝的支架，也是調(diào)控基因表達(dá)的活躍參與者。DNA含有基因和非編碼區(qū)域，通過(guò)與組蛋白的相互作用形成染色質(zhì)。DNA在核小體中呈超螺旋狀纏繞在組蛋白八聚體外側(cè)。DNA序列本身可以影響核小體的形成和定位，某些序列更容易形成核小體，而其他序列則傾向于排斥核小體。非組蛋白染色質(zhì)蛋白包括染色質(zhì)重塑復(fù)合物、轉(zhuǎn)錄因子、組蛋白修飾酶等，這些蛋白質(zhì)參與染色質(zhì)動(dòng)態(tài)變化和基因表達(dá)調(diào)控。這些蛋白質(zhì)通常以復(fù)合物形式存在，協(xié)同工作以精確控制染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和基因表達(dá)。核小體結(jié)構(gòu)組蛋白八聚體由兩個(gè)H2A-H2B二聚體和一個(gè)H3-H4四聚體組成，形成核小體的核心結(jié)構(gòu)每種組蛋白都有一個(gè)球狀結(jié)構(gòu)域和一個(gè)靈活的N端尾巴，尾巴伸出核小體表面，可被多種酶修飾DNA纏繞約146bp的DNA以左手超螺旋狀圍繞組蛋白八聚體纏繞1.65圈DNA每隔10bp與組蛋白接觸一次，形成緊密但可調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)2連接DNA核小體之間由10-80bp的連接DNA相連，連接DNA通常與組蛋白H1結(jié)合這段DNA易受DNaseI消化，對(duì)轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合更為敏感組蛋白H1結(jié)合在核小體入口/出口處的DNA上，幫助穩(wěn)定核小體結(jié)構(gòu)促進(jìn)更高級(jí)別的染色質(zhì)折疊，參與染色質(zhì)凝聚與松弛的調(diào)節(jié)染色質(zhì)的凝聚與松弛10nm核小體水平DNA纏繞在組蛋白八聚體外側(cè)形成核小體，呈"珠串"狀結(jié)構(gòu)30nm纖維水平核小體進(jìn)一步盤(pán)繞形成30nm染色質(zhì)纖維，主要存在于常染色質(zhì)中300nm環(huán)結(jié)構(gòu)染色質(zhì)纖維形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，增加壓縮程度，通常由支架蛋白穩(wěn)定700nm染色體水平高度凝聚的染色質(zhì)形成可見(jiàn)的染色體，DNA壓縮率最高可達(dá)10000倍染色質(zhì)凝聚與松弛是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程，受多種因素調(diào)控。常染色質(zhì)富含活躍轉(zhuǎn)錄的基因，結(jié)構(gòu)相對(duì)松散；而異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)緊密，轉(zhuǎn)錄活性低。染色質(zhì)的這種動(dòng)態(tài)變化使細(xì)胞能夠在不同條件下精確調(diào)控基因表達(dá)，是表觀遺傳調(diào)控的重要機(jī)制。組蛋白修飾修飾類(lèi)型酶類(lèi)位置功能乙?；?Ac)HAT/HDAC賴(lài)氨酸殘基開(kāi)放染色質(zhì),促進(jìn)轉(zhuǎn)錄甲基化(Me)HMT/HDM賴(lài)氨酸/精氨酸根據(jù)位置不同可激活或抑制磷酸化(P)激酶/磷酸酶絲氨酸/蘇氨酸染色質(zhì)凝聚,DNA修復(fù)泛素化(Ub)E1/E2/E3賴(lài)氨酸殘基蛋白降解,染色質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)SUMO化SUMO連接酶賴(lài)氨酸殘基轉(zhuǎn)錄抑制,蛋白相互作用組蛋白修飾形成了被稱(chēng)為"組蛋白密碼"的復(fù)雜調(diào)控體系，不同的修飾組合產(chǎn)生不同的生物學(xué)效應(yīng)。這些修飾可以直接改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)，也可以招募特異性蛋白識(shí)別并結(jié)合修飾位點(diǎn)，進(jìn)而調(diào)控基因表達(dá)。理解組蛋白修飾對(duì)揭示表觀遺傳調(diào)控機(jī)制具有重要意義。DNA甲基化甲基化位點(diǎn)主要發(fā)生在CpG二核苷酸的胞嘧啶上，形成5-甲基胞嘧啶1甲基轉(zhuǎn)移酶DNMT1維持型甲基化，DNMT3A/3B負(fù)責(zé)從頭甲基化去甲基化TET酶催化5mC氧化，最終去除甲基基團(tuán)基因表達(dá)影響啟動(dòng)子區(qū)甲基化通常抑制基因表達(dá)，基因體區(qū)甲基化作用復(fù)雜DNA甲基化是一種重要的表觀遺傳修飾，在基因組印記、X染色體失活、轉(zhuǎn)座子抑制和癌癥發(fā)生等生物學(xué)過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。CpG島是基因組中富含CpG二核苷酸的區(qū)域，通常位于基因啟動(dòng)子附近，其甲基化狀態(tài)與基因表達(dá)密切相關(guān)。DNA甲基化可以通過(guò)阻礙轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合或招募含有甲基CpG結(jié)合結(jié)構(gòu)域的抑制因子來(lái)影響基因表達(dá)。隨著單堿基分辨率測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，我們對(duì)DNA甲基化圖譜的理解日益深入。染色質(zhì)重塑復(fù)合物核小體重定位ATP依賴(lài)的方式使核小體沿著DNA滑動(dòng)，改變特定DNA序列的可及性。這種機(jī)制使轉(zhuǎn)錄因子能夠接觸到原本被核小體覆蓋的結(jié)合位點(diǎn)，是激活基因表達(dá)的重要方式。組蛋白置換將核心組蛋白替換為變體組蛋白，如H2A.Z或H3.3。這些變體組蛋白具有特殊的功能，能夠改變核小體的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)特性，進(jìn)而影響基因表達(dá)。核小體解離完全或部分地移除核小體，使DNA序列暴露出來(lái)。這種作用通常發(fā)生在高度活躍的基因區(qū)域，為轉(zhuǎn)錄起始和延伸創(chuàng)造有利條件。染色質(zhì)重塑復(fù)合物是一類(lèi)ATP依賴(lài)的酶復(fù)合物，可以被分為SWI/SNF家族、ISWI家族、CHD家族和INO80家族。這些復(fù)合物在細(xì)胞分化、DNA復(fù)制和修復(fù)等過(guò)程中發(fā)揮重要作用。染色質(zhì)重塑復(fù)合物的突變與多種疾病相關(guān)，包括癌癥和發(fā)育障礙。轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控：概述1轉(zhuǎn)錄循環(huán)調(diào)控起始、延伸、終止的精確控制2轉(zhuǎn)錄因子網(wǎng)絡(luò)通用與特異性轉(zhuǎn)錄因子的協(xié)同作用3順式調(diào)控元件啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、沉默子等DNA序列4染色質(zhì)環(huán)境染色質(zhì)開(kāi)放度決定轉(zhuǎn)錄可行性轉(zhuǎn)錄是基因表達(dá)的第一步，也是基因表達(dá)調(diào)控的主要層次。真核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控比原核生物更加復(fù)雜，涉及更多的調(diào)控因子和元件。通過(guò)調(diào)控轉(zhuǎn)錄的起始、延伸和終止，細(xì)胞可以決定哪些基因被表達(dá)、何時(shí)表達(dá)以及表達(dá)量的高低。轉(zhuǎn)錄調(diào)控的精確性依賴(lài)于順式作用元件和反式作用因子的特異性相互作用，以及染色質(zhì)環(huán)境的適當(dāng)調(diào)整。理解轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制對(duì)解釋基因表達(dá)的時(shí)空特異性和響應(yīng)性至關(guān)重要。真核生物RNA聚合酶RNA聚合酶I負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄5.8S、18S和28S核糖體RNA（rRNA）。這些RNA組成核糖體的主要成分，對(duì)蛋白質(zhì)合成至關(guān)重要。RNA聚合酶I活性反映了細(xì)胞生長(zhǎng)狀態(tài)，快速分裂的細(xì)胞通常有高水平的RNA聚合酶I活性。在核仁中活躍，是細(xì)胞中最活躍的RNA聚合酶，約占細(xì)胞總RNA合成的60%。RNA聚合酶II負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄所有蛋白質(zhì)編碼基因的mRNA，以及多種非編碼RNA，如miRNA、lncRNA等。是基因表達(dá)調(diào)控的主要研究對(duì)象，也是大多數(shù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制的靶點(diǎn)。獨(dú)特的C末端結(jié)構(gòu)域（CTD）含有多個(gè)YSPTSPS七肽重復(fù)序列，可被廣泛磷酸化，對(duì)協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)錄和RNA加工至關(guān)重要。RNA聚合酶III主要轉(zhuǎn)錄tRNA、5SrRNA和其他小非編碼RNA。這些RNA參與翻譯過(guò)程或RNA加工。RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄的基因通常很短，但轉(zhuǎn)錄效率極高。識(shí)別特殊的啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)，如內(nèi)部啟動(dòng)子（如tRNA基因中的A盒和B盒）或外部啟動(dòng)子（如5SrRNA基因中的C盒）。真核生物基因的順式作用元件核心啟動(dòng)子位于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)(TSS)附近，包含TATA盒、Inr元件等，是RNA聚合酶II和基本轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合的最小DNA區(qū)域近端啟動(dòng)子位于核心啟動(dòng)子上游約200bp區(qū)域，含有多種調(diào)控元件，如GC盒、CAAT盒等，增強(qiáng)基因的基礎(chǔ)表達(dá)水平增強(qiáng)子位置和方向可變的調(diào)控元件，可位于基因上游、下游或內(nèi)含子中，能大幅提高轉(zhuǎn)錄活性沉默子抑制基因表達(dá)的DNA序列，通過(guò)招募抑制因子或改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)揮作用絕緣子阻斷增強(qiáng)子或沉默子作用的邊界元件，維持基因表達(dá)的獨(dú)立性，防止周?chē)旧|(zhì)環(huán)境的干擾啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)真核生物啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)多樣化，可根據(jù)是否含有TATA盒分為T(mén)ATA型和非TATA型。TATA型啟動(dòng)子中的TATA盒（TATAAAA序列）是TBP蛋白結(jié)合的位點(diǎn)，有利于RNA聚合酶II精確定位。非TATA型啟動(dòng)子通常富含GC，依賴(lài)其他元件如Inr或DPE來(lái)確定轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)。啟動(dòng)子區(qū)域常與特定的表觀遺傳特征相關(guān)，如組蛋白H3K4三甲基化和低水平的DNA甲基化。這些特征有助于維持啟動(dòng)子區(qū)的染色質(zhì)開(kāi)放狀態(tài)，便于轉(zhuǎn)錄機(jī)器的組裝。理解啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)對(duì)基因表達(dá)調(diào)控研究至關(guān)重要。增強(qiáng)子和沉默子增強(qiáng)子特點(diǎn)位置靈活，可位于基因上游、下游或內(nèi)含子中作用與方向無(wú)關(guān)，可正向或反向增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄含有多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)，形成調(diào)控模塊表觀遺傳特征包括H3K4me1和H3K27ac修飾通過(guò)染色質(zhì)環(huán)與啟動(dòng)子接觸，空間上接近沉默子特點(diǎn)抑制基因轉(zhuǎn)錄的順式調(diào)控元件與抑制性轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，阻礙轉(zhuǎn)錄激活可招募組蛋白修飾酶，如去乙酰化酶常與抑制性染色質(zhì)標(biāo)記如H3K9me3相關(guān)與增強(qiáng)子類(lèi)似，位置和方向也具有靈活性絕緣子功能阻斷增強(qiáng)子對(duì)非靶基因的作用防止異染色質(zhì)向鄰近區(qū)域擴(kuò)散與CTCF等特殊蛋白結(jié)合參與染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的形成維持基因表達(dá)的組織特異性和時(shí)序性反式作用因子識(shí)別與結(jié)合通過(guò)DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域特異性識(shí)別DNA序列激活復(fù)合物形成招募協(xié)同激活因子和基本轉(zhuǎn)錄裝置染色質(zhì)修飾招募組蛋白修飾酶改變局部染色質(zhì)狀態(tài)轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)促進(jìn)RNA聚合酶II活化和轉(zhuǎn)錄起始反式作用因子是可溶性蛋白，能特異性結(jié)合順式作用元件并調(diào)控基因表達(dá)。它們可分為通用轉(zhuǎn)錄因子和特異性轉(zhuǎn)錄因子兩大類(lèi)。通用轉(zhuǎn)錄因子參與所有基因的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄，而特異性轉(zhuǎn)錄因子則賦予基因表達(dá)的時(shí)空特異性。反式作用因子通常具有模塊化結(jié)構(gòu)，包括DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域、轉(zhuǎn)錄激活或抑制結(jié)構(gòu)域、二聚化結(jié)構(gòu)域和信號(hào)響應(yīng)結(jié)構(gòu)域等。這種模塊化設(shè)計(jì)使轉(zhuǎn)錄因子能夠同時(shí)進(jìn)行DNA特異性識(shí)別和轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能。通用轉(zhuǎn)錄因子6主要通用轉(zhuǎn)錄因子家族包括TFIIA、TFIIB、TFIID、TFIIE、TFIIF和TFIIH30+子單位總數(shù)所有通用轉(zhuǎn)錄因子共包含30多個(gè)蛋白質(zhì)亞基10-15轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物組裝時(shí)間(分鐘)從開(kāi)始結(jié)合到形成完整起始復(fù)合物的典型時(shí)間1.5MDa起始復(fù)合物大小完整的轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物分子量達(dá)1.5兆道爾頓通用轉(zhuǎn)錄因子是RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄所必需的蛋白質(zhì)復(fù)合物，它們按特定順序在啟動(dòng)子區(qū)域組裝，形成轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物（PIC）。TFIID首先通過(guò)其TBP亞基識(shí)別并結(jié)合TATA盒，變形DNA結(jié)構(gòu)；TFIIB隨后結(jié)合，確定轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)和方向；TFIIF引導(dǎo)RNA聚合酶II進(jìn)入復(fù)合物；TFIIE和TFIIH加入后，TFIIH的解旋酶活性打開(kāi)DNA雙鏈，使轉(zhuǎn)錄得以起始。特異性轉(zhuǎn)錄因子鋅指蛋白最常見(jiàn)的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域之一，含有鋅離子配位的特征性結(jié)構(gòu)。每個(gè)鋅指可識(shí)別3個(gè)堿基對(duì)，多個(gè)鋅指串聯(lián)可識(shí)別較長(zhǎng)的DNA序列。代表有Sp1（結(jié)合GC盒）和核受體家族成員。螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋蛋白包括同源結(jié)構(gòu)域蛋白在內(nèi)的多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子家族，其中一個(gè)α螺旋插入DNA主溝，另一個(gè)螺旋與DNA骨架接觸。Hox基因編碼的同源結(jié)構(gòu)域蛋白在發(fā)育過(guò)程中調(diào)控體軸形成和器官發(fā)生。堿性亮氨酸拉鏈蛋白含有一個(gè)富含亮氨酸的二聚化區(qū)域和一個(gè)堿性的DNA結(jié)合區(qū)域。通常以同源或異源二聚體形式發(fā)揮作用。代表有AP-1（由Fos和Jun組成）和CREB（響應(yīng)cAMP信號(hào)通路）。轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄因子通常具有模塊化的結(jié)構(gòu)，由幾個(gè)功能不同的結(jié)構(gòu)域組成，這種設(shè)計(jì)使它們能夠執(zhí)行復(fù)雜的調(diào)控功能。DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域確定因子與特定DNA序列的親和力和特異性；轉(zhuǎn)錄激活或抑制結(jié)構(gòu)域通過(guò)與其他蛋白的相互作用影響轉(zhuǎn)錄活性；二聚化結(jié)構(gòu)域允許形成同源或異源二聚體，擴(kuò)展DNA結(jié)合特異性；信號(hào)響應(yīng)結(jié)構(gòu)域（如配體結(jié)合區(qū)）使轉(zhuǎn)錄因子能夠響應(yīng)特定刺激；而核定位信號(hào)則確保它們能夠進(jìn)入細(xì)胞核發(fā)揮功能。轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的組裝TFIID結(jié)合啟動(dòng)子TBP亞基識(shí)別TATA盒并導(dǎo)致DNA彎曲約80°，形成有利于其他因子結(jié)合的平臺(tái)。非TATA啟動(dòng)子則主要通過(guò)TAF亞基與其他核心啟動(dòng)子元件相互作用。TFIIB加入復(fù)合物結(jié)合TBP和啟動(dòng)子DNA，在TATA盒上下游形成接觸。TFIIB確定轉(zhuǎn)錄的方向性并為RNA聚合酶II的結(jié)合提供平臺(tái)，是轉(zhuǎn)錄起始定位的關(guān)鍵因子。3RNA聚合酶II-TFIIF復(fù)合物結(jié)合TFIIF與RNA聚合酶II形成復(fù)合物，引導(dǎo)聚合酶定位到啟動(dòng)子，同時(shí)防止非特異性DNA結(jié)合。這一步驟大幅增加了起始復(fù)合物的大小和復(fù)雜性。TFIIE和TFIIH加入TFIIE促進(jìn)TFIIH的招募，TFIIH具有解旋酶活性，能夠打開(kāi)DNA雙鏈形成轉(zhuǎn)錄氣泡。TFIIH還具有激酶活性，可磷酸化RNA聚合酶IICTD，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄從起始轉(zhuǎn)變?yōu)檠由祀A段。轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)子的相互作用序列特異性識(shí)別轉(zhuǎn)錄因子通過(guò)其DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域特異性識(shí)別啟動(dòng)子區(qū)的特定序列元件。不同類(lèi)型的結(jié)構(gòu)域采用不同方式與DNA接觸，如鋅指蛋白主要通過(guò)α螺旋插入DNA主溝，而螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋蛋白則利用識(shí)別螺旋與DNA堿基對(duì)形成氫鍵。協(xié)同結(jié)合多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子可協(xié)同結(jié)合于鄰近的DNA位點(diǎn)，通過(guò)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用穩(wěn)定彼此的結(jié)合。這種協(xié)同作用使轉(zhuǎn)錄激活表現(xiàn)出高度的協(xié)作性和閾值效應(yīng)，是基因開(kāi)關(guān)行為的基礎(chǔ)。招募輔助因子結(jié)合到啟動(dòng)子區(qū)的轉(zhuǎn)錄因子能夠招募各種輔助蛋白，包括組蛋白修飾酶、染色質(zhì)重塑復(fù)合物和中介復(fù)合物。這些因子共同作用，創(chuàng)造有利于轉(zhuǎn)錄起始的染色質(zhì)環(huán)境，并建立起啟動(dòng)子與RNA聚合酶II之間的功能連接。啟動(dòng)子區(qū)通常含有多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)，形成復(fù)雜的調(diào)控模塊。這些位點(diǎn)的組合以及結(jié)合其上的轉(zhuǎn)錄因子網(wǎng)絡(luò)決定了基因的表達(dá)模式。研究表明，大多數(shù)基因的調(diào)控涉及多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的協(xié)同作用，這種多因子調(diào)控增加了基因表達(dá)調(diào)控的精確性和靈活性。轉(zhuǎn)錄因子與增強(qiáng)子的相互作用增強(qiáng)子元件集聚增強(qiáng)子區(qū)域常含有多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)，允許多種調(diào)控蛋白同時(shí)結(jié)合。這些轉(zhuǎn)錄因子可能來(lái)自不同的信號(hào)通路，使增強(qiáng)子能夠整合多種細(xì)胞信號(hào)。染色質(zhì)環(huán)形成增強(qiáng)子與其靶啟動(dòng)子之間的物理接觸通過(guò)染色質(zhì)環(huán)實(shí)現(xiàn)，這種三維結(jié)構(gòu)使相距甚遠(yuǎn)的DNA元件能夠在空間上接近。環(huán)的形成依賴(lài)于結(jié)合在增強(qiáng)子和啟動(dòng)子上的蛋白質(zhì)復(fù)合物之間的相互作用。中介復(fù)合物功能中介復(fù)合物是連接增強(qiáng)子結(jié)合的激活因子與啟動(dòng)子基本轉(zhuǎn)錄裝置的橋梁，包含約30個(gè)亞基。它可以穩(wěn)定轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，并影響RNA聚合酶II活性。相分離機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄因子及其輔助因子可通過(guò)液-液相分離形成無(wú)膜的濃縮相，這種"轉(zhuǎn)錄工廠(chǎng)"可能有助于提高轉(zhuǎn)錄效率和特異性，是增強(qiáng)子功能的新機(jī)制。轉(zhuǎn)錄因子的組合調(diào)控單一轉(zhuǎn)錄因子2-3個(gè)轉(zhuǎn)錄因子4-6個(gè)轉(zhuǎn)錄因子7個(gè)以上轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子的組合調(diào)控是真核生物基因表達(dá)精確控制的關(guān)鍵機(jī)制。不同的轉(zhuǎn)錄因子組合可產(chǎn)生豐富多樣的調(diào)控效果，遠(yuǎn)超單個(gè)因子的作用。這種組合方式使有限數(shù)量的轉(zhuǎn)錄因子能夠調(diào)控?cái)?shù)萬(wàn)個(gè)基因的表達(dá)，極大地?cái)U(kuò)展了基因組的調(diào)控容量。組合調(diào)控可表現(xiàn)為協(xié)同激活（多個(gè)激活因子聯(lián)合作用，效果大于各自單獨(dú)作用之和）、協(xié)同抑制、競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合（因子間爭(zhēng)奪同一結(jié)合位點(diǎn)）或拮抗作用（激活因子與抑制因子的對(duì)抗）。通過(guò)這些機(jī)制，細(xì)胞可以對(duì)不同的信號(hào)或發(fā)育狀態(tài)做出精細(xì)的轉(zhuǎn)錄響應(yīng)。轉(zhuǎn)錄延伸和終止的調(diào)控啟動(dòng)子近端暫停RNA聚合酶II在轉(zhuǎn)錄起始后約20-60nt處暫停，受NELF和DSIF因子控制。這種暫停為細(xì)胞提供了額外的調(diào)控點(diǎn)，對(duì)快速或協(xié)調(diào)基因表達(dá)尤為重要。CTD磷酸化模式RNA聚合酶IICTD上不同位點(diǎn)的磷酸化狀態(tài)變化調(diào)控轉(zhuǎn)錄周期。Ser5磷酸化與轉(zhuǎn)錄起始相關(guān)，Ser2磷酸化則標(biāo)志著產(chǎn)能延伸階段，Thr4和Ser7磷酸化也有特定功能。延伸因子作用P-TEFb激酶通過(guò)磷酸化NELF、DSIF和聚合酶CTD，解除轉(zhuǎn)錄暫停。其他延伸因子如TFIIS、Elongin和ELL通過(guò)不同機(jī)制促進(jìn)延伸，如防止聚合酶倒退或增強(qiáng)其催化效率。轉(zhuǎn)錄終止機(jī)制多聚腺苷酸化信號(hào)（polyA信號(hào)）的識(shí)別和RNA切割是終止的關(guān)鍵步驟。根據(jù)"套圈模型"，當(dāng)RNA切割后，5'-3'外切核酸酶降解殘留RNA，追趕并解離聚合酶；而"變構(gòu)模型"認(rèn)為polyA信號(hào)誘導(dǎo)聚合酶構(gòu)象變化導(dǎo)致終止。RNA加工水平的調(diào)控：概述5'端加帽在轉(zhuǎn)錄起始后不久進(jìn)行，對(duì)mRNA穩(wěn)定性和翻譯至關(guān)重要RNA剪接去除內(nèi)含子并連接外顯子，可通過(guò)選擇性剪接產(chǎn)生多種轉(zhuǎn)錄本RNA編輯直接修改RNA序列，如腺苷到肌苷的轉(zhuǎn)換，增加轉(zhuǎn)錄組多樣性3'端加尾添加polyA尾巴，影響mRNA穩(wěn)定性、核輸出和翻譯效率RNA加工是連接轉(zhuǎn)錄和翻譯的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是基因表達(dá)調(diào)控的重要層次。前體mRNA(pre-mRNA)從合成到最終成熟，需要經(jīng)歷一系列精確調(diào)控的加工過(guò)程。這些加工步驟不僅影響RNA的結(jié)構(gòu)和功能，還通過(guò)選擇性剪接等機(jī)制大大擴(kuò)展了基因組的編碼容量。RNA加工通常與轉(zhuǎn)錄過(guò)程偶聯(lián)，許多加工反應(yīng)在轉(zhuǎn)錄延伸過(guò)程中就已開(kāi)始。RNA聚合酶II的CTD在這一偶聯(lián)中發(fā)揮核心作用，通過(guò)其磷酸化狀態(tài)變化協(xié)調(diào)不同的RNA加工事件。RNA加工的異常與多種人類(lèi)疾病相關(guān)，包括神經(jīng)退行性疾病和腫瘤。選擇性剪接基本機(jī)制選擇性剪接是通過(guò)不同方式拼接外顯子產(chǎn)生多種成熟mRNA的過(guò)程。它由剪接體精確執(zhí)行，剪接體識(shí)別內(nèi)含子邊界上的5'剪接位點(diǎn)(GU)、3'剪接位點(diǎn)(AG)以及分支點(diǎn)序列。調(diào)控依賴(lài)于順式作用元件(ESE、ESS、ISE、ISS)和反式作用因子(SR蛋白、hnRNP蛋白等)的相互作用。這些因素的平衡決定了特定剪接位點(diǎn)的使用效率。主要模式可變5'剪接位點(diǎn)：使用不同的5'剪接位點(diǎn)可變3'剪接位點(diǎn)：使用不同的3'剪接位點(diǎn)外顯子跳躍：特定外顯子可能被完全跳過(guò)內(nèi)含子保留：某些內(nèi)含子保留在成熟mRNA中互斥外顯子：一組外顯子中只有一個(gè)被保留選擇性剪接極大地?cái)U(kuò)展了基因組的編碼能力，估計(jì)人類(lèi)約95%的多外顯子基因存在選擇性剪接。不同組織、發(fā)育階段或生理?xiàng)l件下，選擇性剪接模式可以發(fā)生變化，這種轉(zhuǎn)錄后調(diào)控為基因表達(dá)的精細(xì)調(diào)節(jié)提供了額外層次。選擇性剪接的調(diào)控機(jī)制剪接增強(qiáng)子和抑制子外顯子剪接增強(qiáng)子(ESE)和外顯子剪接抑制子(ESS)位于外顯子內(nèi)，而內(nèi)含子剪接增強(qiáng)子(ISE)和內(nèi)含子剪接抑制子(ISS)位于內(nèi)含子內(nèi)。這些順式調(diào)控元件是RNA結(jié)合蛋白的結(jié)合位點(diǎn)，可促進(jìn)或抑制附近剪接位點(diǎn)的識(shí)別。SR蛋白家族SR蛋白含有一個(gè)或兩個(gè)RNA識(shí)別基序(RRM)和一個(gè)富含精氨酸-絲氨酸的RS結(jié)構(gòu)域。它們通常結(jié)合ESE，促進(jìn)剪接位點(diǎn)的識(shí)別，可通過(guò)與剪接體組分直接相互作用或拮抗hnRNP蛋白的抑制作用來(lái)發(fā)揮功能。SR蛋白活性受磷酸化狀態(tài)調(diào)控。hnRNP蛋白異質(zhì)核糖核蛋白(hnRNP)多與剪接抑制子結(jié)合，抑制剪接位點(diǎn)使用。它們可通過(guò)多種機(jī)制發(fā)揮作用，如立體阻礙、促進(jìn)RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)形成或招募其他抑制因子。hnRNPA/B、PTB和NOVA等是常見(jiàn)的剪接抑制因子。選擇性剪接調(diào)控與染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)錄過(guò)程緊密相關(guān)。RNA聚合酶II延伸速率可影響剪接位點(diǎn)選擇，快速延伸使剪接位點(diǎn)暴露的時(shí)間差異減少，可能導(dǎo)致弱剪接位點(diǎn)的使用增加。此外，組蛋白修飾和DNA甲基化等表觀遺傳標(biāo)記也能通過(guò)影響轉(zhuǎn)錄延伸速率或招募剪接調(diào)控因子來(lái)影響選擇性剪接。RNA編輯腺苷脫氨作用ADAR酶催化腺苷轉(zhuǎn)變?yōu)榧≤眨≤赵诜g中被識(shí)別為鳥(niǎo)苷胞苷脫氨作用APOBEC家族酶催化胞苷轉(zhuǎn)變?yōu)槟蜍?，改變密碼子2密碼子改變由于堿基變化，密碼子的意義可能被改變，導(dǎo)致氨基酸替換功能影響可改變蛋白質(zhì)功能、剪接模式、RNA穩(wěn)定性和定位RNA編輯是一種轉(zhuǎn)錄后修飾過(guò)程，通過(guò)直接改變RNA序列增加了轉(zhuǎn)錄組的多樣性。A-to-I編輯是哺乳動(dòng)物中最常見(jiàn)的RNA編輯類(lèi)型，主要由ADAR家族酶催化。這種編輯在腦組織中尤為豐富，影響神經(jīng)傳遞和突觸可塑性相關(guān)基因。RNA編輯的程度和位點(diǎn)可隨發(fā)育階段和組織類(lèi)型而變化，增加了基因表達(dá)調(diào)控的復(fù)雜性。異常的RNA編輯與多種疾病相關(guān)，如癲癇、抑郁癥和某些類(lèi)型的癌癥。高通量測(cè)序技術(shù)的發(fā)展使我們能夠全面分析RNA編輯圖譜，加深對(duì)這一重要調(diào)控機(jī)制的理解。mRNA的5'端加帽1加帽酶復(fù)合物結(jié)合當(dāng)RNA鏈長(zhǎng)度達(dá)到20-30核苷酸時(shí)，加帽酶復(fù)合物通過(guò)與RNA聚合酶IICTD的磷酸化形式(特別是Ser5-P)相互作用而被招募2末端三磷酸酶活性RNA三磷酸酶(RNGTT)去除新生RNA5'端的γ-磷酸基團(tuán)，生成二磷酸末端3鳥(niǎo)嘌呤轉(zhuǎn)移酶活性鳥(niǎo)嘌呤基轉(zhuǎn)移酶活性將GMP從GTP轉(zhuǎn)移到RNA5'端，形成5'-5'三磷酸鍵4甲基化修飾RNA(鳥(niǎo)嘌呤-7-)甲基轉(zhuǎn)移酶(RNMT)在N7位點(diǎn)添加甲基基團(tuán)，形成常見(jiàn)的m7G帽子結(jié)構(gòu)(Cap-0)mRNA5'帽子結(jié)構(gòu)對(duì)mRNA的穩(wěn)定性、加工、核輸出和翻譯起關(guān)鍵作用。它通過(guò)招募帽子結(jié)合復(fù)合物(CBC)保護(hù)mRNA免受5'→3'外切核酸酶的降解。在翻譯起始階段，帽子結(jié)構(gòu)被eIF4E識(shí)別，是協(xié)助核糖體裝配的關(guān)鍵元素。除基本的Cap-0結(jié)構(gòu)外，還存在進(jìn)一步甲基化的Cap-1和Cap-2結(jié)構(gòu)。這些額外修飾有助于區(qū)分自身與非自身RNA，在先天免疫系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。許多病毒為有效翻譯其基因組，演化出了特殊的帽子依賴(lài)或非依賴(lài)機(jī)制。mRNA的3'端加尾1多聚腺苷酸化信號(hào)識(shí)別CPSF復(fù)合物識(shí)別AAUAAA多聚腺苷酸化信號(hào)，而CstF結(jié)合下游的GU/U富集元件。這些蛋白復(fù)合體共同確定正確的切割位點(diǎn)。2mRNA切割RNA鏈在多聚腺苷酸化信號(hào)下游約10-30個(gè)核苷酸處被切割。CPSF-73亞基具有切割活性，負(fù)責(zé)執(zhí)行這一反應(yīng)。切割產(chǎn)生具有3'-OH末端的上游RNA片段。3聚合酶結(jié)合多聚A聚合酶(PAP)被招募到切割位點(diǎn)，與RNA的3'-OH末端結(jié)合。PAP不需要模板即可合成polyA尾巴，是一種模板非依賴(lài)性酶。4聚A尾巴合成PAP催化約200-250個(gè)腺苷酸殘基的添加，形成polyA尾巴。核多聚A結(jié)合蛋白(PABPN1)參與調(diào)控尾巴長(zhǎng)度，而細(xì)胞質(zhì)多聚A結(jié)合蛋白(PABPC)則保護(hù)尾巴免受降解。mRNA的穩(wěn)定性調(diào)控mRNA穩(wěn)定性是基因表達(dá)調(diào)控的重要環(huán)節(jié)，通過(guò)控制mRNA的壽命來(lái)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成的持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度。不同mRNA的半衰期從幾分鐘到數(shù)天不等，取決于其序列特征和結(jié)合的調(diào)控蛋白。mRNA降解通常始于deadenylation，即polyA尾巴的縮短，由CCR4-NOT和PAN2-PAN3復(fù)合物執(zhí)行。隨后，mRNA可通過(guò)5'→3'或3'→5'途徑降解。5'→3'途徑涉及DCP1/DCP2介導(dǎo)的去帽和XRN1介導(dǎo)的降解；3'→5'途徑則由外切體復(fù)合物執(zhí)行。多種順式作用元件影響mRNA穩(wěn)定性，包括AU富集元素(ARE)、GU富集元件(GRE)、CA富集元件和miRNA結(jié)合位點(diǎn)等。這些元件通常位于3'UTR，被各種RNA結(jié)合蛋白或小RNA識(shí)別，進(jìn)而調(diào)控mRNA的穩(wěn)定性或不穩(wěn)定性。應(yīng)激條件下mRNA穩(wěn)定性調(diào)控尤為重要，如免疫反應(yīng)和細(xì)胞應(yīng)激響應(yīng)中的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控。非編碼RNA在基因表達(dá)調(diào)控中的作用非編碼RNA是不翻譯成蛋白質(zhì)但具有功能活性的RNA分子，在基因表達(dá)調(diào)控中發(fā)揮多種作用。小非編碼RNA，如miRNA、siRNA和piRNA，通常通過(guò)堿基配對(duì)識(shí)別靶標(biāo)并招募效應(yīng)蛋白復(fù)合物，參與轉(zhuǎn)錄后基因沉默。長(zhǎng)非編碼RNA(lncRNA)則通過(guò)多種機(jī)制調(diào)控基因表達(dá)，包括染色質(zhì)修飾、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、RNA加工和翻譯控制。其他類(lèi)型的非編碼RNA也具有重要功能：核仁小RNA(snoRNA)指導(dǎo)rRNA的修飾；小核RNA(snRNA)參與pre-mRNA剪接；增強(qiáng)子RNA(eRNA)可能促進(jìn)增強(qiáng)子-啟動(dòng)子互作。隨著研究深入，非編碼RNA在基因表達(dá)精細(xì)調(diào)控和疾病發(fā)生中的重要性日益凸顯。miRNA介導(dǎo)的基因沉默miRNA的生物合成miRNA基因被RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄為初級(jí)轉(zhuǎn)錄物(pri-miRNA)，含有莖環(huán)結(jié)構(gòu)。核內(nèi)Drosha酶將pri-miRNA加工為約70nt的前體miRNA(pre-miRNA)，后者經(jīng)Exportin-5轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)，再被Dicer酶切割為約22nt的成熟miRNA雙鏈。RISC復(fù)合物組裝成熟miRNA的一條鏈(引導(dǎo)鏈)被裝載入RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物(RISC)，而另一條鏈(客體鏈)通常被降解。Argonaute蛋白家族成員是RISC的核心組分，其中AGO2具有切割活性，可直接切割與miRNA高度互補(bǔ)的靶mRNA。靶標(biāo)識(shí)別與結(jié)合miRNA主要通過(guò)其5'端的"種子區(qū)"(位置2-8)與靶mRNA的3'UTR互補(bǔ)配對(duì)。完全互補(bǔ)導(dǎo)致mRNA切割，而部分互補(bǔ)則導(dǎo)致翻譯抑制和/或mRNA不穩(wěn)定化。一個(gè)miRNA可調(diào)控?cái)?shù)十至數(shù)百個(gè)靶基因，形成復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。翻譯抑制和mRNA降解RISC復(fù)合物可通過(guò)多種機(jī)制抑制翻譯，包括干擾翻譯起始、促進(jìn)核糖體脫落或招募去腺苷酶復(fù)合物。miRNA還可通過(guò)促進(jìn)靶mRNA的去腺苷化和隨后的降解來(lái)降低mRNA水平，這通常是主要的沉默機(jī)制。lncRNA在基因表達(dá)調(diào)控中的作用信號(hào)lncRNA某些lncRNA的表達(dá)本身就是特定細(xì)胞條件的信號(hào)。它們可以在特定的時(shí)間點(diǎn)、特定的組織或?qū)μ囟ǖ拇碳ろ憫?yīng)中表達(dá)，如HOTAIR在HoxD基因簇沉默中的作用。這類(lèi)lncRNA的表達(dá)模式提供了有關(guān)細(xì)胞狀態(tài)的信息。誘餌lncRNA可以結(jié)合并隔離其他調(diào)控分子，如轉(zhuǎn)錄因子、染色質(zhì)修飾酶或miRNA，防止它們發(fā)揮正常功能。例如，PTENP1假基因轉(zhuǎn)錄物可作為競(jìng)爭(zhēng)性?xún)?nèi)源RNA，"捕獲"靶向PTEN的miRNA，間接增強(qiáng)PTEN的表達(dá)。向?qū)ncRNA通過(guò)結(jié)合蛋白復(fù)合物并將其引導(dǎo)至特定基因組位點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域特異性的表觀遺傳修飾。Xist是經(jīng)典例子，它通過(guò)招募多種染色質(zhì)修飾復(fù)合物，介導(dǎo)X染色體失活過(guò)程中的基因沉默。支架lncRNA充當(dāng)分子骨架，促進(jìn)多個(gè)蛋白質(zhì)組分的組裝成功能性復(fù)合物。如HOTAIR既結(jié)合PRC2復(fù)合物又結(jié)合LSD1復(fù)合物，協(xié)調(diào)組蛋白甲基化和去甲基化活性，形成更有效的沉默復(fù)合物。翻譯水平的調(diào)控：概述1翻譯后調(diào)控蛋白質(zhì)修飾和降解2翻譯延伸與終止調(diào)控延伸速率和終止效率的控制3翻譯起始調(diào)控核糖體在mRNA上的裝配和識(shí)別4mRNA功能性修飾m6A、m5C等內(nèi)部修飾影響翻譯效率55'端帽子和3'端polyA尾巴mRNA基本結(jié)構(gòu)影響翻譯起始翻譯水平的調(diào)控允許細(xì)胞快速響應(yīng)環(huán)境變化，無(wú)需改變mRNA水平。這種調(diào)控對(duì)于發(fā)育、細(xì)胞周期進(jìn)展、應(yīng)激響應(yīng)和疾病防御尤為重要。真核生物翻譯是高度調(diào)控的過(guò)程，涉及多種翻譯因子、調(diào)控蛋白和非編碼RNA的相互作用。翻譯起始是限速步驟，也是主要的調(diào)控點(diǎn)。起始因子復(fù)合物招募、43S預(yù)起始復(fù)合物形成、mRNA綁定、核糖體掃描和AUG識(shí)別等步驟均可被調(diào)控。全局性的翻譯調(diào)控影響大多數(shù)mRNA，而基因特異性調(diào)控則針對(duì)特定mRNA亞群，通常通過(guò)mRNA順式作用元件和反式作用因子的相互作用實(shí)現(xiàn)。翻譯起始的調(diào)控帽依賴(lài)翻譯eIF4F復(fù)合物識(shí)別帽子結(jié)構(gòu)，推動(dòng)翻譯起始核糖體招募43S預(yù)起始復(fù)合物結(jié)合mRNA5'端掃描機(jī)制核糖體沿mRNA向3'端掃描尋找起始密碼子AUG識(shí)別啟動(dòng)因子釋放，80S核糖體形成翻譯起始是翻譯過(guò)程中能耗最高、調(diào)控最嚴(yán)格的階段。eIF4F復(fù)合物（包含eIF4E、eIF4G和eIF4A）識(shí)別5'帽子結(jié)構(gòu)，是速率限制步驟，也是重要的調(diào)控點(diǎn)。mTOR信號(hào)通路通過(guò)磷酸化4E-BP蛋白來(lái)控制eIF4E的可用性，影響帽依賴(lài)翻譯。在某些壓力條件下，如病毒感染或熱休克，eIF2的α亞基被磷酸化，抑制了eIF2B的鳥(niǎo)嘌呤核苷酸交換活性，從而降低了翻譯起始頻率。mRNA特征也影響翻譯效率，包括5'UTR長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)、起始密碼子周?chē)蛄校↘ozak序列）、上游開(kāi)放閱讀框（uORF）、內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點(diǎn)（IRES）等。這些特征的調(diào)控使細(xì)胞能夠在全局翻譯受抑的條件下仍能選擇性地翻譯某些特定mRNA，例如應(yīng)激條件下的應(yīng)激蛋白。內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點(diǎn)（IRES）IRES的發(fā)現(xiàn)與特點(diǎn)IRES最初在脊髓灰質(zhì)炎病毒和腦心肌炎病毒基因組中發(fā)現(xiàn)，后來(lái)在多種真核生物mRNA中也被確認(rèn)存在。IRES是高度結(jié)構(gòu)化的RNA元件，通常位于5'UTR，能夠在不依賴(lài)5'端帽子和某些起始因子的情況下募集核糖體。病毒IRES通常有復(fù)雜的三級(jí)結(jié)構(gòu)，可直接與40S核糖體亞基結(jié)合；而細(xì)胞IRES則結(jié)構(gòu)多樣，通常需要標(biāo)準(zhǔn)起始因子和特殊的IRES反式作用因子(ITAFs)協(xié)助功能。生物學(xué)意義IRES介導(dǎo)的翻譯在帽依賴(lài)翻譯受抑制的條件下尤為重要，如病毒感染、細(xì)胞應(yīng)激、凋亡和細(xì)胞周期特定階段。某些病毒通過(guò)關(guān)閉宿主細(xì)胞的帽依賴(lài)翻譯同時(shí)利用IRES翻譯自身蛋白，實(shí)現(xiàn)對(duì)宿主翻譯機(jī)器的劫持。細(xì)胞mRNA中的IRES允許在全局翻譯抑制條件下特定mRNA的選擇性翻譯，如生長(zhǎng)抑制或應(yīng)激條件下細(xì)胞生存所必需的蛋白。含IRES的細(xì)胞mRNA通常編碼調(diào)控蛋白，如生長(zhǎng)因子、原癌基因、轉(zhuǎn)錄因子和凋亡調(diào)節(jié)因子。上游開(kāi)放閱讀框（uORF）翻譯重啟機(jī)制核糖體在翻譯完uORF后可能解離，或保持與mRNA結(jié)合并重新掃描識(shí)別下游主要ORF的起始密碼子。重啟效率受多種因素影響，包括uORF長(zhǎng)度、終止密碼子與主ORF起始密碼子間的距離、以及細(xì)胞翻譯起始因子的活性狀態(tài)。立體阻礙效應(yīng)uORF翻譯產(chǎn)生的肽段可能與核糖體隧道壁相互作用，導(dǎo)致核糖體停滯在終止位點(diǎn)。這種停滯核糖體可阻礙其他掃描核糖體的通過(guò)，從而抑制下游主要ORF的翻譯。某些uORF編碼的肽段具有序列特異性的調(diào)控作用。非傳統(tǒng)起始密碼子雖然AUG是主要的起始密碼子，但近似密碼子如CUG、GUG和UUG也可在特定上下文中用作uORF的起始位點(diǎn)。這些非AUG起始位點(diǎn)通常翻譯效率較低，但在特定條件下可能被激活，增加了uORF調(diào)控的復(fù)雜性。uORF是位于主要蛋白編碼區(qū)上游的小型開(kāi)放閱讀框，在約50%的人類(lèi)基因轉(zhuǎn)錄本中存在。它們通常通過(guò)與主ORF競(jìng)爭(zhēng)掃描核糖體來(lái)抑制下游主要蛋白的表達(dá)。在某些情況下，如細(xì)胞應(yīng)激時(shí)，eIF2α磷酸化降低了整體翻譯起始效率，反而可能增加某些含特定uORF結(jié)構(gòu)mRNA的翻譯，如轉(zhuǎn)錄因子ATF4和CHOP。mRNA的亞細(xì)胞定位mRNA的亞細(xì)胞定位是一種重要的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機(jī)制，允許蛋白質(zhì)在特定細(xì)胞位置合成，對(duì)細(xì)胞極性、非對(duì)稱(chēng)分裂、細(xì)胞遷移和神經(jīng)突觸可塑性等過(guò)程至關(guān)重要。mRNA定位通常依賴(lài)于其3'UTR中的順式作用元件（定位信號(hào)或"zipcode"），這些元件被特異性RNA結(jié)合蛋白識(shí)別。定位復(fù)合物通過(guò)細(xì)胞骨架（通常是微管）運(yùn)輸?shù)侥康牡?，然后通過(guò)錨定機(jī)制固定在特定位置。在抑制翻譯的狀態(tài)下運(yùn)輸mRNA可以防止不恰當(dāng)位置的蛋白質(zhì)合成。到達(dá)目的地后，定位mRNA通過(guò)局部信號(hào)解除翻譯抑制，實(shí)現(xiàn)空間特異性的蛋白質(zhì)合成。經(jīng)典例子包括果蠅卵母細(xì)胞中bicoid和oskarmRNA的定位、神經(jīng)元樹(shù)突中CaMKIIαmRNA的定位，以及成纖維細(xì)胞遷移前沿中β-actinmRNA的定位。mRNA定位異常與多種疾病相關(guān)，如神經(jīng)發(fā)育障礙和癌癥轉(zhuǎn)移。翻譯延伸的調(diào)控密碼子使用偏好性不同密碼子被翻譯的速率不同，主要取決于相應(yīng)tRNA的豐度。高表達(dá)基因往往使用與豐富tRNA對(duì)應(yīng)的"優(yōu)選密碼子"，提高翻譯效率。密碼子使用偏好性在不同物種、不同組織甚至同一基因的不同區(qū)域都可能存在差異。翻譯速率與蛋白質(zhì)折疊翻譯延伸速率的變化可影響新生肽鏈的折疊動(dòng)力學(xué)。某些區(qū)域的翻譯減速（如稀有密碼子簇）可能為特定結(jié)構(gòu)域的正確折疊提供時(shí)間窗口，或允許輔助蛋白如分子伴侶的結(jié)合。這種"翻譯調(diào)諧"對(duì)蛋白質(zhì)獲得正確結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。mRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)編碼區(qū)內(nèi)的穩(wěn)定RNA結(jié)構(gòu)可減緩核糖體移動(dòng)，形成翻譯"瓶頸"。這些結(jié)構(gòu)需要額外的解旋酶活性來(lái)解開(kāi)，能夠顯著影響蛋白質(zhì)合成速率和同一mRNA分子上的核糖體密度（多聚核糖體結(jié)構(gòu)）。延伸因子調(diào)控eEF1A和eEF2等延伸因子的活性可通過(guò)磷酸化、甲基化等翻譯后修飾進(jìn)行調(diào)控。例如，在某些應(yīng)激條件下，eEF2激酶磷酸化eEF2，減緩轉(zhuǎn)位步驟，降低整體翻譯速率，作為能量保存機(jī)制。翻譯終止的調(diào)控終止密碼子識(shí)別eRF1識(shí)別UAA、UAG、UGA終止密碼子肽鏈釋放eRF1催化肽酰-tRNA鍵水解，釋放新合成的蛋白質(zhì)核糖體解離eRF3和ABCE1協(xié)助核糖體亞基解離，為新一輪翻譯做準(zhǔn)備質(zhì)量控制異常終止可觸發(fā)mRNA降解或蛋白質(zhì)降解途徑翻譯終止的精確性對(duì)蛋白質(zhì)的正確合成至關(guān)重要。終止密碼子上下文，特別是終止密碼子前后的核苷酸，可顯著影響終止效率。"弱"終止上下文可導(dǎo)致核糖體讀穿（readthrough），使翻譯繼續(xù)到下一個(gè)終止密碼子，產(chǎn)生C端延長(zhǎng)的蛋白質(zhì)。某些條件下，讀穿可作為調(diào)控機(jī)制，產(chǎn)生功能不同的蛋白質(zhì)異構(gòu)體。非正常終止，如核糖體在非終止密碼子處停滯，可觸發(fā)各種質(zhì)量控制機(jī)制。無(wú)義介導(dǎo)的mRNA降解(NMD)識(shí)別含過(guò)早終止密碼子的mRNA；無(wú)終止密碼子介導(dǎo)的mRNA降解(NSD)處理缺乏終止密碼子的mRNA；而無(wú)Go介導(dǎo)的mRNA降解(NGD)則應(yīng)對(duì)翻譯延伸中停滯的核糖體。這些機(jī)制確保異常mRNA和蛋白質(zhì)產(chǎn)物不會(huì)積累，維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。蛋白質(zhì)水平的調(diào)控：概述翻譯后修飾蛋白質(zhì)翻譯合成后可通過(guò)多種化學(xué)修飾調(diào)控其活性、穩(wěn)定性、定位和相互作用。常見(jiàn)修飾包括磷酸化、乙?；?、甲基化、泛素化和SUMO化等。這些修飾通常是可逆的，允許蛋白質(zhì)功能的動(dòng)態(tài)調(diào)控。蛋白質(zhì)降解蛋白質(zhì)水平的精確控制需要合成與降解的平衡。泛素-蛋白酶體途徑和自噬-溶酶體途徑是兩大主要蛋白質(zhì)降解系統(tǒng)。特異性降解確保細(xì)胞中蛋白質(zhì)的適當(dāng)豐度和質(zhì)量控制，對(duì)應(yīng)對(duì)環(huán)境變化和細(xì)胞周期進(jìn)展至關(guān)重要。亞細(xì)胞定位蛋白質(zhì)必須定位到適當(dāng)?shù)膩喖?xì)胞區(qū)室才能發(fā)揮功能。蛋白質(zhì)定位通常由其序列中的信號(hào)肽或定位信號(hào)決定，如核定位信號(hào)(NLS)或線(xiàn)粒體靶向序列。定位可受翻譯后修飾或與伴侶蛋白相互作用的調(diào)控，增加了蛋白質(zhì)功能調(diào)控的復(fù)雜性。蛋白質(zhì)的翻譯后修飾修飾類(lèi)型修飾基團(tuán)修飾位點(diǎn)主要功能磷酸化磷酸基團(tuán)Ser/Thr/Tyr活性調(diào)節(jié),信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)乙?；阴；鶊F(tuán)Lys,N末端染色質(zhì)調(diào)控,蛋白穩(wěn)定性甲基化甲基基團(tuán)Lys/Arg信號(hào)傳導(dǎo),表觀調(diào)控泛素化泛素(76aa)Lys蛋白降解標(biāo)記,信號(hào)糖基化糖類(lèi)Asn(N)/Ser/Thr(O)蛋白折疊,穩(wěn)定性SUMO化SUMO蛋白Lys蛋白相互作用,定位翻譯后修飾(PTM)極大地?cái)U(kuò)展了蛋白質(zhì)組的復(fù)雜性和功能多樣性。通過(guò)添加化學(xué)基團(tuán)或多肽，PTM可以改變蛋白質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)、構(gòu)象、活性、相互作用和亞細(xì)胞定位。許多修飾是動(dòng)態(tài)且可逆的，允許對(duì)蛋白質(zhì)功能進(jìn)行快速精細(xì)調(diào)節(jié)，而無(wú)需改變蛋白質(zhì)表達(dá)水平。PTM通常由特異性酶催化添加或去除，如激酶/磷酸酶(磷酸化)，乙酰轉(zhuǎn)移酶/去乙?；?乙?；?和E3連接酶/去泛素酶(泛素化)。不同修飾之間可能存在復(fù)雜的交互作用，稱(chēng)為"PTM密碼"或"巴頓密碼"。例如，一個(gè)位點(diǎn)的磷酸化可能影響附近位點(diǎn)的乙?；蚣谆?，創(chuàng)造出復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。泛素-蛋白酶體途徑泛素活化ATP依賴(lài)的方式，E1泛素活化酶將泛素C端活化并與E1形成高能硫酯鍵。這一步需要消耗ATP，為泛素轉(zhuǎn)移提供能量。人類(lèi)基因組編碼2種E1酶。泛素轉(zhuǎn)移活化的泛素從E1轉(zhuǎn)移到E2泛素結(jié)合酶的活性半胱氨酸殘基，形成E2-泛素復(fù)合物。人類(lèi)具有約40種E2酶，它們參與決定泛素鏈的類(lèi)型和長(zhǎng)度。泛素連接E3泛素連接酶識(shí)別特定底物并促進(jìn)泛素從E2轉(zhuǎn)移到底物蛋白的賴(lài)氨酸殘基。人類(lèi)有600多種E3連接酶，負(fù)責(zé)底物識(shí)別的特異性。E3酶分為HECT、RING和RBR三大家族，采用不同機(jī)制催化泛素轉(zhuǎn)移。泛素鏈延長(zhǎng)單個(gè)泛素（單泛素化）或多個(gè)泛素分子（多泛素化）可被添加到底物上。泛素本身含有7個(gè)賴(lài)氨酸殘基（K6、K11、K27、K29、K33、K48、K63），這些位點(diǎn)可被用于形成不同類(lèi)型的泛素鏈，具有不同的生物學(xué)功能。K48鏈通常導(dǎo)致蛋白酶體降解，而K63鏈則通常參與信號(hào)傳導(dǎo)。蛋白酶體降解K48連接的泛素鏈被26S蛋白酶體識(shí)別，底物蛋白在ATP依賴(lài)的方式下被解折疊并進(jìn)入20S核心粒子的中央腔，在那里被切割成小肽。泛素通常在降解前被去泛素酶(DUB)回收利用。蛋白質(zhì)的亞細(xì)胞定位細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核內(nèi)質(zhì)網(wǎng)線(xiàn)粒體膜結(jié)合其他區(qū)室蛋白質(zhì)的亞細(xì)胞定位對(duì)其功能至關(guān)重要，錯(cuò)誤定位可導(dǎo)致蛋白質(zhì)功能喪失甚至疾病。定位主要由蛋白質(zhì)序列中的信號(hào)肽或靶向信號(hào)決定。這些信號(hào)通常是短的氨基酸序列，能被特定的運(yùn)輸機(jī)器識(shí)別。不同的細(xì)胞器有不同的靶向機(jī)制，如核定位信號(hào)(NLS)引導(dǎo)蛋白質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞核，線(xiàn)粒體靶向序列導(dǎo)向線(xiàn)粒體，而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號(hào)序列則引導(dǎo)蛋白質(zhì)進(jìn)入分泌途徑。蛋白質(zhì)定位可以受到動(dòng)態(tài)調(diào)控，為細(xì)胞提供了快速響應(yīng)環(huán)境變化的機(jī)制。常見(jiàn)調(diào)控方式包括翻譯后修飾（如磷酸化可暴露或掩蓋定位信號(hào)）、與伴侶蛋白的相互作用（如細(xì)胞質(zhì)中的蛋白可通過(guò)與含NLS的伴侶蛋白結(jié)合而進(jìn)入細(xì)胞核），以及蛋白質(zhì)構(gòu)象變化。某些蛋白質(zhì)具有多重定位能力，可在不同細(xì)胞器間"穿梭"，增加了功能的多樣性。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與基因表達(dá)調(diào)控細(xì)胞表面受體激活配體與細(xì)胞表面受體結(jié)合，如受體酪氨酸激酶、G蛋白偶聯(lián)受體或細(xì)胞因子受體，導(dǎo)致受體構(gòu)象變化和活化。受體活化可能通過(guò)自身磷酸化、G蛋白活化或受體聚集等機(jī)制實(shí)現(xiàn)。胞內(nèi)信號(hào)級(jí)聯(lián)受體活化觸發(fā)胞內(nèi)信號(hào)分子鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，如MAPK級(jí)聯(lián)、JAK-STAT通路或第二信使系統(tǒng)（cAMP、Ca2+等）。這些級(jí)聯(lián)通常涉及一系列蛋白激酶的逐級(jí)磷酸化，實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大和整合。信號(hào)轉(zhuǎn)入細(xì)胞核信號(hào)級(jí)聯(lián)最終活化轉(zhuǎn)錄因子或其調(diào)節(jié)蛋白，如ERK磷酸化Elk-1，PKA磷酸化CREB，或JAK磷酸化STAT。活化的轉(zhuǎn)錄因子可進(jìn)入細(xì)胞核，或者原本就在核內(nèi)的轉(zhuǎn)錄因子被激活?；虮磉_(dá)改變活化的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合靶基因啟動(dòng)子或增強(qiáng)子上的特定DNA序列，招募輔激活因子或輔抑制因子，改變?nèi)旧|(zhì)狀態(tài)和/或轉(zhuǎn)錄機(jī)器的組裝，從而調(diào)控基因表達(dá)。這些變化可能引起迅速而短暫的基因表達(dá)模式變化，或者通過(guò)反饋環(huán)路引起持久的表達(dá)改變。細(xì)胞外信號(hào)與受體受體酪氨酸激酶(RTK)含單次跨膜結(jié)構(gòu)域和胞內(nèi)酪氨酸激酶結(jié)構(gòu)域配體結(jié)合誘導(dǎo)受體二聚化和交叉自磷酸化磷酸化位點(diǎn)作為下游信號(hào)分子結(jié)合平臺(tái)代表成員包括EGFR、FGFR、PDGFR和胰島素受體主要激活MAPK、PI3K-AKT和PLCγ通路G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)最大的膜受體家族，包含七次跨膜結(jié)構(gòu)域活化后與異三聚體G蛋白相互作用通過(guò)調(diào)節(jié)腺苷酸環(huán)化酶、磷脂酶C或離子通道傳遞信號(hào)常見(jiàn)配體包括激素、神經(jīng)遞質(zhì)和嗅覺(jué)分子調(diào)控廣泛的生理過(guò)程，是藥物靶點(diǎn)的主要來(lái)源核受體配體激活的轉(zhuǎn)錄因子，直接調(diào)控基因表達(dá)含有DNA結(jié)合和配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域可在細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞核中響應(yīng)親脂性配體包括固醇受體、甲狀腺激素受體和維生素D受體調(diào)控代謝、發(fā)育和生殖等基本生物過(guò)程第二信使系統(tǒng)第二信使是細(xì)胞內(nèi)小分子或離子，在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中充當(dāng)"中繼"，將細(xì)胞表面受體接收到的信號(hào)傳遞到胞內(nèi)效應(yīng)分子。主要的第二信使包括環(huán)腺苷酸(cAMP)、環(huán)鳥(niǎo)苷酸(cGMP)、鈣離子(Ca2+)、肌醇三磷酸(IP3)和甘油二酯(DAG)。這些分子通常由特定酶合成或釋放，濃度可在毫秒至秒級(jí)時(shí)間內(nèi)迅速變化，允許快速信號(hào)響應(yīng)。不同第二信使系統(tǒng)之間存在復(fù)雜的交互作用，形成信號(hào)網(wǎng)絡(luò)而非簡(jiǎn)單的線(xiàn)性通路。例如，鈣信號(hào)可影響cAMP水平，而PKA可調(diào)節(jié)IP3受體的活性。這種交互作用允許信號(hào)整合、放大和精細(xì)調(diào)控。第二信使通過(guò)激活特定的下游效應(yīng)分子發(fā)揮作用，如cAMP激活PKA，Ca2+激活鈣調(diào)素和鈣調(diào)素依賴(lài)性蛋白激酶，DAG激活PKC。這些激酶進(jìn)一步磷酸化下游底物，最終影響細(xì)胞代謝、基因表達(dá)、細(xì)胞分裂等多種生物過(guò)程。蛋白激酶級(jí)聯(lián)MAPK通路由三級(jí)激酶級(jí)聯(lián)組成：MAPKKK→MAPKK→MAPK包括ERK、JNK、p38和ERK5四個(gè)主要分支響應(yīng)生長(zhǎng)因子、壓力和細(xì)胞因子等多種刺激JAK-STAT通路細(xì)胞因子受體激活JAK激酶，后者磷酸化STAT轉(zhuǎn)錄因子磷酸化的STAT形成二聚體進(jìn)入核內(nèi)激活基因表達(dá)主要調(diào)控免疫反應(yīng)和細(xì)胞增殖PI3K-AKT-mTOR通路PI3K活化產(chǎn)生PIP3，招募AKT至膜并被激活A(yù)KT磷酸化多種底物，包括活化mTOR復(fù)合物調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)、存活和代謝Wnt信號(hào)通路Wnt結(jié)合引起β-catenin穩(wěn)定化和核內(nèi)積累核內(nèi)β-catenin與TCF/LEF轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合激活基因表達(dá)在發(fā)育和成體干細(xì)胞維持中起關(guān)鍵作用轉(zhuǎn)錄因子的活化核定位調(diào)控許多轉(zhuǎn)錄因子在未活化狀態(tài)下被限制在細(xì)胞質(zhì)中，通過(guò)掩蓋核定位信號(hào)(NLS)或暴露核輸出信號(hào)(NES)。信號(hào)刺激可導(dǎo)致這些信號(hào)的暴露或掩蓋，從而改變轉(zhuǎn)錄因子的亞細(xì)胞定位。經(jīng)典例子包括NF-κB，其在靜息狀態(tài)下與抑制蛋白IκB結(jié)合滯留在細(xì)胞質(zhì)，刺激導(dǎo)致IκB磷酸化和降解，釋放NF-κB進(jìn)入細(xì)胞核；NFAT轉(zhuǎn)錄因子則受鈣-鈣調(diào)素信號(hào)調(diào)控，在低鈣時(shí)磷酸化并保留在細(xì)胞質(zhì)，鈣信號(hào)激活去磷酸化酶鈣神經(jīng)磷酸酶，使NFAT去磷酸化并進(jìn)入細(xì)胞核。結(jié)合親和力調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子的DNA結(jié)合能力可通過(guò)翻譯后修飾或輔因子相互作用改變。磷酸化是最常見(jiàn)的調(diào)控機(jī)制之一，可直接影響轉(zhuǎn)錄因子的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域，或誘導(dǎo)構(gòu)象變化間接影響DNA結(jié)合。CREB轉(zhuǎn)錄因子在PKA磷酸化Ser133后，能更有效地招募輔激活因子CBP/p300；STAT轉(zhuǎn)錄因子在JAK介導(dǎo)的酪氨酸磷酸化后，才能形成能結(jié)合DNA的二聚體；而核受體則通過(guò)配體結(jié)合誘導(dǎo)構(gòu)象變化，從與輔抑制因子結(jié)合的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榕c輔激活因子結(jié)合的狀態(tài)。轉(zhuǎn)錄因子活化通常涉及多種機(jī)制的協(xié)同作用，確保基因表達(dá)的精確調(diào)控?；罨蟮霓D(zhuǎn)錄因子可通過(guò)結(jié)合特異性DNA序列、招募染色質(zhì)修飾酶和轉(zhuǎn)錄裝置，調(diào)控靶基因表達(dá)。這些調(diào)控機(jī)制的異常與多種疾病相關(guān)，包括炎癥疾病、代謝障礙和癌癥。表觀遺傳調(diào)控：概述DNA甲基化主要發(fā)生在基因啟動(dòng)子區(qū)域的CpG島上，通常與基因沉默相關(guān)。DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNMT)催化甲基基團(tuán)的添加，而TET家族酶催化去甲基化過(guò)程。DNA甲基化在基因組印記、X染色體失活和轉(zhuǎn)座子抑制中發(fā)揮關(guān)鍵作用。組蛋白修飾組蛋白尾部的翻譯后修飾，如乙酰化、甲基化、磷酸化等，形成"組蛋白密碼"，影響染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和基因表達(dá)。乙酰化通常與轉(zhuǎn)錄激活相關(guān)，而甲基化根據(jù)位置可促進(jìn)或抑制轉(zhuǎn)錄。這些修飾由特異性的"寫(xiě)入"和"擦除"酶精確調(diào)控。染色質(zhì)重塑ATP依賴(lài)的染色質(zhì)重塑復(fù)合物可改變核小體位置、組成或結(jié)構(gòu)，影響DNA的可及性。這些復(fù)合物，如SWI/SNF、ISWI和CHD家族，在發(fā)育、分化和應(yīng)激響應(yīng)過(guò)程中至關(guān)重要。染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的高級(jí)組織，如拓?fù)湎嚓P(guān)結(jié)構(gòu)域(TAD)，也參與基因表達(dá)的空間調(diào)控。非編碼RNA介導(dǎo)長(zhǎng)非編碼RNA可作為支架或向?qū)д心既旧|(zhì)修飾復(fù)合物到特定基因位點(diǎn)。小非編碼RNA則參與RNA干擾和異染色質(zhì)形成。經(jīng)典例子包括Xist在X染色體失活中的作用和HOTAIR在HOX基因簇調(diào)控中的功能。DNA甲基化與基因表達(dá)DNA甲基化主要發(fā)生在胞嘧啶的5位碳原子上，形成5-甲基胞嘧啶(5mC)，在哺乳動(dòng)物中主要發(fā)生在CpG二核苷酸上下文中?；蚪M中的CpG分布不均勻，一些區(qū)域（稱(chēng)為CpG島）富含CpG，約70%的基因啟動(dòng)子與CpG島相關(guān)。在正常細(xì)胞中，大多數(shù)CpG島保持非甲基化狀態(tài)，允許相關(guān)基因的表達(dá)；而散布在基因組中的單個(gè)CpG位點(diǎn)通常是甲基化的。DNA甲基化通過(guò)兩種主要機(jī)制抑制基因表達(dá)：直接阻礙轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，或招募含有甲基CpG結(jié)合結(jié)構(gòu)域(MBD)的蛋白，如MeCP2和MBD1-4，這些蛋白進(jìn)一步招募組蛋白去乙酰化酶和其他輔抑制因子，形成抑制性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)。DNA甲基化模式的建立和維持由DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNMT)家族負(fù)責(zé)，而甲基化的主動(dòng)去除則涉及TET酶介導(dǎo)的氧化過(guò)程，形成5-羥甲基胞嘧啶(5hmC)、5-甲酰胞嘧啶(5fC)和5-羧基胞嘧啶(5caC)中間體。組蛋白修飾與基因表達(dá)激活性修飾H3K4me3：富集在活性基因的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，與轉(zhuǎn)錄起始相關(guān)H3K36me3：在基因體區(qū)域累積，與轉(zhuǎn)錄延伸關(guān)聯(lián)H3K27ac：標(biāo)記活性增強(qiáng)子和啟動(dòng)子H3K9ac：與活躍轉(zhuǎn)錄區(qū)域相關(guān)H3K4me1：富集在增強(qiáng)子區(qū)域，特別是與H3K27ac共存時(shí)表示活性增強(qiáng)子抑制性修飾H3K9me3：構(gòu)成性異染色質(zhì)的標(biāo)志，與基因沉默相關(guān)H3K27me3：由Polycomb抑制復(fù)合物2(PRC2)催化，與發(fā)育基因的可逆沉默有關(guān)H4K20me3：存在于重復(fù)序列和沉默的基因座H2AK119ub：由PRC1復(fù)合物催化，協(xié)同H3K27me3維持基因沉默H3K9me2：與組織特異性基因的沉默相關(guān)組蛋白修飾是由特異性的"寫(xiě)入"酶添加和"擦除"酶去除的。例如，組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶(HAT)添加乙?；?，而組蛋白去乙酰化酶(HDAC)則去除乙酰基；組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶(HMT)催化甲基化，組蛋白去甲基化酶(HDM)催化去甲基化。這些修飾酶通常作為多蛋白復(fù)合物的一部分發(fā)揮作用，可被招募到特定的基因位點(diǎn)。染色質(zhì)重塑與基因表達(dá)SWI/SNF家族最早在酵母中發(fā)現(xiàn)，在大多數(shù)真核生物中高度保守?？苫瑒?dòng)和彈出核小體，通常與基因激活相關(guān)。哺乳動(dòng)物中包括BAF和PBAF復(fù)合物，含有ATPase亞基BRG1或BRM。在細(xì)胞分化、器官發(fā)育和DNA修復(fù)中發(fā)揮重要作用。SWI/SNF組分的突變?cè)诙喾N癌癥中高頻出現(xiàn)。ISWI家族主要介導(dǎo)核小體間距的規(guī)則化和密集排列，有助于形成抑制性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)。哺乳動(dòng)物中包括ACF、CHRAC和NURF等復(fù)合物。ISWI復(fù)合物通常識(shí)別組蛋白H4尾部和連接DNA，能夠以ATP依賴(lài)的方式重新定位核小體，在染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)維持和轉(zhuǎn)錄抑制中起重要作用。CHD家族成員含有染色基盒和DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域，通過(guò)核小體滑動(dòng)和彈出調(diào)控基因表達(dá)。CHD1參與活性基因的轉(zhuǎn)錄延伸，而CHD3/4是NuRD復(fù)合物的組分，具有組蛋白去乙?；钚?，參與基因沉默。CHD7突變導(dǎo)致CHARGE綜合征，表明其在