真核生物转录水平的调控机制

一、真核基因组的复杂性

与原核生物比较，真核生物的基因组更为复杂，可列举如下。

1. 真核基因组比原核基因组大得多，大肠杆菌基因组约4×106bp，哺乳类基因组在109bp数量级，比细菌大千倍；大肠杆菌约有4000个基因，人则约有10万个基因。

2. 真核生物主要的遗传物质与组蛋白等构成染色质，被包裹在核膜内，核外还有遗传成分(如线粒体DNA等)，这就增加了基因表达调控的层次和复杂性。

3. 原核生物的基因组基本上是单倍体，而真核基因组是二倍体。

4. 如前所述，细菌多数基因按功能相关成串排列，组成操纵元的基因表达调控的单元，共同开启或关闭，转录出多顺反子(polycistron)的mRNA；真核生物则是一个结构基因转录生成一条mRNA，即mRNA是单顺反子(monocistron)，基本上没有操纵元的结构，而真核细胞的许多活性蛋白是由相同和不同的多肽形成的亚基构成的，这就涉及到多个基因协调表达的问题，真核生物基因协调表达要比原核生物复杂得多。

5. 原核基因组的大部分序列都为基因编码，而核酸杂交等实验表明：哺乳类基因组中仅约10%的序列为蛋白质、rRNA、tRNA等编码，其余约90%的序列功能至今还不清楚。

6. 原核生物的基因为蛋白质编码的序列绝大多数是连续的，而真核生物为蛋白质编码的基因绝大多数是不连续的，即有外显子(exon)和内含子(intron)，转录后需经剪接(splicing)去除内含子，才能翻译获得完整的蛋白质，这就增加了基因表达调控的环节。

7. 原核基因组中除rRNA、tRNA基因有多个拷贝外，重复序列不多。哺乳动物基因组中则存在大量重复序列(repetitive sequences)。用复性动力学等实验表明有三类重复序列：1）高度重复序列(highly repetitive sequences)，这类序列一般较短，长10－300bp，在哺乳类基因组中重复106次左右，占基因组DNA序列总量的10－60%，人的基因组中这类序列约占20%，功能还不明了。2）中度重复序列(moderately repetitive sequences)，这类序列多数长100－500bp，重复101－105次，占基因组10-40%。例如哺乳类中含量最多的一种称为Alu的序列，长约300bp，在哺乳类不同种属间相似，在基因组中重复3×105次，在人的基因组中约占7%，功能也还不很清楚。在人的基因组中18S/28SrRNA基因重复280次，5SrRNA基因重复2000次，tRNA基因重复1300次，5种组蛋白的基因串连成簇重复30-40次，这些基因都可归入中度重复序列范围。3）单拷贝序列(single copy sequences)。这类序列基本上不重复，占哺乳类基因组的50-80%，在人基因组中约占65%。绝大多数真核生物为蛋白质编码的基因在单倍体基因组中都不重复，是单拷贝的基因。

第２２卷　２００７证　第２期　４月　云南农业大学学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｙｕｎｎａｎ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｖｏ１．２２　Ｎｏ．２　Ａｐｔ．２００７　

真核生物转录调控的研究进展水　

章　成　，史冬燕　，曾黎琼　，程在全　一　

（１．云南大学生命科学学院，云南昆明６５００９１；２．山东菏泽学院，山东菏泽２７４０１５；　３．云南省农业科学院生物与种质资源技术研究所，云南昆明６５０２２３）　

摘要：真核生物基因表达的调控是目前分子生物学研究中重要的前沿领域，形成了多个热点。真核基因表达调　

控是一个十分复杂而协调有序的调控过程，这一过程不仅与基因本身的功能，也与细胞及机体的功能表现密切　

相关。而转录水平的调控是基因表达过程中最重要的第一步，由于蛋白质一蛋白质、蛋白质一ＤＮＡ之间的相互　作用，以及一些复杂大分子复合物的形成导致真核生物的转录水平的调控是一个多级的复杂过程。近年来，随　着新技术和新方法的出现，发现了许多与基因转录调控有关的ＤＮＡ顺式作用元件、核蛋白因子及各种因子在核　内形成的多种复合物，它们的相互作用使转录调节的效率得到了提高，也使人们更进一步认识了某些生命现象　以及细胞行为和疾病的发生机理。本文从顺式作用元件、反式作用因子、转录复合物、激素的调节、协调作用及　

最新研究ｓｉＲＮＡ调控６个方面进行了阐述，同时也对目前转录调控存在的问题和前景做了分析。　关键词：转录调控；顺式作用元件；反式作用因子；协同作用；ｓｉＲＮＡ　中图分类号：Ｑ　７５６　文献标识码：Ａ　文章编号：１００４—３９０Ｘ（２００７）０２—０１６４—０８　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　Ｇｅｎｅ　Ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ　Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｅｕｋａｒｙｏｔａ　

ＺＨＡＮＧ　Ｃｈｅｎｇ　＇　，ＳＨＩ　Ｄｏｎｇ—ｙａｎ　，ＺＥＮＧ　Ｌｉ—ｑｉｏｎｇ　，ＣＨＥＮＧ　Ｚａｉ—ｑｕａｎ　

（１．Ｆａｃｕｌｔｙ　ｏｆ　ｌｉｆｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｙ　Ａ　Ｕ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　６５００９１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｈｅｚｈｅ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｈｅｚｈｅ　２７４０１５，Ｃｈｉｎａ；　３．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｇｅｎｅｔｉｃ　Ｇｅｒｍｐｌａｓｍ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｙｕｎｎａｎ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　６５０２２３，Ｃｈｉｎａ）　

江西农业学报２００８，２０（１１）：１４—１６　Ａｃｔａ　Ａ．　ｃｕｈｕｒａｅ　Ｊｉａｎｇｘｉ　

真核生物核糖体ＲＮＡ基因的转录调控　

李敏　，周兴涛　（１．南昌大学科学技术学院，江西南昌３３００２９；２．南昌大学生命科学院，江西南昌３３００２９）　摘要：综述了真核生物核糖体ＲＮＡ串联基因调控机制、转录预起始复合物的形成及核糖体ＲＮＡ基因转录起始调控　机制。　关键词：真核生物；核糖体ＲＮＡ基因；转录调控；转录起始　中图分类号：Ｑｓ２２文献标识码：Ａ文章编号：１００１—８５８１（２００８）１１—００１４—０３　Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　ｏｎ　Ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒＲＮＡ　Ｇｅｎｅｓ　ｉｎ　Ｅｕｋａｒｙｏｔｅ　ＬＩ　Ｍｉｎ　，ＺＨＯＵ　Ｘｉｎｇ—ｔａｏ　（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ　３３００２９，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｌｉｆｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｎａｎｃｈａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ　３３００２９，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｉ．Ｉ１ｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ　ｔｈｅ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｒＲＮＡ　ｇｅｎｅｓ　ｉｎ　ｅｕｋａｒｙｏｔｅ，ｔｈｅ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｕｎｄ　ｏｆ　ｔｒａｎ－　ｓｃｒｉｐｔｉｏｎ　ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ　ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒＲＮＡ　ｇｅｎｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｅｕｋａｒｙｏｔｅ；ｒＲＮＡ　ｇｅｎｅ；Ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ；Ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ　ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ　ｌ真核生物核糖体生物合成的概述　真核生物细胞基因组上一般含有１００多个或更多拷　贝的串联重复的核糖体ＲＮＡ基因，其中的重复单位包含　了编码５．８　Ｓ　ｒＲＮＡ、】８　Ｓ　ｒＲＮＡ、２８　Ｓ（２５　Ｓ）ｒＲＮＡ和５　Ｓ　ｒＲＮＡ　４种核糖体ＲＮＡ的基因（见图１）。前３种核糖体　ＲＮＡ为主体核糖体ＲＮＡ，先由ＲＮＡ聚合酶Ｉ负责转录出　１个４７　Ｓ（４５　Ｓ）前体核糖体ＲＮＡ（ｐｒｅ—ｒＲＮＡ），然后通过　各种蛋白因子及ｓｎｏＲＮＡ形成的剪切复合体切除转录的　间隔区（ＩＴＳ）成为成熟的５．８　Ｓ　ｒＲＮＡ、１８　Ｓ　ｒＲＮＡ和２８　Ｓ　ｒＲＮＡ；５　Ｓ　ｒＲＮＡ由ＲＮＡ聚合酶Ⅲ负责转录。酵母细胞　（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ　ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）中的核糖体ＲＮＡ基因（ＲＮＤ１）　在染色体Ⅻ上，以９．１　ｋｂ的简单串联序列为重复单位，　形成了１００～２００个拷贝的串联重复基因。这些核糖体　ＲＮＡ配合由ＲＮＡ聚合酶Ⅱ负责转录的几十种核糖体蛋　白，组装成为生物体内蛋白的生产机器一核糖体。　核糖体的合成需要３种ＲＮＡ聚合酶共同协调转录　上百个基因，合成大量的核糖体以便表达足量的蛋白满　足细胞新陈代谢活动的需要。核糖体的合成与外界环境　和细胞所处的生长时期是紧密相关的，不仅因为核糖体　合成的大量蛋白是细胞生长发育所必需的，而且细胞的　大部分能量与物质都用于核糖体的合成。在正在生长的　细胞中，大约９５％的转录和绝大多数的能量都用于核糖　体的合成　（见图１）。因此，对核糖体生物合成的调控　成为细胞调控的关键步骤。其中核糖体ＲＮＡ基因的转　录水平的高低也主要取决于细胞对蛋白的需求量。在细　胞刚进入细胞周期和对数生长时，核糖体ＲＮＡ基因大量　转录；而当外界环境缺乏营养物质和生长因子时，核糖体　ＲＮＡ基因转录水平显著降低　。尽管核糖体ＲＮＡ基因　的转录调控是细胞的生长发育的关键调节环节，但是其　受外界环境影响的具体调控机制和细节还在研究中。　图１中Ａ为酵母细胞中ｒＤＮＡ重复单位简单示意　图，ＮＴＳ为非转录间隔序列，ＥＴＳ为末端转录序列，ＩＴＳ为　转录间隔序列。Ｂ为酵母细胞ｒＤＮＡ电镜观察图。ｃ为　哺乳动物细胞中ｒＤＮＡ重复单位示意图，ＩＧＳ为Ｉｎｔｅｒｇｅｎ—　ｉｃ　ｓｐａｃｅ，Ｔ为转录终止子，ＳＰ为Ｓｐａｃｅ　ｐｒｏｍｏｔｅｒ，Ｔ０为　Ｓｐａｃｅ　ｐｒｏｍｏｔｅｒ相对应的终止子，Ｐ为核糖体ＲＮＡ基因　转录的启动子。　２核糖体ＲＮＡ串联基因调控机制　核糖体ＲＮＡ基因中的串联重复单位序列上包含了　一些重要的顺式调控元件，如ｒＤＮＡ启动子、增强子、间　隔序列启动子、复制区域、转录终止子、复制叉障碍，配合　着一些反式调控因子一起调控核糖体ＲＮＡ基因的转录。　这种串联重复的多拷贝基因形式赋予了核糖体ＲＮＡ水　平迅速增加的剂量效应和保持ｒＤＮＡ的序列的稳定性。　但是，即使在亲缘关系很近的物种中的ｒＤＮＡ启动子序　列都有较大的差异。虽然序列差异较大，但是核糖体基　因的结构具有一定的特异性，即一类的启动子只能被相　匹配的转录机器识别并转录，而不能被其它的转录机器　识别。实验发现核糖体基因的启动子上有２个结构域，　分别是靠近转录起始位点的核心启动子（Ｃｏｒｅ　ｐｒｏｍｏｔｅｒ）　和上游调控元件（Ｕｐｓｔｒｅａｍ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｅｌｅｍｅｎｔ）。这些特殊　的立体结构排列保证了转录起始的效率。通过对低等植　物到人类的核糖体基因序列结构比对发现此类的结构进　化相当保守，并能有效地帮助转录起始。　

第18卷第3期1997年6月湘潭师范学院学报JournalofXiangtanTeaeher,5CollegeVol18No3June1997

真核生物基因表达的转录后调控

禹慧明姚汝华周婉冰

(华南理工大学轻工食品学院生物工程系广州510641)

摘要本文概要叙述了在核mRNA加工成熟过程中各种调控基因表达的方式。

关键词基因表达;转录后调控

转录后水平的调控是真核生物基因表达的特点之一。转录后形成的原初转录物须经

过一系列的加工,才能转变成具功能的成熟mRNA,从而作为蛋白质翻译的模板。在mR-

NA的加工成熟过程中,可通过各种不同的机制来调节控制基因表达种类和数量,可根据

自身生长发育的需要实现遗传信息的选择性表达。

1核mRNA的5`一帽子形成对基因表达的调控

11mRNA的“帽子。”部分为核糖体识别所必需,由此通过核糖体小亚基的滑动以寻找

mRNA的起始密码子。因此,帽子的形成是具帽结构的mRNA翻译能否进行、表达能否

实现的先决条件。12帽子的形成能保护mRNA免遭5,一外切核酸酶的攻击,提高mRNA的稳定性。不

仅帽中的5,,5,一三磷酸二酷键可增加mRNA的稳定性,RNA的5,一端三磷酸化形成PpRNA也可通过影响PNPase活性来降低RNA的降解速率,提高表达效率。据此推

测,凡是能使mRNAS`一外切酶作用专一性需求的结构发生改变的各种修饰都能提高mRNA的稳定性。

13具帽子1或2结构的RNA能促进RNA合成,并作为RNA合成的引物,促进基因

表达。

2mRNA的3`一poly(A)形成对基因表达的调控

21mRNA中poly(A)形成的位点(即多聚腺昔酸化信号)选择不仅决定多聚腺昔酸化

的位置和效率,还直接导致基因表达的差异和遗传的多态性。

poly(A)的形成分二步进行:第一步是由一个36oKD的特异性酶识别转录产物3`一

端的切点信号并从该处切断,多为聚腺普酸化创造一个正确的3`一端;第二步再在poly

(A)聚合酶催化下,以ATP为前体,将腺昔酸一个个聚合到mRNA的新3’一端。3’一端切割的精确性由三个序列成分组成的切点识别信号来保证:(l)切点上游方向