下载文档原格式
（武汉大学）分子19.真核生物的转录调控●本章概要●真原核生物基因调控的相同点●基本原理一致●信号均来自环境●激活因子和抑制因子●协同结合——募集调控、变构调控●最常见的调控步骤是转录起始●真原核生物基因调控的不同点●真核生物的mRNA剪接是重要的调控点●真核生物比原核生物有更加精细的转录机器●更多调控蛋白和调控序列多个调控蛋白控制一个基因●调控蛋白的作用更复杂●结合位点距转录起始位点更远●promoter 启动子基因转录系统结合的区域●regulator binding site 调控蛋白结合位点单个结合区域●regulatory sequence 调控序列包含一个基因所有调控蛋白结合位点的DNA片段●一个特定基因的调控蛋白结合位点数目增加●涉及核小体及其修饰修饰后可以改变基因可接近性●enhancer 增强子在多细胞生物中，延伸至距启动子（上游或下游）数千个核苷酸处的一组结合位点由数十个调控蛋白结合位点组成●不同的增强子与不同调控蛋白结合应答不同的信号●控制同一基因在不同时间和位置的表达●DNA弯曲：在远距离调控起到重要作用●转录调控的保守机制●所有真核生物基因调控的基本特性相同●转录机器、核小体结构、核小体修饰类似●酵母是最适于进行遗传学和生物化学研究的生物被用于探究有关激活因子和抑制因子作用机制的信息●activator激活因子类似且具有普遍性●酵母激活因子可以在哺乳动物细胞中激活转录●其作用通过reporter gene报告基因检测●作用方式与最简单的细菌非常相似●抑制因子有所不同●gene silencing 基因沉默核小体、DNA 修饰物被招募到基因组特定区域关闭基因的表达●转录激活因子DNA结合与激活功能的分离●两个功能域二者之间有柔性连接●activation domain 激活结构域没有确定结构,据氨基酸组成划分●酸性激活域●谷氨酰胺富集区●脯氨酸富集区●DNA-binding domain DNA结合结构域●种类繁多●homeodomain 同型结构域典型的螺旋- 转- 螺旋，一个螺旋插入DNA的大沟，另一个与DNA 骨架发生接触●含锌DNA 结合域含有锌指蛋白和锌簇域锌：保持 DNA结合域结构稳定多个锌指连续存在：增加识别序列的长度和结合的亲和力●亮氨酸拉链结构域（basic zipper 碱性拉链）含有二聚化区和DNA结合区二聚化区：通过适当间隔的亮氨酸残基相互作用形成包含碱性氨基酸残基●螺旋-环-螺旋基序（basic HLH protein 碱性螺旋-环-螺旋基序）与亮氨酸拉链结构相似包含碱性氨基酸残基●DNA识别原理与原核生物相似●原核生物一个螺旋（识别螺旋）插入DNA 大沟相契合识别特殊的碱基对另一个螺旋与DNA 骨架接触使识别螺旋正确定位，并增强结合●大多数利用螺旋-转-螺旋基序结合DNA●大多数以二聚体的形式结合DNA●真核生物●细节上有差异，识别DNA的原理类似●除了同源二聚体，一些调控蛋白形成heterodimer异源二聚体识别DNA，增加了可以特异结合的DNA的范围●域交换实验证明Gal4 的DNA 结合域与激活域分离的实验，创建杂合基因●Gal4能激活酿酒酵母半乳糖基因GAL1的转录与GAL1 上游4 个位点结合有半乳糖时，使GAL1 转录效率提高1000 倍●实验步骤●(a.1) 完整的Gal4：能正常激活报告基因●(a.2) 仅激活结合域：报告基因关闭，不能成功激活转录●(b.1) 仅激活LexA的结合域：也不能被激活●(b.2) （创造的融合蛋白）表达Gal4激活域和LexA的结合域：报告基因被成功激活●酵母双杂交——探究A、B蛋白是否相互作用●（对照1：仅B蛋白与转录激活域）B蛋白与某转录活化子的激活域融合●（对照2：仅A蛋白与DNA结合域）A蛋白与该转录活化子的DNA结合域融合●若AB能相互作用，就会把DNA结合域与激活域带到足够近的地方，启动报告基因的转录——类似于自然状态下激活子的效应●通过检测报告基因表达与否，可以推测AB蛋白是否能相互作用●激活因子招募蛋白复合物细菌激活因子通常招募RNA Pol●转录机器●激活因子与一个或多个复合物相互作用，将它们招募到基因上●招募的蛋白质复合物——mediator 中介蛋白和TFⅡD 复合物●其他没有被激活因子直接招募的成分，通过已被招募成分协同结合●核小体修饰物●在组蛋白尾巴上添加化学基团●HAT 组蛋白乙酰转移酶添加乙酰基团使DNA松散——暴露核小体内部的原本无法接近的DNA 结合位点激活因子招募组蛋白乙酰转移酶，对附近区域的组蛋白进行乙酰化，使得转录机器能与启动子结合●具有bromodomain同源调节域的TFⅡD 复合物特异性结合乙酰基团含有乙酰化的核小体对转录机器更高的亲和力●重塑核小体依赖ATP 活性的SWI/SNF●延伸因子●在某些基因中启动子下游序列导致聚合酶在起始后不久暂停或停滞●这些基因中某些延伸因子的存在与否极大地影响基因表达水平●远距作用：环与绝缘子●远距作用关键——减少增强子和启动子的距离●一些蛋白●果蝇Chip蛋白与增强子和启动子间DNA上多个位点结合，形成多个小环，累积效果使得启动子和增强子接近●致密的染色体结构●DNA 包裹在核小体中，拉进增强子和启动子的距离●insulator 绝缘子使基因免于不加选择的活化和抑制●阻止非特异性基因激活●阻止transcriptional silencing 转录沉默的扩散一种特殊的抑制形式，能沿着染色质扩散●关闭多个基因的表达●不需要每个基因都有特定抑制因子结合位点●应用：随机插入哺乳动物基因组的基因经常处于沉默状态（插入到了异染色质区），在该基因的上游和下游加入绝缘子可使该基因免于沉默●信号整合与组合调控●synergistically 协同作用促进信号整合多个激活因子联合作用●协同作用的三种策略(a) 直接相互作用 (b) 与第三蛋白作用 (c, d) 暴露结合位点●多个激活因子招募转录机器的同一组分与中介蛋白不同部位的接触，组合结合的能量对招募有指数效果●多个激活因子分别招募转录机器的不同组分若没有帮助都不能有效结合启动子●多个激活因子相互帮助与所调控基因上游的位点相结合●多个激活因子常共同作用，且常常协同作用●两种激活因子共同作用产生的效应大于二者分别作用所产生效应的简单加和●combinatorial control 组合调控●真核生物中存在广泛的组合调控●激活因子和抑制因子都可能参与●啤酒酵母交配型基因的组合调控由抑制因子和激活因子的不同组合方式调控●三种存在形式●单倍体a型——含有a型特异基因●单倍体α型——含有α 型特异基因●单倍体a和α 融合形成的二倍体——不含单倍体特异基因●四种调控蛋白●a1，与α2抑制单倍体特异基因●α1，与Mcm1激活α 型特异基因●α2，抑制Mcm1，与a1抑制单倍体特异基因●Mcm1，激活a型特异基因、与α1激活α 型特异基因●调控模式●对于3种细胞形式（纵向）●单倍体a型：Mcm1启动a基因转录●单倍体α 型：α2和Mcm1关闭a基因转录，α1和Mcm1启动α 基因转录●二倍体：α2和Mcm1关闭a基因转录，a1和α2关闭单倍体特异基因转录●对于三种基因（横向）●a特异基因：Mcm1受α2控制●α 特异基因：Mcm1弱结合于基因上，与α1相互作用启动表达●单倍体特异基因：（能自主启动转录）α2与a1形成异二聚体抑制其表达●转录抑制因子●作用机制不与启动子重叠的位点结合而阻断RNA Pol的结合●招募核小体修饰物●使核小体结构更紧密●调控能够被转录机器识别的基团●histone deacetylase 组蛋白去乙酰化酶去除乙酰基团●添加甲基基团●其他作用机制●与激活因子竞争结合位点●与激活因子旁边的位点结合并与其相互作用●与启动子上游位点结合，与转录机器相互作用●信号转导对转录调控蛋白的控制●signal transduction pathway 信号转导通路STAT通路●结合细胞表面特异受体的胞外结构域起始配体（信号）——糖或蛋白质●传递给该受体的胞内结构域受体构象改变或者二聚化●分程传递给相关的转录调控蛋白●转录调控蛋白控制靶基因表达●信号控制真核细胞转录调控蛋白●暴露活化区●通过引起与DNA结合的激活因子的构象改变，释放掩蔽蛋白掩蔽蛋白可以阻断活化区、自身作为（或招募）去乙酰化酶，以抑制基因表达E2F：激活因子，与靶基因上游结合（无论激活与否）Rb：抑制蛋白，与E2F 结合——抑制激活+招募去乙酰化酶Rb磷酸化：释放E2F-激活靶基因●入核和出核——信号配体控制未活化时，许多激活因子和抑制因子被滞留在细胞质中●与抑制蛋白结合●与膜结合●核转运信号被隐藏●组蛋白与DNA 修饰导致的基因“沉默”●transcriptional silencing 转录沉默一种位置效应●基因由于它所处的位置而沉默●沉默效应可在大段DNA 序列上扩散●沉默形式●最常见的沉默——heterochromatin 异染色质染色体的特殊区域，如端粒和着丝粒●核小体的修饰改变基因对转录机器和其他调控蛋白的可接近性●去乙酰化●组蛋白甲基化●DNA甲基化（DNA methylase DNA甲基化酶）●组蛋白去乙酰化和甲基化（酵母基因的沉默）●区域：端粒、沉默的交配型基因座和rDNA●端粒染色体末端1-5 kb，折叠、紧密的结构，乙酰化程度低●SIR:沉默信息调控子Rap1 protein: 识别端粒重复序列，招募SIR complex SIR2: 去乙酰化酶去乙酰化的尾巴与SIR3, 4结合进而招募更多的SIR complex●Rap1 protein决定了沉默的特异性，确定SIR复合物形成的位置●insulator 绝缘子阻止沉默的扩散●其他类型组蛋白修饰抑制SIR2结合并终止扩散●组蛋白H3尾巴的甲基化●DNA甲基化●heterochromatin 异染色质●DNA 结合蛋白（如MeCP2）招募组蛋白去乙酰化酶和组蛋白甲基化酶进而修饰邻近的染色质●DNA 甲基化标记异染色质将要形成的位置通过DNA 甲基化和随后的组蛋白修饰关闭基因DNA甲基化使启动子被关闭，甲基化的DNA招募蛋白质，进一步招募组蛋白去乙酰化酶和染色质重塑复合物使DNA完全关闭●imprinting 印记在二倍体细胞中，来自父方或母方的等位基因中，一方的基因表达而另一方的基因沉默的现象●人类H19基因与胰岛素样生长因子2（Igf2）基因enhancer 增强子：可激活其中任何一个基因ICR 印记控制区：绝缘子，位于基因Igf2和H19之间调控关键：ICR 和它的甲基化状态●在母方染色体中：ICR 结合CTCF，阻断增强子对Igf2 的作用●在父方染色体中：ICR 和H19 promoter甲基化，CTCF 不能结合ICR，转录机器不结合H19 promote，增强子直接激活Igf2H19 的进一步抑制：DNA 甲基化，MeCP2 结合甲基化ICR，招募去乙酰化酶，抑制H19 启动子●基因的表观遗传调控（染色质与表观遗传）●epigenetic regulation 表观遗传调控在缺乏起始信号和基因突变的情况下，基因表达模式的继承●让细胞在迭代中维持基因的开启，即使诱导它们开启的信号只瞬间存在（已经消失）●细胞分裂中的表观遗传调控●基因表达的状态溶原生长（λ抑制因子的正自我调控）在恶劣的生长环境中建立，转而在生长环境良好的培养基中依然维持●DNA 甲基化●maintenance methylase 维持甲基化酶完全甲基化DNA复制产生2条半甲基化DNA，维持甲基化酶识别半甲基化位点●更有效地修饰半甲基化DNA（完全甲基化DNA 复制的产物）●理论：核小体可以为表观遗传的继承提供基础甲基化的核小体分配到子代，招募组蛋白甲基化酶参与修饰●本章名词●本章概要●activator●repressor●promoter●regular binding site●regulatory sequence●enhancer●insulator (boundary element)●转录调控的保守机制●reporter gene●gene silencing●activation domain●DNA-binding domain●heterodimer●homeodomain●basic zipper●basic HLH protein●激活因子招募蛋白复合物●mediator●histoneacetyl transferase, HAT●bromodomain●信号整合与组合调控●synergistically●combinatorial control●转录抑制因子●histone deacetylase●信号转导对转录调控蛋白的控制●signal transductioin pathway●cell surface receptor●组蛋白与DNA 修饰导致的基因“沉默”●transcriptional silencing●heterochromatin●DNA methylase●imprinting●基因的表观遗传调控●epigenetic regulation●maintenance methylase●重点知识点●简述转录调控的原理。
