真核基因表達調控ppt課件(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 Inr）， 它能確定轉錄方向、起始位點并產生基礎水平的轉錄。 1）啟動子 概念： 存在于結構基因上游，與基因轉錄啟動有關的一段 特殊的 DNA序列 。 ? TATA框又稱 Hogness框， GoldbergHogness框，俚語稱為金磚（ Goldbrick），其一致序列是： T85A97T93A85A63A83A50，常在起始位點的上游 25左右，相當于原核的 10序列。（但原核生物 10序列不可缺少的，而真核啟動中有的可缺乏 TATA框。） ? TATA框作用： (1) 選擇正確的轉錄起始位點，保證精確起始，故也稱為選擇子（ selector），當有的基因缺少 TATA框時，可能由Inr（ initiator） 來替代它的這一作用，如鼠的脫氨核苷轉移酶（ Tdt）基因就沒有 TATA框，但有 17bp的 Inr； (2) 影響轉錄的速率。 TATA框的 8bp的保守序列一般都是由 A， T對組成，較容易打開。當它的序列因發生突變和缺失而改變時就會影響它和酶的結合能力，從而影響轉錄的能力。 sextama box ? ② 上游啟動子元件 ： 在轉錄起始點上游存在 CAAT盒 和 GC盒 ，它們基本不參與起始位點的確定， 起調節起始的頻率 ，提高轉錄效率的作用。 ? CAAT box的保守序列是 GGCTCAATCT，一般位于上游 75bp左右緊靠 80，其功能是 控制轉錄效率 。能和 CTF（識別 CATT的轉錄因子）相結合。 ? GC box的保守序列是 GTGGGCGGGGCAAT，常以多拷貝形式存在90處。在真生物和病毒的一些啟動子中常存在 GC框， 可被轉錄因子 SP1所識別。它的作用也是控制轉錄起始頻率。 如鼠二氫酸葉酸還原酶啟動子，猴基因組中的雙向啟動子，SV40，皰疹病毒等基因的啟動子中。 ? 還有其它的一些 UPE，如八聚體（ Octamer）， KB， ATF等。 ? 有些缺失 TATA的基因不含 UPE，但常有 下游啟動子元件 。 不同基因轉錄的啟動子區結構圖 胸腺嘧啶激酶 β 珠蛋白 SV40早期基因 組蛋白 H2B 2）增強子 Enhancer Gene 5′ 3′ direction of transcription Enhancer Enhancer ?增強子（ Enhance)是指能使和它連鎖的基因轉錄頻率明顯增加的 DNA序列。作為基因表達的重要調節元件，增強子通常具有下列性質： 具有遠距離效應。 增強效應十分明顯，一般能使基因轉錄頻率增加 10200倍。 增強效應與其位置和取向無關，不論增強子以什么方向排列（ 5‘→3 ’或 3‘→5 ’），甚至和基因相距 30kb，或在基因下游，均表現出增強效應； 大多為重復序列，一般長約 50bp，適合與某些蛋白因子結合。 其內部常含有一個 核心序列， 是產生增強效應時所必需的； 增強效應有嚴密的組織和細胞特異性，說明只有特定的蛋白質（轉錄因子）參與才能發揮其功能； 沒有基因專一性，可以在不同的基因組合上表現增強效應； 許多增強子還受外部信號的調控，如金屬硫蛋白的基因啟動區上游所帶的增強子，就可以對環境中的鋅、鎘濃度做出反應。 增強子可能有如下 3種作用機制 ①影響模板附近的 DNA雙螺旋結構，導致 DNA雙螺旋彎折或在反式因子的參與下，以蛋白質之間的相互作用為媒介形成增強子與啟動子之間 “ 成環 ” 連接，活化基因轉錄； ②將模板固定在細胞核內特定位置，如連接在核基質上，有利于 DNA拓撲異構酶改變 DNA雙螺旋結構的張力，促進 RNA聚合酶 II在 DNA鏈上的結合和滑動； ③增強子區可以作為反式作用因子或 RNA聚合酶 II進入染色質結構的 “ 入口 ” 。 增強子的作用機制 為真核生物中負調控元件，當其結合特異蛋白因子時，對基因轉錄起阻遏作用。 最早在酵母中發現，可不受序列方向的影響，也能遠距離發揮作用。 3）沉默子 沉默子的作用特點 ： ? 不受序列方向的影響， ?能遠距離發揮作用， ?并可對異源基因的表達起作用。 4）基因座控制區 基因座控制區 (locus control region, LCR)是染色體 DNA上一種順式作用元件，結構域中含有多種反式作用因子的結合序列，可能參與蛋白質因子的協同作用，使啟動子處于無組蛋白狀態。 ? 絕緣子 (insulator)長約幾百個核苷酸對，是通常位于啟動子同正調控元件 (增強子 )或負調控因子之間的一種調控序列。 ? 絕緣子本身對基因的表達既沒有正效應，也沒有負效應，其作用能阻止正調控或者負調控信號在染色體上的傳遞，阻斷包括增強子、沉默子和 LCR的作用，使染色體活性限制在一定結構域內，即：不讓其他調控元件對基因的活化效應或失活效應發生作用。 5）絕緣子 ? 反式作用因子是參與轉錄調控的 蛋白因子 ，能直接地或間接地 識別或結合 在各類順式作用元件上，與順式作用元件一起 對轉錄起調控作用 。通過蛋白質DNA，蛋白質 蛋白質相互作用是其發揮功能的基礎。 ? 以反式作用影響轉錄的因子可統稱為轉錄因子（ transcription factors， TF）。 （ 1）反式作用因子的類型 和 RNA聚合酶一起結合于轉錄起始點和 TATA盒； 特異性識別短共有序列元件的轉錄因子。結合于啟動子或增強子位點上。通過增加基本轉錄復合體 (basal apparatus) 結合于啟動子的效率而起作用； 連接激活因子和基本轉錄復合體； /一些調節因子 (Some regulators) 可使染色質結構改變。 1）反式作用因子概述 （ 2）反式作用因子中的結構域 (DNAbinding domain) 反式作用因子結構中用來同順式作用元件結合的結構區域，主要起結合 DNA作用。 (transcriptional activation domain） 反式作用因子結構中用來同其他蛋白因子結合，參與募集啟動子結合蛋白形成轉錄起始復合體，控制基因轉錄活化的結構區域。 （ dimerization domain) 反式作用因子含有介導蛋白質二聚化的位點，二聚體的形成對它們行使功能具有重要作用。 ? 轉錄因子的 DNA結合域和活化結構域是獨立發揮作用的， DNA結合域的功能只是把活化結構域 “ 拴在 ”起始復合體附近，使之能夠發揮活化轉錄的作用。 ? DNA結合域把活化結構域帶到轉錄起點的附近，而DNA結合域和活化結構域之間的聯結區域(connector)是具有足夠柔性的，這樣，不論 DNA結合域所結合的具體位點在哪里，都能使活化結構域找到其靶蛋白 （轉錄因子）。 ? 轉錄因子對特定 DNA序列的識別和結合，很多情況下都是轉錄因子的某些氨基酸殘基形成的 α 螺旋結構侵入到雙鏈 DNA的大溝中， 通過氫鍵、靜電荷作用等方式形成較穩定的結合方式 。 2）反式作用因子中的 DNA結合結構域 (DNA binding domain, DB) 每一個 DNA結合結構域有一個與 DNA序列相互作用的基序（ motif),多數基序含有一個插入 DNA大溝的片段，能識別大溝的堿基序列。 常見有： ? 螺旋 轉角 螺旋 （ Helixturnhelix ， HTH） ? 鋅指結構 （ Zinc finger ） ? 亮氨酸拉鏈 （ Leucine zippers ） ? 螺旋 環 螺旋 （ helixloophelix） ? 同源異形結構域 （ homeodomain, HD) （ 1）螺旋 轉角 螺旋 (HTH)結構 該結構域長約 20個氨基酸，包含兩個 α 螺旋區 和螺旋區中間的 轉折區 ，主要通過一個靠 C端的 α 螺旋與 DNA雙螺旋大溝結合。 （ 2）鋅指（ Zinc finger ）結構 ? （經典的鋅指結構）：包括二個半胱氨酸 (Cys)及二個組氨酸 (His)族，其保守 重復序列 為Cys X24 CysX3Phe X5 Leu X2 His X3 His。其中的 Cys和 His殘基與鋅離子 (Zn++)形成的配位鍵，使氨基酸折疊成環，形成類似手指的構型。此結構被稱為 Cys2/ His2鋅指。 該名稱來源于它的結構，它由一小組保守的氨基酸和鋅離子結合，在蛋白質中形成了相對獨立的功能域，像一根根手指伸向 DNA的大溝。常見兩種類型，一類是鋅指蛋白，另一類是固醇類受體。 經典鋅指結構示意圖 經典鋅指結構示意圖 具有 Cys2/ His2鋅指結構域的一些轉錄因子 ? 344aa， N端與 DNA結合 ,有 9個鋅指，共結合 45個堿基 ,與 5s rRNA基因啟動子區 C框結合。 TFⅢA 結構域示意圖 蛋白質 ? : 具有 Cys X2 CysX13— Cys X2 Cys樣的保守序列， Zn++與 4個 Cys結合稱為Cys2/Cys2鋅指 ，這些蛋白一般 無大量重復性鋅指 ，其 DNA結合序列較短且對稱。這種結構域常出現在類固醇激素受體蛋白，酵母的 GAL4轉錄因子也具有一個這樣的鋅指結構。 Cys2/Cys2鋅指與 Cys2/His2鋅指結構不同， Cys與 His是不能互換的。 類固醇激素受體是以二聚體形式發揮其促進轉錄作用的。它們的兩個鋅指的功能不同。第 1個鋅指的右側控制 與 DNA結合 ，第 2個鋅指的左側則是控制 形成二聚體的能力的。 糖皮質激素特異性 雌激素特異性 （ 3）亮氨酸拉鏈（ Leucine zippers ） ? 結構特點為蛋白形成的 α 螺旋結構上 每隔 7個氨基酸就有一個亮氨酸殘基 ，這些 亮氨酸出現在 ?螺旋的 一個方向 ，每兩個蛋白組成一個二聚體，使亮氨酸相對排列，形成拉鏈樣結構，在拉鏈區的氨基端有個約 30個殘基的堿性區 (富含賴氨酸和精氨酸 )。此區的作用是與 DNA結合，它也形成 ?螺旋。 亮氨酸拉鏈是一種富含亮氨酸的蛋白鏈形成的二聚體模體。它本身形成二聚體同時還可以識到特殊的 DNA序列。 圖 1512 圖 1513 亮氨酸拉鏈結構示意圖 肝臟、小腸上皮、脂肪以及某些腦細胞中存在一類 C/EBP家族蛋白， GCN4酵母激活因子、 CREB（ cAMP應 答元件結合蛋白）、熱休克蛋白原癌基因 jun, fos編 碼產物，它們都具有典型的亮氨酸拉鏈結構。 （ 4）螺旋 環 螺旋（ basic helixloophelix） ? 蛋白質的 C端的氨基酸殘基形成 兩個 α 螺旋 ，中間被非螺旋的 環狀結構 隔開，蛋白質的 N端是堿性區，為 DNA結合區。堿性 螺旋 環 螺旋類蛋白通常組成二聚體 的形式，才具有結合 DNA的能力。 ? 肌細胞定向分化調控因子 MyoD原癌基因產物 Myc及免疫球蛋白 κ 鏈基因增強子蛋白 E12都具有這種bHLH結構， 而還有一些蛋白因子（如 ID等）具有 HLH樣結構，無堿性區，就不能結合 DNA。 二聚體 二聚體 bHLH蛋白與 DNA結合模式圖 （ 5）同源異形結構域（ homeodomain, HD) 許多反式作用因子結合 DNA的結構域中具有一段相同的保守序列，是 60個左右氨基酸組成的螺旋 轉角 螺旋結構的區域，稱為同源異形結構域，簡稱同源域。含 3個 α 螺旋。 同源域蛋白結合 DNA示意圖 靠 C端的螺旋 3結合在 DNA的大溝中，它是蛋白質和 DNA的主要接觸部位。螺旋 1和螺旋 2為反平行樣式，它們與螺旋 3近于垂直，在結構域 N端有個伸展的臂與 DNA小溝結合，提高結合的穩定性。 3）轉錄因子的激活結構域（ active domain,AD) 一般是 DNA結合結構域以外 的 20100氨基酸殘