指核小体与特定DNA序列的结合位置和方式,特别是转录活性相关的DNA调控元件(启动子、增强子等)序列与核小体的相互位置关系。 .AV)'j#6P
(二)、组蛋白修饰 8l/[(] &
1.H1组蛋白磷酸化 b(GFMk
促进染色体包装,影响转录活性, &R+#W
2.核心组蛋白修饰 j-]&'-h}#
乙酰化:常发生在组蛋白的Lys, %IL6ix
一般活性染色质是高度乙酰化的。 >KGE-Yzj
(三)HMG蛋白结合 ^[TV;9I*
HMG(high mobility group)蛋白—高迁移率蛋白, 如HMG14/HMG17. `=tyN@VC
与核小体核心颗粒结合,有利转录。 \d.F82
四、DNA甲基化与基因表达 . TOl}U
(一)、真核生物基因组DNA的甲基化(Methylation) x)5V.q
哺乳动物基因组中5%的C为甲基化(m C),mC主要存在于CpG二核苷酸中. 'p)Q68;&
CpG二核苷酸序列常成簇聚集并零散地分布于人基因组中,形成CpG岛(CpG islands).人基因组中约每10Kb就有一个CpG岛. vnX
CpG岛常与基因相连(可作为寻找基因的标记)。 gLj?Ys
(二)DNA甲基化的转录抑制作用。 f<[jwhCWV
基因表达与甲基化呈负相关 l52a\/
基因甲基化状态: kD~uGA
1、高度甲基化: 基因为持续失活(如女性的一条X染色体; QHf$f@bjI
2、诱导去甲基化:如组织或发育阶段特异性表达基因; ]XUl@Y.
3、持续低水平甲基化:具有转录活性(如持家基因)。 ;##]G=%
持家基因(housekeeping gene): 是指对所有类型组织细胞在任何时候都需要其表达的基因,通常都是维持细胞基本生存所必须的基因,其表达常保持在固定的水平。又称为组成性基因(Constitutive gene)。 T!q_/[i~7
(三)甲基化与基因组印迹 <MD;@_Nz\
基因组印迹(genomic imprinting):指基因表达活性只局限于来自双亲之一的基因版本。 74vm
t<Q
被印迹(imprinted)的基因. :x>T}C<Y
基因组印迹的机制--DNA高度甲基化 <SXZx9A!
基因组印记与肿瘤. =7[)'
第二节 转录水平的调控 .e[Tu|qo
转录水平的调控是基因表达调控中最重要的环节。 ft5DU/%
一、真核基因转录基本条件: )@QJ
特异性基因转录的基本条件包括: J2Et-Cz 1
①启动子(特别是核心启动子) H~+xB
1
②转录模板(转录起始点(+1)---终止点) vx 0UoKX
③RNA PolⅡ cFfTYP9
④普通转录因子(GTFs) P15:,
9D
(一)启动子(promoter) `bgb*Yaod
与基因转录启动有关的一组DNA序列,一般位于RNA poII转录起始点上游100-200bp以内,其功能是决定转录的起始点和调控转录频率. VZxTx0: ,
启动子区域包括核心启动子和启动子上游近侧序列: k'13f,o}
1、核心启动子(core promoter) Zw=G@4xoU
是决定转录起始位置的关键序列,也是普通转录因子TFⅡD的结合位点, X\A]"su
①TATA盒(TATA box) 位于转录起始点上游-25~-30bp. lSCY5[?
②起始子(initiator,Inr) Inr是与转录起始位点重叠的短的较保守序列. JLUms
注:①不是所有基因都含有TATA盒或Inr序列.有的只有其中之一,有的两者都无. fGO*%)
②这些核心启动子的序列和它们之间的间隔多变 FN{/.?w(
2、上游启动子元件(Upstream Promoter element,UPE) c
IZc:
位于较上游(-30一-110bp),能较强影响转录起始的频率,如CAAT 盒和GC盒.其中GC盒是转录因子SPl的结合位点。
Baq ~}B<
(二)RNA聚合酶Ⅱ &l^n4
负责真核生物蛋白编码基因的转录(产物mRNA),有7-10个亚基,最大亚基的羧基末端结构域(CTD)具有7个氨基酸(Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser -Pro-Set)的重复序列,其中有多个磷酸化位点.CTD磷酸化对调控基因转录有重要作用. -uR{X G. D
(三)基础转录因子(basal transcription factor) #eEvF
真核基因转录除RNA聚合酶外还需要许多蛋白因子—转录因子参加,其中一些转录因子是RNA聚合酶Ⅱ转录起始必需的,并且可以维持基础水平的转录,因此称为基础转录因子或普通转录因子(general transcription factor) i7v/A&Rc
1.RNA聚合酶 II的普通转录因子(TF II) *PcVSEP/0
包括TFIID,TFⅡB,TFIIF,TFIIE,TFIIH,TFIIA等.
&wGg6$
TFIID是由TATA盒结合蛋白(TATA binding protein,TBP)和8种TBP协同因子(TBP associated factor,TAF)组成的复合物,TFIID可识别和结合核心启动子(TATA盒和Inr); vl~
%o@*_
TFⅡB的C端与TFIID和DNA的复合物结合,N-端与TFⅡF协同作用募集RNA聚合酶II,再加上TFIIE,TFIIH形成完整的转录复合物. GMb!Q0I8
TFIIH有蛋白激酶活性,可使RNA Pol最大亚基CTD磷酸化,使转录起始过渡到转录延伸. =
o+7xom
TFIIA有助于TFIID与TATA盒核心启动子结合. RK3.-
2、TAF的作用 6aSM*S)
TFIID中包括至少8种TBP协同因子,分子量为30—250kD,分别命名为TAFⅡ-30~250.
c%yh(g
TAFⅡ150识别起始子(1nr)序列. 1}DerX 6
TAF是基因转录调控的辅助因子,它的作用是通过与多种转录调控因子(激活物或阻遏物)的转录调控结构域结合,而介导转录激活或抑制。 It\BbG=
二、基因转录的顺式调控元件 &Q+]t"OA!
顺式调控元件(cis-regulating element)是指对基因表达有调控活性的DNA序列,其活性只影响与其自身同处于一个DNA分子上的基因.
Ys+N,:#R
顺式调控元件中的短核心序列:共有序列或一致序列(consensus sequence)。 V<W02\Hs
(一)启动子(promoter) ahoh9iJ
(二)增强子(enhancer) }wG|%Y#+r
能显著提高基因转录效率的一类顺式调控元件(其核心序列常为8-12bp).
u;(K34!)
增强子的作用特点: hs,5LV)|y
1.能(通过启动子)提高同一条链上的靶基因转录速率; <[FS%2,0mb
2.增强子对同源基因或异源基因同样有效; hgif]?:C<
3.增强子的位置可在基因5’-上游、基因内或3’下游序列中; Yoe les-
4.自身没有5’-或3’-方向性; CH#kvR2
5.增强子可远离转录起始点(最多30Kb); / (.'*biQ
6.增强子一般具有组织或细胞特异性. F]Pul|.l
(三)负调控元件—沉寂子 q"l>`KCG`
负调控元件是能抑制基因表达的序列.如沉寂子(silencer) {'&8`d
(四)其它顺式调控元件
|oFI[PE
1.应答元件(responsive elements) 5bF5~D(E
真核细胞中对某些特定的环境作出应答的基因,常具有相同的顺式元件—应答元件. y!BB7cK6
应答元件能被在一些特定情况下表达的调控因子识别(又称为可诱导的顺式调控元件/反式作用因子)。 =^"~$[z(
2.转座元件对基因表达的调控, 。 kU>#1He
三、基因转录的反式作用因子 &7lk2Q\
转录水平的调控主要是通过与多种DNA元件结合的蛋白因子来实现. =cknE=
反式作用因子(trans-acting factor)是通过识别和结合顺式调控元件的核心序列而调控靶基因转录效率的一组蛋白质. 9PWm@
Nlf
反式作用因子对基因表达的调控可正(激话)可负(阻遏). EqYz,%I%
(一)反式作用因子的结构: a?l_-Fi
结构域(domain)是指蛋白质中可以具有独立的超二级结构的部分。通常由一个基因外显子编码,并可具有特定的功能。在较大的蛋白质中, 多个结构域间可通过较短的多肽柔性区互相联接. 37,L**Dgs
基序(motif):一般指构成任何一种特征序列的基本结构.作为结构域中的亚单元,其功能是体现结构域的多种生物学作用. c;nx59w]q
1.反式作用因子的DNA结合结构域(DNA binding domain)中的几种常见基序: i<0D
Z_rub
①螺旋/转角/螺旋(Helix-turn-helix,HTH)基序 m*OLoZVy
两段螺旋被一短的转角结构分开,其中一段螺旋为DNA识别螺旋. 55(J&q
同源异形结构域(Homeodomain,由同源异形盒编码)中含有HTH基序。具有Homeodomain的转录调控蛋白在胚胎发育和正常细胞分化的基因表达调节中有重要作用。 Ae3,W
②锌指(Zinc finger)基序 <[esA9.]t
由肽链的保守序列中的一对组氨酸加一对半胱氨酸(His2/Cys2)或2对半胱氨酸(cys2/cys2)与一个锌离子形成配位键,这些氨基酸对之间的多肤链成环状突出并折迭成指形结构,多个指结构常串联重复。 Hs.6;|0%
锌指族转录因子以二聚体形式同DNA上的顺式调控元件结合。 ZKZl>dDuh
含锌指基序的转录因子:与GC盒结合的SPl、类固醇激素受体家族,抑癌蛋白WT1等。 HIQ]"Hl
③亮氨酸拉链(Leucine-Zipper)基序 :Xh_$4~^Y
由一段每隔6个a a 就有一个Leu的伸展肽链组成,这些周期性出现的Leu都位于α—螺旋的同—侧面,因此两条均含Leu拉链基序的蛋白质通过亮氨酸侧链的相互作用形成二聚体。 #IH<HL)t%e
具有亮氨酸拉链基序的转录因子:原癌基因C-Jun/C-fos(APl家族) YLD-SS[/>
④螺旋-环-螺旋(Helix-loop-Helix,HLHt)基序. z%++\.g_
由2个α螺旋间隔一个非螺旋的环(loop)组成. Ompi~
如原癌基因产物C-myc及其结合蛋白Max. (9Fabo\SH
含HLH和Leu-拉链基序的转录因子的相似性: 1kbT@
①均至少含有一个α螺旋,其中都有一侧亲水面和一侧疏水面,因此这两种基序又称为两亲α—螺旋基序. \Ac}R'
②两类转录因子均依靠α螺旋氨基端附近的碱性区(带正电荷aa区)与DNA结合,因此又分别称为bzip和bHLH (b=basic,碱性) e4[-rkn{hl
③两类转录因子活性都依赖于二聚体化 0\8*S3,q
2、反式激活结构域(Transactivation domain) ‘ jsK|D{m?
是反式作用因子的转录调控结构域,一般由DNA结合结构域外的30-100个aa组成. 6~:W(E}
常见的反式激活域有以下几种: >DPds~k
①酸性α谨螺旋结构域(acidic a-Helix domain)如Jun; H={O13
②富含谷氨酰胺结构域(glutamine—rich domain)如SPl. #rSasucr
⑧富含脯氨酸的结构域(proline-rich domain)。 c+}!yH$
(二)反式作用因子家族 Gp?ToS2^d
同一类序列特异性转录因子一般由基因家族编码,它们的蛋白结构同源,并结合特异的顺式调控元件,这些蛋白组成一个反式作用因子家族。 6\NX
5Gh
1.POU家族 g&oc