分子生物学第五章.ppt

第五章第五章 真核生物转录起始真核生物转录起始 第一节第一节 真核细胞核真核细胞核真核细胞核真核细胞核染色质染色质(chromatin)(chromatin)n真核生物细胞中细胞核真核生物细胞中细胞核内内DNA和蛋白质高度包和蛋白质高度包装的紧密复合体结构装的紧密复合体结构n染色质的低水平包装：染色质的低水平包装：核小体和核小体和30nm螺旋管纤螺旋管纤维是分裂间期细胞核染维是分裂间期细胞核染色质形式松散）色质形式松散）n中期染色体是最高水平中期染色体是最高水平的压缩常染色质常染色质(euchromatin)(euchromatin)与异与异染色质染色质(heterchromatin)(heterchromatin)n常染色质，是指间期核内染色质纤维折叠压缩程常染色质，是指间期核内染色质纤维折叠压缩程度地处于伸展状态，用碱性染料染色时着色浅的度地处于伸展状态，用碱性染料染色时着色浅的那些染色质是基因转录的必要条件，也就是说那些染色质是基因转录的必要条件，也就是说不是常染色质的所有基因都转录不是常染色质的所有基因都转录n异染色质，是指在间期细胞核中，仍然高度折叠异染色质，是指在间期细胞核中，仍然高度折叠的、用碱性染料染色着色深的一部分染色质。

它的、用碱性染料染色着色深的一部分染色质它们不转录而且复制较晚们不转录而且复制较晚组成性异染色质和兼性异组成性异染色质和兼性异染色质染色质n组成性异染色质（组成性异染色质（constitutive heterchromatatin),constitutive heterchromatatin),是是指所有细胞中永久存在的异染色质其指所有细胞中永久存在的异染色质其DNADNA不含基因，包不含基因，包括着丝粒、端粒等特定区域的括着丝粒、端粒等特定区域的DNADNAn兼性异染色质（兼性异染色质（facultative heterchromatatin), facultative heterchromatatin), 是指是指在某些细胞类型的一定阶段出现的高度聚缩，丧失基因转在某些细胞类型的一定阶段出现的高度聚缩，丧失基因转录活性的录活性的DNADNA一般胚胎细胞含量较少，而告独特化的细一般胚胎细胞含量较少，而告独特化的细胞含量较多这种兼性染色质，实际上是基因组活性调控胞含量较多这种兼性染色质，实际上是基因组活性调控的一种形式的一种形式核基质核基质n核基质核基质(nuclear matrix),(nuclear matrix),细胞核内除核膜、染色质、核细胞核内除核膜、染色质、核仁和核孔外的骨架结构。

仁和核孔外的骨架结构核基质与染色质核基质连核基质与染色质核基质连接区域接区域n常染色质中附着于基质上的常染色质中附着于基质上的DNADNA区域，富含区域，富含ATAT，称为基，称为基质相关区域质相关区域(matrix-(matrix-associated region, MAR)associated region, MAR)或骨架附着区或骨架附着区(scaffold (scaffold attachment region, SAR)attachment region, SAR)n连接在核基质上的连接在核基质上的DNADNA环，环，称为结构域称为结构域结构域、功能域和结构域、功能域和DNADNA酶酶I I敏感区域敏感区域n功能域，也称为活功能域，也称为活性染色质，具有转性染色质，具有转录活性的染色质，录活性的染色质，即表达基因周围的即表达基因周围的DNADNA区域n活性染色质对活性染色质对DNADNA酶酶I I消化作用更敏感消化作用更敏感这些敏感位点常位这些敏感位点常位于基因于基因5’5’端启动子端启动子区域 第二节第二节 染色质结构染色质结构染色质结构调控基因组表达的染色质结构调控基因组表达的方式方式n染色质结构的区间性染色质结构的区间性1 1）绝缘子）绝缘子2 2）基因座控制区（）基因座控制区（LCRLCR））n染色质结构改变染色质结构改变1 1）核小体重建）核小体重建2 2）组蛋白修饰：乙酰化、甲基化、磷酸化）组蛋白修饰：乙酰化、甲基化、磷酸化3 3））DNADNA甲基化甲基化4 4）异染色质扩展）异染色质扩展绝缘子（绝缘子（insulatorinsulator））n功能域中或功能域功能域中或功能域间，阻断基因激活间，阻断基因激活或失活效应的元件或失活效应的元件n当其位于增强子和当其位于增强子和启动子之间的时候，启动子之间的时候，能阻断增强子对启能阻断增强子对启动子的激活作用动子的激活作用绝缘子与异染色质扩展绝缘子与异染色质扩展n异染色质扩展，异染色异染色质扩展，异染色质在特殊的序列生成核质在特殊的序列生成核心，随后沿染色质纤维心，随后沿染色质纤维传播阻断启动子传播阻断启动子n当绝缘子位于一条活性当绝缘子位于一条活性基因和异染色质之间时，基因和异染色质之间时，能够提供一个屏障来保能够提供一个屏障来保护基因免受异染色质扩护基因免受异染色质扩展所造成的失活效应展所造成的失活效应绝缘子维持功能域独立性绝缘子维持功能域独立性基因座控制区基因座控制区( (l locus ocus c control ontrol r region, LCR)egion, LCR)与调控结构域与调控结构域n染色体染色体DNADNA中一种顺式中一种顺式作用元件，具有稳定染作用元件，具有稳定染色质疏松结构的作用色质疏松结构的作用n实际上一种增强子实际上一种增强子n一个调控结构域，可能一个调控结构域，可能由一个绝缘子、一个由一个绝缘子、一个LCRLCR、一个核基质附着、一个核基质附着点（点（MARMAR）和单个或多）和单个或多个转录单位组成。

个转录单位组成核小体重建核小体重建—能量依赖能量依赖组蛋白修饰组蛋白修饰n乙酰化乙酰化 乙酰化活化基乙酰化活化基因组；去乙酰因组；去乙酰沉默基因组沉默基因组n甲基化甲基化 沉默基因组沉默基因组n磷酸化磷酸化n泛素化泛素化DNADNA甲基化甲基化nDNADNA甲基化和组蛋白甲基化是非活性染色质的甲基化和组蛋白甲基化是非活性染色质的特征特征n这两类甲基化常相互关联这两类甲基化常相互关联n大多数大多数DNADNA甲基化的位点是甲基化的位点是CpGCpG岛岛 第三节第三节 DNA结合蛋白结合蛋白染色质化学组成染色质化学组成n染色质染色质DNA：携带遗传信息：携带遗传信息n染色质蛋白质染色质蛋白质1 1）组蛋白：与）组蛋白：与DNADNA非特异性结合非特异性结合2 2）非组蛋白：与）非组蛋白：与DNADNA特异性结合，特异性结合，DNADNA结合蛋白结合蛋白 a) a)种类多样种类多样 b) b)功能多样功能多样 c) c)对对DNADNA具有识别特异性具有识别特异性DNADNA结合蛋白结合蛋白DNADNA结合蛋白的结构特征结合蛋白的结构特征——以以转录因子为例转录因子为例n转录因子的三个结转录因子的三个结构组成部分构组成部分1 1））DNADNA结合结构域结合结构域（分类依据）（分类依据）2 2）连接域）连接域3 3）转录活化结构域）转录活化结构域DNADNA结合结构域常见类型结合结构域常见类型n螺旋螺旋-转角转角-螺旋花样螺旋花样(helix-turn-helix motif, HTH, 图图A)n锌指花样锌指花样(zinc finger motif, 图图B,C)n亮氨酸拉链花样亮氨酸拉链花样(Leucine zipper motif，图，图D)n螺旋螺旋-环环-螺旋花样螺旋花样(heliex-loop-helix motif, 图图E)nHMG框花样框花样(HMG box motif，图，图F)第四节第四节 转录起始中转录起始中DNADNA与与蛋白质相互作用蛋白质相互作用DNADNA-蛋白质相互作用是转录调蛋白质相互作用是转录调控的方式控的方式nDNA: DNA: 顺式调控元件顺式调控元件(cis-regulating element),(cis-regulating element),是指对基因表达有调控活性的是指对基因表达有调控活性的DNA DNA 序列，其活性序列，其活性只影响与其自身同处于一个只影响与其自身同处于一个DNADNA分子上的基因．分子上的基因．n蛋白质：反式作用因子蛋白质：反式作用因子(trans-acting factor)(trans-acting factor)是是通过识别和结合顺式调控元件的核心序列而调控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．靶基因转录效率的一组蛋白质．顺式调控元件顺式调控元件n启动子启动子(promoter)(promoter)n增强子增强子(enhancer)(enhancer)n负调控元件负调控元件—沉寂子沉寂子(silencer)n绝缘子绝缘子n其它顺式调控元件：其它顺式调控元件： 1 1）应答元件）应答元件(responsive elements)(responsive elements) 真核细胞中对某些特定的环境作出应答的基因，常具有相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同的顺式元件——应答元件．应答元件． 应答元件能被在一些特定情况下表达的调控因子识别应答元件能被在一些特定情况下表达的调控因子识别( (又又称为可诱导的顺式调控元件／反式作用因子称为可诱导的顺式调控元件／反式作用因子) )。

2 2）转座元件）转座元件启动子启动子(promoter)(promoter)n与基因转录启动有关的一组与基因转录启动有关的一组DNA DNA 序列，一般位于转录起始点上游序列，一般位于转录起始点上游100-200bp 100-200bp 以内，其功能是决定转录的起始点和调控转录频率．以内，其功能是决定转录的起始点和调控转录频率．n原核启动子：原核启动子： 1 1））-35-35框：框： 5’-TT 5’-TTG GACA-3’ACA-3’ 2 2））-10-10框框 5’-TAT 5’-TATAAAAT-3’T-3’真核启动子真核启动子n真核启动子区域包括核心启动子和启动子上游近侧序列：真核启动子区域包括核心启动子和启动子上游近侧序列： 1 1、核心启动子、核心启动子(core promoter) (core promoter) 是决定转录起始位置的关是决定转录起始位置的关键序列，也是普通转录因子键序列，也是普通转录因子TFⅡD TFⅡD 的结合位点，的结合位点， ①TATA ①TATA 盒盒(TATA box) (TATA box) 位于转录起始点上游位于转录起始点上游-25-25～～-30bp-30bp．． ② ②起始子起始子(initiator(initiator，，Inr) Inr Inr) Inr 是与转录起始位点重叠的是与转录起始位点重叠的短的较保守序列．短的较保守序列． 注：注：①①不是所有基因都含有不是所有基因都含有 TATA TATA 盒或盒或Inr Inr 序列．有的只有序列．有的只有其中之一，有的两者都无．其中之一，有的两者都无． ② ②这些核心启动子的序列和它们之间的间隔多变这些核心启动子的序列和它们之间的间隔多变n2 2、上游启动子元件、上游启动子元件(Upstream Promoter element(Upstream Promoter element，，UPE) UPE) 位位于较上游于较上游(-30 (-30 一一-110bp)-110bp)，能较强影响转录起始的频率，如，能较强影响转录起始的频率，如CAAT CAAT 盒和盒和GC GC 盒．其中盒．其中GCGC盒是转录因子盒是转录因子SPl SPl 的结合位点。

的结合位点增强子增强子(enhancer)(enhancer)n能显著提高基因转录效率的一类顺式调控元件（其核心能显著提高基因转录效率的一类顺式调控元件（其核心序列常为序列常为8-12bp)8-12bp)．．n增强子的作用特点：增强子的作用特点： 1 1）能）能( (通过启动子通过启动子) )提高同一条链上的靶基因转录速率；提高同一条链上的靶基因转录速率； 2 2）增强子对同源基因或异源基因同样有效；）增强子对同源基因或异源基因同样有效； 3 3）增强子的位置可在基因）增强子的位置可在基因5’-5’-上游、基因内或上游、基因内或3’3’下游下游序列中；序列中； 4 4）自身没有）自身没有5’-5’-或或3’-3’-方向性；方向性； 5 5）增强子可远离转录起始点）增强子可远离转录起始点( (最多最多30Kb)30Kb)；； 6 6）增强子一般具有组织或细胞特异性．）增强子一般具有组织或细胞特异性．RNARNA聚合酶聚合酶nRNA RNA 聚合酶聚合酶I, I, 转录转录28S, 5. 8S 28S, 5. 8S 和和18S 18S 核糖体核糖体 RNA RNA (rRNA) (rRNA) nRNA RNA 聚合酶聚合酶ⅡⅡ，，负责真核生物蛋白编码基因和大部分小负责真核生物蛋白编码基因和大部分小核核RNARNA（（snRNA)snRNA)的转录，有的转录，有7-10 7-10 个亚基，最大亚基的羧个亚基，最大亚基的羧基末端结构域基末端结构域(CTD)(CTD)具有具有7 7 个氨基酸个氨基酸(Tyr-Ser-Pro-Thr-(Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Set)Ser-Pro-Set)的重复序列，其中有多个磷酸化位点．的重复序列，其中有多个磷酸化位点．CTD CTD 磷酸化对调控基因转录有重要作用．磷酸化对调控基因转录有重要作用．nRNA RNA 聚合酶聚合酶III,III,转录转录tRNA, 5S rRNA, U6-snRNA, tRNA, 5S rRNA, U6-snRNA, 小核仁小核仁RNA (snoRNA), RNA (snoRNA), 小细胞质小细胞质 RNA (seRNA) RNA (seRNA) 基础转录因子基础转录因子(basal (basal transcription factor)transcription factor)n真核基因转录除真核基因转录除 RNA RNA 聚合酶外，还需要许多蛋白因子聚合酶外，还需要许多蛋白因子——转录因子参加，其中一些转录因子是转录因子参加，其中一些转录因子是RNA RNA 聚合酶聚合酶ⅡⅡ转录转录起始必需的，并且可以维持基础水平的转录，因此称为起始必需的，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基础转录因子或普通转录因子(general transcription (general transcription factor)factor)nRNA RNA 聚合酶聚合酶 II II 的普通转录因子的普通转录因子(TF II)(TF II)包括包括TFIID,TFⅡB,TFIIFTFIID,TFⅡB,TFIIF，，TFIIETFIIE，，TFIIHTFIIH，，TFIIA TFIIA 等．等．nTFIID TFIID 是最先结合到是最先结合到DNADNA上的转录因子，由上的转录因子，由TATATATA结合蛋白结合蛋白（（TATA-binding protein, TBP)TATA-binding protein, TBP)和和1212个个TBPTBP相关因子相关因子（（TAF, TBP-associated factor)TAF, TBP-associated factor)组成组成转录起始事件转录起始事件nRNA RNA 聚合酶结合核心聚合酶结合核心启动子启动子n封闭的启动子复合物封闭的启动子复合物转换为开放的启动子转换为开放的启动子复合物复合物nRNARNA合成的起始合成的起始n启动子清除：聚合酶启动子清除：聚合酶向启动子下游移动向启动子下游移动RNARNA聚合聚合酶酶IIII的转的转录起录起始始（（1 1））RNARNA聚合酶聚合酶IIII的转录起始（的转录起始（2 2））三个关键事件：三个关键事件：nTBPTBP的结合诱导的结合诱导TATATATA框区段框区段DNADNA形成弯曲形成弯曲nDNADNA弯曲提供了弯曲提供了TFIIBTFIIB识别的结构，从而保证识别的结构，从而保证了了RNARNA聚合酶聚合酶IIII在转录起始位点上的正确定位在转录起始位点上的正确定位nTFIIHTFIIH破环碱基配对，这是形成开放启动子所破环碱基配对，这是形成开放启动子所必需的必需的。