真核生物转录调控.ppt

• TBP: TATA-binding protein• TAFs: TBP-associated factors• TFIID protects a region extending farther upstream• TFIIA activates TBP by relieving the repression that is caused by the TAFs • TFIIB binds adjacent to TBP and TATA box• TFIIF consists of two subunits. The larger subunit has an ATP-dependent DNA helicase activity and the small one contacts the core polymerase.• TFIIE and TFIIH are required for promoter clearance to allow RNA polymerase to commence movement away from the promoter.TFIID• TFIIH has several activities, including an ATPase, a helicase, and a kinase activity that can phosphorylate the CTD tail of RNA polymerase II; it is also involved in repair of damage to DNA.Phosphorylation of the CTD by the kinase activity of TFIIH may be needed to release RNA polymerase to start transcription. 表 RNA聚合酶Ⅱ的基本转录因子转录因子转录因子分子量分子量(kD)功能功能TBP30与与TATA盒结合盒结合TFⅡⅡ-B33介导介导RNA聚合酶聚合酶ⅡⅡ的结合的结合TFⅡⅡ-F30,74解旋酶解旋酶TFⅡⅡ-E34,37ATP酶酶TFⅡⅡ-H62,89解旋酶解旋酶TFⅡⅡ-A12,19,35稳定稳定TFⅡⅡ-D的结合的结合TFⅡⅡ-I120促进促进TFⅡⅡ-D的结合的结合POL-ⅡTFⅡFⅡAⅡB由由RNA-Pol Ⅱ POL-ⅡTFⅡFⅡHⅡETBPTAFTFⅡD-ⅡA-ⅡB-DNA复合物复合物TATAⅡAⅡBTBPTAFTATAⅡHⅡECTD-P真核基因转录水平的调控　　真核细胞的三种RNA聚合酶（Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ）中，只有RNA聚合酶Ⅱ能转录生成mRNA，以下主要讨论RNA聚合酶Ⅱ的转录调控。

1. 顺式作用元件(cis-acting elements)　　真核基因的顺式调控元件是基因周围能与特异转录因子结合而影响转录的DNA序列其中主要是起正调控作用的顺式作用元件，包括启动子(promoter)、增强子(enhancer)；近年又发 现 起 负 调 控 作 用 的 元 件 ──沉 默 子(silencer)1).1).启动子启动子(promoter)(promoter)　　与原核启动子的含义相同，是指RNA聚合酶结合并起动转录的DNA序列，但真核不同启动子间不像原核那样有明显共同一致的序列，而且单靠RNA聚合酶难以结合DNA而起动转录，而是需要多种蛋白质因子的相互协调作用，不同蛋白质因子又能与不同DNA序列相互作用，不同基因转录起始及其调控所需的蛋白因子也完全相同，因而不同启动子序列也很不相同，要比原核更复杂、序列也更长　　真核启动子一般包括转录起始点及其上游约100-200bp序列，包含有若干具有独立功能的DNA序列元件，每个元件约长7-30bp最常见的哺乳类RNA聚合酶Ⅱ启动子中的元件序列见下表 表 哺乳类RNA聚合酶Ⅱ启动子中常见的元件元件名称元件名称共同序列共同序列结合的蛋白因子名称结合的蛋白因子名称 分子量分子量 结合结合DNA长度长度 TATA boxTATAAAA TBP 30,000 ~ ~ 10bpGC box GGGCGG SP-1 105,000 ~ ~ 20bpCAAT box GGCCAATCT CTF/NF1 60,000 ~ ~ 22bp　　启动子中的元件可以分为两种:　　①核 心 启 动 子 元 件 (core promoter element) 指RNA聚合酶起始转录所必需的最小的DNA序列，包括转录起始点及其上游-25/-30bp处的TATA盒。

核心元件单独起作用时只能确定转录起始位点和产生基础水平的转录　　②上游启动子元件(upstream promoter elements) 包括通常位于-70bp附近的CAAT盒和GC盒、以及距转录起始点更远的上游元件这些元件与相应的蛋白因子结合能提高或改变转录效率不同基因具有不同的上游启动子元件组成，其位置也不相同，就使得不同的基因表达分别有不同的调控2). 2). 增强子增强子(enhancer)(enhancer) 　　是一种能够提高转录效率的顺式调控元件，最早是在SV40病毒中发现长约200bp的一段DNA，可使旁侧的基因转录提高100倍，其后在多种真核生物、甚至在原核生物中都发现了增强子增强子通常占100-200bp长度，也和启动子一样由若干组件构成，其基本核心组件常为8-12bp，可以单拷贝或多拷贝串连形式存在增强子的作用有以下特点：　　①增强子提高同一条DNA链上基因转录效率，可以远距离起作用，通常可距离1-4kb、个别情况下离开所调控的基因30kb仍能发挥作用，而且在基因的上游或下游都能起作用　　②增强子的作用与其序列的正反方向无关，将增强子方向倒置依然能起作用而将启动子倒置就不能起作用，可见增强子与启动子是很不相同的。

　　③增强子要有启动子才能发挥作用，没有启动子存在，增强子不能表现活性但增强子对启动子没有严格的专一性，同一增强子可以影响不同类型启动子的转录例如当含有增强子的病毒基因组整合入宿主细胞基因组时，可能够增强整合区附近宿主某些基因的转录；当增强子随某些染色体段落移位时，也能提高移到的新位置周围基因的转录使某些癌基因转录表达增强，可能是肿瘤发生的因素之一　　④增强子的作用机理虽然还不明确，但与其他顺式调控元件一样，必须与特定的蛋白质因子结合后才能发挥增强转录的作用增强子一般具有组织或细胞特异性，许多增强子只在某些细胞或组织中表现活性，是由这些细胞或组织中具有特异性蛋白质因子所决定的3). 沉默子(silencer) 　　 最早在酵母中发现，以后在T淋巴细胞的T抗原受体基因的转录和重排中证实这种负调控顺式元件的存在目前对这种在基因转录降低或关闭中起作用的序列研究还不多，但从已有的例子看到：沉默子的作用可不受序列方向的影响，也能远距离发挥作用，并可对异源基因的表达起作用2 反式作用因子反式作用因子 1. 转录（调节）因子分类（按功能特性）转录（调节）因子分类（按功能特性）* 基本转录因子基本转录因子(general transcription factors)是是RNA聚聚合合酶酶结结合合启启动动子子所所必必需需的的一一组组蛋蛋白白因因子子，，决决定定三三种种RNA(mRNA、、tRNA及及rRNA)转录的类别。

转录的类别* 特异转录因子特异转录因子(special transcription factors)为为个个别别基基因因转转录录所所必必需需，，决决定定该该基基因因的时间、空间特异性表达的时间、空间特异性表达转录激活因子转录激活因子:增强子结合蛋白增强子结合蛋白(EBP)转录抑制因子转录抑制因子:沉默子结合蛋白沉默子结合蛋白　　以反式作用影响转录的因子可统称为转录因子（transcription factors，TF）在真核细胞中RNA聚合酶通常不能单独发挥转录作用，而需要与其他转录因子共同协作与RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ相应的转录因子分别称为TFⅠ、TFⅡ、TFⅢ，对TFⅡ研究最多下表列出对真核基因转录需要基本的TFⅡ表 RNA聚合酶Ⅱ的基本转录因子转录因子转录因子分子量分子量(kD)功能功能TBP30与与TATA盒结合盒结合TFⅡⅡ-B33介导介导RNA聚合酶聚合酶ⅡⅡ的结合的结合TFⅡⅡ-F30,74解旋酶解旋酶TFⅡⅡ-E34,37ATP酶酶TFⅡⅡ-H62,89解旋酶解旋酶TFⅡⅡ-A12,19,35稳定稳定TFⅡⅡ-D的结合的结合TFⅡⅡ-I120促进促进TFⅡⅡ-D的结合的结合　　以前认为与TATA盒结合的蛋白因子是TFⅡ-D，后来发现TFⅡ-D实际包括两类成分：与TATA盒 结 合 的 蛋 白 是 TBP（ TATAbox binding protein），是唯一能识别TATA盒并与其结合的转录因子，是三种RNA聚合酶转录时都需要的；其他称为TBP相关因子TAF（TBP-associated factors），至少包括8种能与TBP紧密结合的因子。

　　作为蛋白质的转录因子从功能上分析其结构可包含有不同区域：①DNA结合域（DNA binding domain），多由60-100个氨基酸残基组 成 的 几 个 亚 区 组 成 ； ②转 录 激 活 域（activating domain），常由30-100氨基酸残基组成，这结构域有富含酸性氨基酸、富含谷氨酰胺、富含脯氨酸等不同种类；③连接区，即连接上两个结构域的部分转录（调节）因子结构转录（调节）因子结构DNA结合域结合域转录激活域转录激活域TF蛋白质蛋白质-蛋白质结合域蛋白质结合域（二聚化结构域）（二聚化结构域） 谷氨酰胺富含域谷氨酰胺富含域酸性激活域酸性激活域脯氨酸富含域脯氨酸富含域DNA结合域特点：结合域特点：核心为核心为DNA结合基序，有称模序（结合基序，有称模序（motify)模序（模序（motify)：位于蛋白质分子中具有二级结构的：位于蛋白质分子中具有二级结构的　　　　　　　肽段，在空间上彼此接近，形成具有　　　　　　　肽段，在空间上彼此接近，形成具有　　　　　　　特殊功能的空间结构，能与能识别双　　　　　　　特殊功能的空间结构，能与能识别双　　　　　　　螺旋　　　　　　　螺旋DNA碱基序列．碱基序列．　　　　　　模序的几种结构类型：模序的几种结构类型：螺旋－转角－螺旋螺旋－转角－螺旋锌指锌指亮氨酸拉链亮氨酸拉链螺旋－环－螺旋螺旋－环－螺旋　　　与DNA结合的转录因子大多以二聚体形式起作用，与DNA结合的功能域结构常见有以几种：　 　①螺旋-转角-螺旋（helix-turn-helix，HTH）及 螺旋-环-螺旋（helix-loop-helix，HLH） 这类结构至少有两个α螺旋其间由短肽段形成的转角或环连接，两个这样的motif结构以二聚体形式相连，距离正好相当于DNA一个螺距（3.4nm）,两个α螺旋刚好分别嵌入DNA的深沟。

螺旋螺旋-转角转角-螺旋模体螺旋模体螺旋螺旋-环螺环螺-旋模体与旋模体与DNA的结合的结合　　②锌指（zinc finger） 其结构如下图 所示，每个重复的“指”状结构约含23个氨基酸残基，锌以4个配价键与4个半胱氨酸、或2个半胱氨酸和2个组氨酸相结合整个蛋白质分子可有2-9个这样的锌指重复单位每一个单位可以其指部伸入DNA双螺旋的深沟，接触5个核苷酸例如与GC盒结合的转录因子SP1中就有连续的3个锌指重复结构图  蛋白质的锌指结构　　③碱 性 -亮 氨 酸 拉 链 （ basic leucine zipper，bZIP） 这结构的特点是蛋白质分子的肽链上每隔6个氨基酸就有一个亮氨酸残基，结果就导致这些亮氨酸残基都在α螺旋的同一个方向出现两个相同的结构的两排亮氨酸残基就能以疏水键结合成二聚体，这二聚体的另一端的肽段富含碱性氨基酸残基，借其正电荷与DNA双螺旋链上带负电荷的磷酸基团结合 亮氨酸拉链结合亮氨酸拉链结合DNA若不形成二聚体则对DNA的亲和结合力明显降低在肝脏、小肠上皮、脂肪细胞和某些脑细胞中有称为C/EBP家族的一大类蛋白质能够与CAAT盒和病毒增强子结合，其特征就是能形成bZIP二聚体结构。

　　从上述可见：转录调控的实质在于蛋白质与DNA、蛋白质与蛋白质之间的相互作用，构象的变化正是蛋白质和核酸“活”的表现但对生物大分子间的辨认、相互作用、结构上的变化及其在生命活动中的意义，人们的认识和研究还只在起步阶段，其中许多内容甚至重要的规律我们可能至今还一无所知，有待于努力探索。