基因表达调控-剖析洞察.pptx

基因表达调控,基因表达调控的概念 基因表达调控的层次 转录水平的调控 转录后水平的调控 翻译水平的调控 蛋白质修饰与调控 基因表达调控的生物学意义 基因表达调控的研究方法,Contents Page,目录页,基因表达调控的概念,基因表达调控,基因表达调控的概念,基因表达调控的概念,1.基因表达是指基因通过转录和翻译过程，将遗传信息转化为蛋白质或其他功能产物的过程2.基因表达调控是指在生物体内，通过调节基因转录和翻译过程，控制基因表达水平的过程3.基因表达调控的目的是使细胞能够适应环境变化和生理需求，维持细胞内环境的稳定4.基因表达调控可以发生在多个层面上，包括转录水平、转录后水平、翻译水平和蛋白质修饰水平等5.基因表达调控的机制包括顺式作用元件和反式作用因子的相互作用、转录因子的激活和抑制、mRNA 的稳定性和翻译效率的调节等6.基因表达调控对于细胞生长、分化、代谢、应激反应等生物学过程具有重要意义，异常的基因表达调控可能导致疾病的发生基因表达调控的层次,基因表达调控,基因表达调控的层次,转录水平调控,1.转录起始是基因表达调控的关键步骤，转录因子与启动子元件的结合是转录起始的必要条件。

2.转录起始的调控可以发生在转录因子与启动子元件的结合、RNA聚合酶的活性调节等多个层面3.转录起始的调控可以受到多种信号通路的影响，如激素、生长因子、细胞应激等转录后水平调控,1.mRNA的稳定性和翻译效率是转录后水平调控的重要环节，mRNA的稳定性和翻译效率可以受到多种因素的影响，如mRNA的结构、非编码RNA的调节等2.非编码RNA在转录后水平调控中发挥着重要作用，包括 microRNA、siRNA、lncRNA 等3.转录后水平调控可以影响蛋白质的翻译效率和稳定性，进而影响蛋白质的功能和细胞的生理过程基因表达调控的层次,翻译水平调控,1.翻译起始是翻译过程的限速步骤，eIF4F 复合物 的形成是翻译起始的必要条件2.翻译起始的调控可以发生在 eIF4F complex 的形成、mRNA 的扫描、核糖体的结合等多个层面3.翻译起始的调控可以受到多种信号通路的影响，如激素、生长因子、细胞应激等蛋白质水平调控,1.蛋白质的稳定性和降解是蛋白质水平调控的重要环节，蛋白质的稳定性和降解可以受到多种因素的影响，如蛋白质的结构、修饰等2.蛋白质的修饰可以影响蛋白质的功能和稳定性，包括磷酸化、甲基化、乙酰化等修饰。

3.蛋白质的相互作用在蛋白质水平调控中发挥着重要作用，蛋白质之间的相互作用可以影响蛋白质的功能和稳定性基因表达调控的层次,表观遗传学调控,1.表观遗传学调控是指在不改变 DNA 序列的情况下，通过对基因的修饰来影响基因的表达，包括 DNA 甲基化、组蛋白修饰等2.DNA 甲基化是一种重要的表观遗传学修饰，它可以抑制基因的表达，DNA 甲基化的模式在细胞分化和发育过程中可以发生改变3.组蛋白修饰可以影响染色体的结构和基因的表达，组蛋白修饰酶的活性和表达水平可以受到多种因素的影响转录后基因沉默,1.转录后基因沉默是指在转录后水平上抑制基因的表达，包括 RNA 干扰和转录后基因沉默2.RNA 干扰是一种由小干扰 RNA（siRNA）或短发干扰 RNA（短发干扰 RNA）诱导的转录后基因沉默机制，siRNA 可以与目标 mRNA 互补结合，导致 mRNA 的降解转录水平的调控,基因表达调控,转录水平的调控,转录起始复合物的形成,1.转录起始复合物由 RNA 聚合酶、转录因子和启动子组成2.转录因子与启动子结合，促进 RNA 聚合酶的结合和转录起始3.启动子的结构和序列影响转录起始复合物的形成和转录效率。

转录因子的调控作用,1.转录因子可以激活或抑制转录2.转录因子通过与启动子或增强子结合来调节转录3.转录因子的活性受到多种因素的调节，如蛋白质修饰、配体结合和二聚化转录水平的调控,RNA聚合酶的调控,1.RNA 聚合酶可以被激活或抑制2.转录起始后，RNA 聚合酶可以继续沿 DNA 链移动或暂停3.RNA 聚合酶的活性受到多种因素的调节，如底物浓度、离子浓度和抑制剂启动子的调控,1.启动子可以被转录因子和其他调控蛋白结合2.启动子的结构和序列影响转录起始的效率3.启动子可以被上游调控元件（如增强子）增强或抑制转录水平的调控,转录后调控,1.mRNA 的稳定性和翻译效率可以影响基因表达2.microRNA 和其他非编码 RNA 可以调节 mRNA 的稳定性和翻译3.转录后修饰（如甲基化、乙酰化等）可以影响 mRNA 的结构和功能染色质结构的调控,1.染色质结构的改变可以影响基因的转录2.组蛋白修饰（如甲基化、乙酰化等）可以影响染色质结构和基因转录3.转录因子可以通过与染色质修饰酶相互作用来调节基因转录转录后水平的调控,基因表达调控,转录后水平的调控,非编码RNA调控基因表达,1.非编码 RNA 包括 microRNA、lncRNA 和 circRNA 等，它们可以与靶基因的 mRNA 结合，抑制其翻译或促进其降解，从而调节基因表达。

2.microRNA 是一种长度约为 22 个核苷酸的非编码 RNA，通过与靶基因的 mRNA 3UTR 结合，抑制靶基因的翻译3.lncRNA 是一种长度超过 200 个核苷酸的非编码 RNA，它可以通过与蛋白质或其他分子相互作用，影响基因转录、mRNA 稳定性或蛋白质功能，从而调节基因表达4.circRNA 是一种特殊的非编码 RNA，它通过与蛋白质或其他分子相互作用，影响基因转录、mRNA 稳定性或蛋白质功能，从而调节基因表达转录后水平的调控,mRNA剪接调控,1.mRNA 剪接是指将 mRNA 前体分子中的内含子切除，将外显子连接起来形成成熟 mRNA 的过程2.剪接调控可以影响 mRNA 的结构和功能，进而影响蛋白质的表达水平3.一些疾病的发生与异常的 mRNA 剪接有关，因此，对 mRNA 剪接的调控机制的研究具有重要的临床意义mRNA稳定性调控,1.mRNA 的稳定性是指 mRNA 在细胞内的存在时间，它决定了 mRNA 翻译产生蛋白质的效率2.一些 RNA 结合蛋白可以与 mRNA 结合，保护 mRNA 免受核酸酶的降解，从而稳定 mRNA3.一些 microRNA 可以与 mRNA 的 3UTR 结合，抑制 mRNA 的翻译或促进其降解，从而调节 mRNA 的稳定性。

转录后水平的调控,mRNA翻译调控,1.mRNA 翻译是指将 mRNA 上的密码子翻译成蛋白质的过程2.翻译调控可以影响蛋白质的表达水平，进而影响细胞的生理过程3.一些激素、生长因子和应激等因素可以通过影响 mRNA 翻译起始复合物的形成或翻译效率来调节基因表达蛋白质修饰调控,1.蛋白质修饰是指在蛋白质分子上添加或去除某些化学基团，从而改变蛋白质的结构和功能的过程2.蛋白质修饰可以影响蛋白质与其他分子的相互作用，进而影响蛋白质的活性和定位3.一些蛋白质修饰，如磷酸化、甲基化和乙酰化等，可以影响蛋白质的稳定性和降解，从而调节蛋白质的表达水平转录后水平的调控,1.染色质构象是指染色质在细胞核内的空间构象，它影响基因的转录活性2.一些非编码 RNA 可以与染色质结合，改变染色质的构象，从而影响基因的转录3.一些蛋白质可以与染色质结合，调节染色质的构象和基因的转录活性染色质构象调控,翻译水平的调控,基因表达调控,翻译水平的调控,mRNA稳定性的调控,1.特定的 mRNA 结构元件可以与 RNA 结合蛋白结合，从而影响其稳定性2.某些 microRNAs 可以与 mRNA 的 3UTR 结合，导致 mRNA 的降解。

3.翻译起始因子的磷酸化状态可以影响 mRNA 的翻译效率和稳定性4.一些病毒可以编码 RNA 稳定性调控蛋白，以逃避宿主的免疫系统5.研究 mRNA 稳定性调控机制对于理解基因表达调控和疾病发生机制具有重要意义6.开发针对 mRNA 稳定性调控的药物靶点可能为治疗疾病提供新的策略mRNA扫描和起始复合物形成的调控,1.真核生物 mRNA 帽子结构的甲基化修饰可以影响核糖体的扫描和起始复合物的形成2.某些 RNA 结合蛋白可以与 mRNA 帽子结构或起始密码子附近的序列相互作用，调节起始复合物的形成3.磷酸化修饰可以调节 eIF4E 的活性，进而影响起始复合物的形成4.一些小分子化合物可以模拟或干扰起始复合物的形成，具有潜在的药物开发价值5.深入研究 mRNA 扫描和起始复合物形成的调控机制有助于开发更有效的 mRNA 治疗方法6.对起始复合物形成过程的结构解析为设计抑制剂提供了重要的结构基础翻译水平的调控,mRNA翻译的起始调控,1.帽子结构依赖性起始：真核生物 mRNA 的 5端帽子结构与核糖体小亚基的结合是起始翻译的关键步骤2.起始密码子的识别：核糖体通过扫描 mRNA 序列找到起始密码子 AUG，并与之结合。

3.核糖体结合位点（RBS）：mRNA 上与核糖体大亚基结合的区域，其结构和序列影响翻译起始效率4.起始因子的调控：多种起始因子参与起始复合物的形成和调控，其活性和相互作用受到多种因素的调节5.非编码 RNA 对起始翻译的调控：一些 microRNAs 和 IncRNAs 可以通过与 mRNA 或起始因子相互作用来调节翻译起始6.翻译起始的调控在细胞生长、代谢和应激响应等过程中发挥重要作用，异常的起始调控与疾病发生相关7.深入研究起始翻译的调控机制有助于开发新型的治疗药物和诊断靶点8.结构生物学和生物化学方法在解析起始翻译调控机制方面发挥重要作用翻译水平的调控,mRNA扫描和起始复合物形成的调控,1.帽子结构依赖性起始：真核生物 mRNA 的 5端帽子结构与核糖体小亚基的结合是起始翻译的关键步骤2.起始密码子的识别：核糖体通过扫描 mRNA 序列找到起始密码子 AUG，并与之结合3.核糖体结合位点（RBS）：mRNA 上与核糖体大亚基结合的区域，其结构和序列影响翻译起始效率4.起始因子的调控：多种起始因子参与起始复合物的形成和调控，其活性和相互作用受到多种因素的调节5.非编码 RNA 对起始翻译的调控：一些 microRNAs 和 IncRNAs 可以通过与 mRNA 或起始因子相互作用来调节翻译起始。

6.翻译起始的调控在细胞生长、代谢和应激响应等过程中发挥重要作用，异常的起始调控与疾病发生相关7.深入研究起始翻译的调控机制有助于开发新型的治疗药物和诊断靶点8.结构生物学和生物化学方法在解析起始翻译调控机制方面发挥重要作用翻译水平的调控,mRNA运输和定位的调控,1.核孔复合物：mRNA 从细胞核输出到细胞质需要通过核孔复合物2.RanGTPase 循环：RanGTPase 在核孔复合物的运输过程中起关键作用3.mRNA 结合蛋白：一些 mRNA 结合蛋白可以识别并结合特定的 mRNA 序列，调节其运输和定位4.细胞器定位信号：mRNA 上的特定序列可以引导其定位到特定的细胞器，如线粒体、叶绿体等5.应激响应：环境压力或信号可以影响 mRNA 的运输和定位，从而调节基因表达6.疾病相关的 mRNA 运输和定位异常：某些疾病中，mRNA 的运输和定位出现故障，导致蛋白质表达异常7.研究 mRNA 运输和定位的调控机制对于理解细胞生物学过程和疾病发生机制具有重要意义8.开发针对 mRNA 运输和定位的调控药物可能为治疗疾病提供新的思路翻译水平的调控,mRNA的稳定性和降解调控,1.5端帽子结构和 3端 poly(A)尾：帽子结构和 poly(A)尾对 mRNA 的稳定性和翻译效率有重要影响。

2.核酸酶的作用：特定的核酸酶可以切割 mRNA，导致其降解3.稳定性元件：mRNA 上的一些序列可以增强其稳定性，如 AU。