第一节 真核生物中基因表达水平的分析

第一节 真核生物中基因表达水平的分析

一、真核生物基因表达水平分析的方法

1 、主要通过 RNA 驱动的动力学杂交实验来分析

待测 RNA 复杂度 待测 RNA 的 Rot1/2

球蛋白 mRNA 复杂度 球蛋白 RNA 的 Rot1/2 =

2 、丰余度

=每细胞 mRNA 含量 × 待测 mRNA 组分（ % ） ×6 ×1023

待测组分的复杂度（相对分子质量）

第二节 染色质水平上的基因活化调节

一、染色质的疏松及活性染色质的特征

基因的转录是以染色体结构的一系列重要的变化为前提的。

二、转录基因与核小体的结构

三、蛋白质的修饰与基因活化调节

（一）蛋白质的调控作用

1 、核心组蛋白的修饰

2 、 H1 组蛋白的磷酸化和去磷酸化

（二）非组蛋白的高调控作用

（三）高迁移率群蛋白质

四、 DNA 的甲基化和去甲基化与基因活性的关系

五、基因丢失、重排、扩增与基因活性的调节

一、真核生物的 RNA 聚合酶 有三种 RNA 聚合酶：RNA 聚合酶ⅠRNA 聚合酶ⅡRNA 聚合酶Ⅲ

第三节 真核基因转录水平的调控

二、真核基因顺式作用元件（一）、顺式作用元件概念 指 DNA 上对基因表达在调节活性的某些特

定的调控序列，其活性仅影响其自身处于同一 DNA 分子上的基因。

（二）、种类启动子、增强子、静止子

1 、启动子的结构和功能

启动子　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。

（ 1 ） TATA 框（ TATA frame ）：其一致顺序为 TATAA(T)AA(T) 。 TATA 框中心在 -30附近，相当于原核的 -10 序列（ pribnow box ）。

对大多数真核生物来说， RNA 聚合酶与TATA 框牢固结合之后才能开始转录。 TATA 框的左右富含 G C ┇ 序列，这就有利于该框与 RNA 聚合酶形成开放性启动子复合物。

RNA 聚合酶Ⅱ启动子结构

（ 2 ） CAAT 框（ CAAT frame ）：位置在 -75 附近，一致序列为 GG C(T)CAATCT 。CAAT 框可能控制着转录起始的频率。

（ 3 ） GC 框 在 -90bp 左右的 GGGCGG 序列称为 GC 框。

RNA聚合酶 I转录调控区

一个在 -30—+15 即核心启动子 (core promoter element) ，另一为上游启动子区 (upstream promoter element) 在 -150—-50 ，不同物种的启动子因子有显著差异，启动子区没有和 mRNA 的 TATA 和 CAAT 盒顺序，故物种间大前体 -rRNA 基因的转录起始是不同的。基因间间隔含一个或几个终止信号可终止其之前的基因的转录而其本身不转录，间隔区含多种反向顺序可作为增强子结合转录因子。

增强子（ enhancer ）：又称为远上游序列（ far upstream sequence) 。它是远距离调节启动子以增加转录速率的 DNA 序列，其增强作用与序列的方向无关，与它在基因的上下游位置无关。增强子有强烈的细胞类型选择，即不同细胞类型，增强作用不同。

2 、增强子的结构和功能

（ 1 ）它能通过启动子大幅度地增加同一条 DNA 链上靶基因转录的频率，一般能增加 10 ～ 200 倍，有的甚至可达千倍。

（ 2 ）增强子的作用对同源或异源的基因同样有效，如把 SV40 的增强子连接到兔 β- 珠蛋白的基因上，可使转录强度增大 100 倍；

（ 3 ）增强子的位置可在基因 5′ 上游、基因内或其 3′下游的序列中，而其作用与所在基因旁侧部位的方向似无关系，因为无论正向还是反向，它都具有增强效应；

（ 4 ）增强子所含核苷酸序列大多为重复序列，其内部含有的核心序列，对于它进入到另一宿主之后重新产生增强子效应至关重要；

（ 5 ）增强子一般都具有组织和细胞特异性；（ 6 ）增强子在 DNA 双链中没有 5′ 与 3′ 固定

的方向性；

（ 7 ）增强子可远离转录起始点，通常在 1 ～4 kb （个别情况可达 30 kb ）外起作用；

（ 8 ）增强子的活性与其在 DNA 双螺旋结构中的空间方向性有关。另外，许多增强子还受到外部信号的调控，如金属硫蛋白基因的增强子就可对环境中的锌、镉浓度作出反应。

3 、静止子 类似增强子但起负调控作用的顺式元件。静

止子与反式作用因子（蛋白质）结合后，使正调控系统失去作用。

三、转录的起始调节

（一）转录起始因子与起始复合物的装置 RNA 聚合酶需要先分别同 SL1 、 TF DⅡ 、

TF BⅢ 等一些转录起始因子结合，形成转录起始复合物（ initiation complex ）才能开始其转录活动。

转录因子都属于多蛋白复合物，是由 TATA 结合蛋白和各自独有的一套 TBP 相关因子组成 。

类型 II基因的转录因子 普遍性转录因子 : 作用于基本核心启动子如 TATA box 、 INR( 转录起始区 ) ，每种细胞类型都必需的，如TFIID/A/B/E/F/G/H/I等。

特异性转录因子 : 作用于转录起始复合物形成过程的靶分子和控制位点，含 DNA 特异性序列结合结构域和激活结构域 ( 有的两者都有 ) 。

普遍性转录因子的结构与功能 TFIID 的 TBP(TATA binding protein) 结构域结合启动子的TATA box ，促进其它转录因子的结合。 TFII I 结合 INR 。许多普遍性转录因子含有与RNA 聚合酶因子相似的结构域，识别特异启动子起始转录。

RNA pol.II 的结构与功能： CTD 结构域含 YSPTSPS 的重复单位 , 不同物种重复数不同， CTD 对转录活性是必需的，其 Ser/Thr 可以被不同程度磷酸化在转录起始与延伸中具有重要作用。

例： RNA 聚合酶Ⅱ 转录起始复合物的组装 第一步是转录因子 TF DⅡ 与 TATA框特

异性结合，形成 TF D-Ⅱ 启动子复合体，后者进而指导聚合酶Ⅱ和其他基本转录因子与启动子进行有序装配，最后形成一个稳定的起始复合物。

四、调控转录的反式作用因子 能识别或结合在顺式作用元件核心序列上参与调控靶基因转录效率的结合蛋白，称为反式作用因子。

（一）反式作用因子的结构特征 1 、 DNA识别或 DNA 结合结构域 2 、激活基因转录的功能结构域

3 、结合其他蛋白或调控蛋白的调节结构域

( 二 ) 序列特异性 DNA 结合蛋白的几种结构域 1．螺旋 - 转角 -螺旋结构 螺旋 - 转角 -螺旋

（ helix-turn-helix ）

2．锌指结构 锌指（ zinc finger ）是由一小群氨基酸与一个锌原子结合，在蛋白质中形成相对独立的一个结构域，故而得名 .

亮氨酸拉链结构 亮氨酸拉链（ leucine zipper ，ZIP ）结构也是转录因子 DNA 结合区的一种结构模式

4．螺旋 -环 -螺旋结构 螺旋 -环 -螺旋（ helix-loop-helix ， HLH ）是新近发现的一种 DNA 结合区的结构模式

多细胞真核生物的一些基因表达常受体内外激素（ hormone ）的控制，

五、真核基因表达的激素调节

1、激素（ hormone ）的调控基因转录（ 1）种类：甾类激素： 多肽激系（ 2）甾体激素作用机制 甾体激素与受体蛋白结合，与靶基因 DNA 上激素应答成分结合，再和其他因子协同作用来调控该基因的转录（如下图 ）。

六、 Britten-Davidson 模型

一） Britten-Davidson 调节模型 在个体发育期，许多基因可被协同调控，且重复序

列在调控中具有重要的作用。 参与调控的遗传因子：1 、受体位点，位于结构基因 5′ 端，可被激活因子激

活因子激活。2、整合基因，产生激活因子的基因。3、感受位点，接受生物体对基因表达调控的信号。

通过特定的激活因子可以同时控制不连锁但含用相应受体位点的多个结构基因协同表达。

含有相同受体位点的基因组成一组基因，类似原核生物的一个操纵子。

而整合基因类似于调节基因，但其转录受感受位点控制。

受体位点类似操纵基因，如果一个结构基因附近具有几个不同的受体位点，各个受体位点可以被特异的激活因子所识别，结构基因能在不同的情况下表达，也就是说一个结构基因可以属于几个不同的组（图 10-12B ）。

如果一个感受位点可控制几个整合基因，则可同时产生几种激活因子，使不同组的基因也能同时被激活而进行协同表达。

（二）重复序列在协同调控中的作用 真核生物基因表达的协同调控是多级别，也

是经济的调控方式，一种信号可以使不同的基因得到协同表达，其基础是整合基因、受体位点上具有重复序列。