中山大学分子生物学课件

四、真核生物的基因转录及其调控四、真核生物的基因转录及其调控2.真核真核RNA聚合酶识别的启动子聚合酶识别的启动子nRNA聚合酶聚合酶I识别的启动子（识别的启动子（I类启动子，类启动子，class I promoters）nRNA聚合酶聚合酶II识别的启动子（识别的启动子（II类启动子，类启动子，class II promoters）nRNA聚合酶聚合酶III识别的启动子（识别的启动子（III类启动类启动子，子，class III promoters）四、真核生物的基因转录及其调控2.真核RNA聚合酶识别的启1四、真核生物的基因转录及其调控四、真核生物的基因转录及其调控2.真核真核RNA聚合酶识别的启动子聚合酶识别的启动子（1）RNA聚合酶聚合酶II识别的启动子（识别的启动子（II类启动子，类启动子，class II promoters）n与原核基因的启动子最相似与原核基因的启动子最相似n可含有四类元件，前三类是核心启动子（可含有四类元件，前三类是核心启动子（core promoter）的元件）的元件nTATA区（区（TATA box）n起始子（起始子（initiator）n下游元件（下游元件（downstream element）n上游元件（上游元件（upstream element）四、真核生物的基因转录及其调控2.真核RNA聚合酶识别的启2Class II promoterCore promoterClass II promoterCore promoter3四、真核生物的基因转录及其调控四、真核生物的基因转录及其调控2.真核真核RNA聚合酶识别的启动子聚合酶识别的启动子（1）RNA聚合酶聚合酶II识别的启动子识别的启动子nTATA区（区（the TATA box）n位于转录起始位点上游约位于转录起始位点上游约25 bp（以中部计，（以中部计，在酵母中可达在酵母中可达50 70 bp），共同序列为），共同序列为TATAAAA（in the nontemplate strand,similar to prokaryotic-10 box）n功能：功能：确定转录起始位点（一般是确定转录起始位点（一般是TATA区区的第一个核苷酸后的第一个核苷酸后30 bp）；有时甚至是决）；有时甚至是决定整个启动子是否有作用定整个启动子是否有作用四、真核生物的基因转录及其调控2.真核RNA聚合酶识别的启4四、真核生物的基因转录及其调控四、真核生物的基因转录及其调控2.真核真核RNA聚合酶识别的启动子聚合酶识别的启动子（1）RNA聚合酶聚合酶II识别的启动子识别的启动子nTATA区（区（the TATA box）n有些基因的有些基因的TATA区序列与其共同序列相差区序列与其共同序列相差较大，而只在某些类型的细胞中才表达的较大，而只在某些类型的细胞中才表达的基因则有明显的基因则有明显的TATA区区n有些基因甚至没有有些基因甚至没有TATA区区n看家基因（看家基因（housekeeping genes）n控制发育的基因控制发育的基因四、真核生物的基因转录及其调控2.真核RNA聚合酶识别的启5四、真核生物的基因转录及其调控四、真核生物的基因转录及其调控2.真核真核RNA聚合酶识别的启动子聚合酶识别的启动子（1）RNA聚合酶聚合酶II识别的启动子识别的启动子n起始子（起始子（initiator）n转录起始位点前后的保守序列转录起始位点前后的保守序列n共同序列为：共同序列为：PyPyANT/APyPynPy:pyrimidinenN:any nucleotidenA:transcription start pointn有些基因仅有起始子序列作为其启动子有些基因仅有起始子序列作为其启动子四、真核生物的基因转录及其调控2.真核RNA聚合酶识别的启6四、真核生物的基因转录及其调控四、真核生物的基因转录及其调控2.真核真核RNA聚合酶识别的启动子聚合酶识别的启动子（1）RNA聚合酶聚合酶II识别的启动子识别的启动子n下游元件（下游元件（downstream element）n某些基因的启动子中存在某些基因的启动子中存在n位于转录起始位点下游，无共同序列位于转录起始位点下游，无共同序列四、真核生物的基因转录及其调控2.真核RNA聚合酶识别的启7四、真核生物的基因转录及其调控四、真核生物的基因转录及其调控2.真核真核RNA聚合酶识别的启动子聚合酶识别的启动子（1）RNA聚合酶聚合酶II识别的启动子识别的启动子n上游元件（上游元件（upstream element）n在在TATA区的上游区的上游nGC boxes：富含富含G和和C，如，如GGGCGG（-47 -61 region,in the coding strand）和）和CCGCCC（-80 -105 region），可有），可有2个或更多的个或更多的拷贝拷贝nCCAAT box：共同序列为共同序列为CCAAT四、真核生物的基因转录及其调控2.真核RNA聚合酶识别的启8四、真核生物的基因转录及其调控四、真核生物的基因转录及其调控2.真核真核RNA聚合酶识别的启动子聚合酶识别的启动子（2）RNA聚合酶聚合酶I识别的启动子（识别的启动子（I类启动子，类启动子，class I promoters）n变化较变化较II类启动子大，无甚保守序列（即随类启动子大，无甚保守序列（即随物种而异）物种而异）n有一定的结构特征有一定的结构特征n核心元件（核心元件（core element），转录必不可少），转录必不可少n上游控制元件（上游控制元件（upstream control element,UCE），高效转录所需），高效转录所需n核心元件与上游控制元件之间的距离很重要核心元件与上游控制元件之间的距离很重要四、真核生物的基因转录及其调控2.真核RNA聚合酶识别的启9Promoter elements in the human rRNA gene核心元件（core element）上游控制元件（upstream control element,UCE）Promoter elements in the human10Effect of spacing of the two rRNA promoter elementsEffect of spacing of the two r11四、真核生物的基因转录及其调控四、真核生物的基因转录及其调控2.真核真核RNA聚合酶识别的启动子聚合酶识别的启动子（3）RNA聚合酶聚合酶III识别的启动子（识别的启动子（III类启动子，类启动子，class III promoters）n位于基因内部位于基因内部n5S rRNA基因（基因（+50 +83）ntRNA基因基因n位于基因外部，类似位于基因外部，类似RNA聚合酶聚合酶II识别的启动识别的启动子（含子（含TATA box）nU6 snRNA基因基因n7SL RNA基因基因n7SK RNA基因基因四、真核生物的基因转录及其调控2.真核RNA聚合酶识别的启12Class III genes with internal promotersVA RNA:virus-associated RNAClass III genes with internal 13四、真核生物的基因转录及其调控四、真核生物的基因转录及其调控3.增强子与沉默子（增强子与沉默子（enhancers and silencers）（1）增强子）增强子n能增强转录的元件，但又不是启动子的能增强转录的元件，但又不是启动子的一部分（无位置、方向的限制）一部分（无位置、方向的限制）n增强子常在启动子的上游，但也可以在增强子常在启动子的上游，但也可以在基因内部（如内含子中）基因内部（如内含子中）四、真核生物的基因转录及其调控3.增强子与沉默子（enha14SV40 virus early control regionEnhancerGC boxesSV40 virus early control regio15Effects of deletions in the immunoglobulin 2b H-chain enhancerEffects of deletions in the im16The enhancer is orientation-and position-independentThe enhancer is orientation-a17四、真核生物的基因转录及其调控四、真核生物的基因转录及其调控3.增强子与沉默子（增强子与沉默子（enhancers and silencers）（1）沉默子）沉默子n能抑制基因转录的元件，可远距离（无位能抑制基因转录的元件，可远距离（无位置、方向的限制）影响（抑制）基因的转置、方向的限制）影响（抑制）基因的转录录n沉默子的作用机制是通过影响染色质的结沉默子的作用机制是通过影响染色质的结构（使其变得致密），从而使邻近的基因构（使其变得致密），从而使邻近的基因不能转录不能转录四、真核生物的基因转录及其调控3.增强子与沉默子（enha18四、真核生物的基因转录及其调控四、真核生物的基因转录及其调控3.增强子与沉默子（增强子与沉默子（enhancers and silencers）（1）沉默子）沉默子n增强子与沉默子有时可以是同一增强子与沉默子有时可以是同一DNA元件元件（取决于什么蛋白质因子与其结合）（取决于什么蛋白质因子与其结合）n甲状腺素应答元件（甲状腺素应答元件（the thyroid hormone response element）n 只与甲状腺素受体结合，是一沉默子只与甲状腺素受体结合，是一沉默子n与甲状腺素受体及其配体（甲状腺素）结合，是与甲状腺素受体及其配体（甲状腺素）结合，是一增强子一增强子四、真核生物的基因转录及其调控3.增强子与沉默子（enha19四、真核生物的基因转录及其调控四、真核生物的基因转录及其调控4.真核生物的通用转录因子真核生物的通用转录因子n真核真核RNA聚合酶光靠自身不能与启动子结聚合酶光靠自身不能与启动子结合，它们需要转录因子（主要是蛋白质）合，它们需要转录因子（主要是蛋白质）的协助的协助n转录因子有两类转录因子有两类n通用转录因子（通用转录因子（general transcription factors）n基因特异转录因子（基因特异转录因子（gene-specific transcription factors）四、真核生物的基因转录及其调控4.真核生物的通用转录因子20四、真核生物的基因转录及其调控四、真核生物的基因转录及其调控4.真核生物的通用转录因子真核生物的通用转录因子n通用转录因子能使聚合酶结合到启动子上，通用转录因子能使聚合酶结合到启动子上，形成预起始复合物（形成预起始复合物（preinitiation complex），包括形成开启的启动子复合物），包括形成开启的启动子复合物（open promoter complex），但只能导致），但只能导致基础水平的转录基础水平的转录四、真核生物的基因转录及其调控4.真核生物的通用转录因子21四、真核生物的基因转录及其调控四、真核生物的基因转录及其调控4.真核生物的通用转录因子（真核生物的通用转录因子（general transcription factors）（1）II类因子（类因子（class II factors）nPolymerase II 转录所需的通用转录因子转录所需的通用转录因子nII类预起始复合物类预起始复合物n包含有包含有RNA聚合酶聚合酶II及及6种通用转录因子：种通用转录因子：TFIIA、TFIIB、TFIID、TFIIE、TFIIF和和TFIIH四、真核生物的基因转录及其调控4.真核生物的通用转录因子（22四、真核生物的基因转录及其调控四、真核生物的基因转录及其调控4.真核生物的通用转录因子真核生物的通用转录因子（1）II类因子（类因子（class II factors）nTFIID在在TFIIA的协助下，首先结合到的协助下，首先结合到TATA box，形成，形成DA复合物，然后复合物，然后TFIIB再结合上去再结合上去nTFIIF协助协助polymerase II 结合到结合到DNA链上（链上（-34 +17区域）区域）nTFIIE、TFIIH结合到复合体中，形成结合到复合体中，形成DABPolFEH预起始复合物预起始复合物四、真核生物的基因转录及其调控4.真核生物的通用转录因子23Formation of the DABPolF ComplexFormation of the DABPolF Compl24Assembly of the RNA Pol II transcription initiation complexAssembly of the RNA 25四、真核生物的基因转录及其调控四、真核生物的基因转录及其调控4.真核生物的通用转录因子真核生物的通用转录因子（1）II类因子（类因子（class II factors）nTFIID的结构及功能的结构及功能nTFIID本身是一个复合物，含本身是一个复合物，含1个个TATA box结合蛋白（结合蛋白（TATA box-binding protein,TBP）和）和8 10个个TBP相联因子（相联因子（TBP-associated factors,TAFs,or TAFIIs）四、真核生物的基因转录及其调控4.真核生物的通用转录因子26四、真核生物的基因转录及其调控四、真核生物的基因转录及其调控4.真核生物的通用转录因子真核生物的通用转录因子（1）II类因子（类因子（class II factors）nTATA box结合蛋白（结合蛋白（TBP）n序列非常保守的一种蛋白质（约序列非常保守的一种蛋白质（约38 kD），），包含包含180个氨基酸的羧基末端，该末端是个氨基酸的羧基末端，该末端是TATA box结合域（结合域（binding domain）nTBP 是马鞍形的，结合到是马鞍形的，结合到DNA双螺旋的双螺旋的小沟上，能使小沟上，能使TATA box弯曲弯曲80四、真核生物的基因转录及其调控4.真核生物的通用转录因子27四、真核生物的基因转录及其调控四、真核生物的基因转录及其调控4.真核生物的通用转录因子真核生物的通用转录因子（1）II类因子（类因子（class II factors）nTBP相联因子（相联因子（TAFIIs）n至少有至少有8种，序列上也相当保守种，序列上也相当保守n主要功能：促进转录主要功能：促进转录n与启动子的元件相互作用（起始子、下游元件）与启动子的元件相互作用（起始子、下游元件）n与基因特异转录因子相互作用与基因特异转录因子相互作用nTAFIIs中的中的TAFII250还有酶的功能，如作为组还有酶的功能，如作为组蛋白乙酰转移酶蛋白乙酰转移酶四、真核生物的基因转录及其调控4.真核生物的通用转录因子28TFIID:TATA box-binding protein(TBP)and TBP-associated factors(TAFIIs)TFIID:TATA box-binding 29Relationships among the TAFIIs of fruit flies,humans,and yeastRelationships among 30Activities of TBP and TFIID on four different promotersActivities of TBP and 31Model for the interaction between TBP and TATA-containing or TATA-less promotersModel for the 32四、真核生物的基因转录及其调控四、真核生物的基因转录及其调控4.真核生物的通用转录因子真核生物的通用转录因子（1）II类因子（类因子（class II factors）nTFIIA与与TFIIB的结构及功能的结构及功能nTFIIAn在酵母中有在酵母中有2个亚基，在果蝇和人中有个亚基，在果蝇和人中有3个亚基个亚基n TFIIA可以看成是一种可以看成是一种TAFII（与（与TBP结合，能结合，能稳定稳定TFIID与启动子之间的结合）与启动子之间的结合）n在体外体系中，在体外体系中，TFIIA并非必不可少并非必不可少四、真核生物的基因转录及其调控4.真核生物的通用转录因子33四、真核生物的基因转录及其调控四、真核生物的基因转录及其调控4.真核生物的通用转录因子真核生物的通用转录因子（1）II类因子（类因子（class II factors）nTFIIA与与TFIIB的结构及功能的结构及功能nTFIIBn单亚基的因子（单亚基的因子（35 kD）n能把能把TFIID与与TFIIF/Pol II相连在一起，即是聚合相连在一起，即是聚合酶酶II结合到预起始复合物所必需的结合到预起始复合物所必需的n能与一些基因特异转录因子相互作用，促进转录能与一些基因特异转录因子相互作用，促进转录四、真核生物的基因转录及其调控4.真核生物的通用转录因子34四、真核生物的基因转录及其调控四、真核生物的基因转录及其调控4.真核生物的通用转录因子真核生物的通用转录因子（1）II类因子（类因子（class II factors）nTFIIF的结构及功能的结构及功能n由由2条多肽构成：条多肽构成：RAP30与与RAP70（RAP stands for RNA polymerase II-associated protein）；）；RAP30与与E.coli的的 因子有一定的同源性，能使因子有一定的同源性，能使TFIIF结合到结合到Pol IInTFIIF与与Pol II结合后，能减少聚合酶与结合后，能减少聚合酶与DNA之间之间非特异的相互作用，引导聚合酶到已结合有非特异的相互作用，引导聚合酶到已结合有TFIID、TFIIA和和TFIIB的启动子上的启动子上四、真核生物的基因转录及其调控4.真核生物的通用转录因子35四、真核生物的基因转录及其调控四、真核生物的基因转录及其调控4.真核生物的通用转录因子真核生物的通用转录因子（1）II类因子（类因子（class II factors）nTFIIE和和TFIIH的结构及功能的结构及功能nTFIIEn有有2个亚基（个亚基（56 kD,34 kD），每个亚基），每个亚基在在TFIIE中都有中都有2个拷贝（总分子量约为个拷贝（总分子量约为200 kD）n能结合到能结合到DABPolF的复合体上，对转录的复合体上，对转录有促进作用有促进作用四、真核生物的基因转录及其调控4.真核生物的通用转录因子36中山大学分子生物学课件37四、真核生物的基因转录及其调控四、真核生物的基因转录及其调控4.真核生物的通用转录因子真核生物的通用转录因子（1）II类因子（类因子（class II factors）nTFIIE和和TFIIH的结构及功能的结构及功能nTFIIHn最后一个结合到预起始复合物的通用转录因子，最后一个结合到预起始复合物的通用转录因子，结构、功能均复杂结构、功能均复杂n功能之一是使功能之一是使Pol II最大一个亚基的羧基末端域最大一个亚基的羧基末端域（CTD）磷酸化，即使）磷酸化，即使Pol IIA变为变为Pol IIO，从，从而导致转录起始到转录延伸过渡而导致转录起始到转录延伸过渡n具有具有DNA解螺旋酶（解螺旋酶（helicase）的活性，这是聚）的活性，这是聚合酶离开启动子往前转录（合酶离开启动子往前转录（promoter clearance）所需的）所需的四、真核生物的基因转录及其调控4.真核生物的通用转录因子38中山大学分子生物学课件39四、真核生物的基因转录及其调控四、真核生物的基因转录及其调控4.真核生物的通用转录因子真核生物的通用转录因子（1）II类因子（类因子（class II factors）n延伸因子（延伸因子（elongation factors）nTFIISn能促进转录延伸，阻止聚合酶在转录能促进转录延伸，阻止聚合酶在转录过程中较长时间的暂停过程中较长时间的暂停nTFIIFn也有阻止聚合酶短暂停止的功能也有阻止聚合酶短暂停止的功能四、真核生物的基因转录及其调控4.真核生物的通用转录因子40四、真核生物的基因转录及其调控四、真核生物的基因转录及其调控4.真核生物的通用转录因子真核生物的通用转录因子（1）II类因子（类因子（class II factors）nRNA聚合酶聚合酶II的全酶（的全酶（the polymerase II holoenzyme）n RNA聚合酶聚合酶II的所有亚基的所有亚基+部分通用转录部分通用转录因子因子+其他一些蛋白质因子其他一些蛋白质因子四、真核生物的基因转录及其调控4.真核生物的通用转录因子41