真核基因表达调控--课件

真核基因表达与调控 Expression and Regulation of Eukaryotic GenesEvery cell in a multi-cellular eukaryote(多细胞真核生物)does not express all its genes all the time(usually only 3-5%)Long-term control of gene expression in tissue=differentiationControl of expression?Regulation at transcription Regulation after transcription=Post-transcription1ppt课件Roles of Eukaryotic RNA PolymerasesSensitivity of purifi ed RNA polymerases to a-amanitin2ppt课件Yeast RNA Polymerase II SubunitsFive subunitsRpb5,Rpb6,Rpb8,Rpb10,and Rpb12are found in all three yeast nuclear polymerases.3ppt课件Crystal structure of yeast RNA polymerase II.The stereo view at bottom shows all 10 subunits of the enzyme(lacking Rpb4 and Rpb7),color-coded according to the small diagram at the upper right.4ppt课件真核基因转录(EukaryoticTranscription)通用转录因子(General(General transcription transcription factors)factors)结合到启动子区域 (the promoter region).(the promoter region).RNA RNA polymerase polymerase II II then then binds binds to to the the promoter promoter to to begin transcription at the start site(+1).begin transcription at the start site(+1).特异转录因子(specific transcription factors)结合到 增强子(Enhancers)(Enhancers)增加转录速率决定基因的时间、空间特异性表达。决定基因的时间、空间特异性表达。1.转录激活因子转录激活因子2.转录抑制因子转录抑制因子5ppt课件Class II Promoters(recognized by RNA polymerase II)1.The core promoterThe core promoter attracts general transcription factors and RNA polymerase II at a basal level and sets the transcription start site and direction oftranscription.2.The proximal promoterThe proximal promoter helps attract general transcription factors and RNA polymerase and includes promoter elements that can extend from about 37 bp up to 250 bp upstream of the transcription start site.Elements of theproximal promoter also called upstream promoter elements.6ppt课件Class II Transcription Factors(mRNA s and snRNAs 转录因子转录因子)The general transcription factors combine with RNA polymeraseto form a preinitiation complex that is competent to initiate transcription.The class II preinitiation complex contains polymerase II and six general transcription factors named TFIIA,TFIIB,TFIID,TFIIE,TFIIF,and TFIIH.Structure and Function of TFIIDTFIID is a complex protein containing a TATA-boxbinding protein(TBP)and 13 core TBP-associated factors(TAFs)The TATA-Box-Binding Protein TBP The first polypeptide in the TFIID complex to be characterized,is highly evolutionarily conserved:Organisms as disparate as yeast,fruit flies,plants,and humans have TATA-box-binding domains that are more than 80%identical in amino acid sequence.7ppt课件8ppt课件1.靠近起始点的靠近起始点的TATA盒是真核生物启动子盒是真核生物启动子的核心序列的核心序列真真核核细细胞胞的的启启动动子子是是包包括括转转录录起起始始点点（transcription initiation site）在在内内的的、有有通通用用转转录录因因子子及及RNA聚聚合合酶酶组组装、结合的一段装、结合的一段DNA序列。序列。典典型型的的启启动动子子核核心心序序列列（core sequences）是是在在转转录录起起始始位位点点上上游游2535 bp处处，有有一一保保守守的的TATA序序列列，被被称称为为TATA盒盒（TATA box，真真核核细细胞胞的的TATA盒盒多多为为TATAAAA序序列列。TATA盒盒与与原原核核细细胞胞的的启启动动子子一一样样，对对RNA聚聚合合酶酶II的的转转录录起始位点起定位作用。起始位点起定位作用。9ppt课件Model for formation of the DABPolF complex.TFIIF binds to polymerase II and together they join the DAB complex.The result is the DABPolF complex.Polymerase II binds to DNA downstream of the binding sites for TFIID,A,and B,which center on the TATA box.10ppt课件Structure of the TBPTATA box complexTBP functions not only with polymerase II promoters that have a TATA box,but with TATA-less polymerase IIpromoters.It also functions with TATA less polymerase III promoters,and with TATA-less polymerase I promoters.11ppt课件A model for the participation of general transcription factors in initiation,promoter clearance,and elongation.(a)TBP(or TFIID),along with TFIIB,TFIIF,and RNA polymerase II form aminimal initiation complex.Addition of TFIIH,TFIIE,and ATP allows DNA melting at the initiator region and partial phosphorylation of the CTD of the largest subunit of RNA polymerase,allowing production of abortive transcripts,but the polymerase stalls at position 110 to 112.(b)With energy provided by ATP,the DNA helicase of TFIIH causes further unwinding of the DNA,releasing the stalled polymerase and allows it to clear the promoter.(c)With further phosphorylation of the polymerase CTD by TEFb andwith continuous addition of NTPs,the elongation complex continues elongating the RNA.TBP and TFIIB remain at the promoter.TFIIE and FIIH are not needed for elongation and dissociate from the elongationTBP:TATA Binding Protein12ppt课件Eukaryotic TranscriptionCoactivators(共激活因子）andmediators(调控子或介子)are also required for thefunctionoftranscriptionfactors.coactivators and mediators bind to transcription factors and bind to other parts of the transcription apparatus13ppt课件 TATA盒盒 CAAT盒盒 GC盒盒 增强子增强子 顺式作用元件顺式作用元件 结构基因结构基因-GCGC-CAAT-TATA转录起始转录起始真核生物启动子保守序列真核生物启动子保守序列14ppt课件模块模块 ModulesEnhancers(增强子增强子),silencers(沉默子沉默子)5 region,distal(远端远端)Basal Transcriptional Complex(基础转录复合物）基础转录复合物）15ppt课件u有有一一些些编编码码蛋蛋白白质质基基因因的的转转录录可可有有多多个个起起始始点点，可产生含不同可产生含不同5 末端的末端的mRNA。u它它们们不不含含TATA盒盒或或起起始始子子，多多在在起起始始位位点点上上游游约约100 bp内内含含有有20 50个个核核苷苷酸酸的的CG序序列列，被称做被称做CpG岛岛(CpG island)。u这这些些基基因因大大多多为为低低转转录录基基因因，编编码码中中间间代代谢谢酶酶的管家基因。的管家基因。16ppt课件 2.启动子中的上游元件协助真核基因调节启动子中的上游元件协助真核基因调节GC盒盒(GC box)(GGGCGG)CAAT盒盒(CAAT box)(GCCAAT)u启动子上游元件（启动子上游元件（upstream promoter elements）是一些位于是一些位于TATA盒上游的盒上游的DNA序列，与调节蛋白序列，与调节蛋白结合，调节通用转录因子与结合，调节通用转录因子与TATA盒的结合、盒的结合、RNA聚合酶与启动子的结合，以及转录起始复合物的形聚合酶与启动子的结合，以及转录起始复合物的形成，从而决定基因的转录效率与专一性。成，从而决定基因的转录效率与专一性。u常见的序列是：常见的序列是：17ppt课件(二）增强子决定基因的时空特异性表达二）增强子决定基因的时空特异性表达增强子（增强子（EnhancerEnhancer）是是能能够够结结合合特特异异基基因因调调节节蛋蛋白白，促促进进邻邻近近或或远远隔隔特特定定基基因因表表达达的的DNADNA序序列列；在在酵酵母母中中，被被称称为为上上游游活活化化序序列列（upstream activator sequences,UASsupstream activator sequences,UASs）。）。增强子的作用通常与其所处的位置和方向无关。增强子的作用通常与其所处的位置和方向无关。18ppt课件增增强强子子距距转转录录起起始始位位点点的的距距离离变变化化很很大大，从从100 nt到到50,000nt，甚甚至至更更大大。但但总总是是作作用用于于最最近近的的启动子。启动子。增强子所处位置增强子所处位置在在所所调调控控基基因因的的上上游游或或下下游游，但但主主要要位位于于上上游游。下下游游内内含含子子当当中中，乃乃至至下下游游最最后后外外显显子子以以外外的的序序列也可含有增强子。列也可含有增强子。很多哺乳动物基因受一个以上的增强子调控。很多哺乳动物基因受一个以上的增强子调控。19ppt课件（三）沉默子阻遏基因转录（三）沉默子阻遏基因转录沉默子沉默子(silencer)(silencer)是指某些真核基因转录调控区中抑制或阻遏基是指某些真核基因转录调控区中抑制或阻遏基因转录的一段因转录的一段DNADNA序列。沉默序列促进局部序列。沉默序列促进局部DNADNA的染色质形成致密结构，的染色质形成致密结构，从而阻止转录激活因子结合从而阻止转录激活因子结合DNADNA，是基因转录的负性调节因素。，是基因转录的负性调节因素。20ppt课件在在真真核核细细胞胞核核中中，有有许许多多蛋蛋白白质质能能够够帮帮助助RNA聚聚合合 酶酶 转转 录录 RNA。这这 类类 蛋蛋 白白 质质 统统 称称 转转 录录 因因 子子（transcription factors，TF）或或转转录录调调节节蛋蛋白白（transcription regulatory protein）。）。以以反反式式作作用用方方式式调调节节基基因因转转录录的的转转录录因因子子称称为为反反式式作作用用因因子子（trans-acting factor），以以顺顺式式作作用用方方式式调调节节基基因因转转录录的的转转录录因因子子称称为为顺顺式式作作用用蛋蛋白白（cis-acting protein）。反式作用因子和顺式作用蛋白是真核基因的转录调反式作用因子和顺式作用蛋白是真核基因的转录调节蛋白节蛋白21ppt课件cDNAaDNA反式调节反式调节C顺式调节顺式调节 mRNA C蛋白质蛋白质CBA mRNA蛋白质蛋白质AA22ppt课件Eukaryotic Chromosome StructureEukaryotic DNA is packaged into chromatin.Chromatin structure is directly related to the control of gene expression.Chromatin structure begins with the organization of the DNA into nucleosomes.Nucleosomes may block RNA polymerase II from gaining access to promoters.23ppt课件Eukaryotic Chromosome StructureMethylation(theadditionofCH3)ofDNAorhistoneproteinsisassociatedwiththecontrolofgeneexpression.Clusters of methylated cytosine nucleotidesbindtoaproteinthatpreventsactivatorsfrombindingtoDNA.Methylated histone proteins are associatedwithinactiveregionsofchromatin.24ppt课件 转录调节因子转录调节因子(TF)(TF)的结构的结构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25ppt课件转录因子含有不同的转录因子含有不同的DNADNA结合域结合域螺旋螺旋-转角转角-螺旋螺旋(Helix-Turn-Helix)是转录因子中的是转录因子中的常见的常见的DNA结合域结合域 同源域同源域(Homeodomain)结构结构与与HTH结构域类似结构域类似 锌指结构锌指结构是一类含锌离子的转录因子的是一类含锌离子的转录因子的DNA结合域结合域 亮氨酸拉链亮氨酸拉链（leucine zipper)结构结构域既可介导结合域既可介导结合DNA又可介导蛋白质二聚体化又可介导蛋白质二聚体化 碱性螺旋碱性螺旋-环环-螺旋结构域螺旋结构域（basic helix-loop-helix，bHLH)介导结合介导结合DNA和蛋白质二聚体化和蛋白质二聚体化 26ppt课件螺旋螺旋-转角转角-螺旋（螺旋（helix-turn-helixhelix-turn-helix，HTHHTH）27ppt课件含含Homeodomain 同源域的转录因子同源域的转录因子Homeodomains are DNA-binding domains found in a large family of activators.Their name comes from the gene regions,called homeoboxes,in which they are encoded.Home oboxes were first discovered in regulatory genes of the fruit fly Drosophila,called homeotic genes.The Antennapedia phenotype.Legs appear on the head where antennae would normally be.28ppt课件锌指结构锌指结构 Zinc FingersZinc fingers are composed of an antiparallelb-sheet,followed by an a-helix.The b-sheetcontains two cysteines,and the a-helix two histidines,that are coordinated to a zinc ion.This coordination of amino acids to the metal helps form the fi ngershaped structure.29ppt课件 亮氨酸拉链亮氨酸拉链（leucine zipper）既参与）既参与DNA结合又介导蛋白结合又介导蛋白质二聚体化质二聚体化Leu Leu Leu LeuLeu Leu Leu LeuDNA大沟大沟DNA大沟大沟This domain actually consists of two polypeptides,each of which contains half of the zipper:an a-helix with leucine(or other hydrophobic amino acid)residues spaced seven amino acids apart,so they are all on one face of the helix.The spacing of the hydrophobic amino acids on one monomer puts them in position to interact with a similar string of amino acids on the other protein monomer.In this way,the two helices act like the two halves of a zipper.The leucine zipper not only brings the two monomers together,it also places the two basic parts of the domain in position to grasp the DNA like a pair of forceps,or fireplace tongs,with the basic motifs fitting into the DNA major groove.30ppt课件 碱性螺旋碱性螺旋-环环-螺旋螺旋（basic helix-loop-helix，bHLH）结构参与结构参与DNA结合及蛋白质二聚体化结合及蛋白质二聚体化 The bHLH is remarkably similar to that of the bZIP domain.The helix-loop-helix part is the dimerization motif,but the long helix(helix 1)in each helix-loop-helix domain contains the basic region of the domain,which grips the DNA target via its major groove,just as the bZIP domain does.31ppt课件32ppt课件三、正调节占主导的真核基因表达三、正调节占主导的真核基因表达调控机制更加复杂调控机制更加复杂*不不同同的的DNA元元件件组组合合可可产产生生多多种种类类型型的的转转录录调调节节方式；方式；*多种转录因子又可结合相同或不同的多种转录因子又可结合相同或不同的DNA元件；元件；*转转录录因因子子与与DNA元元件件结结合合后后，对对转转录录激激活活过过程程所所产生的效果各异，有正调节或负调节之分。产生的效果各异，有正调节或负调节之分。33ppt课件基因表达的多级调控基因表达的多级调控:1.1.转录起始转录起始(Transcription initiation)(Transcription initiation)2.2.转录后加工转录后加工 (Posttranscriptional Processing(Posttranscriptional Processing3.mRNA 3.mRNA 降解降解 (mRNA Stability Control)(mRNA Stability Control)4.4.蛋白质合成蛋白质合成(Protein synthesis)(Protein synthesis)5.5.翻译后加工修饰翻译后加工修饰 (Posttranslation(Posttranslation Modification)Modification)6.6.蛋白质降解等蛋白质降解等 (Protein Degradation)(Protein Degradation)34ppt课件Control of gene expression at any of the stage35ppt课件Opportunities for gene expression control in the eukaryotic cell 36ppt课件37ppt课件真核基因表达的转录水平调控真核基因表达的转录水平调控Transcriptional Regulation of Eukaryotic Gene Expression38ppt课件 真核细胞基因开关的分子机制比原核复杂真核细胞基因开关的分子机制比原核复杂基本共同点：转录起始的调节是关键点基本共同点：转录起始的调节是关键点不同点：不同点：原核生物：原核生物：启动子在缺少转录因子情况下启动子在缺少转录因子情况下就具有天然活性就具有天然活性 真核生物：真核生物：强启动子在缺少调节蛋白的情强启动子在缺少调节蛋白的情况下往往没有活性况下往往没有活性 39ppt课件*真真核核基基因因及及其其调调控控区区域域受受到到染染色色质质结结构构的的限限制制，转转录录的的活活化化与转录调控区域、转录区域内染色质结构的变化相关。与转录调控区域、转录区域内染色质结构的变化相关。*主主要要是是正正调调控控。因因此此，每每个个真真核核细细胞胞基基因因需需要要转转录录激激活活因因子子才才能被转录；能被转录；*真真核核细细胞胞含含有有种种类类很很多多的的调调节节蛋蛋白白。单单一一启启动动子子可可以以受受分分散散在在DNADNA分子上、数量巨大的调节序列所控制。分子上、数量巨大的调节序列所控制。真核基因表达起始的调控和原核基因的主要不同：真核基因表达起始的调控和原核基因的主要不同：40ppt课件 一、转录起始调控发生在转录起始复合物的组装过程一、转录起始调控发生在转录起始复合物的组装过程A.基因活化蛋白与增强子或基因活化蛋白与增强子或UASsUASs的结合；的结合；B.通用转录因子在启动子处的组装；通用转录因子在启动子处的组装；C.辅辅助助激激活活子子(coactivator)(coactivator)在在通通用用转转录录因因子子/RNA/RNA聚聚合合酶酶IIII复复合合物物与与基基因因活化蛋白之间的辅助和中介作用。活化蛋白之间的辅助和中介作用。RNARNA聚合酶聚合酶IIII与启动子的结合、启动转录需要诸多蛋白质因子的与启动子的结合、启动转录需要诸多蛋白质因子的协同作用。通常包括：协同作用。通常包括：41ppt课件基基因因活活化化蛋蛋白白与与增增强强子子结结合合后后，通通过过与与全全酶酶复复合合体体中中的的中中介介子子相相互互反反应应，使使全全酶酶复复合合体体在在空空间间上上更更接接近启动子并有效组装。近启动子并有效组装。此此外外，多多数数全全酶酶复复合合体体中中缺缺少少一一些些通通用用转转录录因因子子，如如TFIID与与TFIIA，它它们们需需要要在在启启动动子子处处分分别别组组装装，最最后后形形成成稳稳定定的的转转录录起起始始复复合合物物(transcription initiation complex),启动转录。启动转录。42ppt课件TATA盒盒TF IIDRNA聚合酶聚合酶II通用转录因子通用转录因子转录方向转录方向中介子中介子活化蛋白活化蛋白活化蛋白活化蛋白增强子增强子增强子增强子DNATF IIA43ppt课件44ppt课件45ppt课件46ppt课件47ppt课件固固醇醇类类激激素素、甲甲状状腺腺激激素素、维维甲甲酸酸类类激激素素等等激激素素与与细细胞胞核核内内的的特特异异性性受受体体，即即特特异异基基因因调调节节蛋蛋白白结结合合，形形成成的的激激素素-受受体体复复合合物物结结合合到到DNA特特 定定 的的 基基 因因 调调 节节 序序 列列 激激 素素 反反 应应 元元 件件(hormone response elements,HREs)，再再通通过过与与其其他他调调节节因因子子的的相相互互作作用用，活活化化或或抑抑制制相相邻邻基基因因的表达。的表达。48ppt课件几种不同的激素反应元件几种不同的激素反应元件受体受体共同结合序列共同结合序列*男性激素（男性激素（Androgen）GG(A/T)ACAN2TGTTCT糖皮质激素糖皮质激素(Glucocorticoid)GGTACAN3TGTTCT维甲酸维甲酸(Retinoic acid)AGGTCAN5AGGTCA维生素维生素D(Vitamin D)AGGTCAN3AGGTCA甲状腺激素甲状腺激素(Thyroid hormone)AGGTCAN3AGGTCA类维生素类维生素A（Retinoid X）AGGTCANAGGTCANAGGTCANAGGTCA49ppt课件Posttranscriptional RegulationControl of gene expression usually involves the control of transcription initiation.But gene expression can be controlled after transcription,with mechanisms such as:RNA interference alternative splicing RNA editing mRNA degradation50ppt课件mRNA 5mRNA 5端加帽和端加帽和33端加尾修饰利于端加尾修饰利于mRNAmRNA稳定性和转运稳定性和转运二、转录后调控涉及修饰、剪接、编辑、定向转运二、转录后调控涉及修饰、剪接、编辑、定向转运多个环节多个环节除组蛋白外，所有真核细胞除组蛋白外，所有真核细胞mRNAmRNA都有都有5 5 端端“帽帽”和和3 3 端的端的Poly(A)Poly(A)尾结构尾结构 。51ppt课件5 5 加帽的作用：加帽的作用：有助于保护有助于保护mRNA免于被核糖核酸酶降解；免于被核糖核酸酶降解；5 帽帽结结合合蛋蛋白白复复合合体体参参与与mRNA和和核核糖糖体体的结合来起始翻译的结合来起始翻译。促进促进mRNA从细胞核运输到细胞质；从细胞核运输到细胞质；协协助助mRNA的的剪剪接接。在在剪剪接接第第一一个个外外显显子子时时，剪接体的形成需要帽结合蛋白的参与；剪接体的形成需要帽结合蛋白的参与；52ppt课件poly(A)尾尾可可结结合合一一种种或或多多种种特特殊殊蛋蛋白白，避避免免mRNA被被酶酶降降解解，并并在在翻翻译译过过程程中中具具有有重重要要作作用用。许许多多原原核核mRNA也也含含有有Poly(A)尾尾，但但是是此此尾尾的的功功能能是是促促进进mRNA降降解解，而而不不是是保护保护mRNA免于被降解。免于被降解。poly(A)尾的作用：尾的作用：53ppt课件三、三、可变性剪接可使初始转录本产生可变性剪接可使初始转录本产生不同的成熟不同的成熟 mRNA许许多多初初始始转转录录本本可可以以通通过过一一种种以以上上的的选选择择性性剪剪接接（alternative RNA splicing）方方式式，去去除除不不同同的的内内含含子子而被加工形成不同的而被加工形成不同的mRNAs，因而形成不同的多肽。，因而形成不同的多肽。54ppt课件Calcitonin:降血钙素降血钙素55ppt课件人视黄醛还原酶人视黄醛还原酶mRNA的选择性剪接的选择性剪接mRNAPre-mRNA同种异型同种异型mRNA56ppt课件初初始始转转录录本本含含有有所所有有选选择择性性加加工工途途径径所所需需要的分子信号。要的分子信号。一一种种细细胞胞偏偏好好何何种种选选择择性性加加工工途途径径取取决决于于加工因子加工因子RNA结合蛋白的特异性。结合蛋白的特异性。负调节：抑制蛋白质可以通过与原始转录本的结负调节：抑制蛋白质可以通过与原始转录本的结合来防止剪接复合体切除内含子序列。合来防止剪接复合体切除内含子序列。选择性剪接可以被正负调节分子调节：选择性剪接可以被正负调节分子调节：正调节：而不能正常剪接的剪接复合体可以在活正调节：而不能正常剪接的剪接复合体可以在活化蛋白的帮助下发挥剪接功能。化蛋白的帮助下发挥剪接功能。57ppt课件四、编辑加工可增加四、编辑加工可增加mRNA分子信息的内涵分子信息的内涵某些某些mRNAs在翻译前被编辑在翻译前被编辑(editing)。结果：转录后编辑过程插入了结果：转录后编辑过程插入了4个个U残基，从而残基，从而改变了转录本的翻译读码框。改变了转录本的翻译读码框。研研究究人人员员已已经经发发现现线线粒粒体体转转录录一一类类特特殊殊的的RNA分分子子，其其3 端端有有一一段段 poly(U),其其5 端端序序列列与与mRNAs被被编编辑辑的的区区域域互互补补，被被称称为为引引导导RNA（guide RNA）。引引导导RNA可可能能作作为为编编辑辑过过程程的的模模板板，并并将将其其3 端端的的U转移给被编辑的转移给被编辑的mRNAs。58ppt课件五、某些五、某些mRNA定位于细胞质的特殊区域定位于细胞质的特殊区域现象：一些现象：一些mRNA分子携带有信息，可以在翻分子携带有信息，可以在翻译开始前自我导向定位于细胞内的特定译开始前自我导向定位于细胞内的特定位置。位置。作用：在细胞的特定部位集中产生所需要的大作用：在细胞的特定部位集中产生所需要的大量蛋白质。量蛋白质。59ppt课件机机制制：导导向向信信号号存存在在于于mRNA的的3 端端非非翻翻译译区区（3 untranslated region,3 UTR）mRNA被被连连接接在在附附着着于于细细胞胞骨骨架架上上的的动动力力蛋蛋白白（motor proteins）上上，利利用用其其水水解解ATP所所提提供供的的能能量量沿沿着着骨骨架架成成分分朝朝目目的的方方向向移移动动，最最终终在在目目的的地地被被锚锚蛋蛋白白（anchor proteins）固定。）固定。mRNA在细胞浆中随机扩散并被不断地降解，只有在细胞浆中随机扩散并被不断地降解，只有碰上锚蛋白才能得到保护。碰上锚蛋白才能得到保护。mRNA通通过过在在细细胞胞浆浆中中的的随随机机扩扩散散，在在其其定定位位处处被被锚蛋白捕捉、固定。锚蛋白捕捉、固定。第二种情况第二种情况第三种情况第三种情况第一种情况第一种情况60ppt课件功功能能：降降解解途途径径保保证证mRNA不不在在细细胞胞中中累累积积并并避免合成过多的蛋白质。避免合成过多的蛋白质。不同真核基因的不同真核基因的mRNA的降解速率大不相同。的降解速率大不相同。暂暂时时需需要要的的基基因因产产物物：半半衰衰期期可可能能仅仅为为几几分分钟钟、甚至几秒钟。甚至几秒钟。经经常常需需要要的的基基因因产产物物：其其mRNA 可可在在多多代代细细胞胞中稳定存在。中稳定存在。六、通过改变六、通过改变mRNAmRNA分子的稳定性调控基因表达分子的稳定性调控基因表达 61ppt课件Poly(A)的逐渐短缩：最常见的途径的逐渐短缩：最常见的途径vmRNA分分子子一一旦旦进进入入细细胞胞质质中中，核核酸酸外外切切酶酶会会使使Poly(A)末末端端逐逐步步短短缩缩，当当剩剩下下约约30个个A时时，5 端发生脱帽，端发生脱帽，mRNA分子被迅速降解。分子被迅速降解。v一一些些mRNA分分子子的的3 UTR的的特特殊殊序序列列有有助助于于特特殊殊蛋白质的结合，增加或降低蛋白质的结合，增加或降低Poly(A)短缩的速度。短缩的速度。真核细胞真核细胞mRNAmRNA降解有两种途径，是由每种降解有两种途径，是由每种mRNAmRNA分子的序列所决定分子的序列所决定。62ppt课件v可可将将Poly(A)直直接接从从mRNA分分子子上上切切除除。这这种种切切除除也也有有赖赖于于mRNA分分子子的的3 UTR特特殊殊序列可以被内切酶识别。序列可以被内切酶识别。另一个途径始于特殊内切酶的作用另一个途径始于特殊内切酶的作用 转转铁铁蛋蛋白白受受体体(transferrin receptor,TfR)mRNA分分子子 3 UTR颈颈环环（stem-loop）结结构构铁反应元件铁反应元件(iron-response element，IRE)。例如：例如：63ppt课件The Iron-responsive elementIron-responsive element(IREIRE)is a short conserved stem-loop which is bound by iron response proteins(IRPs,also named IRE-BP or IRBP).The IRE is found in UTRs(untranslated regions)of various mRNAs whose products are involved in iron metabolism.For example,the mRNA of ferritin(an iron storage protein)contains one IRE in its 5 UTR.When iron concentration is low,IRPs bind the IRE in the ferritin mRNA and cause reduced translation rates.In contrast,binding to multiple IREs in the 3 UTR of the transferrin receptor(involved in iron acquisition)leads to increased mRNA stability.All cells use some ironiron,and must get it from the circulating blood.Since iron is tightly bound to transferrintransferrin,cells have receptors for transferrin-iron complexes on their surfaces.These receptors engulf and internalize both the protein and the iron attached to it.Once inside,the cell transfers the iron to ferritinferritin,the internal iron storage molecule.64ppt课件Iron-responsive elements(IREs)are contained within the mRNA sequences that code for transferrin receptors and ferritin.IRS-binding protein(IRE-BP)binds to these mRNA sequences.On its own,the IRE-BP binds to the IREs of ferritin and transferrin receptor mRNA.But,when iron binds to the IRE-BP,the IRE-BP changes shape that the IRE-BPs can no longer bind the ferritin mRNA.This liberates the mRNA to direct the cell to make more ferritin.In other words,when there is high iron in the cell,the iron itself causes the cell to produce more iron storage molecules.65ppt课件 IRE-BP对转铁蛋白受体对转铁蛋白受体mRNA稳定性的调节稳定性的调节低铁状态低铁状态转铁蛋白受体转铁蛋白受体mRNA5编码区编码区活化的活化的IRE-BP3Poly(A)n翻译翻译TfR蛋白蛋白IRE高铁状态高铁状态转铁蛋白受体转铁蛋白受体mRNA5编码区编码区铁铁失活的失活的IRE-BP3Poly(A)nmRNA降解降解IRE66ppt课件（七）（七）mRNA分子细胞质中添加分子细胞质中添加Poly(A)控制蛋白翻译控制蛋白翻译在在一一些些情情况况下下，特特殊殊的的Poly(A)尾尾端端可可以以在细胞浆得以延伸。在细胞浆得以延伸。例：正在成熟中的卵母细胞与卵细胞例：正在成熟中的卵母细胞与卵细胞 一一些些存存在在于于细细胞胞浆浆的的mRNA分分子子的的3末末端端只只有有1030个个腺腺苷苷酸酸（A），它它们们并并不不翻翻译译。在在卵卵母母细细胞胞成成熟熟和和受受精精后后的的一一个个特特定定时时段段，当当需需要要这这些些mRNA所所编编码码的的蛋蛋白白质质时时，Poly(A)被被添添加加到到这这些些选选定定的的mRNA分分子，大大促进它们翻译的开始。子，大大促进它们翻译的开始。67ppt课件八、无义变化介导的八、无义变化介导的mRNA降解是真核降解是真核mRNA的监视系统的监视系统无义变化介导的无义变化介导的mRNA降解降解(Nonsense-mediated mRNA decay,NMD）当当在在同同一一阅阅读读框框架架内内的的翻翻译译终终止止密密码码子子UAA、UAG或或UGA提提前前出出现现在在最最后后两两个个外外显显子子交交界界处处上上游游约约50 nt处处时时，mRNA被被迅迅速速降降解解。这这些些错错位位终终止止密密码码子子被被称称为为成成熟熟前前终终止止密密码码子子（premature termination codons,PTC），可可以以来自突变、重组、不完全或不正确剪接。来自突变、重组、不完全或不正确剪接。68ppt课件无义变化介导的无义变化介导的mRNA的降解的降解69ppt课件功能：功能：v可可以以使使某某些些异异常常的的mRNA在在被被有有效效地地翻翻译译成成蛋蛋白白质质前前得得到到清清除除，这这个个mRNA监监视视系系统统可可以以防防止非正常截短的蛋白质的合成止非正常截短的蛋白质的合成。vNMD在在进进化化过过程程中中发发挥挥了了重重要要作作用用，使使真真核核细细胞胞更更容容易易探探究究由由于于DNA重重排排、突突变变或或不不同同剪剪接接方式所形成的新基因。方式所形成的新基因。v免免疫疫系系统统细细胞胞的的发发育育过过程程中中也也很很重重要要，重重排排基基因因产产生生的的这这类类mRNA被被NMD系系统统迅迅速速降降解解，避避免了截短蛋白质的细胞毒作用。免了截短蛋白质的细胞毒作用。70ppt课件九、九、RNARNA干涉是一种基因转录后沉默机制干涉是一种基因转录后沉默机制 RNARNA干涉干涉 在在高高等等真真核核生生物物中中发发现现有有一一类类小小RNAs(small RNAs)介介导导的的特特殊殊基基因因的的沉沉默默。这这是是由由于于此此类类小小RNAs与与mRNAs（经经常常是是3 UTR）相相互互作作用用，导导致致mRNA降降解解或或者者翻翻译译抑抑制制，使使mRNA及其相应基因无法表达而沉默（及其相应基因无法表达而沉默（silencing）。）。控控制制至至少少某某些些生生物物体体的的适适时时发发育育。它它也也是是一一种种保保护护生生物物体体免免受受RNA病病毒毒侵侵袭袭和和控控制制转转座座子子活活性的机制性的机制。功能：功能：71ppt课件700bp左右左右RNA前体前体配对碱基配对碱基DICER2025bpmiRNA5RISC靶靶mRNA未配对区域未配对区域靶靶mRNA降解降解导入的双链导入的双链RNA片段片段siRNARDE-1DICERRISCRISCRISC5靶靶mRNA靶靶mRNA被核酸被核酸内切酶切割内切酶切割靶靶mRNA被核酸被核酸外切酶降解外切酶降解 miRNA 与与siRNA使靶使靶mRNA沉默机制沉默机制72ppt课件PosttranscriptionalRegulationRNA RNA interferenceinterference involves the use of small RNA moleculesThe enzyme DicerDicer chops double stranded RNA into small pieces of RNA micro-RNAsmicro-RNAs bind to complementary RNA to prevent translation small interfering RNAssmall interfering RNAs degrade particular mRNAs before translation73ppt课件一、翻译起始因子一、翻译起始因子eIF-2eIF-2的磷酸化调节蛋白质的磷酸化调节蛋白质翻译翻译活活化化的的蛋蛋白白质质激激酶酶通通过过磷磷酸酸化化激激活活翻翻译译起起始始因子因子eIF-2（eukaryotic initiation factor，eIF-2）。）。74ppt课件二、二、55端或端或33端非翻译区特异端非翻译区特异RNARNA结合蛋白介结合蛋白介导蛋白质翻译负调控导蛋白质翻译负调控一一些些转转录录抑抑制制蛋蛋白白质质结结合合到到mRNA的的5 端端抑抑制制转转录录起起始始，而而另另一一些些抑抑制制蛋蛋白白质质则则识识别别特特殊殊mRNA分分子子的的3 UTR，通通过过干干扰扰3 Poly(A)尾与尾与5 端帽的联络而减少翻译的启动。端帽的联络而减少翻译的启动。75ppt课件三、真核三、真核mRNA不同翻译起始点的调控不同翻译起始点的调控 易易遗遗漏漏扫扫描描：当当不不利利于于识识别别时时，扫扫描描的的核核糖糖体体小小亚亚基基有有时时可可以以无无视视第第一一个个AUG而而滑滑向向第第二二个个，甚甚至至第第三三个个AUG，这这种种现现象象被被称称为为易易遗遗漏漏扫扫描描（leaky scanning），可可以以使使一一个个mRNA分分子子产产生生两两个个或或更更多多仅仅氨氨基基末末端端不不同同的的相相关关的的蛋蛋白白质质。在在一一些些情情况况下下，细细胞胞可可以以通通过过易易遗遗漏漏扫扫描描调调节节这这些些不不同同长长度度蛋蛋白白质质的的相对丰度。相对丰度。76ppt课件v上上游游开开放放阅阅读读框框架架（upstream open reading frames,uORFs）：在在有有些些mRNA 分分子子中中，起起始始密密码码子子AUG的的上上游游（5 UTR）有有一一个个或或几几个个AUG，这这些些上上游游开开放放阅阅读读框框架架与与正正常常的的开开放放阅阅读读框框架架多多不不一一致致，翻翻译译后后很很快快会会遇遇到到终终止止密密码码子子而而释出无功能的多肽。释出无功能的多肽。意意义义:在在于于其其调调节节功功能能，它它们们的的AUG可可以以与与正正常常起起始始密密码码子子AUG竞竞争争扫扫描描核核糖糖体体起起始始复复合合物物，翻翻译译无无功功能能的的多多肽肽而而使使正正常常翻翻译译维维持持在较低水平。在较低水平。77ppt课件