第9章+真核生物基因表达的调控教学课件

原核生物原核生物真核生物真核生物基因组小基因组小基因组大基因组大,人类基因组全长人类基因组全长3109bp编编码码3万个基因万个基因,其余为重复序列等其余为重复序列等基因分布在同一染色体上，基因分布在同一染色体上，操纵子控制。操纵子控制。DNA与组蛋白结合成核小体与组蛋白结合成核小体,核核小体的状态及其超螺旋结构影小体的状态及其超螺旋结构影响基因表达响基因表达;以正调控为主，有多个调控序列，须以正调控为主，有多个调控序列，须有多个激活物同时作用调节基因转录有多个激活物同时作用调节基因转录转转录录和和翻翻译译同同时时进进行行,大大部部分分为转录水平调控。为转录水平调控。转转录录和和翻翻译译在在时时间间和和空空间间上上均均不不同同，从从DNA到到蛋蛋白白质质的的各各层层次次上上都都有有调调控控，但但多多数为转录水平调控数为转录水平调控操纵子调控操纵子调控单细胞单细胞多样化调控，更为复杂。多样化调控，更为复杂。多为多细胞，受环境影响小多为多细胞，受环境影响小真核生物与原核生物的调控差异真核生物与原核生物的调控差异正负调控同等重要正负调控同等重要7/12/20241基因组结构基因组结构低等生物低等生物高等真核高等真核生物生物7/12/20242核小体结构如图所示核小体结构如图所示:7/12/202437/12/20244DNA水平水平基因丢失基因丢失基因扩增基因扩增基因重排基因重排甲基化修饰甲基化修饰染色质的结构状态染色质的结构状态RNA水平水平转录水平调控转录水平调控RNA的转录后加工的转录后加工mRNA转运转运mRNA稳定性稳定性蛋白质蛋白质水水平平翻译过程翻译过程翻译后加工翻译后加工蛋白质的稳定性蛋白质的稳定性真核生物基因表达的调控：真核生物基因表达的调控：7/12/202451、基因丢失基因丢失一、染色体水平的调控一、染色体水平的调控马蛔虫（马蛔虫（Parascaris equoorum）（）（2n=2）7/12/202467/12/20247非非洲洲爪爪蟾蟾的的染染色色体体上上有有约约450拷拷贝贝编编码码18SrRNA和和28SrRNA的的DNA，在在卵卵母母细细胞胞中中它它们们的的拷拷贝贝数数扩扩大大了了1000倍倍.一一旦旦卵卵母母细胞胞成成熟熟，多多余余的的rDNA就就没没有有用用了了，将被逐将被逐渐降解。降解。2、基因扩增、基因扩增（amplification）基因扩增基因扩增是指某些基因的拷贝数专一性大量增加的是指某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象，它使细胞在短期内产生大量的基因产物以满足现象，它使细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是基因活性调控的一种方式。生长发育的需要，是基因活性调控的一种方式。多线染色体（多线染色体（polytennechromosomes）DNA可以特异扩增上千倍，而在异染区附近只可以特异扩增上千倍，而在异染区附近只可复制几次。可复制几次。7/12/20248基因组序列的选择性扩增基因组序列的选择性扩增1.dhfr 基因 氨甲喋呤（methotrexate）二氢叶酸还原酶(DHFR)均均 染染 色色 区区（homogeneously staining region,HSR）双微体双微体(double-minute chromosomes)7/12/20249均染色区均染色区（homogeneously staining region,HSR）7/12/202410双微体双微体(double-minute chromosomes)7/12/2024117/12/2024127/12/2024133、基因重排（基因重排（rearrangement）将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位点从而启动转录，这种方式被称位点从而启动转录，这种方式被称基因重排基因重排。通过基因重排调节基因活性的典型例子是通过基因重排调节基因活性的典型例子是免疫免疫球蛋白球蛋白结构基因的表达以及结构基因的表达以及酵母的接合型转变酵母的接合型转变.7/12/202414免疫球蛋白的重排免疫球蛋白的重排抗体有抗体有100100万种以上，一种淋巴细胞只产生万种以上，一种淋巴细胞只产生一种抗体一种抗体1.1.指令学说：上世纪指令学说：上世纪4040年代由年代由PaulingPauling提出提出2.2.克隆选择学说：克隆选择学说：19571957年年 BurnetBurnet提出提出3.3.体细胞重组学说：上世纪体细胞重组学说：上世纪6060年代提出，年代提出，19761976年由利根川进（日本）证实。年由利根川进（日本）证实。7/12/202415产生抗体产生抗体B细胞细胞体液免疫体液免疫经法氏囊经法氏囊(BarsaofFabricius)细胞分裂细胞分裂骨髓骨髓经胸腺经胸腺调节免疫应答调节免疫应答T细胞细胞细胞免疫细胞免疫杀伤抗原杀伤抗原7/12/202416免疫球蛋白的肽链主要由可变区（免疫球蛋白的肽链主要由可变区（V区）、恒定区（区）、恒定区（C区）区）以及两者之间的连接区（以及两者之间的连接区（J区）组成区）组成7/12/2024177/12/2024187/12/2024197/12/202420二、染色质水平的调控二、染色质水平的调控在细胞核内基因组在细胞核内基因组DNA以核小体（以核小体（nucleosome）为基本单位形成染色质（为基本单位形成染色质（chromatin）。核小体在）。核小体在DNA上的组装是一个干扰上的组装是一个干扰DNA复制、基因表达和细复制、基因表达和细胞周期进展的过程。胞周期进展的过程。7/12/2024211、染色质的状态、染色质的状态阻遏状态阻遏状态：DNA被压缩在细胞核中，基因处于被压缩在细胞核中，基因处于非活性状态，组蛋白为染色质活性的阻遏蛋白；非活性状态，组蛋白为染色质活性的阻遏蛋白；活性状态活性状态：具有活性潜能的基因失去具有活性潜能的基因失去H1，处于，处于染色质的伸展状态；染色质的伸展状态；激活状态激活状态：顺式调控元件中结合了基础转录因顺式调控元件中结合了基础转录因子及激活因子等，活性染色质处于松弛状态。子及激活因子等，活性染色质处于松弛状态。7/12/202422真核基因的活跃转录是在常染色质上进行的。转录真核基因的活跃转录是在常染色质上进行的。转录发生之前，染色质常常会在特定的区域被解旋松弛，发生之前，染色质常常会在特定的区域被解旋松弛，形成自由形成自由DNA。这种变化可能包括核小体结构的消。这种变化可能包括核小体结构的消除或改变，除或改变，DNA本身局部结构的变化等，这些变化本身局部结构的变化等，这些变化可导致结构基因暴露，促进转录因子与启动区可导致结构基因暴露，促进转录因子与启动区DNA的结合，诱发基因转录。的结合，诱发基因转录。活性的染色质活性的染色质7/12/202423异染色质异染色质结构致密，处于阻遏状态结构致密，处于阻遏状态组成型异染色质组成型异染色质：在各种细胞中都处于凝聚状态，：在各种细胞中都处于凝聚状态，如着丝粒、端粒等，不能转录，不含基因。如着丝粒、端粒等，不能转录，不含基因。兼性异染色质兼性异染色质：在某种发育阶段或生理条件下由：在某种发育阶段或生理条件下由常染色质变成异染色质（常染色质变成异染色质（异染色质化异染色质化），如哺乳动），如哺乳动物物X染色体染色体常染色质常染色质结构疏松，是进行活跃转录的部位。结构疏松，是进行活跃转录的部位。2、异染色质化：、异染色质化：7/12/202424染色质的染色质的占先模型占先模型提提出：如在启动子上已出：如在启动子上已形成了核小体，那么形成了核小体，那么转录因子和转录因子和RNA聚合聚合酶是不能和启动子结酶是不能和启动子结合的；如转录因子和合的；如转录因子和RNA聚合酶在启动子聚合酶在启动子上已建立了稳定的起上已建立了稳定的起始复合体，那么组蛋始复合体，那么组蛋白将被排除在外。白将被排除在外。3、组蛋白对基因活性的影响、组蛋白对基因活性的影响7/12/202425组蛋白对组蛋白对5SrRNA基因转录的影响基因转录的影响如：爪蟾有两类如：爪蟾有两类5SrRNA基因，一类只出现在卵母细基因，一类只出现在卵母细胞中（卵母细胞型胞中（卵母细胞型5SrRNA），另一类在卵母细胞和），另一类在卵母细胞和体细胞中都被转录（细胞型体细胞中都被转录（细胞型5SrRNA）。）。Why？纯纯DNA的体外转录：两者都转录；的体外转录：两者都转录；染色质的体外转录：卵母细胞中卵母细胞型染色质的体外转录：卵母细胞中卵母细胞型5srRNA基因有活性，但体细胞无基因有活性，但体细胞无7/12/202426组蛋白的乙酰化和去乙酰化组蛋白的乙酰化和去乙酰化组蛋白的乙酰化和基因表达的状态相关。高乙酰组蛋白的乙酰化和基因表达的状态相关。高乙酰化是活性染色质的标志之一，低乙酰化常伴随着化是活性染色质的标志之一，低乙酰化常伴随着转录沉默。转录沉默。HATs(histoneacetytransferases)组蛋白乙酰组蛋白乙酰化酶化酶HDACs(histonedeacetylases)HATs有两组，一组为有两组，一组为A组，和转录有关；组，和转录有关；另一组是另一组是B组，和核小体装配有关。组，和核小体装配有关。7/12/202427乙酰化促进基因转录乙酰化促进基因转录组蛋白组蛋白H4的去乙酰化是雌性哺乳动物一条的去乙酰化是雌性哺乳动物一条X染色染色体失活的原因之一。体失活的原因之一。组蛋白乙酰化与转录起始复合体的装配组蛋白乙酰化与转录起始复合体的装配乙酰化导致组蛋白正电荷减少，削弱了它与乙酰化导致组蛋白正电荷减少，削弱了它与DNA的的结合能力，使核小体解聚；结合能力，使核小体解聚；阻止了核小体装配，使染色质处于松弛状态；阻止了核小体装配，使染色质处于松弛状态；组蛋白去乙酰化与基因沉默组蛋白去乙酰化与基因沉默组蛋白去乙酰化可导致基因转录受抑制组蛋白去乙酰化可导致基因转录受抑制7/12/202428辅激活因子可能有HAT乙酰化核小体组蛋白尾巴的活性7/12/202429用用DNA酶酶I处理各种理各种组织的染色的染色质时，发现处于活于活性状性状态的基因比非活性状的基因比非活性状态的的DNA更容易被更容易被DNA酶酶I所降解。所降解。鸡成红细胞（鸡成红细胞（erythroblast）染色质中，）染色质中，-血红蛋白血红蛋白基因基因比卵清蛋白基因更容易被比卵清蛋白基因更容易被DNA酶酶I切割降解。切割降解。鸡输卵管细胞的染色质中被鸡输卵管细胞的染色质中被DNA酶酶I优先降解的是卵优先降解的是卵清蛋白基因，而不是清蛋白基因，而不是-血红蛋白基因。血红蛋白基因。活性染色质的活性染色质的DNAase高敏感性高敏感性7/12/202430一一般般在在转转录录起起始始点点附附近近，即即5端端启启动动子子区区域域，少少部部分位于其它部位如转录单元的下游。分位于其它部位如转录单元的下游。超敏感位点的存在是活性染色质的重要特征，与基超敏感位点的存在是活性染色质的重要特征，与基因的表达有密切关系因的表达有密切关系超超敏敏感感位位点点（hypersensitivesite)：含含有有转转录录活活性性基基因周围对因周围对DNase高度敏感的区域。高度敏感的区域。7/12/2024314、核基质与基因活性、核基质与基因活性染色体染色体DNA通过长约通过长约200bp富含富含AT的基质附着区的基质附着区（matrixattachmentregion，MAR）结合于核基质）结合于核基质（nuclearmatrix，也称骨架蛋白）。，也称骨架蛋白）。核基质可为核基质可为DNA复制提供结构支架，参与复制提供结构支架，参与RNA的转的转录和加工录和加工DNA与核基质的结合具有与核基质的结合具有特异性特异性。如卵蛋白基因与小鸡卵巢细胞的核基质结合，而不如卵蛋白基因与小鸡卵巢细胞的核基质结合，而不与肝脏或红细胞的核基质结合。珠蛋白基因不与卵与肝脏或红细胞的核基质结合。珠蛋白基因不与卵巢核基质结合，而与红细胞的核基质结合巢核基质结合，而与红细胞的核基质结合7/12/2024325.DNA甲基化与转录抑制甲基化与转录抑制m5C（5-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶)是真核生物是真核生物DNA中的主要修饰成分中的主要修饰成分多发生在多发生在CpG序列中序列中5-mCpG-33-GpCm-5全甲基化全甲基化5-mCpG-33-GpC-5半甲基化半甲基化7/12/202433用同裂酶（用同裂酶（isoschizomers）可检测）可检测CCGG上上C的甲基化状的甲基化状态。态。MspI可切割可切割CmCGG或或CCGG，HpaII可切割可切割未未甲基甲基化化CCGGHpaII7/12/202434在一些不表达的基因中，启动区的甲基化程在一些不表达的基因中，启动区的甲基化程度很高，而处于活化状态的基因则甲基化程度度很高，而处于活化状态的基因则甲基化程度较低。较低。去甲基化又可使基因恢复活性。去甲基化又可使基因恢复活性。7/12/2024357/12/202436甲基化的转录抑制作用机制：甲基化的转录抑制作用机制：DNA甲基化直接干涉特异性转录因子与各自启动子甲基化直接干涉特异性转录因子与各自启动子内识别位点的结合。内识别位点的结合。甲基化甲基化CpG结合蛋白（结合蛋白（MeCP）与模板）与模板DNA结合，结合，阻止转录。阻止转录。甲基化影响染色质的结构。稳定染色质的失活状态，甲基化影响染色质的结构。稳定染色质的失活状态，阻止转录因子进入，防止染色质的活化阻止转录因子进入，防止染色质的活化7/12/202437DNA甲基化的生物学效应甲基化的生物学效应X染色体失活染色体失活亲本印迹亲本印迹肿瘤发生肿瘤发生个体发育个体发育CpG甲基化甲基化7/12/202438基因组印记基因组印记(genomicimprinting)7/12/2024391956年年A.Prader和和H.Willi父源染色体父源染色体15q11-13区段缺失区段缺失,智力低下、过度肥胖、身材矮小、小手足智力低下、过度肥胖、身材矮小、小手足 Prader-Willi综合征综合征(PWS)Angelman综合征综合征(AngelmanSyndrome，AS)1968年年H.Angelman母源染色体母源染色体15q11-13区段缺失。区段缺失。特殊容貌、特殊容貌、大嘴、呆笑、红面颊、步态不稳、大嘴、呆笑、红面颊、步态不稳、癫痫、严重智力低下癫痫、严重智力低下 7/12/202440近年研究表明，近年研究表明，基因组印迹基因组印迹是两个亲本等位基因的差是两个亲本等位基因的差异性甲基化造成了一个亲本等位基因的沉默，另一个异性甲基化造成了一个亲本等位基因的沉默，另一个亲本等位基因保持单等位基因活性亲本等位基因保持单等位基因活性7/12/202441印记印记:来源于父母本的一对等位基因表达不同。来源于父母本的一对等位基因表达不同。如源于父本的如源于父本的IGF-(胰岛素样生长因子胰岛素样生长因子)基基因可表达，而源于母本的则不能表达。此是因可表达，而源于母本的则不能表达。此是由于卵母细胞中的由于卵母细胞中的IGF-已被甲基化，而精已被甲基化，而精子中的子中的IGF-未被甲基化，所以这一对等位未被甲基化，所以这一对等位基因在合子中表现不同。基因在合子中表现不同。7/12/202442亲本的亲本的IGF-等位等位基因在早基因在早期胚中被差异期胚中被差异甲基化，在成甲基化，在成体形成配子时体形成配子时仍保留原甲基仍保留原甲基化的模式。化的模式。7/12/202443目前在人类和鼠身上已辨明了目前在人类和鼠身上已辨明了2020种印迹基因。种印迹基因。7/12/202444雌雌性性胎胎生生哺哺乳乳类类动动物物细细胞胞中中两两条条X染染色色体体之之一一在在发发育育早早期期随随机机失失活活，以以确确保保其其与与只只有有一一条条X染染色色体体的的雄雄性性个个体体内内X染染色色体体基基因因的的剂剂量量相相同同。一一旦旦发发生生X染染色色体体失失活活，使使该该细细胞胞有有丝丝分分裂裂所所产产生生的的后后代代都都保持同一条保持同一条X染色体失活。染色体失活。DNA甲基化与甲基化与X染色体失活染色体失活失活失活X X染色染色体特点体特点组蛋白组蛋白H4不被乙酰化不被乙酰化CpGCpG岛的高度甲基化岛的高度甲基化7/12/202445 抑癌基因甲基化抑癌基因甲基化 不表达不表达肿瘤发生肿瘤发生7/12/2024467/12/202447三、真核生物转录水平的调节三、真核生物转录水平的调节顺式作用元件顺式作用元件（cis-actingelement）包括启动子、增强子和沉默子等包括启动子、增强子和沉默子等反式作用元件反式作用元件（trans-actingelement）激活因子、阻遏因子等激活因子、阻遏因子等7/12/2024481、顺式作用元件（、顺式作用元件（cis-actingelement）（1）启动子（）启动子（promoter）RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序序列，含有列，含有RNA聚合酶特异性结合和转录起始所需聚合酶特异性结合和转录起始所需的保守序列。的保守序列。7/12/202449（2）增强子（）增强子（enhancer）能使基因转录频率明显增加的能使基因转录频率明显增加的DNA序列。序列。7/12/202450增强子的作用原理增强子的作用原理7/12/202451（3）沉默子（）沉默子（Silencer）某些基因含有某些基因含有负性负性调节元件调节元件沉默子，当沉默子，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏阻遏作用。作用。7/12/2024522、反式作用因子、反式作用因子三个功能结构域：三个功能结构域：DNA结合结构域；转录激活结构域；结合结构域；转录激活结构域；调控因子的激活结构域（蛋白质与蛋白质结合）调控因子的激活结构域（蛋白质与蛋白质结合）能识别并结合顺式作用元件能识别并结合顺式作用元件(cis-actingelement)正调控与负调控正调控与负调控 反式作用因子反式作用因子反式作用因子反式作用因子识别识别识别识别/结合结合结合结合 顺式作用元件中的靶序列顺式作用元件中的靶序列顺式作用元件中的靶序列顺式作用元件中的靶序列启动转录启动转录启动转录启动转录v例：转录因子例：转录因子例：转录因子例：转录因子TFDTFD识别结合识别结合识别结合识别结合TATAboxTATAbox转录因子转录因子转录因子转录因子SP1SP1识别结合识别结合识别结合识别结合GCboxGCbox转录因子转录因子转录因子转录因子CTF1CTF1识别结合识别结合识别结合识别结合CCAATboxCCAATbox7/12/202453螺旋螺旋-转角转角-螺旋螺旋(helix-turn-helix)锌指结构锌指结构(zincfingermotif)亮氨酸拉链亮氨酸拉链结构结构(leucinezipper)螺旋螺旋-环环-螺旋螺旋(helix-loop-helix,HLH)碱性碱性螺旋螺旋(alkaline-helix)DNA结合域结合域(DNA-bandingdomain)蛋白质因子识别和结合蛋白质因子识别和结合DNA元件所必需的结构域元件所必需的结构域7/12/202454螺旋转角螺旋螺旋转角螺旋锌指结构锌指结构亮氨酸拉链亮氨酸拉链螺旋环螺旋螺旋环螺旋同源异形结构域同源异形结构域同源异形结构域同源异形结构域7/12/202455是最简单的结构基序之一，该是最简单的结构基序之一，该结构域长约结构域长约20个个aa，主要是，主要是两个两个-螺旋区和将其隔开的螺旋区和将其隔开的转角。转角。C端螺旋被称为识别端螺旋被称为识别螺旋区，可与螺旋区，可与DNA大沟中的大沟中的碱基直接接触。另一端螺旋碱基直接接触。另一端螺旋无特异性无特异性,与与DNA骨架接触骨架接触螺旋螺旋-转角转角-螺旋（螺旋（Helix-turn-helix，HTH）7/12/202456锌指结构（锌指结构（zincfinger，ZF）一个蛋白质结构域，一个蛋白质结构域，长约长约30个个aa，其中，其中4个氨个氨基酸（基酸（4个个Cys或或2个个Cys，2个个His）与一个）与一个Zinc原子相结合，原子相结合，形成一个形成一个四面体结构四面体结构。与。与Zinc结结合后锌指结构较稳定。合后锌指结构较稳定。与与DNA双螺旋大沟结合双螺旋大沟结合CysCysCysCysHisHisHisHis半胱氨酸7/12/202457123456789蛋白质蛋白质7/12/2024587/12/202459螺旋螺旋-环环-螺旋（螺旋（helix-loop-helix，HLH）约由约由60aa组成，含有组成，含有2个个螺旋，由长约螺旋，由长约920个氨基酸个氨基酸残基的连接区残基的连接区(环环)相连，两个相连，两个螺旋富含高度保守的疏水氨螺旋富含高度保守的疏水氨基酸残基。基酸残基。同时具有同时具有DNA结合和形成蛋结合和形成蛋白质二聚体的功能，其白质二聚体的功能，其DNA结合功能是由一个较短的富结合功能是由一个较短的富碱性氨基酸区所决定的。碱性氨基酸区所决定的。二聚体二聚体7/12/202460一段肽链上每隔一段肽链上每隔7个个aa出出现一个现一个leu，借助于，借助于leu侧链的疏水相互作用而侧链的疏水相互作用而形成同向平行的拉链状，形成同向平行的拉链状，进而形成二聚体结构。进而形成二聚体结构。由由肽链氨基端肽链氨基端2030个个富含富含赖氨酸（赖氨酸（Lys）和精）和精氨酸（氨酸（Arg）的结构域与的结构域与DNA结合。结合。亮氨酸拉链（亮氨酸拉链（leucinezipper，ZIP）7/12/202461蛋白质与蛋白质结合结构域蛋白质与蛋白质结合结构域一般由一般由20100aa残基组成残基组成据结构特点分为：据结构特点分为：酸性氨基酸聚集的结构域：酸性氨基酸聚集的结构域：负电荷高度集中，负电荷高度集中，呈酸性；有一个两亲性螺旋，螺旋一侧富含酸性氨呈酸性；有一个两亲性螺旋，螺旋一侧富含酸性氨基酸，另一侧为疏水性残基基酸，另一侧为疏水性残基富含谷氨酰胺的结构域：富含谷氨酰胺富含谷氨酰胺的结构域：富含谷氨酰胺富含脯氨酸的结构域：富含脯氨酸的结构域：7/12/202462蛋白质调节因子功能的鉴别方法蛋白质调节因子功能的鉴别方法l蛋白质与蛋白质与DNA的结合能力的结合能力方法：方法：电泳迁移后滞分析（电泳迁移后滞分析（EMSA）足迹法分析足迹法分析DNA上蛋白质结合位点上蛋白质结合位点7/12/202463电泳迁移后滞分析电泳迁移后滞分析（EMSA）7/12/202464足迹法足迹法7/12/202465l蛋白质蛋白质互作的分析蛋白质蛋白质互作的分析酵母双杂交试验酵母双杂交试验7/12/2024667/12/2024677/12/202468四、基因转录后水平的调控四、基因转录后水平的调控1、不同剪接方式可产生不同的、不同剪接方式可产生不同的mRNA不同不同5端的选择端的选择选择不同的选择不同的3端端选择不同外显子选择不同外显子按不同方式对按不同方式对mRNA前体进行的剪接。前体进行的剪接。7/12/2024695端的选择端的选择有的基因具有有的基因具有两个启动子两个启动子区，每一区都有它自己的组织区，每一区都有它自己的组织调控元件，那么两个长度不同的转录本将会产生组织特调控元件，那么两个长度不同的转录本将会产生组织特异性异性mRNA和蛋白产物。和蛋白产物。7/12/202470选择不同的选择不同的3端端利用多个多聚（利用多个多聚（A）位点和不同的剪接方式产生不同的）位点和不同的剪接方式产生不同的蛋白质蛋白质7/12/202471选择不同外显子选择不同外显子7/12/2024722、RNA干干扰扰（RNAinference）RNA干干扰扰(RNAinterference，RNAi)是指当是指当细细胞中胞中导导入与内源入与内源性性mRNA同源的双同源的双链链RNA(doublestrandedRNA，dsRNA)时时，该该mRNA发发生降解而生降解而导导致基因表达致基因表达沉默的沉默的现现象，象，这这种种现现象象发发生在生在转转录录后水平，又称后水平，又称为转录为转录后基因沉后基因沉默。默。7/12/202473RNAi于于2019年被美国年被美国Science杂志评选为杂志评选为全球年度全球年度十大科学进展十大科学进展之首之首。7/12/202474美国科学家克拉格美国科学家克拉格米洛米洛(47)美国科学家安德鲁美国科学家安德鲁费里费里(45)7/12/202475 RNARNA干扰的作用机制干扰的作用机制 长片段长片段dsRNA在细胞内被在细胞内被Dicer酶酶切成长度大约为切成长度大约为19-23nt的小片段干的小片段干扰扰RNA(smallinterferingRNA，siRNA)，由，由siRNA参与构成复合物参与构成复合物RISC(RNA-inducedsilencecomplex)。siRNA通过与同源通过与同源mRNA的特异配对，引导的特异配对，引导RISC特特异地降解同源异地降解同源mRNA，导致基因表，导致基因表达的抑制。因此小片段的达的抑制。因此小片段的siRNA也也可以诱导高效的基因沉默。可以诱导高效的基因沉默。7/12/2024767/12/202477RNAiRNAi技术技术7/12/202478五、翻译水平的调节五、翻译水平的调节1、mRNA的稳定性的稳定性原核生物原核生物mRNA的半衰期很短，平均大约的半衰期很短，平均大约3min。高等真核生物迅速生长的细胞中高等真核生物迅速生长的细胞中mRNA的半衰期平的半衰期平均均3h。在高度分化的终端细胞中许多。在高度分化的终端细胞中许多mRNA极其稳极其稳定，有的寿命长达数天。定，有的寿命长达数天。7/12/202479polyA尾影响尾影响mRNA的稳定性的稳定性polyA逐步消减到完全消失，常常是逐步消减到完全消失，常常是mRNA开始降解开始降解的先兆。的先兆。polyA尾调节尾调节mRNA的翻译效率的翻译效率带有带有polyA的的mRNA比脱尾的相应比脱尾的相应mRNA翻译效率高翻译效率高得多，且影响程度与得多，且影响程度与polyA尾的长度呈正相关。尾的长度呈正相关。polyA尾的调节作用尾的调节作用7/12/202480polyA的长度与半衰期有关的长度与半衰期有关不同种类不同进化程度的不同种类不同进化程度的mRNA的的polyA长短不一，哺乳动物细长短不一，哺乳动物细胞胞polyA平均长度为平均长度为200-250，而，而低等真核细胞的低等真核细胞的polyA较短，平较短，平均为均为100nt。mRNA的半衰期与的半衰期与polyA尾的长度呈正相关。尾的长度呈正相关。3非翻译区链内剪切引起降解非翻译区链内剪切引起降解 3UTR区富含区富含AU，其，其AUUUA序序列负调控元件，促列负调控元件，促mRNA降解降解7/12/2024812、5UTR对翻译的调节对翻译的调节5端端m7G帽子结构帽子结构保护保护mRNA免遭免遭5外切酶的降解，增加外切酶的降解，增加mRNA的半的半衰期；有利于衰期；有利于mRNA从细胞核向胞质转运。从细胞核向胞质转运。mRNA前导序列前导序列前导序列长度在前导序列长度在17-80nt的范围内，体内翻译效率的范围内，体内翻译效率与前导序列的长度成正比。其二级结构可抑制翻译与前导序列的长度成正比。其二级结构可抑制翻译7/12/202482DNACytoplasmNucleusGAAAAAAExportDegradation etc.GAAAAAAControlofGeneExpressionGAAAAAARNAProcessingmRNARNATranscriptionNuclear poresRibosomeTranslationPackagingModificationTransportationDegradation7/12/2024837/12/202484