线粒体生物发生和功能运作的转录调控.ppt

线粒体生物发生和功能运作的转录调控 一线粒体生物发生和功能运作的转录调控 转录因子网二转录因子网络的探索和构建 线粒体生物发生和功能运作的转录调控 线粒体是具有重要功能的细胞器 对线粒体数量变化和功能的研究已经取得了相当的成果 为满足不同的细胞能量和代谢需求 线粒体的数量 形态和功能特性受到精细调控 这种调控很大程度上是靠转录水平上的调节完成的 编码线粒体蛋白 包括那些操纵线粒体基因组复制及转录的因子在内 的大部分核基因是由一组高度关联成网的转录因子调控的 这一网络还负责感受细胞能量状况 营养供给情况 和生物体的生理状态的信号 以及产生短效和长效的适应性反应 最终引发对线粒体功能和线粒体生物发生的调整 线粒体生物发生和功能运作的转录调控 线粒体生物发生和功能运作所需的大规模基因表达是由一组相关的与核DNA结合的转录因子和调控因子网所控制的 图1 这个网络使大范围的线粒体生物发生程序的充分激活和对线粒体基因表达和功能运作的组织 信号特异性调整成为可能 以对各种生理信号作出应答 组成这个网络的首先是以不同线粒体基因子集的重叠部位为靶位点的DNA结合因子 然后是增强或抑制DNA结合因子活性的转录共调控因子 转录共调控因子与多个DNA结合因子的相互作用可整合线粒体基因表达程序中的各种信号 线粒体生物发生和功能运作的转录调控 线粒体生物发生和功能的相关调控机制必须既具备对多数线粒体基因组的普遍感应 同时又具备对部分基因组合的组织及信号特异的感应 已知的转录调控网络中 研究的比较多的DNA结合因子包括 核呼吸因子1 NRF 1 鸟苷酸结合蛋白 GABP 或称为NRF 2 过氧化物酶体增殖物激活受体 PPARs 和雌激素相关受体 ERRs 其他如 cAMP应答元件结合蛋白 CREB c Myc 和YY1等 转录共激活子主要包括 PPAR 共激活子1家族 和RIP140等 其中对PGC 1 的了解最多 线粒体生物发生和功能运作的转录调控 线粒体生物发生和功能运作的转录调控 线粒体生物发生和功能运作的转录调控 线粒体生物发生和功能运作的转录调控 关于调控线粒体生物发生和功能运作的转录因子网络 一个值得注意的特点是前馈和反馈回路的广泛应用 图1和2 网络中一个成员含量上升可能增强其他成员的表达 例如 PGC 1 不仅可以共激活ERR GABP 和NRF 1 还可提高它们的表达水平 ERR 增强PPAR GABP和负调控子RIP140 PPAR PPAR ERR 和CREB诱导PGC 1 表达 ERR 和PGC 1 可诱导自身表达 这些调控回路可能对增强线粒体基因响应的丰富度 以及短期的基因响应限制十分重要 另外 反馈回路的生物学模型显示这种相联的正向负向反馈系统可在有干扰的情况下更好地对信号做出响应 线粒体生物发生和功能运作的转录调控 线粒体生物发生和功能运作的转录调控因子数量巨大 其中一些起初看来作用很简单 了解每一个转录因子在不同组织和生理状态下的特定功能和贡献是很重要的 这种了解可帮助确定细胞特异性的线粒体机能不良的干预目标 也可帮助设计增强线粒体功能但不伤害组织的药物 转录调控网的构建 一 单个基因 蛋白的研究定位identification 何种组织 细胞 何种情况 时期表达 功能组件 三维结构 motifs 可能的作用对象和机制功能研究 诱导激活 induction 抑制 repressing 沉默 silencingofgenes 敲减 nullcells animals 过表达 overexpression 功能获得 缺失实验 gain andloss of functionstudies 等上下游基因的定位 转录调控网的构建 功能获得 缺失实验 gain andloss of functionstudies 骨骼肌中transgenicexpressionofPGC 1 andPGC 1 导致线粒体含量增加 线粒体基因表达增加 和运动表现增强 相反地 基因钝化 geneticinactivation 引起的PGC 1 缺失的小鼠虽然可以成活 但线粒体基因的表达降低 线粒体酶活性降低 以及中度的线粒体机能不良 转录调控网的构建 二 多个基因 蛋白间相互作用的研究寻找定位基因 蛋白的作用对象 三维结构 沉默 敲减 过表达影响此基因 蛋白的因子 信号 诱导 抑制因子 激活剂 失活剂 信号通路基因 蛋白间相互作用 敲减 钝化 消减抑制寻找主效基因 转录调控网的构建 假设 实验 推断 实验 修正 实验 验证在PPAR 激动剂增加脂肪细胞中的线粒体生成的各个实验中都观察到了内源性PGC 1 的表达 推测PPAR 以增强PGC 1 转录的方式间接影响线粒体生物发生 Hondares等人的实验为这一机制提供了支持 在PGC 1 启动子中找到一种决定脂肪细胞中PPAR 依赖性转录的功能性PPAR应答元件 PPRE 图2 由于PGC 1 共激活PPAR 该元件也使得PGC 1 可以自调控方式增强达 转录调控网的构建 主效基因的确定 PGC 1 在整合大部分 即使不是全部 已知调控线粒体生物发生的信号中起重要作用 图1和2 但据此认为PGC 1 就是线粒体生物发生转录调控网络中的主效基因为时尚早 因为这可能是许多研究集中于此共激活子上造成的 今后 关于PGC 1 PRC RIP140和下游DNA结合因子活性的调控机制的研究 可能揭示出其他这些转录因子整合信号的具体内容 并由此揭开调节转录网活性的 密码