【正文】 在次黃嘌呤和胸腺嘧啶核苷存在的情況下，經(jīng)次黃嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)化酶（HGPRT）和胸腺嘧啶核苷激酶（TK）的催化作用合成DNA。甲基化可使基因失活，去甲基化又可使基因恢復(fù)活性。在紅細(xì)胞DNA的上面一股鏈上4個(gè)位點(diǎn)全部甲基化，下股鏈只有50%甲基化，但經(jīng)雌二酮處理后數(shù)小時(shí)內(nèi)甲基化的形式發(fā)生急劇變化，上股鏈中4個(gè)位點(diǎn)全部去甲基化，與卵黃蛋白原mRNA相吻合，而另一股鍵上4個(gè)位點(diǎn)滯后24小時(shí)才去甲基化，這就是在肝細(xì)胞中卵黃蛋白原基因中的5′端調(diào)節(jié)區(qū)有部分半甲基化位點(diǎn)，而雌激素的處理只引起其中一條鏈迅速地去甲基化，另一條鏈暫時(shí)仍保持本甲基化狀態(tài)，所以此基因在雄體中處于甲基化狀態(tài)，沒有活性。這是因?yàn)槿狈Υ萍に刂省，F(xiàn)以卵黃原蛋白Ⅱ基因?yàn)槔齺?lái)說明這個(gè)問題。特異性很強(qiáng)，對(duì)半甲基化的DNA有較高的親和力，使新生的半甲基化DNA迅速甲基化，從而保證DNA復(fù)制及細(xì)胞分裂后甲基化模式不變。由于對(duì)DNaseⅠ的敏感性反映了染色質(zhì)中DNA的有效性，我們將這些位點(diǎn)描述為染色質(zhì)中特殊DNA暴露區(qū)域，一般在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)附近，即5′端啟動(dòng)子區(qū)域，少部分位于其它部位如轉(zhuǎn)錄單元的下游。相反，在母雞輸卵管細(xì)胞的核中，卵清蛋白的基因是具有轉(zhuǎn)錄活性的，但卻不能產(chǎn)生珠蛋白的RNA，卵清蛋白基因的序列對(duì)DNaseⅠ 的降解要比珠蛋白基因的序列敏感得多。當(dāng)一個(gè)基因成為轉(zhuǎn)錄活性狀態(tài)時(shí)，含有這個(gè)基因的染色質(zhì)區(qū)域?qū)NaseⅠ（一種內(nèi)切酶）降解的敏感性要比無(wú)轉(zhuǎn)發(fā)活性區(qū)域高得多。 結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)的特征：在中期染色體上多定位于著絲粒區(qū)、端粒、次縊痕 及染色體臂的某些節(jié)段；由相對(duì)簡(jiǎn)單、高度重復(fù)的DNA序列構(gòu)成, 如衛(wèi)星DNA；具有顯著的遺傳惰性, 不轉(zhuǎn)錄也不編碼蛋白質(zhì)；在復(fù)制行為上與常染色質(zhì)相比表現(xiàn)為晚復(fù)制早聚縮兼性異染色質(zhì)在某些細(xì)胞類型或一定的發(fā)育階段, 原來(lái)的常染色質(zhì)聚縮, 并喪失基因轉(zhuǎn)錄活性, 變?yōu)楫惾旧|(zhì)，如X染色體隨機(jī)失活。 常染色質(zhì)(euchromatin) ：指間期核內(nèi)染色質(zhì)纖維折疊壓縮程度低, 處于伸展?fàn)顟B(tài)（典型包裝率750倍）, 用堿性染料染色時(shí)著色淺的那些染色質(zhì)。松散的染色質(zhì)中的基因可以轉(zhuǎn)錄。makorin1－p1是makorin1基因的假基因。在過去的幾十年中，假基因一直被認(rèn)為是分子化石，是進(jìn)化中基因突變的遺跡。以上3個(gè)特征明顯提示這些序列是從成熟mRNA衍生而來(lái)，因此這類假基因又被稱為處理后的假基因(圖1)?，F(xiàn)已在大多數(shù)真核生物中發(fā)現(xiàn)了假基因，如Hb的假基因、干擾素、組蛋白、α球蛋白和β球蛋白、肌動(dòng)蛋白及人的rRNA和tRNA基因均含有假基因。胎兒血紅蛋白對(duì)氧的親和力比成人更大，因而利于胎兒得快速發(fā)育。在每個(gè)基因家族中，基因排列的順序就是它們?cè)诎l(fā)育階段的表達(dá)順序。 1） 簡(jiǎn)單基因家族2） 復(fù)雜基因家族海膽，5個(gè)基因組成串聯(lián)單位，可以重復(fù)1000次。 基因家族的特點(diǎn)： ①基因家族的成員可以串聯(lián)排列在一起，形成基因簇(gene cluster)或串聯(lián)重復(fù)基因(tandemly repeated genes)，它們可同時(shí)發(fā)揮作用，合成某些蛋白質(zhì)，如rRNA、tRNA和組蛋白的基因； ②有些基因家族的成員也可位于不同的染色體上，這些不同成員編碼一組功能上緊密相關(guān)的蛋白質(zhì)，如珠蛋白基因； ③有些成員不產(chǎn)生有功能的基因產(chǎn)物，這種基因稱為假基因 (Pseudogene)。真核生物的DNA是單順反子，很少有置于一個(gè)啟動(dòng)子的控制之下的操縱子。④ 真核生物能夠有序地根據(jù)生長(zhǎng)發(fā)育階段的需要進(jìn)行DNA片段重排，還能在需要時(shí)增加細(xì)胞內(nèi)某些基因的拷貝數(shù)。第八講 真核生物的基因調(diào)控一、真核生物的基因結(jié)構(gòu)特點(diǎn)① 在真核細(xì)胞中，一條成熟的mRNA鏈只能翻譯出一條多肽鏈，不存在原核生物中常見的多基因操縱子形式。⑤ 在真核生物中，基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)區(qū)相對(duì)較大，它們可能遠(yuǎn)離啟動(dòng)子達(dá)幾百個(gè)甚至上千個(gè)堿基對(duì)，這些調(diào)節(jié)區(qū)一般通過改變整個(gè)所控制基因539。⑥ 真核生物的RNA在細(xì)胞核中合成，只有經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)穿過核膜，到達(dá)細(xì)胞質(zhì)后，才能被翻譯成蛋白質(zhì)，原核生物中不存在這樣嚴(yán)格的空間間隔。真核生物中許多相關(guān)的基因按功能成套組合，被稱為基因家族（gene family）。假基因與有功能的基因同源，原來(lái)可能也是有功能的基因，但由于缺失，倒位或點(diǎn)突變等，使這一基因失去活性，成為無(wú)功能基因。串聯(lián)單位中的每個(gè)基因分別被轉(zhuǎn)錄成單順反子RNA，這些RNA都沒有內(nèi)含子，而且各基因在同一條DNA鏈上按同一方向轉(zhuǎn)錄，每個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯速度都受到調(diào)節(jié)。原始珠蛋白大約產(chǎn)生于8億年前，由單基因編碼，現(xiàn)代珠蛋白基因家族是由同一個(gè)原始基因通過一系列重復(fù)、突變和轉(zhuǎn)位演變而成的。4） 假基因 1977年，G由于假基因不工作或無(wú)效工作，故有人認(rèn)為假基因，相當(dāng)人的痕跡器官，或作為后補(bǔ)基因。d) 這類假基因的序列兩端常被7～21bp的正向重復(fù)序列包圍。而2003年5月日本學(xué)者Hirotsune的報(bào)導(dǎo)第一次揭示了假基因的功能。如果將假基因makorin1－p1敲除，makorin1基因?qū)⒈魂P(guān)閉。染色體中的某些區(qū)段到分裂期后不像其他部分解旋松開，仍保持緊湊折疊的結(jié)構(gòu)，在間期核中可以看到其濃集的斑塊，稱為異染色質(zhì)（hetrochromatin），其中從未見有基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)。常染色質(zhì)是進(jìn)行活躍轉(zhuǎn)錄的部位，呈疏松的環(huán)狀，電鏡下表現(xiàn)為淺染。 異染色質(zhì)化可能是關(guān)閉基因活性的一種途徑。這是由于此區(qū)域染色質(zhì)的DNA蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變得松散，DNaseⅠ易于接觸到DNA之故。很多實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論幾乎都是有轉(zhuǎn)錄活性的基因?qū)NaseⅠ的敏感性增加，DNaseⅠ敏感區(qū)的范圍隨著基因序列的不同而變化，從基因周圍幾個(gè)Kb到兩側(cè)20Kb大小不等。超敏感位點(diǎn)建立于轉(zhuǎn)錄起始之前，轉(zhuǎn)錄的誘導(dǎo)物除去后雖超敏感位點(diǎn)信然存在，但轉(zhuǎn)錄卻很快停止，說明超敏感位點(diǎn)的存在是轉(zhuǎn)錄起始的必要條件，但不是充分條件。B 從頭合成型甲基化酶 無(wú)需模板指導(dǎo)完成甲基化修飾。卵黃蛋白并非在卵母細(xì)胞或受精卵中合成的，而是在成熟的雌性動(dòng)物肝中先合成卵黃蛋白原（vetellogenin），然后分泌到血液中，再運(yùn)送到卵巢。其分子機(jī)制仍和甲基化有關(guān)。酶對(duì)CpG位點(diǎn)的甲基化是有選擇的，例如小鼠β珠蛋白基因5′側(cè)翼有5個(gè)CpG位點(diǎn)，其中4個(gè)較集中。5氮胞苷（圖1845）沒有游離的5′H，因而不能接受甲基，若將它摻入DNA取代胞苷是可以改變基因的甲基化狀態(tài)，而達(dá)到去甲基化。細(xì)胞融合的選擇培養(yǎng)基中有三種關(guān)鍵成分：次黃嘌呤（hypoxanthine，H）、氨甲蝶呤（aminopterin，A）和胸腺嘧啶核苷（thymidine，T），所以取三者的字頭稱為HAT培養(yǎng)基。選擇出的融合細(xì)胞中一部分帶有2條人的X染色體，一條有活性，一條是失活的。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明HGPRT基因在失活染色體上重新被活化是由于5氮胞苷起到去甲基化的作用，也說明萊昂化不是抑制因子的持續(xù)存在，而是一條染色體被選擇性甲基化之故。由于ZDNA結(jié)構(gòu)收縮，螺旋加深，使許多蛋白質(zhì)因子賴于結(jié)合的元件縮入大溝而不利于基因轉(zhuǎn)錄的起始。若進(jìn)一步提高甲基化密度，即使增強(qiáng)后的啟動(dòng)子仍無(wú)轉(zhuǎn)錄活性。因此，特定部位的5－mC脫氨基反應(yīng)，將在DNA分子中引入可遺傳的轉(zhuǎn)化，若位點(diǎn)突變發(fā)生在DNA功能區(qū)域，就可能造成基因表達(dá)的紊亂。有關(guān)資料X染色體失活是指哺乳動(dòng)物二倍體細(xì)胞中除保持一個(gè)活性X染色體外，將其余的X染色體全部失活。Xist基因就定位于X失活中心，其特異轉(zhuǎn)錄物是一個(gè)剪接過的大分子非編碼RNA，長(zhǎng)約15kb，它在雌性體細(xì)胞的失活X染色體上特異地大量表達(dá)。當(dāng)X失活起始時(shí)，從將要被失活的X染色體上轉(zhuǎn)錄而來(lái)的Xist RNA得到了穩(wěn)定并且順式傳播，覆蓋X染色體，完成X失活。穩(wěn)定因子在失活X染色體上穩(wěn)定Xist RNA并介導(dǎo)其與X染色體的作用，而阻斷因子則與活性X染色體上的X失活中心作用并阻斷Xist RNA的表達(dá)。Xce有強(qiáng)、弱兩種。Xist基因中的一些序列也可以影響X失活的選擇過程，有實(shí)驗(yàn)證實(shí)一段6kb的Xist序列在X染色體的失活選擇中起到了決定性的作用。這時(shí)，兩個(gè)Xist等位基因的表達(dá)也出現(xiàn)了差別，一個(gè)位點(diǎn)的Xist RNA出現(xiàn)了高表達(dá)并且與失活X染色體順式相連，另一個(gè)位點(diǎn)的Xist基因表達(dá)量仍保持低水平，帶有這個(gè)位點(diǎn)的X染色體就成為活性X染色體。另外，這兩種細(xì)胞間的Xist RNA前體的數(shù)量和半衰期也基本相同?！　失活的過程含有三個(gè)調(diào)節(jié)Xist基因表達(dá)模式所必需的動(dòng)作：失活X染色體上穩(wěn)定因子對(duì)Xist RNA的穩(wěn)定；將穩(wěn)定因子限制于失活X染色體上；活性X染色體上Xist基因表達(dá)的沉寂。Xist與X失活的傳播和維持雌性體細(xì)胞中覆蓋于失活X染色體上的Xist RNA外觀呈簇集顆粒狀，其功能不受DNase與RNase H的影響，這暗示Xist RNA并未與DNA接觸。在雌性胚胎干細(xì)胞的分化過程中，X染色體復(fù)制延遲、Xist轉(zhuǎn)錄物得到穩(wěn)定，這與X連鎖基因表達(dá)的下調(diào)和低乙酰化X染色體的出現(xiàn)是一致的?！　”M管XIST/Xist在X染色體失活中的重要性不容質(zhì)疑，但是細(xì)胞通過何種分子機(jī)理起始和傳播X失活仍是一個(gè)迷。 此是由于卵母細(xì)胞中的IGFⅡ 已被甲基化，而精子中的IGFⅡ未被甲基化，所以這一對(duì)等位基因在合子中表現(xiàn)不同。基因印記是等位基因依賴雙親性別表達(dá)的不符合孟德爾遺傳定律的特殊遺傳現(xiàn)象。每一個(gè)常染色體均為雙拷貝，父源和母源常染色體基因都能有均等的機(jī)會(huì)表達(dá)或受到抑制，這是孟德爾遺傳定律的基本要素。相反的例子，胰島素樣生長(zhǎng)因子2受體基因（insulinlike growth factor 2 receptor, IGF2R）為源自父親的等位基因不表達(dá)，只表達(dá)母源等位基因。睪丸性畸胎瘤細(xì)胞的兩套基因組都是來(lái)自孤雌生殖發(fā)生的父源染色體，表現(xiàn)為腫瘤無(wú)胎兒成分。 親本的IGFⅡ等位 基因在早期胚中被差異甲基化，在成體形成配子時(shí)仍保留原甲基化的模式。原因可能是這個(gè)致病基因源自父親的表達(dá)，源自母親的不表達(dá)。③由遺傳不均一性消失而偏向母源染色體增多或偏向父源染色體增多性癌癥。 貝威綜合征（BeckwithWiedemann syndrome, BWS）: BWS是以巨大舌，臍膨出和生長(zhǎng)過剩為三大主要特征的先天性疾病，同時(shí)伴有內(nèi)臟腫大（主要為肝、腎和脾的腫大），出生時(shí)低血糖，單側(cè)肥大（身體的一側(cè)生長(zhǎng)過剩）等生長(zhǎng)異常。有許多關(guān)于它們和BWS相關(guān)研究的報(bào)道，其中p57KIP2，LIT1作為其致病基因的可能性尤其引人注目。本文介紹基因印記在人類遺傳疾病發(fā)生中的作用的最新研究進(jìn)展。發(fā)育后一階段，在縱裂的細(xì)胞中染色體分成很多小片段，其中部分含著絲點(diǎn)，不含著絲點(diǎn)的片段在分裂中丟失。長(zhǎng)此下去最下面的子細(xì)胞總是保持了全套的基因組，將發(fā)育成生殖細(xì)胞，其余丟失了部分染色體片段的細(xì)胞分化為體細(xì)胞。而在一般的細(xì)胞質(zhì)中，染色丟失了32條，只保留8條，將來(lái)分化為體細(xì)胞。最為人們熟知的例子是兩棲類和昆蟲卵母細(xì)胞rRNA基因的擴(kuò)增。它為胚胎的發(fā)育提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，直到發(fā)育成蝌蚪階段。（令人驚奇的是受精時(shí)卵中有很多核糖體，一個(gè)不帶有18S和285RNA的純合體也可以發(fā)育到蝌蚪階段，然后死亡。每個(gè)核仁含有大小不同的環(huán)狀rDNA，它是染色體上18S和28S rDNA的串聯(lián)重復(fù)單位經(jīng)滾環(huán)復(fù)制從染色體上釋放出來(lái)的。多線染色體（polytenne chromosomes）具有特異的膨松區(qū)，發(fā)現(xiàn)此是產(chǎn)生過量的DNA，而不是mRNA。最有特色的例子是昆蟲的幼蟲發(fā)育，在它們的基因組中特定的特殊序列會(huì)過量復(fù)制（coverreplication）或者復(fù)制不足（underrepliicaation）。（）的基因組約有1/4的區(qū)域是由異染色區(qū)構(gòu)成的，形成染色體中心（chromocenaer），其大部分構(gòu)成了衛(wèi)星DNA序列。多線組織的 rRNA基因也是復(fù)制不足的，rDNA的區(qū)域雖有6~7次的復(fù)制，但實(shí)際上無(wú)論存在一個(gè)還是兩個(gè)核仁形成區(qū)，最終達(dá)到的水平都是相同的。衛(wèi)星DNA中的起始區(qū)不易識(shí)別； rDNA中的起始區(qū)對(duì)r DNA基因的數(shù)量作出反饋性反應(yīng)，停止其功能；一般的常染色質(zhì)的起始區(qū)可持續(xù)起始直到結(jié)束。此擴(kuò)增的序列可能經(jīng)過4次復(fù)制，使拷貝數(shù)增加了16倍。在這兩組中，擴(kuò)增區(qū)域延伸到卵殼基因另一側(cè)約45~50 Kb。從圖182中的橫型中可能得到解釋。此復(fù)制區(qū)是否含有一個(gè)順式一作用區(qū)負(fù)責(zé)復(fù)制呢？當(dāng)這個(gè)區(qū)域的染色體發(fā)生突變時(shí)應(yīng)不會(huì)出現(xiàn)擴(kuò)增。單眼缺乏（ocelliless）突變的性質(zhì)和這種推測(cè)是符合的。圖183將野生型和小眼缺失突變的擴(kuò)增區(qū)域進(jìn)行了比較，原來(lái)的擴(kuò)增區(qū)在斷裂點(diǎn)的左側(cè)長(zhǎng)40Kb；易位后擴(kuò)增區(qū)在斷裂點(diǎn)的右側(cè)，長(zhǎng)約50Kb。（1）基因組序列的選擇性擴(kuò)增真核基因組具有調(diào)節(jié)內(nèi)、外源基因組附加序列的能力。包涵在重復(fù)單位中的基因并不是每個(gè)拷貝都需要表達(dá)。則以一種不規(guī)則的方式遺傳：在真核細(xì)胞分裂時(shí)，細(xì)菌的質(zhì)粒是不能均等地分配到子細(xì)胞中，因此完整的單位很少存在。DHFR的突變，改變活性使其對(duì)氨甲喋呤產(chǎn)生抗性。像這樣類似的基因擴(kuò)增現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)20種以上的其它基因。對(duì)氨甲喋呤抗性的增加是依靠這一基因座位擴(kuò)增的程度來(lái)完成的。（2）在不穩(wěn)定系統(tǒng)中，當(dāng)選擇壓力釋放時(shí)，擴(kuò)增的基因至少會(huì)部分丟失。稱其為均染區(qū)是由于在染色體上存在著一條增加的區(qū)域。雙微體可以復(fù)制；但它們沒有著絲粒，結(jié)果它們不能附著在有絲分裂的紡錘絲上，因此不能均等分離進(jìn)入子細(xì)胞。只有哪些保持足夠數(shù)量雙微體的細(xì)胞才能幸存下來(lái)。由于雙微體不均等分離，在分裂時(shí)受到選擇的細(xì)胞中，其拷貝數(shù)能迅速增加?；驍U(kuò)增的最初階段是由什么起始的呢？在短期選擇之后，大部分或全部的抗性細(xì)胞都是不穩(wěn)定的。這個(gè)基因長(zhǎng)約31Kb但在染色體的HSR中重復(fù)單位的平均長(zhǎng)度是500～1000Kb。這有兩種可能：（1）復(fù)制的附加環(huán)可能在dhfr基因附近起始，然后通過dhfr拷貝之間的非同源重組而產(chǎn)生（圖187）；（2）或是等位基因