【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 yoD及 myf5基因表達(dá)， myogenin基因只有在細(xì)胞融合發(fā)生后表達(dá)，且受 myoD及 myf 5表達(dá)的誘導(dǎo)。 ?myoD及 myf 5基因控制體節(jié)細(xì)胞分化為成肌細(xì)胞，而從成肌細(xì)胞發(fā)育為成熟的骨骼肌細(xì)胞則依賴于myogenin基因． 體節(jié)細(xì)胞 骨骼肌細(xì)胞 成肌細(xì)胞 Myf5 MyoD Myogenin 骨骼肌細(xì)胞分化中的基因調(diào)節(jié) ? 成肌細(xì)胞中， 肌動(dòng)蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白、肌鈣蛋白（與肌肉收縮有關(guān)）、磷酸肌酸激酶及乙酰膽堿受體（傳遞神經(jīng)刺激）等 特異性蛋白的基因活性處于休止?fàn)顟B(tài)。成肌細(xì)胞融合后，開始激活表達(dá)并使之最終分化為形態(tài)及功能成熟的骨骼肌細(xì)胞。 成肌細(xì)胞融合激活特異性蛋白表達(dá) myoD 家族蛋白 總結(jié)： Ebox 構(gòu)象改變 二聚化 myoD 家族蛋白 誘導(dǎo)特異蛋白表達(dá)，如肌球蛋白等 三、神經(jīng)發(fā)生的調(diào)節(jié) ? 神經(jīng)系統(tǒng)：外胚層 ?神經(jīng)管 和 神經(jīng)嵴 ， 神經(jīng)管 ?腦、脊髓及視網(wǎng)膜在內(nèi)的中樞神經(jīng)系統(tǒng) 。神經(jīng)嵴 ?周圍神經(jīng)系統(tǒng)。 ? 神經(jīng)管 及 神經(jīng)嵴 細(xì)胞發(fā)育為神經(jīng)母細(xì)胞 后，其子細(xì)胞停止分裂時(shí)產(chǎn)生神經(jīng)元細(xì)胞。神經(jīng)元細(xì)胞兩端生長(zhǎng)出樹突及軸突，軸突定向生長(zhǎng)延伸至靶細(xì)胞部位，末端與靶細(xì)胞形成突觸連接，最終從形態(tài)及功能上發(fā)育分化成熟。 神經(jīng)元細(xì)胞分化 ? 果蠅基因組中鑒定出一種約 lOOkb的基因復(fù)合物 ASplex （ ASc）。 AS— c對(duì)剛毛器官發(fā)育起調(diào)節(jié)作用。 ? 果蠅的剛毛器官是 毛干細(xì)胞、神經(jīng)元、鞘細(xì)胞 和 牙槽細(xì)胞 等 4種細(xì)胞構(gòu)成的觸覺器官。 ? 剛毛器的發(fā)育始于第二胸部體節(jié)的翅成蟲盤細(xì)胞，經(jīng)神經(jīng)原細(xì)胞至神經(jīng)前體細(xì)胞的發(fā)育 , 前體細(xì)胞經(jīng)過兩次分裂后的 4個(gè)子細(xì)胞發(fā)育成上述 4種特化細(xì)胞。 神經(jīng)元細(xì)胞分化過程中的基因 ? AS— c含 4種基因 —— achaete（ ac）、 scute（ sc）、 Lethal of scute（ L－ sc） 及 asense（ a） ，產(chǎn)物均為 HLH蛋白。 ? ac及 sc兩種基因在神經(jīng)原細(xì)胞中表達(dá)，使其向神經(jīng)前體細(xì)胞方向分化。發(fā)育至神經(jīng)前體細(xì)胞時(shí)， ac及 sc停止表達(dá)， a及其他有關(guān)基因開始表達(dá)并導(dǎo)致神經(jīng)元分化。 神經(jīng)元細(xì)胞分化過程中的基因表達(dá) 神經(jīng)原細(xì)胞 神經(jīng)前體細(xì)胞 ac a Lsc sc ? ac及 sc的表達(dá)受另兩種基因 —daughterless（ da） 及 extramachrochaete（ emc） 的調(diào)節(jié)， da及 emc產(chǎn)物亦為 bHLH蛋白，均可與 ac及 sc蛋白結(jié)合成異二聚體，前者通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄促進(jìn)神經(jīng)原細(xì)胞向神經(jīng)前體細(xì)胞分化，而后者則起抑制作用。 ? Notch 和 Delta蛋白 抑制 ac及 sc基因的表達(dá)，并阻止向神經(jīng)前體細(xì)胞方向分化。 神經(jīng)元細(xì)胞分化過程中的基因表達(dá)調(diào)節(jié) 神經(jīng)原細(xì)胞 神經(jīng)前體細(xì)胞 ac a Lsc sc da(+) emc() Notch() Delta() DeltaNotch激活抑制神經(jīng)元細(xì)胞分化 ? Notch的活化使 神經(jīng)元分化基因的轉(zhuǎn)錄因子 MashNeuroD和 Ngn1蛋白的功能下降，抑制前體細(xì)胞分化為神經(jīng)元。 ? Notch還可和 Groucho蛋白一起抑制 AchaeteScute plex(AcSc) 等前神經(jīng)元基因，而 AcSc基因產(chǎn)物是將神經(jīng)系統(tǒng)和上皮系統(tǒng)進(jìn)行分離的ASC蛋白。因而， Notch的活化可以抑制未分化的前體細(xì)胞向神經(jīng)細(xì)胞特異分化。 DeltaNotch不平衡表達(dá)抑制細(xì)胞分化 ? 鄰近的細(xì)胞可能是在內(nèi)、外源信號(hào)的作用下Notch和 Delta的表達(dá)量有所不同，且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，兩者的表達(dá)量差距越來越大。 ? 在一叢細(xì)胞中，主要表達(dá) Delta配體的細(xì)胞為“ 發(fā)放信號(hào) ” 的細(xì)胞，向神經(jīng)元方向分化，而其周圍主要表達(dá) Notch受體的細(xì)胞為 “ 接受信號(hào) ”的細(xì)胞，抑制其分化為神經(jīng)細(xì)胞，但仍保持進(jìn)行各種分化的活性狀態(tài)，該叢細(xì)胞中的不同的細(xì)胞系因此得以分隔。 DeltaNotch信號(hào)系統(tǒng)紊亂后果 ? 當(dāng) Notch功能缺陷時(shí)，旁側(cè)抑制機(jī)制消失，神經(jīng)元產(chǎn)生過多，可導(dǎo)致胚胎死亡，但當(dāng)Notch過度活化或異位活化時(shí)，胚胎中的神經(jīng)細(xì)胞分化受到抑制，也可導(dǎo)致一系列的發(fā)育異常。某些人類疾病，如 Alzheimer’s病、伴有皮層下梗死的常染色體顯性腦動(dòng)脈病和腦白質(zhì)病、 Alagille綜合征等均與NotchDelta的異常密切相關(guān)。 特異性蛋白基因表達(dá)的發(fā)育階段特征 ? 紅細(xì)胞中的血紅蛋白，在發(fā)育中不同基因順序地 “ 開 ”“ 閉 ” ，使珠蛋白四聚體的構(gòu)成隨時(shí)間發(fā)展相應(yīng)發(fā)生變化。 哺乳動(dòng)物早期胚胎中四聚體的組成為α2ε2 ， 然后隨著胚胎發(fā)育改變?yōu)?α2γ2 ，出生后主要為 α2 ?2。 正常成人的血液中還含有少量珠蛋白 α2δ2 。 ε γG γA ψβ δ β 5’—— ? ——— ? — ? — ? — ? — ? — 3’ 11p15 ? ?2 ?1 5’—— ? ——— ? — ? —— 3’ 16p13 β珠蛋白基因簇 ?珠蛋白基因簇 HbGowerII (α2ε2) HbF (α2γ2) Hb Portland (ξ2γ2） HbF(α2γ2) HbA2 (α2δ2) Hb GowerI (ξ2ε2) HbA (α2β2) 95％ 胚胎期 胎兒 成人 小兒血象特點(diǎn) 一 、 ?類珠蛋白基因表達(dá)的調(diào)節(jié) （ 一 ） 、 α 類珠蛋白基因簇的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 在人 16號(hào)染色體上的位置依次是： 端粒 ψIL 9未命名 Dist1MPGProx1ξ α珠蛋白基因特異的增強(qiáng)子序列 HS40位于 Prox1基因的第 5內(nèi)含子中。 ? ?2 ?1 5’—— ? ——— ? — ? —— 3’ 16p13 ?珠蛋白基因簇 端粒 ψIL 9未命名 Dist1MPGProx1ξ ?2?1 （ 二 ） 、 調(diào)控 α 類珠蛋白基因表達(dá)的上游順式作用元件和反式作用因子 1．順式作用元件： HS40增強(qiáng)子 上游 40kb的一個(gè) DNaseI高敏位點(diǎn)（ HS40） HS40序列長(zhǎng)約 300bp，是多種組織特異及許多基本反式作用因子的結(jié)合位點(diǎn)： HS40對(duì) α類珠蛋白基因有增強(qiáng)子活性，它的缺失對(duì)甲基嘌呤 DNA糖基化酶（ MPG）基因的表達(dá)沒有影響，只引起 α類珠蛋白表達(dá)的降低，造成嚴(yán)重的 α地中海貧血。 ? 4個(gè)紅系特異的 GATA盒 ? 兩個(gè)調(diào)控蛋白 NFE2/AP1的結(jié)合位點(diǎn) ? 3個(gè) CACCC盒 和一個(gè) AG盒 2．反式作用因子及其作用特點(diǎn) NFE2蛋白 ：一種重要的紅系反式作用因子，是由分子量分別為 45kD（ p45）和 18kD（ p18）的兩類亞基構(gòu)成的異二聚體，都是屬于 AP1基因超家族的含 堿性亮氨酸拉鏈（ bZIP)的蛋白。 bZIP 轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)域 DNA結(jié)合域 轉(zhuǎn)錄激活域 二聚化結(jié)構(gòu)域 ? GATA1和 EKLF也是重要的紅系反式作用因子，在紅系細(xì)胞的分化和基因表達(dá)過程中起關(guān)鍵作用， GATA位點(diǎn)突變會(huì)使紅系分化終止。 (Erythroid krupple like factor) ? GATA1和 EKLF都可以通過 鋅指結(jié)構(gòu) 與其它蛋白因子相互作用形成核酸 蛋白復(fù)合物。 GATA1尚須輔助蛋白FOG存在。 （ 三 ） 、 α 類珠蛋白基因的表達(dá) ? 機(jī)體發(fā)育的整個(gè)過程中 ， α類珠蛋白基因表達(dá)出現(xiàn)一次轉(zhuǎn)換 ， 即胚胎期 ξ基因 ?胎兒 /成人期 α基因 。 基因簇 5’端的 ξ基因在卵黃囊期首先開啟表達(dá) 。 第五 、 六周造血功能從卵黃囊轉(zhuǎn)移到胎肝后 ， ξ基因表達(dá)基本關(guān)閉 ， α基因表達(dá)開始活躍 。 ? ?2 ?1 5’—— ? ——— ? — ? —— 3’ 胚胎期 胎兒 /成人期 ? HS40和 α 類基因啟動(dòng)子區(qū)與各種反式因子各自形成獨(dú)立的 DNA蛋白復(fù)合物，然后通過它們之間的相互作用促進(jìn) α 類珠蛋白基因表達(dá)。 ? α 類珠蛋白基因表達(dá)需要紅系特異的上游增強(qiáng)子，且存在增強(qiáng)子和啟動(dòng)子區(qū)的相互作用。 ? ξmRNA 的穩(wěn)定性對(duì) ξ 基因表達(dá)的有效關(guān)閉作用重要： α 類珠蛋白 mRNA3’非翻譯區(qū)內(nèi)有一段 16個(gè)堿基的嘧啶富含區(qū)， α 和 ξmRNA 的差異只是一個(gè)與 C→G 的突變，使 ξ mRNA與結(jié)合蛋白的結(jié)合大大降低，組裝形成 mRNA的能力較弱，且其 poly（ A）較短，所以 ξmRNA 容易降解。 轉(zhuǎn)錄后加工在 ξmRNA 的清除和關(guān)閉過程中起著關(guān)鍵作用，被認(rèn)為是轉(zhuǎn)錄后調(diào)控的一個(gè)模式。 二 、 β 類珠蛋白基因表達(dá)的調(diào)節(jié) （ 一 ） 、 ?類珠蛋白基因簇的結(jié)構(gòu) ε γG γA ψβ δ β 5’——— ? ——— ? — ? — ? — ? — ? — 3’ （二）、 β類珠蛋白基因表達(dá)的調(diào)控 1．順式作用元件 （ 1）啟動(dòng)子： 轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn) (+1) 5’端上游 100～200bp區(qū)含 TATA盒、 CCAAT盒和 CACCC盒 。 若 30bpTATA盒點(diǎn)突變，將導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄顯著降低，引起 ??地中海貧血。若 90bp處 CACCC盒發(fā)生突變，將破壞紅系特異調(diào)控因子的結(jié)合，也引起 ?地中海貧血。 （ 2）增強(qiáng)子： 2個(gè)增強(qiáng)子，分別位于人 ?珠蛋白基因內(nèi)及 3’端 +2400bp處。 （ 3）沉默子： 人 ?珠蛋白基因 5’旁側(cè) 610bp到 490bp及 338bp到 233bp處各有一個(gè)沉默子，與相應(yīng)的 反式阻抑因子 直接或間接作用。 （ 4）座位控制區(qū)域（ LCR） ： 位于人 ε珠蛋白基因5’上游遠(yuǎn)側(cè)端 6～ 21kb間的一段 DNA序列，含 4個(gè)DNaseI超敏位點(diǎn)。 LCR為紅系組織專一的、層次更高的順式作用元件。 LCR的突變或缺失會(huì)導(dǎo)致各種貧血癥。 2． 反式作用因子 與人 ?類珠蛋白基因轉(zhuǎn)錄有關(guān)的反式調(diào)控因子分為 基本轉(zhuǎn)錄因子 （如 CPl， SPl）和 紅系組織特異轉(zhuǎn)錄因子 （如 GATA1， NFE2等）兩類。 CPl： CCAAT SP1： CACCC 3. 活性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與 ?類珠蛋白基因的表達(dá) 染色質(zhì)解旋結(jié)構(gòu)變化依賴于 5’上游遠(yuǎn)側(cè)端的 LCR。一些地中海貧血癥病人珠蛋白基因所在的染色質(zhì)部分或完全缺乏 LCR，即使 ?珠蛋白基因及其近側(cè)端調(diào)控區(qū)結(jié)構(gòu)完整，也不能表達(dá) ?珠蛋白。 ?紅細(xì)胞在發(fā)育過程中失去染色質(zhì)解螺旋能力，仍保持對(duì) DNasel的抗性，因而 ?珠蛋白結(jié)構(gòu)基因處于非活性狀態(tài)。 4． LCR與 ?類珠蛋白基因發(fā)育中的順序表達(dá) 不同珠蛋白基因在染色體上的排列位置，對(duì)保持發(fā)育階段的順序性表達(dá)至關(guān)重要； 珠蛋白基因的位置與 LCR相對(duì)距離的差異，可能影響各珠蛋白基因同 LCR相互作用的頻率，使近距離珠蛋白基因優(yōu)先表達(dá)，遠(yuǎn)距離的則在較后階段被激活。 同源異型基因在染色體上的順序排列與其在體內(nèi)的不同時(shí)空表達(dá)模式相對(duì)應(yīng)，在染色體上的實(shí)際排列和表達(dá)的時(shí)空順序基本相同。 三 、 組合調(diào)控對(duì)特異性蛋白基因表達(dá)的調(diào)節(jié) 組合調(diào)控 （ binatorial control）是指一組基因調(diào)節(jié)蛋白共同協(xié)調(diào)地決定對(duì)某一基因表達(dá)的調(diào)節(jié)方式 。 ? 組合調(diào)控可使細(xì)胞分化成特定的細(xì)胞類型： 若將 MyoD基因引入取自雞胚皮膚的體外培養(yǎng)的 成纖維細(xì)胞 ?出現(xiàn)成肌細(xì)胞的特征，并融合成多核肌肉樣細(xì)胞，表達(dá)肌動(dòng)蛋白、肌球蛋白并組成收縮裝置，質(zhì)膜產(chǎn)生受體蛋白及離子通道蛋白，接受來自神經(jīng)的刺激。 MyoD基因與成纖維細(xì)胞的基因組合，誘導(dǎo)出成肌細(xì)胞樣特征 但若將 MyoD基因引入 非成纖維細(xì)胞 ， ?細(xì)胞不轉(zhuǎn)變?yōu)榧∪鈽蛹?xì)胞，說明成纖維細(xì)胞中已積累了其他必需的基因調(diào)節(jié)蛋白，在加入 MyoD蛋白后，能完成特異的基因調(diào)節(jié)蛋白的組合，從而啟動(dòng)肌肉細(xì)胞的分化。而非成纖維細(xì)胞由于缺乏其他必需的基因調(diào)節(jié)蛋白，不能完成特異的基因調(diào)節(jié)蛋白的組合，不能啟動(dòng)分化成肌肉細(xì)胞。 ? 組合調(diào)控在特定器官的發(fā)育中也起調(diào)節(jié)作用 。 眼發(fā)育中，一種關(guān)鍵性基因調(diào)節(jié)蛋白（果蠅稱為 Ey）能決定眼的發(fā)育。 若將 Ey基因人為引入將要發(fā)育成腿的果蠅細(xì)胞，在腿部表達(dá) Ey蛋白的細(xì)胞發(fā)育成果蠅眼。 ?提示 Ey蛋白與一些基因調(diào)控區(qū)的結(jié)合位