真核基因轉錄調(diào)控ppt課件(編輯修改稿)
2025-05-28 22:13 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 的基因表達調(diào)控 一、真核生物 DNA水平上的基因表達調(diào)控特點 分子生物學的最新研究表明，在個體發(fā)育過程中，用來合成 RNA的 DNA模板 也會發(fā)生 規(guī)律性變化 ，從而控制基因表達和生物體的發(fā)育。 高度重復基因 的形成通常與個體分化階段 DNA的某些變化有關。例如，一個成熟的紅細胞能產(chǎn)生大量的可翻譯出成熟珠蛋白的 mRNA，而其前體細胞卻不產(chǎn)生珠蛋白。許多情況下，這種變化是由于基因本身或它的拷貝數(shù)發(fā)生了永久性變化。 這種 DNA水平 的調(diào)控是真核生物發(fā)育調(diào)控的一種形式，它包括了基因丟失、擴增、重排和移位等方式，通過這些方式可以消除或變換某些基因并改變它們的活性。這些調(diào)控方式與轉錄及翻譯水平的調(diào)控是不同的，因為它使基因組發(fā)生了改變。 二、“開放”型活性染色質（ active chromatin）結構對轉錄的影響 ? 真核基因的活躍轉錄是在常染色質上進行的。轉錄發(fā)生之前，染色質常常會在特定的區(qū)域被解旋松弛，形成自由 DNA。這種變化可能包括核小體結構的消除或改變， DNA本身局部結構的變化等，這些變化可導致結構基因暴露，促進轉錄因子與啟動區(qū) DNA的結合，誘發(fā)基因轉錄。 ? 用 DNA酶 I處理各種組織的染色質時，發(fā)現(xiàn)處于活躍狀態(tài)的基因比非活躍狀態(tài)的DNA更容易被 DNA酶 I所降解。 ? 雞成紅細胞 （ erythroblast）染色質中，β血紅蛋白基因比卵清蛋白基因更容易被 DNA酶 I切割降解。 ? 雞輸卵管細胞 的染色質中被 DNA酶 I優(yōu)先降解的是卵清蛋白基因，而不是 β血紅蛋白基因。 ? 存在于 “燈刷型”染色體 （ lamp brush）上的環(huán)形結構可能與基因的活性轉錄有關。 ? “燈刷型”染色體只有在兩棲類動物卵細胞發(fā)生減數(shù)分裂時才能被觀察到，它是染色體充分伸展時的一種形態(tài)。高倍電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，燈刷型染色體上存在許多突起的“泡”狀或“環(huán)”狀結構，有時還能看到 RNP沿著這些突起結構移動，表明這些 DNA正在被 RNA聚合酶所轉錄。 三、基因擴增 ? 基因擴增是指某些基因的拷貝數(shù)專一性大量增加的現(xiàn)象，它使細胞在短期內(nèi)產(chǎn)生大量的基因產(chǎn)物以滿足生長發(fā)育的需要，是基因活性調(diào)控的一種方式。 兩棲類和昆蟲卵母細胞 rRNA基因的擴增 ? 非洲爪蟾的染色體上有約 450拷貝編碼 18Sr RNA和 28S rRNA的 DNA，在卵母細胞中它們的拷貝數(shù)擴大了 1000倍。 ? 一旦卵母細胞成熟，多余的 rDNA就沒有用了，將被逐漸降解。受精之后，染色體 DNA開始復制，并通過有絲分裂的方式，不斷擴大細胞群體。在此期間，多余的 rDNA繼續(xù)被降解，直到分裂產(chǎn)生幾百個細胞時， rDNA的過?，F(xiàn)象就不復存在了。 四、基因重排 將一個基因從遠離啟動子的地方移到距它很近的位點從而啟動轉錄，這種方式被稱為基因重排。 ? 真核生物 ? 最典型的例子是免疫球蛋白在成熟過程中的重排以及酵母的交配型轉變。 V、 C和 J基因片段在胚胎細胞中相隔較遠。編碼產(chǎn)生免疫球蛋白的細胞發(fā)育分化時，通過染色體內(nèi) DNA重組把 4個相隔較遠的基因片段連接在一起，從而產(chǎn)生了具有表達活性的免疫球蛋白基因。 五、 DNA甲基化與基因活性的調(diào)控 DNA的甲基化 ? DNA甲基化是最早發(fā)現(xiàn)的修飾途徑之一，這一修飾途徑可能存在于所有高等生物中并與基因表達調(diào)控密切相關。 ? 大量研究表明， DNA甲基化能關閉某些基因的活性，去甲基化則誘導了基因的重新活化和表達。 ? DNA甲基化能引起染色質結構、 DNA構象、 DNA穩(wěn)定性及 DNA與蛋白質相互作用方式的改變，從而控制基因表達。研究證實， CpG二核苷酸中胞嘧啶的甲基化導致了人體 1/3以上由于堿基轉換而引起的遺傳病。 ? DNA甲基化修飾現(xiàn)象廣泛存在于多種有機體中。 ? 實驗證明，這個過程不但與 DNA復制起始及錯誤修正時的定位有關，還通過改變基因的表達參與細胞的生長、發(fā)育過程及 X染色體失活等的調(diào)控。 DNA甲基化主要形成 5甲基胞嘧啶（ 5mC）和少量的 N6甲基腺嘌呤（ N6mA）及 7甲基鳥嘌呤（ 7mG）。 在真核生物中， 5甲基胞嘧啶主要出現(xiàn)在 CpG序列、 CpXpG、CCA/TGG和 GATC中。因為高等生物 CpG二核苷酸序列中的 C 通常是甲基化的，極易自發(fā)脫氨，生成 胸腺嘧啶 。 由于這些 CpG二核苷酸通常成串出現(xiàn)在 DNA上，這段序列往往被稱為 CpG島 。 ? 真核生物細胞內(nèi)存在兩種甲基化酶活性： ? 一種被稱為 日常型 甲基轉移酶，另一種是 從頭合成型 甲基轉移酶 ? 日常型 主要在甲基化母鏈（模板鏈）指導下使處于半甲基化的 DNA雙鏈分子上與甲基胞嘧啶相對應的胞嘧啶甲基化。該酶催化特異性極強，對半甲基化的 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復制及細胞分裂后甲基化模式不變。 ? 從頭合成型 甲基轉移酶催化未甲基化的 CpG成為 mCpG，它不需要母鏈指導，但速度很慢。 DNA甲基化抑制基因轉錄的機理 ? DNA甲基化導致某些區(qū)域 DNA構象 變化，從而影響了蛋白質與DNA的相互作用，抑制了轉錄因子與啟動區(qū) DNA的結合效率。 ? 研究表明，當組蛋白 H1與含 CCGG序列的甲基化或非甲基化DNA分別形成復合體時， DNA的構型存在著很大的差別，甲基化達到一定程度時會發(fā)生從常規(guī)的 BDNA向 ZDNA的過渡。由于 ZDNA結構收縮，螺旋加深，使許多蛋白質因子賴以結合的
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