真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控ppt課件(編輯修改稿)
2025-05-28 22:13 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的基因表達(dá)調(diào)控 一、真核生物 DNA水平上的基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn) 分子生物學(xué)的最新研究表明，在個(gè)體發(fā)育過(guò)程中，用來(lái)合成 RNA的 DNA模板 也會(huì)發(fā)生 規(guī)律性變化 ，從而控制基因表達(dá)和生物體的發(fā)育。 高度重復(fù)基因 的形成通常與個(gè)體分化階段 DNA的某些變化有關(guān)。例如，一個(gè)成熟的紅細(xì)胞能產(chǎn)生大量的可翻譯出成熟珠蛋白的 mRNA，而其前體細(xì)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(kuò)增、重排和移位等方式，通過(guò)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(zhuǎn)錄及翻譯水平的調(diào)控是不同的，因?yàn)樗够蚪M發(fā)生了改變。 二、“開(kāi)放”型活性染色質(zhì)（ active chromatin）結(jié)構(gòu)對(duì)轉(zhuǎn)錄的影響 ? 真核基因的活躍轉(zhuǎn)錄是在常染色質(zhì)上進(jìn)行的。轉(zhuǎn)錄發(fā)生之前，染色質(zhì)常常會(huì)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(jié)構(gòu)的消除或改變， DNA本身局部結(jié)構(gòu)的變化等，這些變化可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)基因暴露，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)區(qū) DNA的結(jié)合，誘發(fā)基因轉(zhuǎn)錄。 ? 用 DNA酶 I處理各種組織的染色質(zhì)時(shí)，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(xì)胞 （ erythroblast）染色質(zhì)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(xì)胞 的染色質(zhì)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(jié)構(gòu)可能與基因的活性轉(zhuǎn)錄有關(guān)。 ? “燈刷型”染色體只有在兩棲類動(dòng)物卵細(xì)胞發(fā)生減數(shù)分裂時(shí)才能被觀察到，它是染色體充分伸展時(shí)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(jié)構(gòu)，有時(shí)還能看到 RNP沿著這些突起結(jié)構(gòu)移動(dòng)，表明這些 DNA正在被 RNA聚合酶所轉(zhuǎn)錄。 三、基因擴(kuò)增 ? 基因擴(kuò)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(xì)胞在短期內(nèi)產(chǎn)生大量的基因產(chǎn)物以滿足生長(zhǎng)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(chóng)卵母細(xì)胞 rRNA基因的擴(kuò)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(xì)胞中它們的拷貝數(shù)擴(kuò)大了 1000倍。 ? 一旦卵母細(xì)胞成熟，多余的 rDNA就沒(méi)有用了，將被逐漸降解。受精之后，染色體 DNA開(kāi)始復(fù)制，并通過(guò)有絲分裂的方式，不斷擴(kuò)大細(xì)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(gè)細(xì)胞時(shí)， rDNA的過(guò)?，F(xiàn)象就不復(fù)存在了。 四、基因重排 將一個(gè)基因從遠(yuǎn)離啟動(dòng)子的地方移到距它很近的位點(diǎn)從而啟動(dòng)轉(zhuǎn)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(guò)程中的重排以及酵母的交配型轉(zhuǎn)變。 V、 C和 J基因片段在胚胎細(xì)胞中相隔較遠(yuǎn)。編碼產(chǎn)生免疫球蛋白的細(xì)胞發(fā)育分化時(shí)，通過(guò)染色體內(nèi) DNA重組把 4個(gè)相隔較遠(yuǎn)的基因片段連接在一起，從而產(chǎn)生了具有表達(dá)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(dá)調(diào)控密切相關(guān)。 ? 大量研究表明， DNA甲基化能關(guān)閉某些基因的活性，去甲基化則誘導(dǎo)了基因的重新活化和表達(dá)。 ? DNA甲基化能引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、 DNA構(gòu)象、 DNA穩(wěn)定性及 DNA與蛋白質(zhì)相互作用方式的改變，從而控制基因表達(dá)。研究證實(shí)， CpG二核苷酸中胞嘧啶的甲基化導(dǎo)致了人體 1/3以上由于堿基轉(zhuǎn)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(jī)體中。 ? 實(shí)驗(yàn)證明，這個(gè)過(guò)程不但與 DNA復(fù)制起始及錯(cuò)誤修正時(shí)的定位有關(guān)，還通過(guò)改變基因的表達(dá)參與細(xì)胞的生長(zhǎng)、發(fā)育過(guò)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(niǎo)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?yàn)楦叩壬?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(xì)胞內(nèi)存在兩種甲基化酶活性： ? 一種被稱為 日常型 甲基轉(zhuǎn)移酶，另一種是 從頭合成型 甲基轉(zhuǎn)移酶 ? 日常型 主要在甲基化母鏈（模板鏈）指導(dǎo)下使處于半甲基化的 DNA雙鏈分子上與甲基胞嘧啶相對(duì)應(yīng)的胞嘧啶甲基化。該酶催化特異性極強(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。 ? 從頭合成型 甲基轉(zhuǎn)移酶催化未甲基化的 CpG成為 mCpG，它不需要母鏈指導(dǎo)，但速度很慢。 DNA甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)理 ? DNA甲基化導(dǎo)致某些區(qū)域 DNA構(gòu)象 變化，從而影響了蛋白質(zhì)與DNA的相互作用，抑制了轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)區(qū) DNA的結(jié)合效率。 ? 研究表明，當(dāng)組蛋白 H1與含 CCGG序列的甲基化或非甲基化DNA分別形成復(fù)合體時(shí)， DNA的構(gòu)型存在著很大的差別，甲基化達(dá)到一定程度時(shí)會(huì)發(fā)生從常規(guī)的 BDNA向 ZDNA的過(guò)渡。由于 ZDNA結(jié)構(gòu)收縮，螺旋加深，使許多蛋白質(zhì)因子賴以結(jié)合的
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