一、真核细胞基因表达的特点
① 真核基因组比原核基因组大得多
② 原核基因组的大部分序列都为编码基因,而哺乳类基因组中只有10%的序列编码蛋白质、rRNA、tRNA等,其余90%的序列,包括大量的重复序列功能至今还不清楚,可能参与调控
③ 真核生物编码蛋白质的基因是不连续的,转录后需要剪接去除内含子,这就增加了基因表达调控的层次
④原核生物的基因编码序列在操纵子中,多顺反子mRNA使得几个功能相关的基因自然协调控制;而真核生物则是一个结构基因转录生成一条mRNA,即mRNA是单顺反子(monocistron),许多功能相关的蛋白、即使是一种蛋白的不同亚基也将涉及到多个基因的协调表达
⑤ 真核生物DNA在细胞核内与多种蛋白质结合构成染色质,这种复杂的结构直接影响着基因表达;
⑥ 真核生物的遗传信息不仅存在于核DNA上,还存在线粒体DNA上,核内基因与线粒体基因的表达调控既相互独立而又需要协调。
二、染色质结构与真核基因表达密切相关
(一)转录活化的染色质对核酸酶极为敏感
(二)转录活化染色质的组蛋白发生改变
组蛋白修饰对于基因表达影响的机制也包括两种相互包容的理论。即:组蛋白的修饰直接影响染色质或核小体的结构,以及化学修饰征集了其他调控基因转录的蛋白质,为其他功能分子与组蛋白结合搭建了一个平台。这些理论构成了“组蛋白密码”的假说。
(三)CpG岛甲基化水平降低
CpG岛(CpG island):甲基化胞嘧啶在基因组中并不是均匀分布,有些成簇的非甲基化CG存在于整个基因组中,人们将这些GC含量可达60%,长度为300-3000bp的区段
表观遗传(epigenetic inheritance):染色质结构对基因表达的影响可以遗传给子代细胞,其机制是细胞内存在着具有维持甲基化作用的DNA甲基转移酶,可以在DNA复制后,依照亲本DNA链的甲基化位置催化子链DNA在相同位置上发生甲基化
三、基因组中的顺式作用元件是转录起始的关键调节部位
(一)真核生物启动子结构和调节远较原核生物复杂
(二)增强子是能够提高转录效率的顺式调控元件
(三)沉默子能够抑制基因的转录
四、转录因子是转录调控的关键分子
由某一基因表达产生的蛋白质因子,通过与另一基因的特异的顺式作用元件相互作用,调节其表达。这种调节作用称为反式作用。
还有蛋白质因子可特异识别、结合自身基因的调节序列,调节自身基因的表达,称顺式作用。
1.转录调节因子分类(按功能特性)
通用转录因子(generaltranscription factors)
是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白因子,决定三种RNA(mRNA、tRNA及rRNA)转录的类别。
特异转录因子(specialtranscription factors)
为个别基因转录所必需,决定该基因的时间、空间特异性表达。
2.转录调节因子结构
锌指模体(zincfinger)
常结合GC盒
碱性螺旋-环-螺旋(basic helix-loop-helix,bHLH)
常结合CAAT盒
碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper, Bzip)
常结合CAAT盒
五、转录起始复合物的动态构成是转录调控的主要方式
(一)启动序列/启动子与RNA聚合酶活性
六、转录后调控主要影响真核mRNA的结构与功能
(一)mRNA稳定性的影响真核生物基因表达
(二)一些非编码小分子RNA可引起转录后基因沉默
(三)mRNA前体的选择性剪接可以调节真核生物基因表达
七、真核基因表达在翻译以及翻译后仍可受到调控
(一)对翻译起始因子活性的调节主要通过磷酸化修饰进行
(二)RNA结合蛋白参与了对翻译起始的调节
(三)对翻译产物水平及活性的调节可以快速调控基因表达
(四)小分子RNA对基因表达的调节十分复杂
(五)长链非编码RNA在基因表达调控中的作用不容忽视

