13.3 第三节  真核生物基因表达调控

三、真核基因组结构特点

1.转录产物为单顺反子:真核基因的转录产物一般是单顺反子(mono-cistron),即一个编码基因转录生成一个mRNA分子,并指导翻译一条多肽链。

2.大量重复序列:真核基因组中含大量的重复序列,这些重复序列大部分是没有特定生物学功能的DNA片段,可占整个基因组DNA90%。根据重复频率可将其分为高度重复序列、中度重复序列和单拷贝序列。

3.断裂基因:真核生物中的基因具有不连续性,即一个基因的编码序列往往被一些非编码序列分隔开。基因中能够转录并进一步编码多肽链合成的部分称为外显子(exon),而在转录后会被剪除的部分则称为内含子(intron)。

四、真核基因转录调控元件及激活机制

1.顺式作用元件(分子内作用元件):

⑴启动子:存在于结构基因上游,与基因转录启动有关的一段特殊DNA顺序称为启动子。与原核生物类似,也含有一段富含TATA的顺序,称为TATA盒。除此之外,还可见CAAT盒和GC盒。

⑵增强子:位于结构基因附近,能够增强该基因转录活性的一段DNA顺序称为增强子。增强子的特点是:在转录起始点5’3’侧均能起作用;相对于启动子的任一指向均能起作用;发挥作用与受控基因的远近距离相对无关;对异源性启动子也能发挥作用;通常具有一些短的重复顺序。

⑶沉默子:能够对基因转录起阻遏作用的DNA片段,属于负性调控元件。

2.反式作用因子(分子间作用因子):真核生物反式作用因子通常属于转录因子(transcription factorTF)。

(1)转录因子的种类:非特异性转录因子(基本转录因子):非选择性调控基因转录表达的蛋白质因子称为非特异性转录因子。真核生物中存在的三种RNA聚合酶分别有相应的转录因子,即TFⅠ,TFⅡ,TFⅢ。其中,TFⅡ一共有六种亚类。TFD是唯一能识别启动子TATA盒并与之结合的转录因子,而TFB则可促进聚合酶Ⅱ与启动子的结合。特异性转录因子:能够选择性调控某种或某些基因转录表达的蛋白质因子称为特异性转录因子。目前较清楚的是调控免疫球蛋白基因表达的核内蛋白质因子(NF)。

(2)转录因子的结构:反式作用因子至少含有三个功能域,DNA结合功能域转录活性功能域其它转录因子结合功能域DNA结合功能域带共性的结构主要有:HTHHLH结构: 由两段α-螺旋夹一段β-折迭构成,α-螺旋与β-折迭之间通过β-转角或成环连接,即螺旋-转角-螺旋结构和螺旋--螺旋结构。锌指结构:见于TFA和类固醇激素受体中,由一段富含半胱氨酸的多肽链构成。每四个半光氨酸残基或His残基螯合一分子Zn2+,其余约12-13个残基则呈指样突出,刚好能嵌入DNA双螺旋的大沟中而与之相结合。亮氨酸拉链结构:见于真核生物DNA结合蛋白的C端,与癌基因表达调控有关。由两段α-螺旋平行排列构成,其α-螺旋中存在每隔7个残基规律性排列的Leu残基,Leu侧链交替排列而呈拉链状。两条肽链呈钳状与DNA相结合。

⑶转录因子的作用特点:同一DNA顺式作用元件可被不同的转录因子所识别;同一转录因子也可识别不同的DNA顺式作用元件;TFTF之间存在相互作用;TFTFTFDNA结合时,可导致构象改变;TF在合成过程中,有较大的可变性和可塑性。

3.转录激活及其调控:真核RNA聚合酶Ⅱ的激活需要依赖多种转录因子,并与之形成复合体。其过程首先是由TFD识别启动子序列并与之结合;继而RNA聚合酶Ⅱ与TFDB等聚合形成一个功能性的前起始复合体——PIC;最后,结合了增强子的转录因子与前起始复合体结合,从而形成稳定的转录起始复合体。