真核生物基因表達(dá)調(diào)控

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1、第十章真核生物基因表達(dá)調(diào)控第一節(jié)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因表達(dá)染色質(zhì)是細(xì)胞核中基因組DNA與蛋白質(zhì)構(gòu)成的復(fù)合體。染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位是核小體。10nm粗的纖維可以進(jìn)一步盤(pán)繞成30nm粗的纖維。在分裂期，30nm粗纖維再折疊成具有一定形態(tài)結(jié)構(gòu)的染色體。分裂期結(jié)束后，染色體又轉(zhuǎn)化為染色質(zhì)。按照功能不同，可將染色質(zhì)劃分為活性染色質(zhì)和非活性染色質(zhì)。前者是指那些具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)，而后者則用于表示缺乏轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)。在結(jié)構(gòu)上，活性染色質(zhì)和非活性染色質(zhì)也有很大的差異。具有轉(zhuǎn)錄活性的染色質(zhì)區(qū)域?yàn)橐环N開(kāi)放、松散的結(jié)構(gòu)。而非活性染色質(zhì)呈現(xiàn)一種高度濃縮的形態(tài)，轉(zhuǎn)錄機(jī)器不能與其中的啟動(dòng)子結(jié)

2、合，因而沒(méi)有轉(zhuǎn)錄活性。異染色質(zhì)就是一種典型的非活性染色質(zhì)。一、位置效應(yīng)位置效應(yīng)（positioneffect）是指一個(gè)基因由于在基因組的位置發(fā)生改變，而發(fā)生的表達(dá)上的變化。二、活性染色質(zhì)的特征與非表達(dá)區(qū)域中核小體結(jié)構(gòu)緊密、間隔規(guī)則相比，其核小體組裝較為伸展或不規(guī)則。這樣的一種結(jié)構(gòu)有利于轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合，以及RNA聚合酶沿模板的滑動(dòng)。在轉(zhuǎn)錄起始區(qū)以及某些特殊的區(qū)域，核小體的構(gòu)象變化更為明顯，DNaseI和微球菌核酸酶等非特異性內(nèi)切酶可用于檢測(cè)這種變化。三、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)在原核細(xì)胞中，RNA聚合酶和調(diào)節(jié)蛋白可以自由地接近DNA。由組蛋白和基因組DNA兩部分組成的染色

3、質(zhì)結(jié)構(gòu)限制了轉(zhuǎn)錄因子對(duì)DNA的接近與結(jié)合，實(shí)際上起著阻遏轉(zhuǎn)錄的作用?；蜣D(zhuǎn)錄需要染色質(zhì)發(fā)生一系列重要的變化，如染色質(zhì)去凝集，核小體變成開(kāi)放式的疏松結(jié)構(gòu)，使轉(zhuǎn)錄因子等更容易接近并結(jié)合核小體DNA。有兩種方式可以顯著改變DNA的易接近性：組蛋白的乙?；秃诵◇w重塑。組蛋白的去乙?；?，則可以使染色質(zhì)凝集，引起基因沉默。1．組蛋白N端尾的修飾對(duì)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)及基因轉(zhuǎn)錄的影響9每種核心組蛋白包括一個(gè)～80個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成的保守的區(qū)域稱為組蛋白折疊域（histonefolddomain）和一個(gè)突出于核小體核心之外、由20個(gè)氨基酸殘基組成的N端尾。N端尾的相互作用對(duì)核小體的聚集和

4、染色質(zhì)折疊非常重要，也是組蛋白的主要修飾部位。核小體N端尾的修飾作用包括位點(diǎn)特異的磷酸化、乙?；图谆?。2．核小體重塑核小體重塑涉及在基因組一個(gè)較短的區(qū)域中核小體位置的改變或者結(jié)構(gòu)的改變，是一個(gè)能量依賴的過(guò)程，由核小體重塑復(fù)合體（chromatinremodelingcomplex）催化完成。重塑復(fù)合體利用ATP水解釋放的能量，介導(dǎo)二種主要的反應(yīng)：（1）組蛋白八聚體沿DNA滑動(dòng)；（2）在不改變位置的情況下使核小體變成一種較為松散的結(jié)構(gòu)。四、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的區(qū)間性1．絕緣子絕緣子是一組在真核生物基因組中建立獨(dú)立的轉(zhuǎn)錄活性區(qū)的調(diào)控元件，它具有兩種性質(zhì)。第一，當(dāng)絕緣子位

5、于增強(qiáng)子或者沉默子與啟動(dòng)子之間時(shí)可以阻斷增強(qiáng)子對(duì)啟動(dòng)子的作用。第二，絕緣子可以使其界定的基因的表達(dá)不受位置效應(yīng)的影響。在轉(zhuǎn)基因時(shí)，目的基因整合到染色體上的不同位置，因位置效應(yīng)作用基因的表達(dá)水平差異很大。但是，如果在目的基因的兩側(cè)連接上絕緣子，目的基因往往不受染色體位置效應(yīng)的影響。2．基質(zhì)附著區(qū)（matrixattachmentregion，MAR）無(wú)論是在原核細(xì)胞還是在真核細(xì)胞中，基因組DNA形成巨大的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，環(huán)的基部附著在染色體支架上。在細(xì)菌中環(huán)的長(zhǎng)度大概是40kb，而真核生物的DNA環(huán)要長(zhǎng)一些，大約60kb。3.基因座控制位點(diǎn)人類的β－珠蛋白基因簇長(zhǎng)約60

6、Kb，含有5個(gè)功能基因，它們的排列順序是5’－ε－γG－γA－δ－β－3’。其中ε在胚胎早期表達(dá)，γG和γA在胎兒時(shí)期表達(dá)，δ和β在成體中表達(dá)。每個(gè)β－珠蛋白基因都有自己的一套調(diào)控系統(tǒng)，但它們的表達(dá)還要受到基因簇上游12Kb的基因座控制位點(diǎn)（locuscontrolregion,LCR）的控制。LCR具有增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄的功能。4.沉默子9在釀酒酵母中，HML和HMR位點(diǎn)，以及接近端粒的染色質(zhì)區(qū)域，形成一種抑制性染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，因此在轉(zhuǎn)錄上是沉默的。HM位點(diǎn)上的沉默效應(yīng)是由位點(diǎn)兩側(cè)、短的被稱為沉默子的特異序列起始的。HML的沉默子分別是HML-E和HML-I；HMR的沉默子

7、分別是HMR－E和HMR－I。第二節(jié)DNA甲基化與基因組沉默一、DNA甲基化DNA甲基化是指在DNA甲基化酶（DNAmethyltransferase）的作用下，以S－腺苷甲硫氨酸為甲基供體，將甲基轉(zhuǎn)移到DNA分子的胞嘧啶堿基上形成5－甲基胞嘧啶的過(guò)程。胞嘧啶的甲基化作用不是隨機(jī)的。在脊椎動(dòng)物基因組中胞嘧啶甲基化僅限于5’－CG－3’二核苷酸，植物中僅限于5’－CG－3’二核苷酸和5’－CNG－3’三核苷酸。DNA的甲基化反應(yīng)分為兩種類型。第一類是維持甲基化（maintenancemethylation）。當(dāng)復(fù)制剛剛完成時(shí)，僅有親本鏈上的C被甲基化，而子鏈的對(duì)應(yīng)

8、位點(diǎn)上的C未被甲基化。維