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1、第三节 染色质水平调控,一、异染色质化 如水蜡虫（Pseudococcus nipae） （2n=10）在体细胞里来自父本的5条染色体依次被异染色质化，在精子形成时丢失，只保留来自母本的5条染色体。 剂量补偿（dosage conpensation） 雌性哺乳动物X染色体的失活,莱昂假说（Lyon hypothesiis） （1）巴尔小体是一个失活的X染色体，失活的 过程就称为莱昂化（lyonization）； （2）在哺乳动物中，雌性个体细胞中的两个X 染色体中有一个X染色体在受精后的第16 天（受精卵增殖到5000-6000，植入子宫 壁时）失活； （3）两条X染色体中哪一条失活是随机的；
2、 （4）X染色体失活后，细胞继续分裂形成的克 隆中，此条染色体都是失活的； （5）生殖细胞形成时失活的X染色体可得到恢 复。,1.无汗性外胚层发育不良(anhidrotic ectodermal dysplasia) 2.三色猫 3. G-6-PDH 二. 组蛋白与非组蛋白 三.DNase的敏感性和基因的表达 高泳动蛋白(high-mobility group,HMG) HMG14 和 HMG17 四. 座位控制区(locus control region ,LCR) 特化染色质结构(specialized cromatin structures, SCS or SCS ) 隔离子或绝缘子(i
3、nsulator),1染色质结构改变模型-组蛋白置换,(1) 占先模型(pre-emptive model) 模型认为：决定的因素是转录因子和组蛋白谁先占据调控位点。DNA复制时，组蛋白8聚体解离，转录因子乘机结合到调控位点上，一直持续到下一个复制周期，抑制了组蛋白和DNA的结合。 例1：当5S rRNA基因与组蛋白结合时TFA不能激活此基因。而TFA可与游离的5S rRNA基因结合，再加入组蛋白不能使此基因失活。 例2：含腺病毒启动子的质粒能被TFD结合，再被RNA pol 转录，如先加入组蛋白，则不起始转录，如先加入TFD则形成的染色质中，模板仍能转录,染色质的占先模型提出：如在启动子上已
4、形成了核小体，那么转录因子和RNA聚合酶是不能和启动子结合的；如转录因子和RNA聚合酶在启动子上已建立了稳定的起始复合体，那么组蛋白将被排除在外。,(2)动态模型(dynamic model) 近来研究表明：组蛋白置换需输入能量。 一些转录因子结合DNA时可裂解核小体， 或建立一个可产生核小体定位结合位点的边界。 如果蝇Hsp70启动子上的核小体在体外实 行 重建。GAGA(细胞核结合蛋白)转录因子与启 动子中4个富含(CT)n位点结合，破坏了核小体， 形成一高敏感区，而且导致邻接的核小体重排， 这样它们就优先插入到随机位点。核小体打开的 过程是需要水解ATP的耗能过程。,染色质的转录模型依赖
5、于那些通过水解ATP提供能量，从特异DNA序列取代核小体的因子,3.组蛋白的乙酰化和去乙酰化控制染色活性,组蛋白的乙酰化和基因表达的状态相关。 组蛋白H4的去乙酰化是雌性哺乳动物一条X染色体失活的原因之一。 HATs (histone acetytransferases)组蛋白乙酰化酶 HDACs (histone deacetylases) HATs有两组，一组为A组，和转录有关； 另一组是B组，和核小体装配有关。,辅激活因子可能有HAT乙酰化核小体组蛋白尾巴的活性,去乙酰化和基因活性的阻遏有关。 在酵母中SIN3和Rpd3的突变将阻遏基因转变。 SIN3和Rpd3与DNA结合蛋白Ume6形
6、成复合物，而此复合物阻遏具有由Ume6 结合的URS1(上游阻遏序列)元件的启动子转录。 Rpd3具有HDACs活性。,阻遏复合体 含有3个成分： DNA结合亚基，辅阻遏物和组蛋白的去乙酰化酶,Pc-G蛋白不起始阻遏，但可维持阻遏,用DNAaseI来鉴 别基因的活性,在成体的红细胞中，成体-球蛋白基因对DNAaseI的降解是高度敏感的，对胚胎-球蛋白基因是部分敏感的(可能是由于扩散效应)，但对卵清蛋白基因是不敏感的。,胚胎-球蛋白基因,成体-球蛋白基因,卵清蛋白基因,五.大范围调节与功能区的隔离,LCR(locus control region)5端调控位点，起初级调控作用， 它即是一簇超敏感
7、位点。,HS4,(specialized chromatin sructures),. 核基质蛋白,核基质(nuclear matrix) 骨架蛋白(scaffolding protein) 核基质结合区(matrix association,MAR) 骨架附着区(scaffold attached region,SAR) 限定子(delimiter) 绝缘体(insulators),(Matrix attachment site),第四节 DNA水平的调控 一. DNA的甲基化与去甲基化,二.亲本印记(imprinting),印记:来源于父母本的一对等位基因表达不同。如源于父本的IGF- (
8、胰岛素样生长因子)基因可表达，而源于母本的则不能表达。此是由于卵母细胞中的IGF- 已被甲基化，而精子中的IGF-未被甲基化，所以这一对等位基因在合子中表现不同。 目前在人类和鼠身上已辨明了20种印迹基因。大多数人类的印迹基因集中在三个簇中。在每个基因簇上都存在着特异的印记盒 (imprinting box)，能顺式调节印迹基因的亲本特异性表达，这些位点表现出亲本特异性的甲基化作用和去甲基化作用。,亲本的IGF-等位 基因在早期胚中被差异甲基化，在成体形成配子时仍保留原甲基化的模式。,第五节转录水平的调控 一顺式作用元件和反式作用因式元件： (1) 核心启动子成分 ， 如 TATA 框 ； (
9、2) 上游启动子分 ，如 CAAT框 ,GC框 ; (3) 远上游顺序 ：如增强子 ，减弱子 、 静 息 子 ,酵 母 的 UAS （ upstreamactivator sequences）等。 (4) 特殊细胞中的启动子成分 ：如淋巴 细胞中的 Oct (octamer）和B。,反式作用因子可以分为3类； (1) 通用反式作用因子，主要识别启动子的核 心启动成分，如TBP； （2）特殊组织与细胞中的反式作用因子，如淋巴细 胞中的Oct-2； （3）和反应性元件（response elenents）相结合的反 式作用因子。 如HSE（热休克反应元件，heat shock response e
10、lement）， GRE（糖皮质激素反应元件glucocorticoid response element）； MRE（金属反应元件，metal response element）； TRE（肿瘤诱导剂反应元件，tumorgenic agent response element);,(一) 蛋白质直接和DNA结合 1. 螺旋转角螺旋（Helix-turn-helix, HTH）： 如LacO的R蛋白，的CI，Cro蛋白，涉及酵母交配型的a1和a2蛋白。真核生物中的Oct-1和Oct-2； 2.锌指结构（zinc fimger） 单个的锌指保守序列是：Cys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5
11、- Leu-X2-His-X2-His 型: 2Cys/2His : TF IIIA, SP1 型: 2cys/2cys : GAL4,3. 亮氨酸拉链（Leucine ziipper） 同二聚体（honwdimers） 异二聚体（hefercdimers） C-Jun,C-Fos,Myc , 4. 螺旋一环一螺旋（HLH） 在HLH中带有碱性区的肽链称为 碱性HLH（bHLH，protein）。 bHLH又分为两类。 A类是可以广泛表达的蛋白，包括哺乳动物的E12/E47（可和免疫球蛋基因增强子中的元件结合）和果蝇da（daughterless,性别控制的总开关基因）的产物； B类是组织特异
12、性表达的蛋白，包括哺乳动物的MyoD(肌浆蛋白（myogen）基因的转录因子 果蝇的AC-S（achaete-scute 无刚毛基因的产物）,5同源异形结构域（Homeodomains，HD） 是一种编码60aa的序列，长180bp，它存在于很多控制果蝇早期发育基因中，在高等生物中也发现了相关基序。 HD的C-端区域和原核阻遏蛋白的HTH同源，但也有几点不同: （1）HD的C端由3个-螺旋构成，螺旋3结合于大沟，长17aa；而阻遏蛋白由5个-螺旋构成，螺旋3长仅9个 aa； （2）原核的HTH的以二聚体形式与DNA结合，靶序列是回文结构，而HD是以单体形式与DNA结合，靶序列不是回文结构； （
13、3）HD N-端的臂位于小沟，而HTH螺旋1的末端与DNA的背面接触。,（二）蛋白质和配基的结合 甾类受体蛋白一般都具有3个不同的功能区： （1）N-端区是激活转录所需的区域，不 同受体之间此区的同一性仅小于15%； （2）DNA结合及转录活化区，同一性较高为94-42%； （3）C-端的激素结合和二聚体形成区， 同一性为57-15%。,(二) 蛋白质之间的相互作用 酵母半乳糖代谢中GAL80和GAL4的相互作用： 酵母半乳糖代谢调控和gal操纵中的调控形式是 完全不同的： （1）被调节的基因多位于不同的染色体上； （2）负调节蛋白GAL80不直接和DNA结合，而是和 GAL4结合，占据其功能
14、域来阻遏转录的； （3）作为正调节因子不仅需要半乳糖作为诱导物，还需要GAL4蛋白作为转录因子，它不是像原核中的正调节蛋白仅和操纵子中的操纵基因结合，使整个基因簇得以转录，而是分别和各个被调节基因上游元件UAS结合，促进转录。,第六节 转录起始和加工的调节,一. 转录起始的选择 酵母蔗糖酶基因，有6个基因（Suc15,7）位于不同的染色体上。每一个基因都可以转录合成蔗糖酶，但有胞内酶和胞外酶两种不同形式。 前者的合成不受葡萄糖存在的影响，但含量低； 后者的合成受到葡萄糖的抑制。,两种酶的结构相似， 胞外酶仅多了信号序列，经切除后胞外酶比胞内酶在N-端仅多了一个Ser 经分析发现Suc-2 基因
15、有3个TATA框，但尚不清楚和2种酶的关系，也没有确定是否存在cAMP-CAP位点。,二选择性加工 (一) 不同5端的选择 (二) 选择不同的3端 (三) 选择不同外显子,第七节 翻译的调控,一.mRNA运输控制（transport control）是对转录本从细胞核运送到细胞质中的数量进行调节; 二mRNA翻译的控制 三mRNA的结构和翻译的效率 四翻译的起始调节 五选择性翻译 六反义RNA调控 七翻译的自我调节,和珠蛋白的合成。 (P 221) 在二倍体细胞中都有4个-珠蛋白基因，它们之间的浓度比应是：=2：1， 而实际上是1：1 在无细胞系统中加入等量的mRNA和 mRNA和少量的起始因
16、子, 结果合成的-珠蛋白仅占3%。 当加入过量的起始因子时珠蛋白和珠蛋白之比为1.4：1，接近1：1， 表明翻译起始因子和两种mRNA的亲和性不同。,第八节 细胞周期的调控,真核生物细胞有丝分裂周期有两个关键的过程： 一.细胞周期与调节 “起点”（start）， M期进入限制点（commitment to M phase） 成熟促进因子。（muturior promoting factor， MPF）。后又称为M期促发因子（M-phase puomoting factor,MPF）。 周期蛋白 (cyclin),在M期活化的p34-cycin B可以使下面一组蛋白磷酸化 (1)使层连蛋白（La
17、mins）磷酸化，使得细胞 在分裂期核模解体； (2)使组蛋白H1磷酸化,导致染色体的凝聚； (3)使微管蛋白磷酸化，导致细胞骨架的重新 组合，为细胞分裂做好准备； (4)使泛蛋白连接酶体系（Ubiquitin ligase system）磷酸化，此即是依赖泛素的蛋白 水解酶，它们经磷酸化激活后可使 Cyclin-B的降解，促进细胞进入G0/G1。,p34的Ser217被磷酸化，p34-cyclin A活化，具有丝/苏氨酸蛋白激活性，能激活某些转录因子，使这些因子能与细胞周期盒序列（ACGCGTNA）相结合，起动与DNA复制有关的基因群： cdc6 编码DNA合成酶 cdc8 编码胸苷激酶 cdc9 编码DNA连接酶 cdc21 编码胸苷酸合成酶。,