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1、第四节 基因的表达调控与癌基因,基因表达=基因转录+翻译 基因表达的调控: 生物体随时调整不同基因的表达状态,以适应环境、维持生长和发育需要,基因的表达调控包括,基因水平的调控 转录水平的调控 转录产物加工的调控 mRNA从细胞核向胞质转运过程的调控 翻译水平的调控以及翻译后的加工等,基因表达的调控方式 阻遏 负调控:调控蛋白+DNA序列 基因的表达 (相应蛋白质降低) 促进 正调控:调控蛋白+DNA序列 基因的表达 (相应蛋白质增加),一 原核生物基因表达的调控,方式 特点 调控机制 -操纵子,正调控 负调控 转录翻译偶联 快速 乳糖操纵子 -负、正调控 转录起始的调控 色氨酸操纵子-负调控
2、 转录终止的调控,一个操纵子 =编码序列（2-6） +启动序列+操纵序列+(其他调节序列) 操纵子：原核生物中几个功能相关的结构基因成簇串联排列组成的一个基因表达的协同单位,调控区 结合RNA聚合 酶和调节蛋白,编码功能相关的蛋白质,介导转录终止,转录出多顺反子mRNA， 翻译后得到多种蛋白质,操纵子的基本结构,三个结构基因,Z,Y,A,半乳糖苷酶,乳糖通透酶,乙酰化酶,乳糖操纵子转录调控机制 （一）乳糖操纵子的结构,5,P I P,操纵序列O,终止子,3,CAP结合位点,Z,Y,A,阻遏蛋白,I,别乳糖（或IPTG）,乳糖,mRNA,转变,阻遏蛋白,I,（二）阻遏蛋白的负性调节,1.阻遏,2
3、.去阻遏,CAP结合位点,mRNA,5,3,2. 高葡萄糖浓度,5,启动子P,操纵序列O,终止子,3,CAP结合位点,Z,Y,A,cAMP,1. 低葡萄糖浓度,（三）CAP-cAMP的正性调节,二 真核生物基因表达的调控,（一） 转录前基因水平的调控 （二） 转录水平的调控 （三） 转录后水平的调控 （四） 翻译水平的调控 （五） 翻译后蛋白质的加工,（一） 转录前基因水平的调控,1 对核酸酶敏感，活化基因区易被DNase I降解 2 DNA拓扑结构发生变化 3 DNA碱基修饰呈低甲基化状态 4 组蛋白的变化,（二）转录水平的调控,a. 启动子：RNA聚合酶和基本转录因子识别和结合的部位， 它
4、们在启动子上组装成转录起始复合物 b. 增强子：长度为100-200bp的含有特异的重复的DNA短片 段，是一些特异的转录活化因子结合部位，可 增强相关基因的转录活性。 c. 沉默子：为负性调控元件。特异的蛋白质因子与沉默子 结合后可抑制基因转录起始。,顺式作用元件: DNA上的一段特定序列，可以和 转录因子特异性结合。,2. 反式作用因子： 与顺式作用元件特异结合的蛋白质，可调节基因转录活性,转录因子,启动子,结构基因,增强子,沉默子,mRNA,三. 癌基因与抑癌基因,（一）癌基因的发现与分类 癌基因：是一类普遍存在于正常细胞内调控细胞增殖和分化的重要基因 当它受到物理、化学或病毒等因素的作
5、用，被“活化”而失去正常功能时才会导致正常细胞的恶性转化 原癌基因：在正常细胞中以非激活形式存在的 癌基因,（二）原癌基因的激活,1. 基因突变：各种理化因素造成的DNA损伤与突变 2. 基因重排：基因易位 3. 基因扩增： 4. 基因插入：,（三）抑癌基因,1. 视网膜母细胞瘤（Rb）基因,Rb基因,P105Rb蛋白,去磷酸化形式,磷酸化形式,促进细 胞分裂,抑制细 胞分裂,2. P53基因,抑癌基因,染色体定位,RB1,13q1,相关肿瘤,视网膜母细胞瘤，肺癌等,p53,17p,肺癌，肝癌等,BRCA1,17q21,乳腺癌,p16,9q21,黑色素瘤,部分抑癌基因,第五节 基因重组、基因诊
6、断与基因治疗,一、重组DNA（基因工程）,在体外按照一定的目的和方案对DNA分子进行人工操作，将同一来源或异源的基因进行重组，然后把他们引入适当的受体细胞中，随着细胞的繁殖，DNA重组体得到扩增，并同时得到表达,（一）重组DNA常用的工具酶,1. 限制性内切酶,限制性内切酶,专一性,来 源,BamH I,Hind III,EcoR I,5GGATTC 3,5GAATTC 3,5AAGCTT 3,3CCTAGG 5,5CTTAAG 3,5TTCGAA 3,液化芽孢杆菌,大肠杆菌Ry13,流感嗜血杆菌Rd,分子克隆：将单一基因引入适当的受体细胞 基因组DNA中，使其进行复制， 从而重组DNA的大量
7、拷贝。,基因,基因组DNA,复制,重组DNA,（二）重组DNA中常用的载体,1. 质粒：细菌染色体外能自主复制的小分子 DNA，多为环状双链结构,克隆载体：能携带外源基因进入受体细胞， 并能在受体细胞内复制和表达的DNA分子,自主复制,2. 噬菌体DNA：可在细菌内复制,3. 病毒：可在宿主细胞内复制,4. 酵母人工染色体载体：为酵母基因和质粒pBR322人工拼接的载体，可在大肠杆菌中复制.,2. DNA连接酶:,3. 逆转录酶:,4. 其它酶类:,mRNA,cDNA,逆转录酶,（三）基因工程的基本过程,目的基因的制备,载体DNA的选择与制备,目的基因与载体DNA的体外重组,重组DNA分子导入
8、受体细胞,筛选及鉴定含重组分子的受体细胞,扩增重组分子以表达目的基因,目的基因扩增与表达,目的基因,质粒载体,positive,GAPDH 阳性对照,500bp,1 2 M,电泳图： 1：SHEE细胞 2：SHEEC细胞 3：DNA ladder,pGEM-T easy载体图,重组质粒的酶切鉴定图 1,3,5,7：重组质粒；2,4,6,8：EcoR I酶切后的重组质粒； M1：DNA/EcoR I + Hind III markers ；M2：DNA ladder,2027bp,5148bp,500bp,M1 1 2 3 4 5 6 7 8 M2,（四）基因工程的意义,1. 制药,2. 农业基
9、因工程,3. 植物基因工程,4. 基因治疗,5. 其它,二、基因诊断,基因诊断： 用分子生物学的技术对遗传病肿瘤以及传染性疾病等在基因水平上进行病原学以及细胞遗传基因的检测和分析,（一）限制性片段长度分析,依据：限制性内切酶能识别DNA上特定碱基序列。当基因发生突变时，可能会改变内 切酶的识别位点。因而，用适当的限制性内切酶水解DNA时，所得到的片段长度会发生改变 应用：遗传病、肿瘤等疾病的诊断,应用：遗传病、肿瘤等疾病的诊断,正常,病变,SNP诊断疾病示意图,（二）分子杂交技术,依据：核酸的变性和复性,应用：遗传病、肿瘤和传染性疾病的诊断,探针,探针,DNA,应用：遗传病、肿瘤和传染性疾病的诊断,正常,病变,分子杂交诊断疾病示意图,（三）聚合酶链式反应,依据：可对特定基因进行体外扩增。,应用：遗传病的诊断、肿瘤和传染性疾病 的检测等。,原理：,（三）聚合酶链式反应,依据：可对特定基因进行体外扩增,应用：遗传病的诊断、肿瘤和传染性疾病 的检测等,原理：,变性,退火,延伸,正常,病变,PCR诊断疾病示意图,三个阶段：,变性,退火 （复性）,延伸,聚合酶链式反应的原理,循环,（四）其它方法,1. 基因芯片,2. 蛋白芯片,3. 组织芯片,（四）其它方法,1. 基因芯片,基因芯片示意图,待测的基因探针,