真核生物基因表达调控

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1、第十章真核生物基因表达调控第一节染色质结构与基因表达染色质是细胞核中基因组DNA与蛋白质构成的复合体。染色质的基本结构单位是核小体。10nm粗的纤维可以进一步盘绕成30nm粗的纤维。在分裂期，30nm粗纤维再折叠成具有一定形态结构的染色体。分裂期结束后，染色体又转化为染色质。按照功能不同，可将染色质划分为活性染色质和非活性染色质。前者是指那些具有转录活性的染色质，而后者则用于表示缺乏转录活性的染色质。在结构上，活性染色质和非活性染色质也有很大的差异。具有转录活性的染色质区域为一种开放、松散的结构。而非活性染色质呈现一种高度浓缩的形态，转录机器不能与其

2、中的启动子结合，因而没有转录活性。异染色质就是一种典型的非活性染色质。一、位置效应位置效应（positioneffect）是指一个基因由于在基因组的位置发生改变，而发生的表达上的变化。二、活性染色质的特征与非表达区域中核小体结构紧密、间隔规则相比，其核小体组装较为伸展或不规则。这样的一种结构有利于转录因子的结合，以及RNA聚合酶沿模板的滑动。在转录起始区以及某些特殊的区域，核小体的构象变化更为明显，DNaseI和微球菌核酸酶等非特异性内切酶可用于检测这种变化。三、染色质结构的调节在原核细胞中，RNA聚合酶和调节蛋白可以自由地接近DNA。由组蛋白和基因

3、组DNA两部分组成的染色质结构限制了转录因子对DNA的接近与结合，实际上起着阻遏转录的作用。基因转录需要染色质发生一系列重要的变化，如染色质去凝集，核小体变成开放式的疏松结构，使转录因子等更容易接近并结合核小体DNA。有两种方式可以显著改变DNA的易接近性：组蛋白的乙酰化和核小体重塑。组蛋白的去乙酰化，则可以使染色质凝集，引起基因沉默。1．组蛋白N端尾的修饰对染色质结构及基因转录的影响9每种核心组蛋白包括一个～80个氨基酸残基构成的保守的区域称为组蛋白折叠域（histonefolddomain）和一个突出于核小体核心之外、由20个氨基酸残基组成的N端

4、尾。N端尾的相互作用对核小体的聚集和染色质折叠非常重要，也是组蛋白的主要修饰部位。核小体N端尾的修饰作用包括位点特异的磷酸化、乙酰化和甲基化。2．核小体重塑核小体重塑涉及在基因组一个较短的区域中核小体位置的改变或者结构的改变，是一个能量依赖的过程，由核小体重塑复合体（chromatinremodelingcomplex）催化完成。重塑复合体利用ATP水解释放的能量，介导二种主要的反应：（1）组蛋白八聚体沿DNA滑动；（2）在不改变位置的情况下使核小体变成一种较为松散的结构。四、染色质结构的区间性1．绝缘子绝缘子是一组在真核生物基因组中建立独立的转录活

5、性区的调控元件，它具有两种性质。第一，当绝缘子位于增强子或者沉默子与启动子之间时可以阻断增强子对启动子的作用。第二，绝缘子可以使其界定的基因的表达不受位置效应的影响。在转基因时，目的基因整合到染色体上的不同位置，因位置效应作用基因的表达水平差异很大。但是，如果在目的基因的两侧连接上绝缘子，目的基因往往不受染色体位置效应的影响。2．基质附着区（matrixattachmentregion，MAR）无论是在原核细胞还是在真核细胞中，基因组DNA形成巨大的环状结构，环的基部附着在染色体支架上。在细菌中环的长度大概是40kb，而真核生物的DNA环要长一些，大

6、约60kb。3.基因座控制位点人类的β－珠蛋白基因簇长约60Kb，含有5个功能基因，它们的排列顺序是5’－ε－γG－γA－δ－β－3’。其中ε在胚胎早期表达，γG和γA在胎儿时期表达，δ和β在成体中表达。每个β－珠蛋白基因都有自己的一套调控系统，但它们的表达还要受到基因簇上游12Kb的基因座控制位点（locuscontrolregion,LCR）的控制。LCR具有增强转录的功能。4.沉默子9在酿酒酵母中，HML和HMR位点，以及接近端粒的染色质区域，形成一种抑制性染色质结构，因此在转录上是沉默的。HM位点上的沉默效应是由位点两侧、短的被称为沉默子的特

7、异序列起始的。HML的沉默子分别是HML-E和HML-I；HMR的沉默子分别是HMR－E和HMR－I。第二节DNA甲基化与基因组沉默一、DNA甲基化DNA甲基化是指在DNA甲基化酶（DNAmethyltransferase）的作用下，以S－腺苷甲硫氨酸为甲基供体，将甲基转移到DNA分子的胞嘧啶碱基上形成5－甲基胞嘧啶的过程。胞嘧啶的甲基化作用不是随机的。在脊椎动物基因组中胞嘧啶甲基化仅限于5’－CG－3’二核苷酸，植物中仅限于5’－CG－3’二核苷酸和5’－CNG－3’三核苷酸。DNA的甲基化反应分为两种类型。第一类是维持甲基化（maintenanc

8、emethylation）。当复制刚刚完成时，仅有亲本链上的C被甲基化，而子链的对应位点上的C未被甲基化。维