细胞分化的分子机制--转录后的调控

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1、第三章细胞分化的分子机制——转录后的调控真核生物：DNA→nRNA（核）→mRNA（质）第一节RNA加工水平的调控大多数编码细胞特异性蛋白质的基因选择性表达的调控主要发生在转录水平，但转录后调控对决定蛋白质结构和功能重要（一）、异质性核RNA（hnRNA）由于转录模板不同，nRNA的长度和性质差别较大分子量：nRNA﹥mRNA；半寿期：nRNA﹤mRNA；复杂性：hnRNA﹥mRNA，核苷酸序列多样性一、mRNA前体和mRNA（二）、前体mRNA的加工对早期发育的调控海胆：囊胚期与长腕幼虫期细胞nRNA相同；囊胚期处于转录激活

2、状态的DNA序列与长腕幼虫期完全一致；随着发育进程由基因组DNA的转录所产生的细胞质mRNA的复杂性逐渐减小；早期胚胎发育的调控机制：存在加工水平的差异早期发育对RNA信息的选择——不同类型细胞对nRNA的选择不同RNA加工前三个胚层中的RNA量无差异。EctEn/mes加工后的RNA主要存在于外胚层中。核酸保护实验(放射性intron或exon探针与总RNA杂交后再RNase消化)表明：海胆钙结合蛋白基因CyIIIa在原肠胚的外胚层中表达核酸run-on(在膜上固定intron序列与放射性RNA探针杂交)实验表明：Spec1基

3、因在原肠胚的内、中、外胚层细胞核中都表达，但成熟的Spec1mRNA只存在于外胚层中。nRNA（一）、同一基因的初始转录物（nRNA）经选择性拼接可产生不同的成熟RNA原肌球蛋白基因二、RNA加工水平的调控α-原肌球蛋白基因nRNAmRNAB淋巴细胞的DNA，发生重排生殖细胞的DNA重链可变区（抗原结合区）在淋巴细胞形成过程中，发生基因重排（DNA水平）重链恒定区发生分子转换，该模式通过RNA加工完成前体RNAμ区δ区IgMIgD相同基因在不同发育时期或不同组织细胞中拼接不同，合成不同的蛋白质降钙素/神经多肽CGRPmRNA前体

4、果蝇性别表型的决定事件，通过3个主要性别决定基因RNA的不同拼接模式，引起差异基因表达选择性RNA加工与性别决定（二）、RNA3’末端的决定绝大多数真核生物nRNA在剪接之前，先进行3’末端断裂和多聚腺苷酸化加工，这种加工由顺式和反式作用元件调控。1、顺式作用元件AAUAAA序列：位于3’末端，对其下游10-30bp位点发生的裂解是必需的；GU或U富积序列：位于3’末端AAUAAA区域下游，调控mRNA3’末端裂解的效率。2、反式作用元件（人癌细胞）特异性核蛋白因子：可识别发生裂解和进行多聚腺苷酸化的顺式因子；poly（A）聚合

5、酶：用于合成多聚腺苷酸尾；裂解因子I和II：mRNA前体的裂解酶；裂解刺激因子：可显著提高裂解反应的效率（三）、mRNA向核外的运输推测：RNA在核基质内完成转录和加工，然后将mRNA运输到核膜孔，由此运出核外，但机制尚不十分清楚。然而，已知细胞分化中基因选择性表达调控的另一种方式是细胞核以何种方式处理mRNA前体，通过调控，有的mRNA运出核外，有的不能运出；已发现：一种特殊的病毒蛋白对于mRNA运输是必需的。第二节翻译和翻译后的调控1.翻译过程（mRNA→特异多肽链的合成）AUG氨基酰-tRNA与核糖体结合；aa离开tRNA

6、，aa之间肽键、缩合；核糖体沿mRNA移动；UAGUAAUGA一、翻译水平的调控3个阶段2.mRNA寿命的不同对蛋白质合成的调控——通过mRNA的选择性降解和mRNA稳定性不同调控蛋白质的合成rabbit3’不同基因的mRNA的半衰期不同，主要受其3`UTR控制。短寿命mRNA的3’UTR通常含有一个或多个AU富集区，其作用是促进Poly(A)降解。β-珠蛋白RNA的3’UTR中含有3个C富集区，稳定，半衰期17h一种生长因子mRNA的半寿期不超过30minmRNA降解性能的差异可以影响细胞的功能C-fosmRNA5’UTRco

7、dingsequence3’UTR成纤维细胞肿瘤细胞AU富集区c-fos基因编码正常成纤维细胞分裂必需的一种蛋白质3.激素对特定mRNA稳定性的影响如Prolactin（泌乳刺激素）仅提高牛的casein（酪蛋白）基因转录水平2倍，提高其mRNA寿命25倍，使mRNA更多次的翻译。二、早期发育中母体效应因子的影响1、卵母细胞中合成并贮藏大量的发育信息（mRNA和蛋白质），这些信息在排卵以前至早期发育过程中逐渐被利用；2、每个卵母细胞中贮藏20000–50000种不同的mRNA，每种mRNA大约1600个拷贝；3、贮藏的信息在卵细

8、胞中梯度分布或者均匀分布1、卵母细胞中翻译调控机制的假说mRNAmasking（掩蔽）:mRNA与其它蛋白结合成ribonucleoprotein(RNP)complex,阻止与核糖体结合；卵成熟或受精后，离子强度改变或蛋白磷酸化等导致RNP不稳定/解体，翻译得