第17章真核?物的基因调控1.转录调控的原理：答：可诱导基因的表达受到胞外信号的调节，这些信号通过调节蛋?（RegulatoryProtein）传递给基因。正调控或活化?（Positiveregulatororactivator）：增强所控制基因的转录。激活机制包括募集（recruitment）和变构（allostery）。负调控?或抑制?（Negativeregulatororrepressor）：降低或消除所控制基因的转录。抑制机制包括：阻?启动?结合、阻?向开放复合物的转变和阻?启动?逃离。2.原、真核表达调控的相似点：答：（1）调控原理是相同的：外界信号（signal）刺激、胞内活化?（activator）和抑制?（repressor）传递信号、通过募集（recruitment），变构（allostery）和协同结合（cooperativebinding）的?式发挥作?。（2）调控发?的阶段相似，主要发?在转录起始阶段。3.原、真核表达调控的不同点：答：（1）真核?物的调控可发?在Pre-mRNA的剪接阶段，这是原核?物调控所没有的。（2）真核转录机器更复杂，受到更多样的调控。（3）核?体及其修饰物影响基因的转录。（4）许多真核基因有多个的调控蛋?结合位点，因此受到更多调控蛋?的调控。4.真核?物的两个特有调控元件：增强?和绝缘?：答：增强?（Enhancer）：与调节蛋?结合，增强基因表达的序列。在不同信号的刺激下，不同的增强?与不同组的调节蛋?结合，控制同?基因在不同时空的表达。增强?常常远离?标基因达50kb或更远。绝缘?（Insulator）或称边界元件（boundaryelements）位于启动?与增强?之间，绝缘?会屏蔽增强?对相关启动?的激活，从?保证增强?的?作不会产?混乱；绝缘?也可以保证基因沉默有序进?。转录沉默（TranscriptionalSilencing）：是?种可沿着染?质传播的特殊抑制形式，不需要与各?的抑制?结合，多个基因的表达就可被关闭。绝缘?元件可阻?转录沉默的传播，所以沉默?可防??序的基因激活和基因抑制。绝缘?在基因?程中的应?：随机插?到哺乳动物基因组的基因常常会“沉默”，在该基因的上游和下游插?绝缘?可以使该基因不再“沉默”。5.真核转录活化?的结构特征：答：酵?是最易于作遗传和?化分析的单细胞真核?物，对它的研究提供了?量关于真核基因表达调控中抑制?和活化?作??式的知识。因为核?体结构和基因转录的相似性，真核基因的表达调控基本特点是相同的。真核?物活化?（activator）的作??式基本与细菌的相似。真核?物抑制?（Repressor）的作??式多种多样。（1）活化?的DNA结合区和转录激活区是分开的：真核活化?——实例：Gal4已有实验证据表明Gal4的DNA结合区和转录激活区是分开的。实验介绍1：域交换实验：Gal4的DNA结合区和转录激活区是可以分离开来分别其作?的。实验介绍2：酵?双杂交检测（twohybridassay）。下载原?档，?便随时阅读百（度2）?真库核调节蛋?DNA结合域的结构特征：细菌调节蛋?：多数运?螺旋-转?-螺旋基序（helix-turn-helixmotif）与?标DNA结合。多数以?聚体的形式与DNA结合，每个单体以?个α螺旋插??沟。真核调节蛋?：与原核识别DNA的原理相似，但细节上有所不同。除以同源?聚体（homodimer）与DNA结合外，有些形成异源?聚体（heterodimer），扩?了识别的特异性。①同型结构域蛋?质（Homeodomainprotein）：是?类具有螺旋-转?-螺旋基序（helix-turn-helixmotif）DNA结合域的蛋?，其与DNA结合的?式与细菌调节蛋?相同。②含锌DNA结合域：有两种形式：1）C2H2型锌指：?个12个氨基酸的环，通过两个半胱氨酸和两个组氨酸固定，这四个残基与锌离?在空间上形成?个紧密的结构，由?条β链和?个α螺旋组成，α螺旋上的碱性氨基酸与DNA?沟结合。?般来说必须有3个或更多的C2H2型锌指才能与DNA结合，在转录因?SP1中C2H2锌指重复了3次，在RNA聚合酶Ⅲ转录因?TFⅢA中C2H2锌指重复了9次。2）C4锌指：锌离?与四个半胱氨酸结合，例如类固醇激素受体转录因?，以同型或异性的?聚体存在，通过锌原?稳定这种更复杂的构型。（3）亮氨酸拉链基序（leucinezippermotif）：该蛋?同时含有?聚化?和DNA结合?。亮氨酸拉链的肽链上每隔六个残基就会有?个疏?的亮氨酸残基，这些残基位于DNA结合域的C端上。亮氨酸下拉载原链?的档α-，螺?旋便的随时疏阅?读表?间可以相互作?，形成?聚体。百与度对?称库的DNA识别位点发?作?，最终像?个夹?夹在DNA上。（4）螺旋-环-螺旋结构域（Thehelix-loop-helix）：这?结构在总体上与亮氨酸拉链相似，只是每隔单体蛋?上的?个α-螺旋被?个?螺旋的多肽链分开。C端α-螺旋?侧的疏?残基可以形成?聚体。实例：?肌因?MyoD蛋?家族。碱性HLH蛋?与bZIP蛋?间可以形成异源?聚体：与亮氨酸拉链?样，HLH结构域常与碱性结构域相邻，并形成DNA结合所需的?聚体。碱性HLH蛋?与bZIP蛋?可以形成异源?聚体，这种结构的形成增加了转录因?组成的多样性和复杂性。6.激活区域不确定性：答：激活区根据氨基酸组成进?分组：酸性激活区（Acidicactivationregion）：酸性氨基酸和疏?氨基酸对于本区的作??常重要，如Gal4.富含?氨酰胺区（Glutamine-richregion）：哺乳动物活化?SP1。富含脯氨酸区（Proline-richregion）：哺乳动物活化?CTF1。7.活化?通过募集和远距激活的?式激活真核转录：答：像细菌中?样，真核活化?也通过募集RNApol的?式发挥作?，只是对于多聚酶的募集是间接的：（1）与转录机器上多聚酶以外的某?部分发?相互作?，从?将转录机器募集到基因。（2）募集核?体修饰物，改变基因附近的染?质结构，有利于基因的活化。8.真核下基载原因?表档达，调?控便随中时没阅有读变构激活：百答度：?对库于?多数真核基因??，转录机器在没有受到激活时并不预先与启动?结合，因此在真核基因表达调控中没有发现变构激活。9.活化?将转录机器募集到基因：答：真核转录机器是多聚酶和多种蛋?的复合物，这些蛋?有：中介蛋?（Mediator）和TFⅡD复合物。活化?与这些蛋?中的?种或?种相互作?，将转录机器募集到基因。实验介绍1：ChIP染?质免疫共沉淀（ChromatinImmuno-precipitation，ChIP）：ChIP被?于观察调节蛋?与基因组的哪?部分结合。实验介绍2：活化?旁路实验（ActivatorBypassExperiment）：活化?直接将中介蛋?募集到DNA?活化转录。通过中介蛋?与DNA的直接联系来激活转录。将细菌DNA结合蛋?LexA直接与中介蛋?组分Gal1融合，可激活GAL1基因的表达。10.活化?也通过募集核?体修饰物的?式来协助机器与启动?的结合：答：（1）修饰物直接募集转录机器。（2）修饰物帮助激活包埋在染?质内，难以接近的基因。两类核?体修饰物（Nucleosomemodifier）：在组蛋?尾上加化学基团的修饰物，如组蛋??酰转移酶（HATs）；重塑核?体的修饰物，如依赖ATP活性的SWI/SNF。核?体修饰物协助基因活化的两个基本模型：（1）通过核?体重塑（Remodel），使原来位于核?体内不易于接近的DNA结合位点显露出来。（2）通过在组蛋?尾部添加?酰基团，在核?体上产?了新的蛋?结合位点，这些位点可以与具有同源调节域（bromodomain）的蛋?质结合，如TFⅡD复合物的?个组分就具有同源调节域。11.活化?的远距离作?：环和绝缘?：下载原?档，?便随时阅读百答度：?许库多真核?物，特别是?等真核?物的活化?可在离?标基因很远的地?发挥作?。（1）某些蛋?质的帮助，如果蝇中Drosophila的Chip蛋?。（2）染?质的压缩结构使序列上相隔很远的位点可以在空间上相互靠近。对某些基因群的恰当调控需要位点控制区域的存在：（1）?和?的珠蛋?基因在基因组上成簇排列，在发育的不同阶段表达不同位点的基因。（2）?组被称为位点控制区域（locuscontrolregion，LCR）的调控元件，位于珠蛋?基因簇上游30?50kb处。LCR与调控蛋?结合，引起染?质结构“开放”，允许?系列调控蛋?的接近并控制某个基因按顺序表达。（3）??的另?组基因HoxD受到?域控制区域（globalcontrolregion，GCR）的时间空间顺序的调控，作??式与LCR?常相似，也是?种远距离的调控。12.活化?协同?作，共同整合信号：答：在多细胞?物种，信号整合（signalintegration）被?泛地?于基因调控。某些情况下，?个基因的活化需要多个信号共同作?。?每?个信号分别由不同的调节蛋?传递给基因，因此多个活化?常常共同起作?，?且这种作?是协同的。协同性是指2个活化?的共同作?效果?于它们各?作?时的效果之和。在细菌Lac操纵?中，2个信号整合在?起共同调控Lac的表达。13.调节蛋?协作的三种?式：答：（1）多个活化?同时募集转录机器中的某?成分。例如，与中介蛋?中的不同部分解除。（2）多个活化?分别募集转录机器中的不同成分，?单个活化?的结合是很弱的。（3）多个活化?相互协助地结合到所调控基因的上游位点。下载原?档，?便随时阅读百14.度活?化库?协同与DNA结合的四种?式：答：（1）“经典”协同结合。（2）2种蛋?同时与第三种蛋?结合。（3）A蛋?募集核?体重塑蛋?，使被屏蔽的B蛋?的结合位点显露出来。（4）A蛋?与DNA的结合使核?体解旋，使被屏蔽的B蛋?的结合位点显露出来。15.HO基因受到2种调控蛋?的控制：SWI5募集核?体修饰物；SBF募集中介蛋?：答：啤酒酵?（S.cerevisiae）HO蛋?与酵?的出芽裂殖特性有关。HO基因受到2个活化?SWI5和SBF的共同调控，只在?细胞周期的某?时刻才能表达。SWI5：只在?细胞中才有活性，与远离?标基因的多个位点结合，募集酶类，打开SBF的结合位点。SBF：只在细胞周期的某个阶段有活性，没有SWI5的协助就不能与DNA结合。活化?协同与DNA结合?式（3）：SWI5蛋?募集核?体重塑蛋?，使被屏蔽的SBF蛋?的结合位点显露出来。16.活化?在?类β-?扰素基因上的协同结合：答：?的β-?扰素基因在病毒?侵细胞时活化表达，感染激活了3种活化?：NFκB，IRF和Jun/ATF。这些活化?协同结合到位于启动?上游约1kb的增强?内的?个相邻位点。这些调节蛋?结合在增强?上形成的结构被称作增强体（enhanceosome）。协同?式：（1）活化?间存在相互作?。（2）HMG-Ⅰ与增强?结合，弯曲DNA，启动活化?间的协助结合。活化?下协载原同?与档DNA，?便结随合时?阅式读（1）：“经典”协同结合，2中蛋?间的直接互作下。载?档百HMG-度?Ⅰ库在细胞中持速活化，并在INF-β基因活化中起着“建筑框架”的作?。17.组合控制：答：组合控制（Combinatorycontrol）：是真核?物复杂性和多样性的核?内容。在组合控制中，激活蛋?和阻遏蛋?共同起作?。CAP也调控其他基因：CAP与不同的抑制??起，共同作?于不同的基因，这就是组合控制的?个例?。CAP与其他调控蛋??起，对E.coli种以上的基因发挥调控作?。真核?物种存在着更?泛的组合控制：在复杂的多细胞?物种，组合控制涉及到许多的调节蛋?（活化?和抑制?）。18.啤酒酵?交配型基因的组合控制：答：啤酒酵?（S.cerevisiae）有3种存在形式：2种交配型单倍体细胞（haploidcell）：a和α。?种双倍体细胞（diploidcell）：a/α，由?个a和?个α细胞交配、融合?成。2种交配型细胞是不同的，它们各?表达a特异基因和α特异基因。a细胞产?调节蛋?a1。α细胞产?调节蛋?α1和α2。两类细胞都产?第四个调节蛋?：Mcm1参与交配型特异基因的表达调控。a细胞中，α细胞特异基因是关闭的，因为没有活化?在那?结合；a细胞特异基因是打开的，因为Mcm1在那?结合并活化这些基因。在α细胞中，α细胞特异基因是打开的，因为Mcm1在启动?上游结合并活化基因的表达。这这些基因中，Mcm1结合在弱结合位点?且只能与蛋?α1单体协作发挥作?。Α细胞中a细胞特异基因由于α2抑制?的存在?保持关闭。这些抑制?以?聚体形式结下合载原并?且与档，Mcm1?便随时在阅这读些基因中协作发挥作?。α2抑制?的两种特性保下证载了?a档细百胞度特?异库基因不在这?表达：它覆盖了Mcm1的活化区使这个蛋?质?法表达；它同时还有效地抑制这些基因。在?倍体细胞中，a细胞特异基因和α细胞特异基因都关闭。其形成如下：a细胞特异基因结合Mcm1和α2，与其在α细胞中?样，这些基因保持关闭。α细胞特异基因保持关闭，因为在a细胞中没有活化?的结合。两种单倍体细胞（a和α）表达另外?类基因叫做单倍体特异基因（haploid-specificgene）。这些基因在?倍体细胞被α2关闭，后者在基因的上游与a1形成异?聚体与其结合。只有在?倍体中才同时存在这两种调节?。19.真核转录的抑制?及其调控：答：真核?物种，?多数抑制?不是与位于启动?区的结合位点结合?阻?多聚酶的结合，与细菌中的常??式不?样。真核转录的抑制?的调控?式：与活化?相反，真核抑制?通常募集压缩核?体的修饰物或除去能被转录机器识别的组蛋?修饰基团，如组蛋?去?酰化酶，有些修饰物在组蛋?尾部添加甲基，甲基化常会抑制转录。这些修饰引起转录沉默（transcriptionalsilencing）。真核抑制?的作??式：（1）与活化?竞争结合位点。（2）抑制活化?的功能。（3）与活化?竞争结合多聚酶。（4）募集核?体修饰物（最常?）。20.酵?GAL1基因的抑制：答：在葡萄糖存在时，Mig1与位于USAG和GAL1间的?个位点结合，通过募集抑制复合物Tup1，抑制GAL1的表达。21.信号经常通过信号传导途径被传递到转录调节?：答：环下境载原信?号档/信，息?便：随时阅读下载?档百（度1）??库分?物，如糖、组胺。（2）由?个细胞释放?被另?个细胞接收的蛋?质。在真核细胞中，?多数信号通过信号传导途径间接地传递给基因，信号在最初受体位于细胞膜上。22.信号传导途径（Signaltransductionpathway）：答：（1）起始信号/配体（ligand）与细胞表?特异受体的胞外区结合。（2）信号被传递到受体的胞内区（通过受体的变构或?聚化）。（3）信号接着被接?传递到相关的转录调控?。（4）转录调控?控制?标基因的表达。23.信号通过多种机制控制真核细胞转录调节?的活性：答：在真核?物种，信号可通过直接或间接的?式传递给转录调节?。其机制有：（1）活化区的暴露：①构象的变化使原来被包埋的活化区显露出来。②释放原来被遮蔽的蛋?。如：活化?Gal4在没有半乳糖时会被Gal80结合并遮蔽起来。③有些遮蔽蛋?不但封闭活化?的激活区，还会募集去?酰酶，从?阻??标基因的表达。如：Rb就通过上述?式抑制哺乳动物转录活化?E2F；?Rb的磷酸化可释放E2F，激活?标基因的表达。（2）活化?被运输到细胞核去发挥作?：没有被活化时，许多活化?和抑制?停留在细胞质中，信号刺激使它们进?细胞核去发挥调控作?。（3）激酶级联放?（Acascadeofkinase）过程最终引起核内调节?的磷酸化。下载原?档，?便随时阅读（4）活化的受体被蛋?酶切割，受体的c-末端部分进?细胞核并激活调控?。24.“共抑制?”和“共活化?”：答：“共抑制?”和“共活化?”通常指任何辅助性蛋?，既?转录机器的?部分，其??也不是与DNA结合的调节?，但是却参与基因的转录调节。此概念也指其他对核?体具有修饰功能的复合物。25.DNA修饰导致的基因“沉默”：答：转录可以通过DNA甲基化?被沉默。DNA甲基化是由DNA甲基化酶（DNAmethylase）所催化。DNA序列的甲基化能抑制（DNA序列与）蛋?质结合，包括转录机器，因?阻断基因的表达。但是甲基化也可以通过其他途径抑制表达：有些序列只有在被甲基化后才能被特异的抑制?识别，这种识别随后关闭附近的基因，通常由募集组蛋?脱?酰酶来实现。3个编码沉默调节蛋?的基因，即SIR2、SIR3和SIR4（SIR代表silentinformationregulator）。这3个基因所编码的蛋?质形成?个复合物，与沉默状态的染?质结合，其中Sir2是?种组蛋?脱?酰酶。26.组蛋?修饰和组蛋?密码?假说：答：有?提出存在组蛋?密码?（histonecode）。依照这种意?，组蛋?尾部不同形式的修饰可以被“阅读”，因为具有不同的内涵。这些“内涵”在部分程度上是由染?质密度及形式被修饰后的直接效应所导致的。此外，某?特定位点的独特形式的修饰，将会募集特异的蛋?质。27.在哺乳动物中，DNA甲基化与沉默状态的基因有关。28.即使起始信号已不存在，基因表达的某些状态仍随着细胞分裂遗传：答：?个细胞在发育过程中释放的信号引起邻近细胞中某些特异的基因的开启。这些基因在细胞中有可能要保持开启状态，?很多细胞代，即使诱导这些事件的信号仅仅出现很短?段时间。在缺乏突变和起始信号的情况下，这种基因表达模式的遗传叫做表观调节（epigeneticregulation）。核?体与DNA修饰是表观遗传的基础。以某基因由于局部组蛋?甲基化?关闭为例。当该区域的染?体在细胞分裂时背复制，源于亲代DNA分?的甲基化的组蛋?下载原?档，?便随时阅读下载?档被均分?两个?代的双链DNA中。因此，每个?代分?携带有?些甲基化的和?甲基百化度的?核库?体。甲基化的核?体募集携带有染?质域的蛋?质，包括组蛋?甲基化酶本?。?后者随后可以甲基化邻近尚未被修饰的核?体。完全缺乏甲基化组蛋?的?链（即来源于未甲基化的亲代DNA）不能募集甲基化酶。这样，染?质修饰状态可以世代得以维持。DNA甲基化可以更可靠地遗传。因此，某些DNA甲基化酶，可以以?较低的频率甲基化先前未被修饰的DNA，所谓的维持性甲基化酶（maintenancemethylase）修饰半甲基化的DNA这种结构来?于完全甲基化的DNA的复制。29.真核转录起始后的基因调控：答：有些活化?调控转录延伸过程，?不是转录起始过程。真核细胞也有转录延伸因?（elongationfactor），调控蛋?可通过控制延伸因??进?转录延伸调控。30.可变剪接调控可以使?个基因在不同细胞内产?不同的蛋?质产物：可变剪接调控与个体发育紧密相关：答：果蝇的性别决定：果蝇性别由X染?体与常染?体（A）的?决定：X染?体编码2个转录活化?：SisA和SisB，它们控制Sxl（Sex-lethal，性别致死）基因的表达。雌性（2X：2A）产?2XSisA和SisB。雄性（1X：2A）产?1XSisA和SisB。Dpn（Deadpan，冷漠），Sxl基因的抑制?，由?个体染?体编码。Sxl是?个剪接调控蛋?，它控制??和?个下游蛋?Tra的剪接。Tra也是?个剪接调控蛋?，它调节Dsx（doublesex）pre-mRNA的剪接。在Tra存在与不存在时，Dsx不同的剪接异构体编码2种不同的调节蛋?，它们分别控制雌、雄特异的基因表达。百性度染??库体和常染?体的基因共同决定果蝇的性别分化：Dpn由常染?体编码，是Sxl基因的抑制?。活性受控于X染?体编码2个转录活化?：SisA和SisB→（转录调控）Sxl→（剪接调控）Tra→（剪接调控）Dsx不同的剪接异构体，分别控制雌、雄特异的基因表达。31.真核基因调控也可以发?在翻译?平：答：Gcn4是?种转录活化?，它调节编码有关氨基酸?物合成相关酶的基因表达。在低?平氨基酸时，Gcn4mRNA得到翻译（因?合成有关氨基酸?物合成的酶）；?在??平氨基酸时，Gcn4mRNA不能得到翻译。酵?活化?Gcn4的可读框上游包含4个其他可读框（uORF）。最上游的?个ORF先翻译。当氨基酸缺乏时（饥饿状态），重新启动翻译机器需要更?的时间，因?它更容易到达Gcn4的ORF完成翻译过程。当氨基酸充?时（?饥饿状态）重新启动翻译机器的过程在中间的ORF完成，然后与RNA脱离，Gcn4得不到翻译。32.RNAi:答：（1）RNAi的概念：RNAi（RNAinterference，RNAi）：双链RNA抑制其同源序列基因的表达。（2）RNAi机制：从双链RNA产?的??扰RNA（ShortinterferingRNA，siRNA）可以指导细胞机器以不同的?式关闭基因的表达。（3）RNAi沉默机制：①降解靶标mRNA；②抑制靶标mRNA的翻译；③引起靶标启动?的转录沉默。（4）RNAi机制的核?成分：百①Dicer度?库：?种类似RNaseⅢ的核糖核酸酶，它?先将进?细胞内的dsRNA降解为?的?段，成为短的?扰RNA（shortinterferingRNA，siRNA）或微?RNA（microRNA，miRNA）。Dicer还可协助这些?的RNA分?与RISC的结合。②RISC（RNAinducedsilencing
