有必要了解下基因表达调控
染色质的主要结构元件是 核小体 ,核小体的核心区是 4种组蛋白 (H2A、H2B、H3、H4各2个分子)组成的八聚体,然后外面缠绕DNA双螺旋。其中每个组蛋白分子的氨基都会伸出核小体外 ,形成 组蛋白尾巴 【这些尾巴可以联系核小体,同时也是 组蛋白修饰位点 (修饰包括对组蛋白中富含的赖氨酸、精氨酸、组氨酸等带正电荷的碱性氨基酸进行的 乙酰化、磷酸化和甲基化 等过程)】
基因被激活时,染色质中核小体结构变得松弛,降低了核小体对DNA的亲和力,易于基因转录。
染色质水平控制基因转录的过程中,一个比较重要的机制就是 DNA甲基化 ,这也是目前研究比较广泛的。甲基化 简单说就是 :胞嘧啶的第5位碳原子可以在DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase)作用下被甲基化修饰为5-甲基胞嘧啶,常发生在CG序列中。另外,甲基化胞嘧啶在基因组的分布不均匀,有的地方含量比较高,一般将 GC含量达60%,长度在300-3000bp 的区段叫做 CpG岛 。CpG岛主要在基因的 启动子和第一外显子 区域,大概超过60%的基因的启动子有CpG岛。染色质在 转录活跃状态时,CpG岛的甲基化程度下降 (如:管家基因的CpG岛中胞嘧啶甲基化水平较低)【CpG岛的 高甲基化促进染色质形成致密结构 ,不利于基因表达】
染色质水平上的调控可以遗传给子细胞,原因就是细胞内存在具有维持甲基化作用的DNA甲基转移酶,可以在DNA复制后,按照亲本DNA链的甲基化位置对子链DNA的相同位置进行甲基化修饰【像这种遗传信息不在DNA中,而通过影响染色质结构及改变基因表达的方式,就是目前研究火热的 “表观遗传”(epigenetics) 】
对于真核生物来讲,必须知道一个东西: 顺式作用元件 (cis-acting element) 。它位于编码基因两侧,是可以影响自身基因表达活性的DNA序列,常常是 非编码序列 。真核基因组中的每一个基因都有自己特异的顺式作用元件,一般分为启动子、增强子、沉默子等
一般包括转录起始点以及上游100-200bp的序列,包括许多功能独立的DNA序列元件,每个元件7-30bp左右。
众多的功能元件中,最经典的是 TATA box ,它的共有序列是TATAAAA,一般位于转录起始上游-25~-30bp区域,是基本转录因子TF II D的结合位点。除了TATA,还有GC box(GGGCGG)、CAAT box(GCCAAT)
长度大约200bp,顾名思义,就是增强转录效率(百倍以上)。核心组件常为8-12bp,单拷贝或多拷贝串联形式存在,另外也包含许多功能组件。增强子和启动子经常交错覆盖或连续排布。一般有以下的功能:
属于负调控元件,作用不受序列方向影响,也能远距离起作用,可以对异源基因起作用
转录因子(transcription factor, TF)是真核基因的 转录调节蛋白 。大多数的转录因子由其编码基因表达后,进入细胞核,然后识别、结合特异的顺式作用元件从而增强或降低相应基因的表达。
转录因子一般分为 :通用转录因子和特异转录因子
RNA聚合酶介导基因转录时必需的一类辅助蛋白,帮助聚合酶与启动子结合并起始转录【对 所有基因都必需,没有组织特异性 ,因此也叫“基本转录因子”】
个别基因转录需要,有的起转录激活作用(“ 转录激活因子 ”),有的转录抑制(“ 转录抑制因子 ”)。转录激活因子一般是一些增强子结合蛋白(enhancer binding protein, EBP);多数转录抑制因子是沉默子结合蛋白,当然还有不依赖DNA起作用的,比如通过蛋白-蛋白互作来“中和”转录激活因子,降低它们在细胞内的有效浓度,从而抑制基因转录。
关于结构 :大多转录因子是DNA结合蛋白,至少有两个不同的结构域: DNA结合域(DNA binding domain)和转录激活域(activation domain) 。其中DNA结合域主要有锌指模体(zinc finger)、碱性螺旋-环-螺旋(bHLH)、碱性亮氨酸拉链(bZIP);转录激活域分为:酸性激活结构域(与 TF II D协助)、谷氨酰胺富含结构域(与GC box结合)、脯氨酸富含结合域(与CAAT box结合)
在所有RNA分子中,mRNA寿命最短。真核生物的mRNA半衰期差别很大,长的有数十小时,短的只有几十分钟。一般半衰期短的mRNA多为编码调节蛋白,受环境变化大。总体上,影响mRNA稳定性的因素主要有:
转录产生的mRNA前体包含内含子、外显子。一般需要剔除内含子后变成一个成熟的mRNA,然后被翻译成多肽链。但实际上,参与拼接的外显子可以不按在基因组上的线性分布次序拼接,并且内含子也可以不完全切除。
选择性剪切的结果是 :同一条mRNA前体产生了不同的成熟mRNA ,并因此产生了不同的蛋白,这些蛋白的功能可以完全不同。
目前关于 内含子的功能 也是一个研究的方向,例如细菌丢失内含子,可以使染色体变小而加快复制速度;真核生物保留内含子,可以产生外显子移动,利于真核生物在环境改变时,合成功能不同但结构上仅有微小差别的蛋白