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2024-08-08作者:生命科學事業部時間:2019-12-14 20:06:48瀏覽2960 次
真核生物啟動子和增強子是由若干可以區分的DNA序列組成的,由于它們和特定的功能基因連鎖在一起,因此稱為順式作用元件。真核生物轉錄調控大多是通過順式作用元件和反式作用因子復雜的相互作用而實現的,下面介紹的是與順式作用成分專一性結合的一些轉錄因子。一般認為,如果某個蛋白是體外轉錄系統中起始RNA合成所必需的,它就是轉錄復合體的一部分。
真核基因組的一般構造特點
①在真核細胞中,一條成熟的mRNA鏈只能翻譯出一條多肽鏈,不存在原核生物中常見的多基因操縱子形式。
②真核細胞DNA都與組蛋白和大量非組蛋白相結合,只有一小部分DNA是裸露的。
③高等真核細胞DNA中很大部分是不轉錄的,大部分真核細胞的基因中間還存在不被翻譯的內含子。
④真核生物能夠有序地根據生長發育階段的需要進行DNA片段重排,還能在需要時增加細胞內某些基因的拷貝數。
⑤在真核生物中,基因轉錄的調節區相對較大,它們可能遠離啟動子達幾百個甚至上千個堿基對,這些調節區一般通過改變整個所控制基因5'上游區DNA構型來影響它與RNA聚合酶的結合能力。在原核生物中,轉錄的調節區都很小,大都位于啟動子上游不遠處,調控蛋白結合到調節位點上可直接促進或抑RNA聚合酶與它的結合。
⑥真核生物的RNA在細胞核中合成,只有經轉運穿過核膜,到達細胞質后,才能被翻譯成蛋白質,原核生物中不存在這樣嚴格的空間間隔。
⑦許多真核生物的基因只有經過復雜的成熟和剪接過程(maturation and splicing),才能順利地翻譯成蛋白質。
二、真核基因的啟動子
啟動子是一段特定的直接與RNA聚合酶及其轉錄因子相結合、決定基因轉錄起始與否的DNA序列。不同的啟動子對RNA聚合酶的親和力不同,所結合的反式作用因子(trans-acting factors)也不同,因此,基因轉錄活性也很不相同。
Ⅰ.典型的原核啟動子有四大要素
轉錄起始位點,-10區,-35區和-10區與-35區之間的間隔。
原核基因轉錄起始位點通常是嘌呤,其序列為CAT(A為起始位點)。
-10區是一個6堿基保守序列(常以-10為中心)。T80A95t45A60A50T96,有助于DNA的解鏈。
-35區是另一個6堿基保守序列(常以-35為中心)。T82T84G78A65C54a45
研究表明,當-10區和-35區中心位置相距16-18bp時,該啟動子的功能較強;相距較近或較遠時,起始轉錄的功能都相應減弱。
Ⅱ.真核基因啟動子
真核生物有3類RNA聚合酶,負責轉錄3類不同的啟動子。
由RNA聚合酶I負責轉錄的rRNA基因,啟動子(I類)比較單一,由轉錄起始位點附近的兩部分序列構成。部分是核心啟動子(core promoter),由-45—+20位核苷酸組成,單獨存在時就足以起始轉錄。另一部分由-170—-107位序列組成,稱為上游調控元件,能有效地增強轉錄效率。
由RNA聚合酶Ⅲ負責轉錄的是5SrRNA、tRNA和某些核內小分子RNA(snRNA),其啟動子(Ⅲ類)組成較復雜,又可被分為三個亞類。兩類5S rRNA和tRNA基因的啟動子是內部啟動子(internal promoter),位于轉錄起始位點的下游,都由兩部分組成。第三類啟動子由三個部分組成,位于轉錄起始位點上游。
由RNA聚合酶II負責轉錄的II類基因包括所有蛋白質編碼基因和部分snRNA基因,后者的啟動子結構與III類基因啟動子中的第三種類型相似,編碼蛋白質的II類基因啟動子在結構上有共同的保守序列。
轉錄起始位點沒有廣泛的序列同源性,但個堿基為腺嘌呤,而兩側是嘧啶堿基。這個區域被稱為起始子(initiator, Inr),序列可表示為Py2CAPy5。Inr元件位于-3—+5。僅由Inr元件組成的啟動子是具有可被RNA聚合酶II識別的最簡單啟動子形式。
多數II類啟動子有一個被稱為TATA盒的共有序列,通常處于-30區,相對于轉錄起始位點的位置比較固定。
三、增強子及其對轉錄的影響
增強子是指能使和它連鎖的基因轉錄頻率明顯增加的DNA序列。作為基因表達的重要調節元件,增強子通常具有下列性質:
1、增強效應十分明顯,一般能使基因轉錄頻率增加10-200倍。經人巨大細胞病毒增強子增強后的珠蛋白基因表達頻率比該基因正常轉錄高600-1000倍!
2、增強效應與其位置和取向無關,不論增強子以什么方向排列(5'→3'或3'→5'),甚至和基因相距3 kp,或在基因下游,均表現出增強效應;
3、大多為重復序列,一般長約50bp,適合與某些蛋白因子結合。其內部常含有一個核心序列:(G)TGGA/TA/TA/T(G),是產生增強效應時所必需的;
4、增強效應有嚴密的組織和細胞特異性,說明只有特定的蛋白質(轉錄因子)參與才能發揮其功能;
5、沒有基因專一性,可以在不同的基因組合上表現增強效應;
6、許多增強子還受外部信號的調控,如金屬硫蛋白的基因啟動區上游所帶的增強子,就可以對環境中的鋅、鎘濃度做出反應。
增強子的作用原理是什么呢?一種觀點認為,增強子為轉錄因子提供進入啟動子區的位點。第二種認為,增強子能改變染色質的構象。因為增強子區域容易發生從B-DNA到Z-DNA的構象變化。增強子的功能是可以累加的。SV40增強子序列可以被分為兩半,每一半序列本身作為增強子功能很弱,但合在一起,即使其中間插入一些別的序列,仍然是一個有效的增強子。因此,要使一個增強子失活必須在多個位點上造成突變。對SV40增強子而言,沒有任何單個的突變可以使其活力降低10倍。
四、反式作用因子對轉錄的影響
真核生物啟動子和增強子是由若干可以區分的DNA序列組成的,由于它們和特定的功能基因連鎖在一起,因此稱為順式作用元件。真核生物轉錄調控大多是通過順式作用元件和反式作用因子復雜的相互作用而實現的,下面介紹的是與順式作用成分專一性結合的一些轉錄因子。一般認為,如果某個蛋白是體外轉錄系統中起始RNA合成所必需的,它就是轉錄復合體的一部分。根據各個蛋白質成分在轉錄中的作用,能將整個復合體分為3部分:
①參與所有或某些轉錄階段的RNA聚合酶亞基,不具有基因特異性。
②與轉錄的起始或終止有關的輔助因子,也不具有基因特異性。
③ 與特異調控序列結合的轉錄因子。它們中有些被認為是轉錄復合體的一部分,因為所有或大部分基因的啟動子區含有這一特異序列,如TATA區和TFIID,更多的則是基因或啟動子特異性結合調控蛋白,它們是起始某個(類)基因轉錄所必需的。
1.DNA結合結構域基序
a. Helix-turn-helix(螺旋-轉角-螺旋)。是最早發現于原核生物中的一個關鍵因子,該結構域長約20個aa,主要是兩個α-螺旋區和將其隔開的β轉角。其中的一個被稱為識別螺旋區,因為它常常帶有數個直接與DNA序列相識別的氨基酸。
b. Zinc finger(鋅指)。長約30個aa,其中4個氨基酸(Cys或2個Cys,兩個His)與一個Zinc原子相結合。與Zinc結合后鋅指結構較穩定。
c. Homeodomain(同源域),最早來自控制軀體發育的基因,長約60個氨基酸,其中的DNA結合區與 helix-turn-helix motif相似,人們把該DNA序列稱為homeobox。主要與DNA大溝相結合。
d. Leucine zippers(亮氨酸拉鏈)
是親脂性(amphipathic)的α螺旋,包含有許多集中在螺旋一邊的疏水氨基酸,兩條多肽鏈以此形成二聚體。每隔6個殘基出現一個亮氨酸。由賴氨酸(Lys)和精氨酸(Arg)組成DNA結合區。
e.堿性螺旋--環--螺旋(basic helix-loop-helix)
該調控區長約50個aa殘基,同時具有DNA結合和形成蛋白質二聚體的功能,其主要特點是可形成兩個親脂性α-螺旋,兩個螺旋之間由環狀結構相連,其DNA結合功能是由一個較短的富堿性氨基酸區所決定的。