图：持家基因的CpG岛及其启动子
➢DNA甲基化与转录抑制
甲基化(methylated)程度高，对基因转录抑制的 调控能力越强。 去甲基化(undermethylated)：基因转录激活
DNA甲基化与X染色体失活
雌性胎生哺乳动物细胞中两条X染色体 之一在发育早期随机失活（异染色质 化）；
异染色质中的CpG被高度甲基化，基 因不转录。
反式作用因子
反式作用因子：能够识别DNA上的顺式作用元件并与之
结合的蛋白质因子或复合物。
◆通用或基本转录因子—RNA聚合酶结合启动子所必需的一 组蛋白因子。如：TFⅡA、 TFⅡB、 TFⅡD、 TFⅡE等。
◆特异转录因子( special transcription factors)—个别基 因转录所必需的转录因子.如：OCT-2：在淋巴细胞中特异 性表达，识别Ig基因的启动子和增强子。
（2）内含子区域 所标数字表示DNA 长度（kb) （3）每个CH基因 用一个方框表示，
实际上包括几个外 显子
二 DNA水平上的调控
➢DNA甲基化（DNA Methylation)
哺乳动物基因中的5‘--CG--3’序列中C—5的甲基化称为CpG 甲基化。 5‘--CG--3’序列是使处于表达状态的基因位点处的染色 体保持适当包装水平的重要化学修饰序列。当基因序列中的CpG 密度达到10/100bp时称为CpG 岛。
帽子结构 7-methylguanosine (m7G)
四 真核基因转录后水平的调控
• 5’端帽子至少有以下四项功能
(1) 防止 mRNA 降解; (2) 加强 mRNA’s 翻译的能力; (3) 与mRNA 运输到核外有关; (4) 与pre-mRNA的正确剪接有关.
Poly (A)尾的功能
顺式作用元件和反式作 用元件之间的相互作用
四 真核基因转录后水平的调控
• RNA 剪接
四 真核基因转录后水平的调控
人Ig基因结构 注：（1）L：先导 序列基因片段 V： 可变区基因片段 D：多样性区基因 片段J：连接区基 因片段 C：恒定 区基因片 *：假 基因 （2）内含子区域 所标数字表示DNA 长度（kb) （3）每个CH基因 用一个方框表示， 实际上包括几个外 显子
➢组蛋白的8个亚基上有32个潜在的乙能
（1）组蛋白乙酰化导致组蛋白表面正电荷减少，组蛋白与DNA结 合能力下降，引起核小体解聚并阻止核小体装配，使得染色体处于 松弛状态，从而使转录因子和RNA聚合酶顺利结合在DNA上，促 进基因转录； （2）组蛋白乙酰化是许多转录调控蛋白相互作用的一种“识别信 号”，如H4组蛋白的乙酰化作用参与了指示和吸引TFIID到相应 的启动子上，促进转录前起始复合物的装配； （3）细胞分裂期，组蛋白乙酰化参与细胞周期和细胞分裂的调控； （4）组蛋白去乙酰化引起或维持基因沉默。
➢甲基化以两种方式调控基因的表达
（1）甲基化增强或减弱DNA与调节蛋白 之间的相互作用； （2）甲基化改变DNA的正常构型。
三 真核基因转录水平的调控
• 顺式作用元件( cis-acting element） • 反式作用因子 (trans-acting Factor)
顺式作用元件
顺式作用元件是指具有调节功能的特定DNA序列或影响 自身基因表达活性的DNA序列，在基因的同一条DNA分 子上； 顺式作用元件类型： （1）启动子(promoter): 3种类型； （2）增强子(enhancer)： （3）沉默子(silencer )：负性调节元件，起阻遏作用。 （4）绝缘子(insulator,boundary element):在真核基因 及其调控区的一段DNA序列 。
• 典例：马蛔虫
生殖细胞 染色体不断裂
受精卵 2
体细胞 染色体断裂
不带着 丝粒的 片段在 子代中 将丢失
基因扩增
基因扩增：是指某些基因的拷贝数特异性增加的现象， 它使得细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发 育的需要。
典例：非洲爪蟾蜍
时期
rDNA
核仁数
卵母细胞
约500拷贝 单个
减数分裂前期I 数量猛增
• 增强mRNA 的寿命和翻译能力（二者相互 影响）
• 5’帽子和poly (A)尾都对RNA的剪接有影响
五 翻译水平的调控
➢5’端UTR(非翻译区）结构与翻译起始的调节 5‘帽子结构的甲基化：1）保护mRNA免遭5’外切酶
的降解。2）为mRNA的从核中输出提供转运信号。3） 提高翻译模板的稳定性和翻译效率。
顺式作用元件
增强子核心序列：(G)TGGA/TA/TA/T(G)
顺式作用元件
增强子的作用机理： （1）为转录因子提供进入启动子区的位点 （2）改变染色体的构像
沉默子(silencer )：负性调节元件，起阻遏作用。
绝缘子(insulator,boundary element): 在真核基因及其调控区的一段DNA序列 。功能是阻 止激活或阻遏作用在染色质上的传递，使染色质的活性 限定于结构域之内。
活性的调控元件，大小为100-200bp。最初在DNA病毒 SV40的基因组中发现。 •特性： （1）加强相连基因从正确起始位点的转录活性 （2）增强子无论是在下游或在上游均可激活转录 （3）无论是在下游或在上游，可在远离起始位点1Kb以上 发挥作用
（4）两个启动子串联在一起时，增强子优先激活距离最近 的那一个
非组蛋白（NHP)
非组蛋白大多数是磷蛋白，以磷 酸化/去磷酸化修饰的方式调节细胞 的代谢、生长、增殖和变异等，并 能在核内接受外来信号，构成核内 信息转导系统，形成一条调节基因 表达的重要途径。
核基质(nuclea matrix)
◆定义：核基质是由3-30nm的微纤丝构成的网络状骨架蛋白，主 要成分包括DNA拓扑异构酶、核基质蛋白以及多种DNA结合蛋白， 并含有少量RNA。 ◆特点：
数百
减数分裂双线期 约200万拷贝 很多
基因重排
基因重排：基因组中不同位置的DNA可以通过剪接重组而连接在 一起，产生具有新功能的基因。
• 典例：哺乳动物免疫球蛋白
免疫球蛋白基因定位
基因重排
人Ig基因结构 注：（1）L：先导 序列基因片段 V：
可变区基因片段 D：多样性区基因 片段J：连接区基 因片段 C：恒定 区基因片 *：假 基因
顺式作用元件
启动子 真核生物的启动子分为3类，分别被三类 RNA聚合酶所识别
• I 类启动子 • II 类启动子 • III类启动子
hnRNA是 mRNA的前 体，snRNA
参与 hnRNA到 mRNA的过 程
II类启动子
• 核心启动子
• 上游元件
顺式作用元件
TFIIB 识别元件 (BRE) TATA 框 起始密码 (Inr) 下游启动元件 (DPE)
六 翻译后水平的调控
• 新生肽链的水解：酶解 – 肽链N端的第一个氨基酸：稳定化氨基酸 （Met、Ser、Thr、Ala、Val、Cys、Gly、 Pro）与去稳定氨基酸
• 肽链中氨基酸的共价修饰：磷酸化、甲基化、 酰基化
• 通过信号肽(signal peptide)分拣、运输、定位
在真核生物中，真核生物通常用改变基因的转录水 平和RNA的加工来控制特定的蛋白质的合成量， 但也有一些调控发生在细胞质中，如：
(2) 动态模型（dynamic model）：认为转录因子与组 蛋白处于动态竞争之中，基因转录前染色质必须经 历结构上的改变，即染色质重塑。在染色质重塑过 程中，某些转录因子可以在结合DNA的同时使核小 体解体。
组蛋白的乙酰化-去乙酰化
➢ 蛋白的乙酰化和去乙酰化是蛋白活性调节的一种 重要的形式，通过乙酰化或去乙酰化，改变了染色 质结构或是转录因子的活性，可以调节基因转录的 活性。组蛋白的乙酰化和去乙酰化能打开或关闭某 些基因，增强或抑制某些基因的表达。
基因表达的概念及特点
• 概念：基因表达就是基因转录及翻译的过程。 • 真核生物表达调控与原核生物的不同：
（1）染色体结构不同； （2）原核生物具有正调控和负调控并重的特点， 真核生物目前已知的主要是正调控； （3）原核生物的转录和翻译是相偶联的，真核 生物的转录和翻译在时空上是分开的； （4）多细胞的真核生物，在其个体发育过程中它 们的基因表达在时间和空间上具有特异性，即细 胞特异性或组织特异性表达。
转录水平的调控
基因转录的调控需要 顺～反因子、蛋白质之间的相互作用
转录水平的调控
顺式作用元件与反式作 用因子的相互作用 1 调控蛋白以多聚体 （2,4）结合
基因转录的调控
顺式元件与反式作用因子的 相互作用
2 cis-factor 互作 Looping hypothesis：
位于2个不同的 DNA结合位 点上的2个蛋白质，可以通过 2个结合位点之间的DNA形 成loop得以相互作用，影响 基因转录
➢翻译起始因子的调控：
•eIF-2-4F的磷酸化能提高翻译速度 •eIF-2α的磷酸化能抑制翻译起始
➢3‘UTR（非翻译区）结构与mRNA稳定性
•多聚腺苷酸尾的调节作用
poly A尾巴的功能： 1）稳定mRNA分子，抵抗3’-端外切酶攻击的作用。 2）有助于细胞质中成熟mRNA的翻译。 3） 3‘ UTR区域具有保护5‘端帽子结构的作用。
真核生物基因表达调控的特点
基因表达的时、空特异 性 时间特异性（temporal specificity，
阶段特异性stage specificity）：按功能 需要，某一特定基因的表达严格按特定的 时间顺序发生。多细胞生物基因表达的时 间特异性又称阶段特异性
空间特异性（special specificity，细 胞或组织特异性tissue specificity）：在 个体生长全过程，某种基因产物按不同组 织空间顺序出现。
顺式作用元件