蛋白合成的整体调控
a. eIF2含有α、β、 γ三个亚单位，与甲硫氨 酸tRNA、GTP形成复合 体，翻译起始过程中， GTP被水解，eIF2B介导 的GTP－GDP交换为eIF2 再活化所必需；eIF2α亚 单位的磷酸化可隔离eIF2eIF2B复合体，阻止GDPGTP交换。 b. eIF4E-结合蛋白(4EBP)与eIF4E结合，阻止它 与eIF4G结合，抑制翻 译；4E-BP的磷酸化使4E －BP从eIF4E上释放， eIF4E可以与eIF4G结合， 翻译得以进行。
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mRNA特异性的40S核糖 体亚单位结合调控机制
a 铁调控蛋白（iron regulatory proteins, IRPs）1、2与铁应 答元件（iron responsive element, IRE)结合，在空间上 阻止43S前起始复合体对mRNA 上的真核起始因子eIF4F的招募。 b mRNA特异性eIF4E结合蛋白 Maskin、Bicoid与eIF4E结合，从 而阻止它与eIF4G的结合。Maskin 通过 cytoplasmic-polyadenylationelement-binding protein (CPEB) 识 别3’非翻译区的cytoplasmic polyadenylation element (CPE)。 而Bicoid 直接与mRNA上的 Bicoid response element (BRE)结合. c Sex-lethal(SXL)与5‘和3’非翻译区的 尿嘧啶富集区结合，协助共抑制复 合体（co-repressor complex, CR) 招募，可能通过影响核糖体从帽结 构的扫描来抑制翻译。
果蝇卵细胞中gurken, bicoid 和oskar mRNA沿 不同部位微管的定位
a 卵细胞中存在三种不同种类的微管。 b gurken mRNA (红) 通过两步定位于卵细胞的头端背部。 c bicoid mRNA 移向自头端发出的微管(绿)的负端。 d oskar mRNA (紫) 通过 kinesin依赖的转运机制移向从头端和两侧发出 的微管(绿、粉)的正端。
酵母mRNA出核
• 前体mRNA伴随着转录开始折叠， 与THO/TREX复合体结合形成前 体mRNP 。 • mRNA出核受体Mex67-Mtr2 与其 它前体mRNA因子(CBC 和各种 RNA结合蛋白等)结合后，通过 Yra1等接头蛋白被招募至mRNP 处。 • 在核孔复合物的胞质侧，mRNP 遇上ATP依赖的RNA螺旋酶Dbp5、 Dbp5的激活因子Gle1和信号分子 Insp6，发生重构。
NMD与外显子-外显子接头定律
• 当在蓝色区域内有未成熟终止密码子时，它与下游的外显 子-外显子接头的距离超过50-55bp，就会引起NMD，而 在绿色区域内有终止密码子则不能触发NMD。
NMD的机制：未成熟终止密
码子的识别
• 剪接后，mRNA与EJC(含UPF3) 结合，入细胞质后，UPF2与 UPF3结合。 • 核糖体与mRNA结合并翻译，当 遇到未成熟终止密码子时，SURF 复合体(含有SMG1、UPF1和肽释 放因子eRF1和eRF3)结合上来 。 • UPF1也与UPF2结合，将EJC与 PTC联系起来。 • SMG1对UPF1的磷酸化导致 eRF1、eRF3解离，接头蛋白 SMG7结合。 •• 甲硫氨酸tRNA与GTP耦联的eIF2结合， 形成复合体，再与40S核糖体亚单位、 eIF3和其它起始因子共同形成43S前 起始复合体。 前起始复合体通过eIF3与帽结合复合 体中eIF4G的结合来识别mRNA。帽 结合复合体还包括eIF4E,它直接与帽 结构结合， RNA解旋酶eIF4A。 eIF4G与多聚A结合蛋白（PABP）结 合，使mRNA环化。 43S前起始复合体以5’－3’方向扫描， 直到发现第一个起始密码子AUG，扫 描过程有eIF1与eIF1A的参与。 43S前起始复合体与AUG的结合形成 48S起始复合体，再与核糖体60S大亚 基结合形成80S起始复合体。AUG的 识别与核糖体大亚基的结合分别导致 eIF2与eIF5B上的GTP水解。80S复合 体催化第一个肽键的形成。
第三章
基因表达与调控
基因表达调控可以发生 在基因表达的不同阶段， 如： 染色体水平调控 DNA水平调控 转录水平调控 转录后水平调控 翻译水平调控 翻译后水平调控
染色体水平调控
染色质重塑与基因表达活性等
DNA水平调控
基因丢失
基因扩增
基因重排 DNA甲基化等
转录水平调控
转录的起始及转录效率的调控等
分步进行
多种蛋白参与
EXU: exuperantia Mago: Mago nashi RC: ring canals Stau: Staufen.
mRNA 降解 (mRNA decay)
• 前体mRNA与CBP80、 CBP20(5’端)， PABP2 (3’端)结合，共同形成 EJC。 • EJC 至少含有RNPS1, SRm160、UAP56, Y14, REF/ALY和 NXF1/TAP–p15等蛋白 • EJC 还需要UPF2 、 UPF3 或UPF3X等蛋白 的参与。 • mRNA在细胞核、质内 进行翻译或降解。
转录与转录后加工同时发生
mRNA 出核（mRNA export)
mRNA 出核（mRNA export)
CBC: cap-binding complex; Exp: exportin.
核孔复合体的 结构
NPC：Nuclear pore complex (125 MDa in metazoa and 60 MDa in yeast)
应答元件可以位于启动子或增强子内，某些元 件的分布具有特异性：HSE通常位于启动子 内，然而GRE多数存在于增强子中。
转录后水平调控
• 选择性剪接
果蝇的Dscam 基因
这四个外显子的选择性剪接共可产生38，016种 不同的mRNA
果蝇的性别决定
• Sxl(sex lethal)参与导致 Tra产生 • Tra(transformer)参与导 致dsx(doublesex)雌性 形式的剪接 • Dsx雌性形式导致性别 向雌性方向发育 • 在雄性果蝇中则没有sxl， 从而没有tra的产生，发 生dsx雄性形式的剪接， 性别向雄性方向发育
翻译水平调控
mRNA5’端的m7GpppN帽子结构与3’端的聚A尾巴强烈 促进翻译的起始，发夹这样的二级结构可能阻止翻译。内部核 糖体进入位点序列 （IRES)介导非帽结构依赖的翻译。上游开 放阅读框（uORF)一般作为翻译的负调控因子，减少主开放阅 读框（main ORF)的翻译。绿色区域表示一些蛋白和/或RNA调 控因子的结合位点，它们通常抑制翻译，在少数情况下也可能 促进翻译。
位于启动子同正调控元件(如增强子)或负调 控因子(如异染色质)之间的调控序列 绝缘子本身对基因的表达既没有正效应， 也没有负效应，其作用是不让其它调控元件 对基因的活化效应或失活效应发生作用。 绝缘子的作用不受序列方向的影响，也能 远距离发挥作用，并可对异源基因的表达起 作用。
绝缘子阻断增强子的活化效应
• 通过SR蛋白与ESE的结合，使剪接体 的基本成份与同一外显子的两侧结合， 形成一跨外显子的识别复合体。
内含子的确定
在同一内含子内部，U1 RNP 与上游5’ 剪接位点结合， U2AF、 U2 RNP和聚嘧啶区及 分支点分别结合 ，由此确定 了同一内含子中的相互对应的 剪接位点，SR蛋白也参与这一 过程。
转录后水平调控
mRNA的剪接、加工，包括： 选择性剪接、反式剪接 RNA干涉、 RNA编辑等
翻译水平调控
mRNA运输控制、mRNA稳定性的调控、mRNA 结构、翻译的起始调节、选择性翻译 、 反义
RNA调控、 翻译的自我调节等
翻译后水平调控
蛋白质加工修饰、定向运输、组装、降解等
绝缘子(Insulator)
人mRNA出核
• 剪接事件与5’帽子结构将人 TREX复合体招募至mRNP处。 • mRNA出核的下游事件，包括 TAP-p15 mRNA出核受体的招 募等，在人与酵母中相似 。
EJC：Exon-junction complex
mRNA 定位(mRNA localization)
a 有丝分裂中的酵母细胞 b a图细胞中的ASH1 mRNA (红) c hairy (绿) 与 even-skipped (红) mRNAs 在合胞体期果蝇胚胎中顶端定位. d 四细胞期的斑马鱼胚胎中Vasa mRNA (绿) 定位，红色：β-catenin. e dpp mRNA (red) 定位于着丝粒上 (绿色：微管；蓝色： DNA). f 体外培养的海马神经元树突中的β-Actin mRNA 颗粒。绿色：轴突标志分子tau
mRNA定位的机制
• oskar mRNA在转录过程中 与 HRP48结合，在剪接过程 中与EJC复合体结合。 • 当mRNA出核时，BTZ 蛋白 被 EJC组份 eIF4AIII 招募。 • 在支持细胞的细胞质中oskar mRNA与Staufen 结合。 • mRNA 从支持细胞转运至卵 细胞中，这些因子介导它定 位于生殖极。
非去腺苷酸依赖的降解途径
• 在酵母中，非去腺苷酸依赖的降解途径需要去帽机制的参 与，Rps28B 与Edc3(enhancer of decapping-3)结合，启 动去帽酶；在去帽之后， mRNA 被 Xrn1降解。
内切核酸酶介导的降解途径
• 内切核酸酶介导的mRNA降解最初是mRNA的内部切割， 产生两段一个末端无保护的RNA片段，这两个片段再分别 由XRN1与外切体降解。
Igf2 与H19基因区域的绝缘子
绝缘子阻断异染色质效应
应答元件（response element） 能与某个（类）专一蛋白因子结合，从而控 制基因特异表达的（一般情况下在上游）DNA 序列（response element）。