8.2 真核基因表达转录转录后调控在线视频

真核生物和原核生物

在基因表达调控上有着巨大差别

这是由于两者基本生活方式根本不同造成的

我们前面讲过

原核生物一般为自由生活的单细胞

因此原核基因表达调控

就是围绕着适应环境和新陈代谢来进行

而真核生物多数是

由多细胞分工合作组成的有机整体

因此真核基因表达调控主要是围绕着

细胞的分化和基因的差异表达来进行的

同时 真核的DNA位于细胞核内

形成复杂的染色体结构

真核的基因组也含有大量的非编码序列

真核基因被非编码序列隔开 形成断裂基因

因此 真核基因表达需要经过核内转录

转录后加工 转运

然后核外翻译 翻译后修饰等等

这些因素都导致了

真核基因表达调控与原核有着根本的不同

也远比原核复杂

真核生物基因表达调控可分为两大类

第一类是瞬时调控或称可逆性调控

它相当于 原核细胞对环境条件变化所做出的反应

包括某种底物或激素水平升降时

细胞内酶活性的调节

第二类是发育调控或称为不可逆调控

是真核基因调控的重点

它决定了真核细胞

生长 分化 发育的全部进程

接下来 我们会分别学习真核基因表达

在转录水平及转录后水平的调控

以及染色体结构

对基因表达的影响和表观遗传

在我们学习真核基因表达调控之前

我们先快速回顾一下

真核基因的基本结构特征

一个完整的真核基因

包括编码区和非编码区

编码序列称为外显子

被非编码序列内含子隔开

另外还包括 5' 和 3' 端长度不等的特异性序列

它们虽然不编码氨基酸

但它们同样被转录出来

在基因表达的过程中起调控作用

基因表达的调控的很多关键环节

都依赖顺式作用元件

反式作用因子的相互作用

一般来说

顺式作用元件是基因组中的调控序列

例如启动子 增强子和沉默子等等

它们一般只能在原位发挥作用

反式作用因子是指

能够结合在顺式作用元件

调控基因表达的蛋白质或者RNA等

只要存在有它们特异性识别的顺式元件

反式作用因子一般能够

在细胞内任意部位起作用

之前讲过真核生物有3种 RNA聚合酶

分别催化转录不同的RNA产物

我们在这里主要讨论

RNA 聚合酶Il的基因转录及其调控过程

真核基因启动子由核心启动子

和上游启动子元件两个部分组成

是在基因转录起始位点(+1)

及其 5'上游 大约200bp以内的

一组具有独立功能的DNA元件

每个元件7-20bp

是决定RNA聚合酶II转录起始位点

和转录频率的关键元件

核心启动子是

RNA聚合酶结合并起始转录的关键序列

也是转录起始的最小核心序列

通常包括转录起始位点-40~+40的区域

我们所熟悉的TATA盒

TFIID的识别元件BRE等

通常都位于核心启动子区域内

上游启动原件 通常位于

转录起始原点-200bp以内

包括CAAT盒 GC盒 八碱基序列等等

它们分别被相应的转录因子所识别和结合

调节启动子的转录活性

除此之外

真核基因上游-200~-1000bp的范围内

往往还有远端调控元件

我们以EGR-1基因在转录水平的调控为例

可以看到 一个真核基因往往受到

多个调控元件的精细调节

而相应的转录因子的表达

往往有着时空和组织特异性

因此一个真核基因表达的强度和时空

以及组织特异性

就由这些调控元件

及其相应的转录因子的综合作用来决定

真核基因转录出来的为初级转录产物

要经过转录后的加工环节

才能生成成熟的mRNA作为翻译的模板

前面我们已经学过这些转录后的加工

主要包括的 5'端的加帽

3'端的加尾和内含子的剪接

许多真核基因存在多个5'端转录起始位点

多个3’polyA加尾位点和不同的剪切方式

从而形成不同的mRNA

翻译出不同的蛋白质

同时 剪切加工过程中产生的RNA

也是参与基因表达调控的非编码RNA的重要来源

包括miRNA, snoRNA, siRNA和lncRNA等等

关于非编码RNA以及它们形成的

非编码RNA基因表达调控网络

我们在线下的课程讨论中

还会进一步深入学习

接下来 出核因子与RNA降解机器

竞争性结合加工成熟后的mRNA

来决定新生mRNA出核或者降解的命运

最后等待出核的mRNA与出核因子一起形成

具备出核能力的核糖核蛋白颗粒

（mRNP）

它们在核内的nuclear speckle中富集

然后通过核孔转运进入细胞质

这些成熟的mRNA能否长时间

被利用来翻译出蛋白质

同时又受到mRNA的稳定性

它们在细胞内的亚定位

以及它们是否处于可以被利用的状态

等综合因素决定的

原核生物mRNA半衰期很短

平均大约 3 min

高等真核生物迅速生长的细胞中

mRNA的半衰期平均约为3h

在高度分化的终端细胞中许多mRNA极其稳定

有的寿命长达几天或者几十天

多种因素都可以影响mRNA的半衰期

其中多数mRNA的3’poly A 尾巴的长短

与mRNA的半衰期正相关

另外 位于mRNA 3’UTR的富含AU的元件

是一段以AUUUA五核苷酸为核心的串联重复序列

长度从50bp至150bp不等

通过ARE结合蛋白介导mRNA的降解

我们刚才讲到的其中小分子非编码RNA

siRNA和miRNA都可以通过诱导的沉默复合物

来介导含有互补序列的靶mRNA的切割和降解

从而影响mRNA的半衰期

来调控基因表达

上面我们简单介绍了

真核基因表达在转录和转录后水平的主要调控机制

由于转录是基因表达的第一步

因此这也是真核基因表达调控最重要的一个环节

我们在课后还可以进一步深入探讨

这次课我们就先上到这里

同学们再见