基因的表达调控

原核生物基因表达调控

• 原核生物mRNA半衰期短，为避免合成不需要的mRNA，原核生物的表达调控以操纵子为单位，将相关基因组织在一起，同时开启或关闭基因的表达
• 细菌DNA重排对基因表达的影响
  • 特定的基因表达与基因重排有关
• δ因子起始转录时，对转录起始的调节
• 操纵子对基因表达的调节
  • 一个操纵子含有一个启动序列和数个可转录的编码基因，转录出多顺反子mRNA
  • 组成
    • 调节序列
    • 启动序列
    • 操纵序列
    • 结构序列
  • 乳糖操纵子
    • 调节基因（I）、 启动基因（P）、操纵基因（O）、β-半乳糖苷酶基因（lac Z）、β-半乳糖通透酶基因（lac Y）、硫代半乳糖苷转乙酰基酶基因（lac A）
    • 阻遏蛋白与操纵子基因集合，阻止RNA聚合酶与启动子结合，不能转录，是负调控因子
    • E.cloi 在缺乏乳糖条件下，不需要β-半乳糖苷酶，加入乳糖迅速合成β-半乳糖苷酶
  • 色氨酸操纵子
    • 培养基有足够色氨酸，该操纵子关闭，缺乏色氨酸，该操纵子开启
  • 衰减机制
• CRISPR-CAS9
  • CRISPR（成簇有规律间隔短回文重复序列），由许多不同的病毒序列和相同的重复序列交替排列组成，可清楚含有相同和相似序列的病毒。
  • CAS蛋白，由位于CRISPR序列上游的基因编码，主要功能是利用存储的序列信息识别并摧毁入侵的病毒基因组
  • CRISPR系统广泛存在于细菌和古细菌中，是细菌抵抗外源DNA入侵的获得性免疫系统

真核生物基因表达调控

• 染色体水平调控

  • 组蛋白修饰
  • 染色体重排
    • 染色体发生断裂与别的染色体相连
    • 通过基因专座、DNA断裂错接使正常基因顺序发生改变
    • 染色体重排是广泛存在于原核和真核生物的基因表达调控机制
    • 案例：
      • 酵母交配型转换的机制
      • 免疫球蛋白基因重排机制
      • 专座引起的基因重排

• DNA水平调控

  • DNA甲基化
  • 基因印记：来自双亲的同源染色体或等位基因被选择性修饰，引起等位基因不对称性表达的现象

• 转录水平调控

  • 顺势作用元件
    • 真核生物中与被调控基因位于同一DNA分子中，具有转录调节功能的特异DNA序列，主要是指上游调控区中能与转录因子结合并影响转录活性的特异性DNA序列，包括启动子、增强子、沉默子
    • 启动子
    • 增强子
  • 反式作用因子
    • 可与顺势作用元件相互作用，调控表达活性
    • 分类
      • 通用转录因子：与RNA聚合酶结合
      • 上游元件结合蛋白：结合DNA
      • 辅助因子：不与DNA结合，招募转录因子
    • 转录因子DNA结合域
      • 螺旋-转角-螺旋
      • 锌指
      • 亮氨酸拉链

• 转录后水平调控

  • 可变剪切
    • hnRNA按照不同的方式剪切，产生两种以上的成熟mRNA
  • RNA编辑
    • 核苷酸插入、缺失、置换使mRNA序列与基因序列不完全互补，翻译生成的蛋白质不同于基因序列的编码信息

• 翻译水平的调控

  • 真核细胞mRNA相对稳定
    • 真核mRNA5'帽子保护5'免受磷酸化和核酸酶的作用
    • mRNA的poly A 尾巴，防止核酸外切酶对mRNA降解
  • 翻译起始阶段调控
  • RNA干扰导致基因沉默
    • 双链RNA诱发的基因沉默现象
    • 包括：
      • siRNA
      • miRNA
      • piRNA

• 翻译后水平调控