基因表达调控

基本概念

• 基因：编码功能性RNA或蛋白质多肽链的DNA片段
• 基因表达：基因转录为RNA→翻译为蛋白质的过程
• 基因表达调控：基因表达的开启/关闭及表达强度的控制。可在转录水平、转录后加工、翻译水平、翻译后修饰等多层次调控

顺式作用元件

DNA分子上调控基因转录的特定序列，位于同一DNA链上：

元件	位置	功能
启动子	转录起始位点5'上游	RNA聚合酶结合位点。含TATA盒、CAAT盒、GC盒
增强子	可远距离(上/下游)	增强基因转录，位置和方向不依赖
沉默子	同增强子	抑制基因转录

反式作用因子

• 能识别顺式作用元件并与之结合的蛋白质因子（转录因子→TF）
• 转录因子的结构域：
  • DNA结合域：螺旋-转角-螺旋、锌指(zinc finger)、亮氨酸拉链(leucine zipper)、螺旋-环-螺旋(HLH)
  • 转录激活域

DNA与蛋白质相互作用

• 大多数转录因子以二聚体形式结合DNA（同源二聚体/异源二聚体）
• 识别机制：碱基序列的直接读取 + 间接读取（DNA构象识别）

原核基因的转录调控——操纵子

乳糖操纵子（lac operon）

• 结构基因：lacZ(β-半乳糖苷酶)、lacY(通透酶)、lacA
• 调控序列：启动子(P) + 操纵序列(O) + CAP结合位点
• 负调控：阻遏蛋白(I)结合O→阻止转录；乳糖→诱导物→结合阻遏蛋白使其脱离O→转录开放
• 正调控：葡萄糖↓→cAMP↑→CAP-cAMP复合物→结合CAP位点→促进转录

色氨酸操纵子（trp operon）

• 阻遏：Trp充足→Trp-阻遏蛋白复合物激活→结合O→转录关闭
• 衰减作用：前导肽的翻译速度调控转录提前终止

真核基因的转录调控

• 比原核复杂：多启动子、多增强子、多转录因子
• 转录起始复合体：TFIID(TBP+TAFs)结合TATA盒→TFIIA/B/F加入→RNA聚合酶II + TFIIE/H→转录起始
• 染色质重塑：组蛋白乙酰化（开放染色质）、甲基化（可激活或抑制）、DNA甲基化（CpG岛，抑制表达）