真核細胞表達的轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控

【資料簡介】

幾年來，隨著分子生物學、遺傳學及其新技術的迅速發(fā)展，真核生物基因表達(geexprc~ioB)的問題已有了突破性的進展。認為真核細胞基因的表達，受到多層次的調(diào)控，諸如轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄后，翻譯、翻譯后等水平。而不同基因的表達受到不同水平的調(diào)控，其中zui為主要的就是轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控。

轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控涉及到順式作用元件(cls acting elemeat)、反式作用因子(t rans acting factor)和“基本轉(zhuǎn)錄單位”等。順式元件是指對基因轉(zhuǎn)錄有調(diào)控作用的DNA序列，反式作用因子是指能直接或間接與DNA調(diào)控元件結合而發(fā)揮調(diào)控作用的蛋白質(zhì)因子。轉(zhuǎn)錄單位包括轉(zhuǎn)錄模板和5近端調(diào)控序列。轉(zhuǎn)錄的起始具有嚴格而精密的調(diào)控機制，而轉(zhuǎn)錄鏈的延伸則沒有嚴格的選擇性和明確的終止信號。

真核細胞的三種RNA聚合酶（Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ）中，只有RNA聚合酶Ⅱ能轉(zhuǎn)錄生成mRNA，以下主要討論RNA聚合酶Ⅱ的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。

1、真核基因轉(zhuǎn)錄的順式調(diào)控

真核基因的順式元件按功能可以分為啟動子(promote r)、增強子(enhancer)以及負調(diào)控元件-沉寂子(silencer)。從總體看，啟動子較增強子更靠近轉(zhuǎn)錄起始點，因此是近端的元件。但在啟動子區(qū)本身又有近端的(轉(zhuǎn)錄起始點和TATA盒等)以及遠端(上游)啟動子之分。

（1）啟動子的結構與功能

啟動子 與原核啟動子的含義相同，是指RNA聚合酶結合并起動轉(zhuǎn)錄的DNA序列，但真核不同啟動子間不像原核那樣有明顯共同一致的序列，而且單靠RNA聚合酶難以結合DNA而起動轉(zhuǎn)錄，而是需要多種蛋白質(zhì)因子的相互協(xié)調(diào)作用，不同蛋白質(zhì)因子又能與不同DNA序列相互作用，不同基因轉(zhuǎn)錄起始及其調(diào)控所需的蛋白因子也*相同，因而不同啟動子序列也很不相同，要比原核更復雜、序列也更長。真核啟動子一般包括轉(zhuǎn)錄起始點及其上游約100-200bp序列，包含有若干具有獨立功能的DNA序列元件，每個元件約長7-30bp。zui常見的哺乳類RNA聚合酶Ⅱ啟動子中的元件序列見表。

啟動子中的元件可以分為兩種

①核心啟動子元件(core promoter element) 指RNA聚合酶起始轉(zhuǎn)錄所必需的zui小的DNA序列，包括轉(zhuǎn)錄起始點及其上游-25/-30bp處的TATA盒。核心元件單獨起作用時只能確定轉(zhuǎn)錄起始位點和產(chǎn)生基礎水平的轉(zhuǎn)錄。

②上游啟動子元件(upstream promoter elements) 包括通常位于-70bp附近的CAAT盒和GC盒、以及距轉(zhuǎn)錄起始點更遠的上游元件。這些元件與相應的蛋白因子結合能提高或改變轉(zhuǎn)錄效率。不同基因具有不同的上游啟動子元件組成，其位置也不相同，就使得不同的基因表達分別有不同的調(diào)控。

1）典型的啟動子結構

真核細胞典型啟動子或者啟動子區(qū)通常是由轉(zhuǎn)錄起始點(+1)的5上游100個堿基對以內(nèi)的一些具有獨立功能的序列所組成，每組約有7～20個bp。其中至少有一個位于轉(zhuǎn)錄起始點上游-25～-30bp處的“TATA盒”；它是借助于轉(zhuǎn)錄輔助因子而參與決定RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄起始點的關鍵元件，但它的單獨作用只能產(chǎn)生基礎水平的轉(zhuǎn)錄。其它的上游啟動子元件 (UPE)包括位于-70bp附近的CCAAT(CAT盒)和富含GC~GGGCGG序列(GC盒)等則調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄起始的頻率，可以提高轉(zhuǎn)錄效率。

(1)有TATA盒的典型啟動子是上游啟動子和增強子產(chǎn)生誘導性效應所必需的。有時一個基因上有串聯(lián)著的兩個TATA盒，它們可分別地或有側重地對不同的誘導物做出應答；在某些情況下也參與組織特異性的選擇。基因在唾液腺和肝臟兩種組織中分別選擇了相距2.8kb、轉(zhuǎn)錄效率不同的兩個轉(zhuǎn)錄起始點，以保證唾液中酶的活性遠高于肝臟組織。另一個證據(jù)是當用金屬誘導小鼠體內(nèi)的金屬硫蛋白基因表達時，在大多數(shù)細胞中都是通過TATA盒進行誘導，產(chǎn)生出從單一位點起始的轉(zhuǎn)錄予；然而在睪丸組織中TATA盒盡管存在 卻不接受金屬誘導，而只表現(xiàn)為睪丸特殊形式的多起點基礎水平的表達。