真核細(xì)胞表達(dá)的轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控

【資料簡介】

幾年來，隨著分子生物學(xué)、遺傳學(xué)及其新技術(shù)的迅速發(fā)展，真核生物基因表達(dá)(geexprc~ioB)的問題已有了突破性的進(jìn)展。認(rèn)為真核細(xì)胞基因的表達(dá)，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(dá)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(duì)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(jié)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(yán)格而精密的調(diào)控機(jī)制，而轉(zhuǎn)錄鏈的延伸則沒有嚴(yán)格的選擇性和明確的終止信號(hào)。

真核細(xì)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(dòng)子(promote r)、增強(qiáng)子(enhancer)以及負(fù)調(diào)控元件-沉寂子(silencer)。從總體看，啟動(dòng)子較增強(qiáng)子更靠近轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)，因此是近端的元件。但在啟動(dòng)子區(qū)本身又有近端的(轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)和TATA盒等)以及遠(yuǎn)端(上游)啟動(dòng)子之分。

（1）啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)與功能

啟動(dòng)子 與原核啟動(dòng)子的含義相同，是指RNA聚合酶結(jié)合并起動(dòng)轉(zhuǎn)錄的DNA序列，但真核不同啟動(dòng)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(jié)合DNA而起動(dòng)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(dòng)子序列也很不相同，要比原核更復(fù)雜、序列也更長。真核啟動(dòng)子一般包括轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)及其上游約100-200bp序列，包含有若干具有獨(dú)立功能的DNA序列元件，每個(gè)元件約長7-30bp。zui常見的哺乳類RNA聚合酶Ⅱ啟動(dòng)子中的元件序列見表。

啟動(dòng)子中的元件可以分為兩種

①核心啟動(dòng)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(diǎn)及其上游-25/-30bp處的TATA盒。核心元件單獨(dú)起作用時(shí)只能確定轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)和產(chǎn)生基礎(chǔ)水平的轉(zhuǎn)錄。

②上游啟動(dòng)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(diǎn)更遠(yuǎn)的上游元件。這些元件與相應(yīng)的蛋白因子結(jié)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(dòng)子元件組成，其位置也不相同，就使得不同的基因表達(dá)分別有不同的調(diào)控。

1）典型的啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)

真核細(xì)胞典型啟動(dòng)子或者啟動(dòng)子區(qū)通常是由轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)(+1)的5上游100個(gè)堿基對(duì)以內(nèi)的一些具有獨(dú)立功能的序列所組成，每組約有7～20個(gè)bp。其中至少有一個(gè)位于轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)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(diǎn)的關(guān)鍵元件，但它的單獨(dú)作用只能產(chǎn)生基礎(chǔ)水平的轉(zhuǎn)錄。其它的上游啟動(dòng)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(dòng)子是上游啟動(dòng)子和增強(qiáng)子產(chǎn)生誘導(dǎo)性效應(yīng)所必需的。有時(shí)一個(gè)基因上有串聯(lián)著的兩個(gè)TATA盒，它們可分別地或有側(cè)重地對(duì)不同的誘導(dǎo)物做出應(yīng)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(gè)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)，以保證唾液中酶的活性遠(yuǎn)高于肝臟組織。另一個(gè)證據(jù)是當(dāng)用金屬誘導(dǎo)小鼠體內(nèi)的金屬硫蛋白基因表達(dá)時(shí)，在大多數(shù)細(xì)胞中都是通過TATA盒進(jìn)行誘導(dǎo)，產(chǎn)生出從單一位點(diǎn)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(dǎo)，而只表現(xiàn)為睪丸特殊形式的多起點(diǎn)基礎(chǔ)水平的表達(dá)。