真核生物的启动子

真核生物的启动子
由于真核生物中有三种不同的RNA聚合酶,因此也有三种不同的启动子,其中以启动子Ⅱ最为复杂,它和原核的启动子有很多不同:(1)有多种元件:TATA框,GC框,CATT框,OCT等;(2)结构不恒定。有的有多种框盒如组蛋白H2B;有的只有TATA框和GC框,如SV40早期转录蛋白,(3)它们的位置、序列、距离和方向都不完全相同,(4)有的有远距离的调控元件存在,如增强子;(5)这些元件常常起到控制转录效率和选择起始位点的作用;(6)不直接和RNA pol结合。转录时先和其它转录激活因子相结合,再和聚合酶结合。
(一)Ⅱ类基因的启动子和调控区
Ⅱ类基因的启动子由核心元件和上游元件组成。核心元件包括TATA框和转录起始位点附近的启始子(initiator,Inr)。
在起始点一般没有同源序列,但mRNA的第一个碱基倾向A,另一侧翼由Py组成(在原核启动子的CAT起始序列也有这种情况),称为起始子(initiator),一般由P Y2CAPY5构成,
位于-3~+5,可能提供RNA pol Ⅱ识别。无论TATA是否存在,Inr对于启动子的强度和起始位点的选择都是十分重要的 。现已分离纯化了与Inr特异结合的蛋白质因子。
1.  核心元件
TATA框合又称Hogness框,Goldberg-Hogness框,俚语称为金砖(Goldbrick),其一致序列是:T85A97T93A85A63A83A50,常在起始位点的上游-25左右,相当于原核的-10序列。但-10是不可缺少的,而真核启动中也有的缺乏TATA框。其作用是:(1) 选择正确的转录起始位点,保证精确起始,故也称为选择子(selector),当有的基因缺少TATA框时,可能由Inr来替代它的这一作用,如鼠的脱氨核苷转移酶(Tdt)基因就没有TATA框,但有17bp的Inr;(2) 影响转录的速率。TATA框的8bp的保守序列一般都是由A.T对组成,少数情况在其中的两个位点上由G.C对取代了A.T,可见它是较容易打开。当它的序列因发生突变和缺失而改变时就会影响它和酶的结合能力,从而影响转录的能力。在伴清蛋白基因中,当TATA框突变为TAGA后,转录效率大大降低。兔的珠蛋白基因当TATA框的保守序列ATAAAA人工突变为ATGTAA时转录效率会下降80%。人的珠蛋白基因的ATAAA序列变为ATGAAA或ATAG/CAA时珠蛋白产量也会大大降低而出现地中海贫血症。
2.  上游启动子元件(UPE)
上游元件包括CAAT box、GC box、等,它们的保守序列和结合的蛋白质因子也各不相华罗庚优选法
CAAT box的保守序列是GGCTCAATCT,一般位于上游-75bp左右紧靠-80,其功能是控制转录起始活性。能和CTF(识别CATT的转录因子)相结合。
GC box的保守序列是GTGGGCGGGGCAAT,常以多拷贝形式存在-90处。在真生物和病毒的一些启动子中常存在GC框,如鼠二氢酸叶酸还原酶启动子,猴基因组中的双向启动子,SV40,疱疹病毒等基因的启动子中,可被转录因子SPI所识别。它的作用也是控制转录效率。
偏振模散
还有其它的一些UPE,如八聚体(Octamer),KB,ATF等
3.  远端调控区
(1) 增强子
远端调控区较常见的是增强子(enhomcer)。至少在有时候增强子的存在可以增强启动子
的转录活性。它是在1981年由Benerji,Rusconi小组和Chambom等发现的,又称远上游序列(far upstream seguence)。其特点是:① 具有远距离效应。常在上游-200bp处,但可增强远处启动子的转录,即使相距十几Kb也能发挥其作用;② 无方向性。无论在靶基因的上游,下游或内部都可发挥增强转录的作用;③ 顺式调节。只调节位于同一染体体上的靶基因,而对其它染体上的基因无作用;④ 无物种和基因的特异性,可以接到异源基因上发挥作用,如将SV40的增强子接到兔β-珠蛋白基因前,引入Lela细胞,此珠蛋白基因转录增强200倍。⑤ 具有组织的特异性。 SV40的增强子在3T3细胞中比多瘤病毒的增强子要弱,但在Hela细胞中SV40的增强子比多瘤病毒的要强5倍,抗体基因的增强子只有在B淋巴细胞中才起作用。增强子的效应需特定的蛋白质因子参与。⑥ 有相位性。其作用和DNA的构象有关。⑦ 有的增强子可以对外部信号产生反应。如热体克基因在高温下才表达。编码重金属蛋白的金属硫蛋白基因在镉和锌存在下才表达。某些增强子可以被固醇类激素所激活。
病毒SV40的增强子是最先被描述的,它由2个72bp的重复序列组成。位于上游-200bp处。每个72bp的单元中都有A、B两个功能域。它们在一起共含有5个序列元件(GTⅡ,GTI,Sph.11,sphI和P),这5个元件对转录来说是很重要的。不同的序列模块是作为特殊转录因
子识别序列。增强子的某些结构特征和启动子相似:如它们都是被反式一作用因子(rtams-acting factors)所识别的顺式-作用序列(cis-acting seguence),只不过增强子的作用距离比启动子长。
增强子为什么具有远距离作用呢?为了解这个问题前后曾有三种不同的假设:(1)拓朴效应;(2)滑动模型;(3)成环模型。拓朴效应说认为增强子的作用是诱导染质结构变化,使核小体产生DNaseI敏感区。SV40的增强子区和免疫球蛋白基因的增强子区都发现存在DNase1的高敏感区。增强子区域核小体常不能很好装配,结构松驰;在SV40的增强子区域存在左旋的Z-DNA区,也有助于双螺旋的打开,使和转录有关的蛋白质因子和DNA结合,然后再延着DNA滑向启动子;成环模型认为增强子通一些蛋白质因子的介导可与远距离的启动子结合,使DNA形成了一个环,从而促使远距离的启动子的转录。这一模型已得到普遍的认可。一些实验的证据表明免疫球蛋白K链基因的增强子可以作用两个距离不同的启动子(分别为440bp和2.7Kb),而作用是相同的。若是按滑动模型,对距离的启动子的作用应高于远距离的启动子。但事实并非如此。从消耗能量的角度来说,这距离的滑动对生物是不利的,在进化中会受到选择的压力。成环模型也符合染体的侧环模型和核基质的调控理论(见第十七章)也就是说DNA的特殊序列可以和核基质结合形成侧环,在
深圳市长梁湘某些细胞中某些基因通过环的形成命名样强子区和启动子区相互靠近,使这些基因能得以表达,而另一些基因,显示了基因表达的组织特异性。看来环的形成主要是两种因素:(a)某些蛋白质因子的介导;(b) 和核基质特异的结合图。
(2)减弱子(dehancer)
长沙市基础教育管理平台在某些基因的上游远端或下游远端具有负调节序列,其作用不受距离和方向的影响,叫做减弱子。如C-mos基因上游0.8或1.8Kb处有一序列,使C-mos不易被反转录病毒的长末端重复序列(LTR)所激活。在C-myc基因的3′端也存在着减弱子。
(3)  静息子(sisencer)
在酵母交配型转换的盒式模型中,左右两个沉默框(HML和HMR见17,23章)都不表达,此是由于在这两个框盒上游1.5Kb处都有一个E片段,它可和阻遏沉默框盒表达的蛋白SIR(1-4)(silent mating tyne information regulation)结合,起抑制作用,故称静息子,可作用2.5Kb远的启动子。
(4)  上游激活序列(upstream activating seguences UASs)
UASs是酵母中远上游序列类似于增强子。它仅影响转录程度,对位点选择不起作用。和增强子不同的是它有方向性,不能在启动子的下游起作用。它结合的转录因子是GCN4和GAL4,识别位点为ATGACTCAT。
软件质量管理体系(二)RNA pol Ⅱ的转录起始
第一步是原称为TFⅡD的转录启动因子和TATA框结合形成复物体,为RNA pol Ⅱ指明结合位置。现在已和TFⅡD含有种蛋白,一种是识别TATA框的TBP(TATA-binding protein),是30KDa的小蛋白。另一些亚基称为TAFs(TBP结合因子,TBP-associated factors)。有的TAFs是和TBP等当量的。而另一些TAFs存在量较少。很可能TFⅡDs含有不同的TAFs来识别不同的启动子。
这种观点认为TBP和不同的TAFs结合可以使其它的聚合酶识别启动子。TFⅢB是用于内部polⅢ启动子,SLi 是用于polI启动子,但这两者都被分成TBP和特殊TATs结合的一种成份。任何单个的TBP分子,其本身并不是对所有启动子都是必需的。但实际是和TAFs结合,不断地用于特殊的启动子。TBP必需具备在各种启动子上和这种因子或聚合酶相互作用结合的能力。在酵母中TBP基因突变性会影响到不同类型启动子的转录。sodalime

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