转录调控网络张年辉 卿人韦 吴俊2002年10月21日

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1、转录调控网络张年辉卿人韦吴俊2002年10月21日一．转录与转录因子（一）．转录所需的结构组件顺式反式（二）．转录因子：1．概念：又称为反式作用因子，是能够与真核基因启动子区域中顺式作用元件发生特异性相互作用的DNA结合蛋白，通过它们之间以及与其他相关蛋白之间的相互作用，激活或抑制转录。2．结构：一般由DNA结合区、转录调控区、寡聚化位点以及核定位信号四个功能区域组成。①DNA结合区：指转录因子识别DNA顺式作用元件并与之结合的一段氨基酸序列。常见的DNA结合区及其结构特征：DNA结合区结构特征碱性区-亮氨酸拉链由60～80个氨基酸残基组成，包括一个

2、由25个氨基酸残基的富含碱性氨基酸的区域和一个亮氨酸拉链区锌指结构由30个氨基酸残基组成，含两个保守的半胱氨酸残基和/或两个组氨酸残基，它们在四级结构上与锌离子结合MADS约56个氨基酸残基组成，含有1个长的α-螺旋和两个β-链碱性-螺旋-环-螺旋含有两个相连的基本亚区，其中碱性氨基酸区与DNA结合有关，螺旋-环-螺旋区参与二聚体形成homeo结构域约60个氨基酸残基组成的折叠成球形的结构域，含有3或4个α-螺旋AP2/EREBP约60个氨基酸残基组成，含有3个平行的β-折叠和1个双亲性α-螺旋MYB结构域含有1～3个有51～53个氨基酸组成的呈螺旋

3、-转折-螺旋构象的不完全重复序列，每个重复都含3个保守的Trp残基AT-钩基序含有1个R(G/P)RGRP共有核心序列，通过RGR区与富含A/T的区域小沟结合三螺旋富含碱性、酸性以及脯氨酸/谷氨酸，呈螺旋-环-螺旋-环-螺旋构象HMG盒由3个α-螺旋组成的“L”形区，两臂张开约呈80°B3VP1和AB13AC-末端含120个氨基酸残基的保守序列ARF结构域由350个氨基酸残基组成的类似B3的序列②转录调控区转录激活区：转录抑制区:③核定位信号区：转录因子中富含精氨酸和赖氨酸残基的核定位区域，转录因子进入细胞核的过程受该区段控制；④寡聚化位点：不同转录

4、因子借以发生相互作用的功能域。（三）转录因子的表达、活性及调控作用：1．编码转录因子的表达受细胞发育、外界环境等因素的调节；2．转录因子的活性受转译后修饰、在细胞中的位置、以及与其他蛋白之间的相互作用等因素的影响；3．在生长发育过程中，植物对各种环境、组织和发育信号作出反应，这就要求对各种功能基因的表达进行精确的调控。而转录因子在基因的表达调控中起关键作用。二．酿酒酵母中的转录调控网络（一）研究方法：全基因组位点分析，又称为全基因组结合分析（genome-widelocationanalysisorgenome-widebindinganalysis

5、）。1．步骤：甲醛固定细胞，收集，超声裂解细胞→用特异的抗体进行免疫沉淀以富集与某一蛋白交联的DNA片段→去除交联，用连接介导的多聚酶链式反应（ligation-mediated-polymerasechainreaction，LM-PCR）扩增富集的DNA并用荧光染料（Cy5，红色）标记，未被免疫沉淀富集的DNA在另一荧光染料（Cy3，绿色）存在的情况下进行LM-PCR→与含所有酵母基因间序列的单个DNA微阵列杂交。（Fordetails,pleasefindatthefollowingtwowebsites:www.sciencemag.org/

6、cgi/content/full/290/5500/2309/DC1;http://web.wi.mit.edu/young/location.）图1：酵母全基因组位点分析方法2．结果处理：single-arrayerrormodel.对杂交结果进行光密度扫描→得到相对结合比率，用single-arrayerrormodel去除噪声，计算其置信值→三次独立试验结果经加权平均处理得到该蛋白与微阵列上的每一序列的结合能力。图2：全基因组位点分布鉴别方法3．确定P值的阈值范围：图3：P值对调控因子-启动子相互作用频率的影响特点：可以鉴别由一个细胞的基因组编

7、码的每一个转录因子在体内结合的一系列的目标基因。但需要获得一个物种的全基因序列，特别是调控序列。（二）结果1．转录调节因子与启动子的相互作用方式图4：转录调节因子在整个基因组的分布2．网络组件特点：1.真核生物中仅占较少的比例（酵母中约为10%，且在较低的P值下其比例也不会发生明显的改变。而在原核生物中，这种形式的调节方式占到多数（如大肠杆菌中可占到52%～74%）。2．该种调节方式具有如下一些优势，包括可以减少对环境刺激发生响应的时间，减少生物合成过程中在调节上的“花费”，增加基因表达的稳定性。特点：1.真核生物中所占比例较小，而在原核生物中尚未发

8、现。2．使得反馈控制成为可能，而且能够产生生物稳定系统，该系统可以在两种相互变化的状态间进行转换。特点：1．