dna或蛋白质的化学修饰与基因表达

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1、第八章DNA或蛋白质的化学修饰与基因表达一、DNA甲基化与基因表达二、蛋白质磷酸化与基因表达三、基因重排的分子机制一、DNA甲基化与基因表达DNA甲基化是最早发现的修饰途径之一，可能存在于所有高等生物中。DNA甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化则诱导了基因的重新活化和表达。1．DNA甲基化的主要形式5-甲基胞嘧啶，N6-甲基腺嘌呤和7-甲基鸟嘌呤。在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出现在CpG和CpXpG中，原核生物中CCA/TGG和GATC也常被甲基化。真核生物细胞内存在两种甲基化酶活性：一种被称为日常型（mainte-

2、nance）甲基转移酶，另一种是从头合成（denovosynthesis）甲基转移酶。前者主要在甲基化母链（模板链）指导下使处于半甲基化的DNA双链分子上与甲基胞嘧啶相对应的胞嘧啶甲基化。日常型甲基转移酶常常与DNA内切酶活性相耦联，有3种类型。II类酶活性包括内切酶和甲基化酶两种成分，而I类和III类都是双功能酶，既能将半甲基化DNA甲基化，又能降解外源无甲基化DNA。由于甲基化胞嘧啶极易在进化中丢失，所以，高等真核生物中CG序列远远低于其理论值。哺乳类基因组中约存在4万个CGislands，大多位于转录单元的5‘区。没

3、有甲基化的胞嘧啶发生脱氨基作用，就可能被氧化成为U，被DNA修复系统所识别和切除，恢复成C。已经甲基化的胞嘧啶发生脱氨基作用,它就变为T,无法被区分。因此,CpG序列极易丢失。2．甲基化抑制基因转录的机制甲基化导致某些区域DNA构象变化，从而影响了蛋白质与DNA的相互作用，抑制了转录因子与启动区DNA的结合效率。对弱启动子来说，少量甲基化就能使其完全失去转录活性。当这类启动子被增强时，即使不去甲基化也可以恢复其转录活性。甲基化密度较高时，即使增强后的启动子仍无转录活性。因为甲基化对转录的抑制强度与MeCP1（methylC

4、pG-bindingprotein1）结合DNA的能力成正相关，甲基化CpG的密度和启动子强度之间的平衡决定了该启动子是否具有转录活性。DNA甲基化对基因转录的抑制直接参与了发育调控。随着个体发育，当需要某些基因保持"沉默"时，它们将迅速被甲基化，若需要恢复转录活性，则去甲基化。I．DNA甲基化抑制基因转录的直接机制某些转录因子的结合位点内含有CpG序列，甲基化以后直接影响了蛋白质因子的结合活性，不能起始基因转录。II.甲基化抑制转录的间接机制CpG甲基化，通过改变染色质的构象或者通过与甲基化CpG结合的蛋白因子间接影响

5、转录因子与DNA的结合。与不含甲基化的染色质相比，甲基化后染色质对于核酸酶或限制性内切酶的敏感度下降，更容易与组蛋白H1相结合，说明甲基化与非甲基化DNA在构象上有差异。已经分离纯化了数个与甲基化DNA特异结合的蛋白质。MeCP1可以与至少12个对称的甲基化CpG结合，而MeCP2仅同单个甲基化的CpG序列结合。3．DNA甲基化与X染色体失活雌性胎生哺乳类动物细胞中两条X染色体之一在发育早期随机失活，以确保其与只有一条X染色体的雄性个体内X染色体基因的剂量相同。一旦发生X染色体失活，使该细胞有丝分裂所产生的后代都保持同一条

6、X染色体失活。科学家发现，在X染色体上存在一个与X染色体失活有密切联系的核心部位称为X染色体失活中心（X-chromosomeinactivationcenter，Xic），定位在Xq13区（正好是Barr氏小体浓缩部位）。Xi-specifictranscript(Xist)基因只在失活的X染色体上表达，其产物是一功能性RNA，没有ORF却含有大量的终止密码子。实验证明，XistRNA分子能可能与Xic位点相互作用，引起后者构象变化，易于结合各种蛋白因子，最终导致X染色体失活。二、蛋白质磷酸化与基因表达蛋白质的磷酸化反应

7、是指通过酶促反应把磷酸基团从一个化合物转移到另一个化合物上的过程,是生物体内存在的一种普遍的调节方式，在细胞信号的传递过程中占有极其重要的地位。已经发现在人体内有多达2000个左右的蛋白质激酶和1000个左右的蛋白质磷酸酶基因。蛋白质的磷酸化是指由蛋白质激酶催化的把ATP或GTP上γ位的磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基上的过程，其逆转过程是由蛋白质磷酸酶催化的，称为蛋白质脱磷酸化。1．蛋白质磷酸化在细胞信号转导中的作用(1).在胞内介导胞外信号时具有专一应答特点。与信号传递有关的蛋白激酶类主要受控于胞内信使，如cAMP，C

8、a2+，DG（二酰甘油，diacylglycerol）等，这种共价修饰调节方式显然比变构调节较少受胞内代谢产物的影响。(2).蛋白质的磷酸化与脱磷酸化控制了细胞内已有的酶“活性”。与酶的重新合成及分解相比，这种方式能对外界刺激做出更迅速的反应。(3).对外界信号具有级联放大作用；(4).蛋白质的磷酸化与