调控真核基因表达的非编码序列-论文.pdf

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1、生物物理学报2013年4月第29卷第4期：249—265ACTABIOPHYSICASINICAVol29No．4Apr．2013：249-265＼^n^^^，．cjb．org．CR调控真核基因表达的非编码序列聂玉敏，刘宏德，孙啸东南大学生物科学与医学工程学院生物电子学国家重点实验室，南京210096收稿日期：2013—02—26；接受日期：2013—04—17基金项目：国家“973”计划项目(2O12cB3165O1)和国家自然科学基金项目(61073141)通讯作者：孙啸，电话：f025)83795174，E—mail：xsun@seu．edu．ca摘要：真

2、核基因的表达是一个涉及从DNA转录到mRNA转录后加工和翻译后蛋白质修饰的复杂过程，真核生物的复杂性必然要求更为复杂和精确的表达调控机制，这也是真核基因组中有大量非编码序列存在的主要原因。在这些非编码序列中，顺式作用元件可以与反式作用因子相互作用于转录水平调控基因的表达，重复序列主要影响染色质的结构，内含子和非翻译区主要在转录后水平上调控基因的表达，而非编码RNA则调控基因表达的各个层次。文章就这些调控基因表达的非编码序列及它们的调控机制作简要的综述。关键词：真核基因；顺式作用元件；重复序列；非编码RNA中图分类号：Q756D0I：10．3724／sP．J．12

3、60．20】3．30037引言在真核基因的表达过程中，作为遗传信息载体的DNA序列首先被转录成mRNA，然后经过转录后加工、翻译和翻译后加工，才可以合成为不同功能的蛋白质，这一生物学过程的准确完成依赖于一系列可以精确执行的调控过程。真核基因的表达调控过程非常复杂，与之相应的是真核基因组中相当大部分的非编码序列，如在人的基因组中，只有约2％的DNA序列用以编码蛋白质_1_，其他散布于基因组中的大量非编码序列则曾经被认为是“垃圾DNA”，但现在利用各种组学的深入研究发现，非编码序列不仅在调控基因表达，甚至在生物进化中都有着非常重要的作用。本文将主要探讨非编码序列在调

4、控基因表达中的作用。真核细胞的基因组中，非编码序列不仅包括不被转录的DNA序列，以及可以转录成非编码RNA的DNA序列，还包括能同编码序列一起被转录但不能被翻译的内含子和非翻译区，它们都有可能对编码序列的表达产生影响。本文将主要介绍对编码序列的表达有重要调控作用的五种非编码序列：顺式作用元件、重复序列、内含子、非翻译区和非编码RNA，并阐明它们的调控机制。调节基因起始转录flcJlll~式作用元件转录水平的调控是基因表达过程中最重要的调控途径，在真核生物中，蛋白编码基因249聂玉敏等：调控真核基因表达的非编码序列由RNA聚合酶Ⅱ转录的基因一般包含两类顺式作用元件

5、：1)距离转录起始位点(transcriptionstartsite，TSS)较近的启动子；2)增强子、沉默子、绝缘子和基因座控制区等远端调控元件，如图1所示，某些情况下，散布在基因组中的重复序列也可作为顺式作用元件调控基因的转录。此外，还有一种特殊的顺式作用元件：应答元件，它只在某一特定情况下才能与某些特定的转录因子结合，用于调控可诱导基因的表达嘲。一般来说，这些顺式作用元件都需要与反式作用因子结合才能发挥作用，它们调控基因表达的核心机制是影响转录复合物的形成。启动子启动子(promoter)是受各种转录因子和染色质重塑酶、修饰酶调节，以控制转录精确开始的一段

6、DNA区域，其中，在距离TSS~40bp的范围被称为核心启动子，它是PIC结合的位置。真核基因的转录起始呈现两种不同的模式：集中式ffocused)和分散式fdispersed)。集中式转录起始存在于所有的生物中，是简单生物的主要转录起始模式，但在脊椎动物中，约70％的基因是分散式转录起始”。不同起始模式的启动子在序列上和染色质水平上都存在着差异。在序列上，集中式启动子通常只有一个TSS，并且具有经典的核心启动子序列模式，如：TATA盒、起始子元件(initiatorelement，Inr)、下游启动子元件fdownstreampromoterelement，D

7、PE)、TFIIB结合元件(TFⅡB．recognitionelement，BRE)和十碱基元件(motiftenelement，MTE)等[0,12J，而分散式启动子则同时具有多个TSS，虽然缺乏BRE、TATA、DPE和MTE模式，但是富集CpGⅧ。CpG岛是基因组中长度为500bp～2kb、富含CpG二核苷酸的一些区域。在染色质水平，与集中式启动子相比，分散式启动子在邻近TSS区域有着更加明显的核小体缺失，在缺失区域周围的核小体中富含H2A．Z和H3K4me3，且核小体定位更加有序_13]。分散式启动子明显的核小体缺失及周围周期性的H2A．Z核小体定位，增

8、加了DNA的可接近性，因