启动子与增强子

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1、第三章第二节启动子与增强子教学目标：教学重、难点：教学内容：一、原核生物启动子1启动子：是一段位于结构基因5 端上游区的DNA序列，在转录起始之前被RNA聚合酶结合的DNA 部位称为启动子；启动子的结构影响它与RNA聚合酶的亲和力，决定基因表达强度。转录单元：是一段从启动子开始到终止子(terminator)结束的DNA序列，RNA聚合酶从转录 起点开始沿着模板前进，直到终止子为止，转录出一条RNA链；在细菌中，一个转录单 元可以是一个基因，也可以是几个基因。2转录起点：指与新生RNA链第一个核苷酸相对应DNA链上的碱基，研究证实通常为一个嘌吟。上游：常把起点前面，即5 末端的序列称为(ups

2、tream)上游； 下游：起点后面即3 末端的序列称为下游(downstream)。在描述碱基的位置时，起点为+ 1，下游方向依次为+ 2，+ 3， 上游方向依次为一1，一 2 ， 3。3启动子结构：Pribnow框：在起始点上游，几乎在所有启动子都存在一个6 bp富含A/T区域TATAAT通常位于一18 位到一9位，称为Pribnow框。该区域是RNA聚合酶牢固结合位点，RNA聚合酶结合后， 这一富含A/T的DNA双链解开。Sextama框：位于一35区附近有一 TTGACA序列，是RNA聚合酶中的。因子识别位点。以上这两个位点 对于转录起始都是非常重要的。因子识别一35区并与之结合。由于R

3、NA聚合酶分子覆盖面积 能达到70bp，因此酶分子上的一个合适部位能接触一10区。酶分子一旦与一10区结合以后，就 从识别位点上解离下来。此外，一35序列的重要性还在于在很大程度上决定了启动子的强度。-10区和一 35区的最佳距离：在原核生物中，一 35区和一 10区的距离大约是1619bp，小于15bp或大于20bp都会降 低启动子的活性；保持启动子这两段序列以及它们之间的距离是十分重要的，否则就会改变它所控制的 基因表达水平。在细菌中常见两种启动子突变：下降突变：如果把Pribnow其从TATAAT变成AATAAT，就会大大降低其结构基因的转录水平； 上升突变:：即增加Pribnow区共同

4、序列的同一性。突变后的-10区和-35区越接近共同序列，转录的RNA就越多；越远离共同序列，转录的RNA就 越少。例如，在乳糖操纵子的启动子中，将其Pribnow区从TATGTT变成TATATT，就会提高启动子的效 率，提高乳糖操纵子基因的转录水4启动子区的识别一般认为，RNA聚合酶并不直接识别碱基对本身，而是通过氢键互补的方式加以识别。在启动子区DNA双螺旋结构中，腺嘌吟分子上的N6、鸟嘌吟分子上的N2、胞嘧啶分子上的N4 都是氢键供体，而腺嘌吟分子上的N7、N3，胸腺嘧啶分子上的04、02，鸟嘌吟分子上的N7、 06、N3和胞嘧啶分子上的02都是氢键受体。由于它们分别处于DNA双螺旋的大沟

5、和小沟内，因此都具有特定方位，而酶分子中也有处于特定 空间构象的氢键受体与供体，当它们与启动子中对应的分子在一定距离内互补时，就形成氢键，相互结 合。这种氢键互补学说较为圆满地解释了启动子功能既受DNA序列的影响，又受其构象影响这一事实。二、真核生物启动子真核生物启动子有三类，分别由RNA聚合酶1、11和m进行转录。类别1( class I)启动子：只控制rRNA前体基因的转录，转录产物经切割和加工后生成各种成熟rRNA。类别I启动子由两部分保守序列组成：|核心启动子(core promoter)：位于转录起点附近，从-45至+20；上游控制元件(upstream control elemen

6、t， UCE)：位于-180 至-107；RNA聚合酶I对其转录需要2种因子参与：UBF1： 一条M为97000的多肽链，结合在上述两部分的富含GC区；1 个 TBP，即 TATA结合蛋白(TATA-binding protein TBP)；-SL1： 一个四聚体蛋白，含有3个不同的转录辅助因子TAFI；在SL1因子介导下RNA聚合酶I结合在转录起点上并开始转录。类别11( class II)启动子：类别II启动子涉及众多编码蛋白质的基因表达的控制。该类启动子包含4类控制元件：尸基本启动子(basal promoter)：序列为中心在-25至-30左右的7 bp保守区，TATAAAA/T称为T

7、ATA 框或Goldberg-Hogness框。与RNA聚合酶的定位有关，DNA双链在此 解开并决定转录的起点位置。失去TATA框，转录将在许多位点上开始。起始子(initiator)：转录起点位置处的一保守序列，共有序列为：P P ANT(A)P Py y +1yPy为嘧啶碱(C或T)，N为任意碱基，A为转录的起点。DNA在此解开并起始 转录。上游元件(upstream factor):普遍存在的上游元件有CAAT框、GC框和八聚体(octamer)框等。CAAT 框的共有序列是GCCAATCT, GC框的共有序列为GGGCGG和CCGCCC, 八聚体框含有8bp，共有序列为ATGCAAAT

8、；应答元件(response element)：诱导调节产生的转录激活因子与靶基因上的应答元件结合。如热休克效 应元件HSE的共有序列是CNNGAANNTCCNNG，可被热休克因子HSF 识别和作用；血清效应元件SRE的共有序列CCATATTAGG，可被血清效 应因子SRF识别和作用。参与RNA聚合酶II转录起始的各类因子数目很大，可分为3类： 通用因子(general factor)：作用于基本启动子上的辅助因子称为通用(转录)因子(GTF)，或基本转 录因子(basal transcription)，为任何细胞类别I启动子起始转录所必需，以 TFIIX来表示，其中X按发现先后次序用英文字母

9、定名，如TFIA、TFID、 TFIH。上游因子(upstream factor):或转录辅助因子(transcription ancillary factor)，是指识别上游元件的转录 因子。 TATA元件。在 RNA 聚合酶I的上游启动子中，只有靠近起点存在TATA元件，就能起始转录。然而PSE和OCT元件 的存在将会增加转录效率。三、增强子及其功能增强子(enhancer ):能强化转录起始的序列称为增强子或强化子(1) 在SV40的转录单元上存在增强子，它位于转录起始位点上游约200bp处，为两段72bp的重复 序列，它们不是启动子的一部分，但能增强或促进转录的起始，除去这两段序列会大

10、大降低这些基因的 转录水平，若保留其中一段或将其取出插在DNA分子的任何部位，就能保持基因的正常转录；除SV40 外，还在反转录病毒基因、免疫球蛋白基因、胰岛素基因、胰麋蛋白酶基因等许多基因的启动子区中陆 续发现了增强子的存在。增强子很可能通过影响染色质DNA-蛋白质结构或改变超螺旋的密度而改变模 板的整体结构，从而使得RNA聚合酶更容易与模板DNA相结合，起始基因转录。(2) 增强子的作用特点： 增强效应非常明显； 增强子提高同一条DNA链上基因转录效率，可以远距离作用，通常可距离14kb、个别情况下 离开所调控的基因30kb仍能发挥作用，而且在基因的上游或下游都能起作用； 增强子作用与其序列的正反方向无关，将增强子方向倒置依然能起作用； 增强子要有启动子才能发挥作用，没有启动子存在，增强子不能表现活性； 但增强子对启动子没有严格的专一性，同一增强子可以影响不同类型启动子的转录； 增强子必须与特定的蛋白质因子结合后才能发挥增强转录的作用； 增强子一般具有组织或细胞特异性； 大多为重复序列。沉默子 最早在酵母中发现，以后在T淋巴细胞的T抗原受体基因的转录和重排中证实这种负调控顺式元件的存在。目前对这种在基因转录降低或关闭中起作用的序列研究还不多，但从已有例子看至上沉默子的作用可不受序列方向的影响，也能远距离发挥作用，并可对异源基因的表达起作用。