| 真核细胞表达转录水平调控 | | 点击： 作者： 来源： 时间： 2007-11-10 本站论坛 |
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2． 不典型启动予
(1)无TATA盒或不通过TATA盒的基因转录
不依赖或缺少典型启动子结构的基因转录起始是不规则的，一般只确基础水平表达：如上述小鼠的金属硫蛋白基因在睾丸组织中低表达，其特点还表现在转录起始点散布在-160／+l之问，其中60%的转录起始于-50/-150 ；在L细胞和肾脏则与此有明显差异，RNA转录较活跃但很少起始于-50以上。某些必须在细胞中持续表达以维持细胞正常结构、运动，以及参与细胞新陈代谢等生命活动的蛋白质、酶类基因，又被称为管家基因(Hous ekeeping Gene) 如二氢叶酸还原酶(dhfr)和人表皮生长因子受体基因等的转录，由于没有TATA盒只有富含GC的上游序列，转录起始点常有许多个且分布跨度较大，其中还可有多个SPl结合位点。对持续表达人IL2受体a链基因的成年人T淋巴细胞白血病HUT102等细胞系中，转录起始点也可以出现在-l90bp处。另外一些组成性表达的基因如组蛋H2B、U系列SnRNA等，在其近侧启动子区有Oct存在。若将H2B启动子区中的Oct序列删除，H2B转录不再具有细胞周期特异性。由此可见基因的转录元件对起始方式与表达性质有密切的关系。
(2)无TATA盒或Gc盒的基因转录
这类基因的转录起始于“起始子(Inr)”，它由一个或数个紧密成簇的起始位点组成。这类基因包括：果蝇发育时的同源转换基因ubx和antp、T淋巴细胞专一性的T细胞抗原受体(TcR)β链，原癌基因lek等。其中末端脱氧核糖核苷转移酶(TdT)基因中-6～+11这17个P的起始子是在前B和前T淋巴细胞分化中特异表达时准确转录所必需的。若Inr存在于有其它典型转录结构的基因中，SV40的TATA盒或富含Gc的21p重复序列等都可明显提高Inr的转录效率。Inr只有较弱的保守序列：5 -PyPyCAPyPyPyPyPy-3。最近发现小鼠外源的糖皮质激素应答元件(GRE)在激素诱导下可以不通过TATA盒，而以Inr的形式从距离活化的GRE大约50bp处起始转录。
“下游起始子”发现于胶质细胞中编码胶质纤维酸性蛋白的gfa基因，它的转录起始点下游+10～+50处是TFⅡD结合TATA盒时所必需的序列。因此，这是一个在转录起始3下游的调控序列，叫做“下游起始子”。
在没有TATA盒的基因上游如果仍有Gc盒存在，则有特异的反式作用因子的参与，这将在反式作用因子部分进行讨论。
(二)增强子的结构和功能
是一种能够提高转录效率的顺式调控元件，最早是在SV40病毒中发现长约200bp的一段DNA，可使旁侧的基因转录提高100倍，其后在多种真核生物、甚至在原核生物中都发现了增强子。增强子在真核细胞中是通过启动子来增强转录的一种远端遗传性调控元件。增强子区在真核细胞中一般跨度为100～200bp。它和启动子同样是由多个独立的、具有特征性的核苷酸序列所组成的。其基本的“核心”结构(motif，module或element)常由8～12个bp组成；可以有完整的或部分的回文结构，并以单拷贝或多拷贝串联的形式存在。一般认为彼此间隔50bp以内的各个独立序列至少有2～3个同时存在，就能有效的协同以促进转录活性。Herr还将增强子划分为更短的Enhanson结构，每个Enhanson可以作为一个独立的转录调控因子结合的位点 。
增强子可位于基因的上游或下游，自身没有固定的方向性，可远离转录起始点达1～4kb作用。增强子的活性与其在DNA双螺旋结构中的空间方向性及一定蛋白质因子的参与有关3)。增强子首先发现于SV40病毒中。早期启动子5上游约200个碱基对的DNA连接在其它基因旁侧可促使该基因转录效率提高100倍，该片段可远离基因转录起始点达3000bp以上。SV40病毒基因增强子区有前后两个72bp的重复序列，其中的“核心”是GGTGTGGAAAG。随后在免疫球蛋白重链J与C基因间的大内含子中发现了第一个基因的细胞增强子。它表明真核细胞中也有远距离调控的增强子存在；该增强子具有细胞特异性位于转录起始的“帽”点下游。
增强子的作用有以下特点：
①增强子提高同一条DNA链上基因转录效率，可以远距离起作用，通常可距离1-4kb、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。
②增强子的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。而将启动子倒置就不能起作用，可见增强子与启动子是很不相同的。
③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。例如当含有增强子的病毒基因组整合入宿主细胞基因组时，可能够增强整合区附近宿主某些基因的转录；当增强子随某些染色体段落移位时，也能提高移到的新位置周围基因的转录。使某些癌基因转录表达增强，可能是肿瘤发生的因素之一。
④增强子的作用机理虽然还不明确，但与其他顺式调控元件一样，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，许多增强子只在某些细胞或组织中表现活性，是由这些细胞或组织中具有特异性蛋白质因子所决定的。
1．细胞特异性的增强子
许多增强子的活性虽然只在个别的细胞或组织中出现，然而其中绝大部分组织特异性的 增强效应都是由于不同细胞或组织中含有特异的DNA调控蛋白的活性(反式调控机制)所决 定的。因此，病毒基因增强子对于细胞的选择性和细胞中固有基因增强子的组织特异性是有 区别的 。
免疫球蛋白JH与重链μ恒定区基因间最大的内含子中有很强的B细胞特异性增强子；轻链的J-C内含子中也有类似的增强子，称为Kb。只有当B淋巴细胞基因由胚系发育重排转变为体细胞系特征，JH与重链μ恒定区基因明显接近到2 kb以内时，这种B细胞的增强子才能对免疫球蛋白基因的转录起正调控作用。最近发现轻链H基因的3下游还有另一个与B无关的增强子，它可补偿B缺失时的表达，尤其是在B细胞分化较晚的阶段，它对轻链表达有重要的调控作用。
2．诱导性的增强子
金属硫蛋白基因MTⅡA可在多种组织中转录，叉可受类固酵激素、重金属和生长因子等多种因素诱导，其调控元件腺启动子外，还包括两个基础水平的元件(BLE)、以及诱导性的类固醇激素应答元件(GRE)和金属应答(MRE)元件等。BLE中的部分序列可结合AP1，而其组成性(持续)表达的促进作用有助于SP1与GC盒的结合，GRE和MRE都可被相应因素诱导面促进转录。
原癌基因e-los的产物FOS是一种重要的反式作用因子。由于其mRNA半寿期短，FOS蛋白的效应主要依赖强诱导性的瞬时表达机制来控制。在造血细胞和外胚层组织中FOS表达较高。生长因子可在10～15分钟内诱导c-fos的mRNA达到峰值然后迅速降低。C-los基因的5上游有60bp的增强子(-270～-330bp)可充分诱导其表达，这一位置与DNA酶I超敏感位点相符处于括性染色质的松散结构中。基因内及其3下游也有参与诱导调控的元件。
升温时诱导休克蛋白基因增强子HSE与活性蛋白HSE结合，通过启动子高效诱导HSP 表达。
3．RNA增强子
RNA增强子是否存在的问题是在爱滋病研究中提出的：HIV病毒感染的T淋巴细胞活 化早期的转录子编码两个短调控蛋白Tat和Rev。Tat通过TAR元件对有关基因进行反式调 控。TAR定位于紧邻转录起始点下游且有方向性(若将TAR序列翻转使其互补链转录出 RNA时则其活性被消除)、同时它不受转录起始点上游序列的调控；由于消除TAR并不增强H1V启动子在无Tat所诱导的基础转录，因此它不是负调控元件。Tat也不可能通过抑制 TAR的负凋节(如终止转录等)而发挥其功能。
4．负调控元件
T淋巴细胞可由两种不同的T抗原受体α／β、 ŗ／v分为两大类。由于α和v基因在一个基因座位中，而α链恒定区Ca基因3下游的α增强子在各种T细胞均有潜在活性，因此在T细胞分化时需要通过多种正负调控机制进行精密的选择，才能使v基因保持静止而 只有基因在α／β型细胞中表达。已知的负调控元件一个紧接在Ca基因的3下游，另一个在Ca增强子的上游，对α特异沉寂子(silencer)可阻止Jα口基因在ŗ／v型细胞中参与重排，而相应的v增强子将促进8基因重排到位(4)。可见α沉寂子在TCR基因α／β座位的转录和重排中起着重要作用。这些负调控元件可不受距离和方向的限制，并可对异源基因的表达起作用，因此是第一个与1985年在酵母交配型座位中发现的典型沉寂子定义相符的高等真核细胞的沉寂子。 其它真核细胞的沉寂子还包括在β-珠蛋白基因中e基因5 的沉寂子，它可能直接参与e基因在出生后关闭的调控；此外阻止k基因在T细胞表达以及生长激素基因的表达都有负调控元件参与。
由于真核生物体内基因组DNA的组织结构在不同类型的细胞中是保守的。目前已知的体细胞基因重排仅限于B和T淋巴细胞成熟、分化的早期，而体细胞突变的频率也很低。同时，一个基因旁侧的调控序列在不同细胞中的差异也是有限的，因此顺式元件只是为千变万化的调控机制奠定了基础。
二、真接基因转录的反式调控
真核基因转录除分别需要三种RNA聚合酶 (I，Ⅱ、Ⅲ)外还必须有转录的辅助因子参与；RNA聚合酶需要相应的辅助因子先与起始点附近的DNA形成稳定的转录起始复合体，才能实现转录。这些因子分别按照其所辅助的聚合酶种类命名：例如参与RNA聚合酶Ⅱ转录的因子为TFⅡ类，并再以TFⅡa、TFⅡb等作为个别因子的名称。这些普遍存在于各种细胞中的因子可统称为“通用因子”。因此在体外用DNA酶I降解启动子区(起始位点)附近的DNA时出现了被蛋白质保护而不被酶降解的空白“足述”，这就是发现有DNA结合蛋白存在的最早证据和一直沿用至今的经典实验(DNase I“foot-print”analysis)。自从发现增强子 以来，对增强子结合蛋白的存在和认识也已经积累了极其丰富的实验资料。说明蛋白质因子在基因转录水平的调控中至关重要。
在讨论顺式调控元件时已经指出：仅仅依靠不同细胞中各结构基因调控元件上的有限变 异不可能提供如此多样的细胞表型的差别因此由其它基因所编码的反式作用因子的作用就愈来愈引起人们的极大兴趣和广泛重视 。
(一)反式作用因子的结构特征
自从Tjlan实验室首先发现并成功的克隆了第一个反式作用因子SP1以来，通过对多种反式因子的结构与功能分析研究发现这类因子有一些共同特征；
1．基本结构中至少包含三个功能域；DNA识别或DNA结合域、转录活化域以及可用于结合其它调控蛋白的调节域。
2．结构特征基本有三大类，即螺旋／转折／螺旋 (H／T／H)；锌指 (Zinc finger) 结构以及通常包括亮氨酸拉链(Leu elne zipper)在内的螺旋／环／螺旋 (H／L／H )结构。
3．转录调控的结构域内主要可有带负电荷的螺旋结构{富含谷氨酰胺或寓含腑氨酸的结构，以及其它不规则的含有双性a螺旋 及其外的酸性氨基酸残基等。
4．同(异)源二聚体形成的结构基础：在调控元件中的回文结构及串联序列的存在表明反式因子二聚化可能是蛋白质与DNA作用的重要方式，而反式因子结构上的亮氨酸拉链和螺旋／环／螺旋等则是因子间同源或异源二聚化的主要基本结构。
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