| 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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(二)转录调控因子中的主要“超家族”
1．类固醇激素受体超家族包括糖皮质激素受体、性激紊受体、甲状腺素受体、维甲酸受体、维生D3受体以及最近发现类似于鸡卵清蛋白基因上游启动子转录因子(COUP-TF)受体的视网膜细胞多巴胺受依等。由于它们的天然硭体都是脂溶性的小分子，这类受体多不存在于细胞膜上，而是定位于胞质或胞核内，它们都有共同的保守区，并有结合激素、结合DNA、结合细胞质内阻扼蛋白(HSP90、HSP70)等以及二聚化的主要结构域，并具有锌指的结构特征。这是参与类固醇激素诱导、细胞分化，神经递质传导等重要生理功能的转录调控因子。
2．“POU结构域蛋白”：这类转录调控因子是以促进垂体细胞分化的促乳素和生长激素基因的转录调控因子(Pitl／GHF1)、B淋巴细胞中与免疫球蛋白基因特异的8核苷酸序列结合的Oct2类因子：以及自由线虫体内与神经分化有关基因(Uric86)等类蛋白质的第一个字母命名的。它们都有高度保守的同源转换盒(Homeobox)以及POU蛋白所特异的DNA结合域(POU Specific Domain)。前者与控和果蝇早期发育的基因有关，是由60个氨甚酸残基组成的保守结构，POU蛋白都有螺旋／转折／螺旋的基本结构，并在细胞分化、细胞特异性和维持细胞基本功能上有重要作用。
其它如佛波酯类通过蛋白激酶c诱导的AP1家族。它们都具有亮氨酸拉链结构，并通常以此形成异源二聚体(JU,N／FOS)与许多基因上的API位点(佛波酯应答元件TRE)结合而在细胞发挥重要作用。
(三 )反式作用因子的特异性
1．细胞特异性的调控因子
肝脏组织专一性因子：白蛋白上游-170bp到TATA盒间有个肝细胞专一性反式因子的结合位点，其中HNF I和C／EBP为最突出的组织专一性表达调控因子，前者只存在于肝细胞中。此外，OCTI与OCT2分子结构上存在相同的DNA结合域，识别完全相同的8核苷酸序列，二者的亲和力也相同；但OCT2只存在于B淋巴细胞中，是诱导免疫球蛋白基因在B细胞表达的典型细胞特异调控因子。OCTI与其相反，普遍存在于各种细胞中井参与组蛋白H2B等基因的表选调控。在胸腺细胞中还有一种与染色质HMG蛋白有高度同源性的增强子结合蛋白(TCFI)，能促使T细胞抗原受体a基因高效转录。
2．诱导活化的转录调控目子
(1)热休克基因转录调控因子(HSTF)：真核细胞在升温下诱导热休克蛋白基因转录时，首先需要有转录活化因子HSTF与热休克蛋白基因上的热体克元件(HSE)相结合。 这种元件的基本单位是p的高度保守序列nGAAn，至少有两个基本元件以头-头(nGAAnnTTCn)或者 尾-尾(nTTCnnGAAn)的形式相联接才能产生对HSTF的高亲和力结合。HSE的基本结构尽管可多次重复，但是它们还要通过结合于DNA上的HSTF间相互影响来提高效应。有证据表明当两个三聚结合于两对HSE时，DNA与蛋白间的解离常数较单个IISTF与HSE结合的相应数值低三个数量级。HSTF在溶液中能自发地形成三分子聚台体，在体内有可能形成更大的多分子聚合体起作用。然而，在任何复合体内总是每个分子结台一个HSE单位。
动物体内HSTF诱导活化有两个阶段 热休克首先使原来存在于细胞中没有活性 (可能与阻扼蛋白结合)的HSTF活化，而能与热体克基因启动子上的DNA元件形成复合体；然后是将结合于DNA上的HSTF磷酸化以产生具有高转录活性的HSTF。HSPT0、HSP90等都是HSTF的阻扼蛋白，它们可能封闭了HSTF三聚化的结构域或通过磷酸激酶和磷酸酶机制来影晌HSTF的活性。由此可见HSTF与HSP之间有着一种与热体克有关的“自调控机制”。
(2)类固醇激素受体的诱导活化：类固醇激素受体普遍存在于多种细胞中；它们的识别序列HRE也存在于多种细胞(金属硫蛋白)和病毒(小鼠乳腺瘤)的基因上。在糖皮质激素或孕酮作用下，诱导其受体与其阻扼蛋白复合体的解离并以二聚体的形式在核内与HRE结合，并皤化其靶基因的表达。最近发现类固醇激素受体超家族中，孕酮受体与其阻扼蛋白(分子量分别为9 0，70和56kD的热休克蛋白)解离后并不足以产生有功能的转录活性分子，此时仍然需要孕酮的活化作用才能把游离的受体最终以很高的亲和力结台于靶基因的PRE上并诱导其转录。
(四)真核细胞中多因子作用的复杂性
真核细胞基因的反式作用因子对DNA序列的识别远较原核基因复杂。原核基因DNA与蛋白质的结合具有高度的特异性，其解离常数一般在10-11 M左右；而真核细胞中的DNA／蛋白质相互作用常不局限在两个分子间，经常有很多因子参与并可相互促进或干扰，以及共同形成复合体等情况发生。
真核基因启动子的基础转录活性就可受到因子间的竞争，淬灭(抑制因子结合于DNA上，阻止巳结合的转录因子发挥效应)、直接作用于转录起始复合体或“迫离 (Squelching)”即由于另一种不需与DNA结合的转录因子过度表达而将原有的活化因子隔离于启动子区外等四种抑制方式的影响。
此Schaffner实验室用删切突变后不能结合糖皮质激素的GR作用于组装在外源基因的5或8旁侧单个或多至4个串联的GRE上，发现有TATA盒时诱导活性可提高10～1000倍；没有TATA盒时也有诱导作用，但起始点分散。结果表明同样一种通用因子GR(包 括SPI、OCT等 )结合于多个位置的顺式元件上就可诱导转录活性( )。
1．通用因子 的调控机制
多种细胞中普遍存在的“通用因子”具有特异性的原因在于不同细胞中转录因子的有效浓度或与顺式元件的亲合力不周；
作为诱导性和细胞专一性表达的介导因子NFkB在表达k链的B细胞质中游离存在并可进入细胞核内；而在其它细胞质中与抑制因子IkB形成复合体。佛波酯(TPA)等诱导IkB的磷酸化可促使复合体的解离，NFkB即成为活化形式，使其在细胞核内达到足够的有效浓度。此外，果蝇发育过程中含有同源转换域的多种蛋白质因子氯基酸顺序虽不相同，但可在不同情况下结合于同一个顺式元件-“向源转换域结合序列”上，这可能是由于各种因子借助于相对限度，和与DNA的相对亲合力不同而表现出按照时空调控“程序”进行各发育阶段特异的基因有序表达。
(2) 辅助活化因子的存在和参与
广泛存在的OCT1和B淋巴细胞特异因子OCT2识别相同的8核苷酸序列ATGCAAAT，二者对该序列的亲合力也完垒相因。它们虽同属于含H／T／H的POu结构域蛋白，但Oct在DNA结合域以外有亮氨酸拉链，从而有可能与其它蛋白质结合为二聚体或有特异的“衔接子”将OCT2和B细胞中具有专一性的IgH增强子及其启动子相联系从而诱导组织专一性的表达。与此相反，过去一直认为OCT1只活化无细胞特异性的组蛋白H2B和snRNA基 因表达，并与促进腺病毒DNA复制的因子NFI性质相同(在腺病毒的复制起始位点上电有OCT周潦序列)，且能与疱疹病毒构活化因子VP16形成稳定的复合体，因此可能在病毒感染中起作用。近年束发现T淋巴细胞因子IL2基因的转录起始点上游-70bp附近有Oct序列，最近才发OZT1是这一序列的结合蛋白并可通过另一个40kd的OCT相关 蛋白(OAP)共同诱导IL2的特导性表达。因此，OCT1在T淋巴细胞中参与IL2基因诱导表达的调挖，而在非T细胞中则只能活化普遍表达的基因 。
2．转录 调控因子间的协同与“转录干扰”
(1)聚合酶Ⅱ辅助活化因子的发现
真核细胞中有TATA盒结合蛋白(TBP，91年前称为TFⅡD)。通过对TBP的克隆发现酵母与果蝇TBP的C端有高度同源性并且是与TATA盒结合的结构域；N端则有很大的区别．删切果蝇TBP的N端，即使有RNA聚合酶Ⅱ和其它转录辅助因子存在也只能导致基础水平的转录。因此认为N端是通过辅助活化因子联接UPE结合蛋白SP1的部位。由此可见上游调控序列(GC盒等)及其结合蛋白SP1等对基础转录的促进需要其它辅 助活化因子“衔接子adaptor”，以及在没有TATA盒时的“Tethering factor”等的参与。换言之，结合于富含Gc序列的SP1可以通过多种辅助活化因子参与TFⅡD复合体并活化转录。实验证明有关因子是与TBP的N端作用，且具有种属特异性和与上游调控因子结合的双重特性。由于TF lID复合体的发现，也纠正了过去十余年来认为聚合酶Ⅱ转录体系没有种属特异性的错误看法。
(2 )酵母TFlID介导的“顺 (cis)”“反 (tr ai1)”式转录抑制
若在酵母基用上游活化序列(UAS)处分别馒置GAL4或dA：dT元件。酵母细胞抽提物可作用在TATA元：而产生基础水平的转录。将单纯疱疹病毒因子VP16(含酸性的强转录活 化结构)与GAL4蛋白构成的嵌合体作用在UAS的GAL4识别位点上，可提高转录效率101)倍。粗抽提物中含有的活化因子可作用于上游为dA：dT的体系，产生10倍于基础的转录活性；如果加入GAL4的嵌合体时，dA：dT体系中的基础转录就被完垒抑制。这是由于GAL4非特异地结合在DNA元件上，因此命名为顺式(cls)抑制。在此基础上，若再加GAL4蛋白所特异性识别的寡核苷酸序列，则该体系叉可恢复到基础水下的转录。此时的转录因子 GAL4嵌合体只结合于其相应DNA上，而不会影响到dA；dT中的顺式元件．所以称为反式 抑制(t r a rls ih；bhlon)。由此间接证明dA：dT与TATA盒之阔存在着辅助活化因子。
(3)转录因子“超家族”之间的协同与干扰
90年代开始对上述类固醇激素受体、POU结构域蛋白和AP1三个“超家族”因子之间的相互影晌进行了报道：在AP1家族的JUN和类固醇激素受体“超家族”的GR之中的任何一个在同一个宿主细胞中过度表达都会产生相互抑制的效应。其作用机制有些与DNA的结合有关，如维生素D3诱导骨钙素基因转录的活性可被AP1家族的JUN／FOS所抑制；但更多的情况下与蛋白质和蛋白质之问相互作用的结构域有关，如胶原蛋白基因的AP1位点是类固醇激素抑制所必需却不是直接作用的；GB与OCT2的作用受到宿主细胞类型的影响等，其中都可能涉及辅助活性因子的参与或耗竭。
3． 异源二聚体转录调控的多样性
(1)原癌基因产物FOS、JUN二聚体的存在和重要性在此从略。
(2)类固醇激素受体的结合位点(HRE)具有不同的反应性：如人的维生素A酸和甲状腺素受体的异源二聚体对维生素A酸的激素应答元件(RRE)起加合作用，但若在任何一个受体蛋白上的DNA结合域有突变或近C末端非保守序列的被删除则无此作用。若在低水平表达维生素A酸和甲状腺素受体的细胞中，甲状腺素与维生素A酸受体所构成异源二聚体可对几乎所有含有甲状腺素应答元件TRE回文结构的基因起转录的正调控作用。只有通过a肌红蛋白重链基因TRE的诱导性表达却被明显的抑制。
4． “拼板 ”假说 (Jigsaw Puz zle)(17)
辅助因子与DNA结合蛋自结合后可能改变结合蛋白的构象或增加它与DNA的接触面，提高结合蛋白与DNA的亲合力，并可促进其它新的反式因子进入形成稳定的复合体。最典型的例子是RNA聚合酶 I转录起始复合体的形成 先是TFIA与5S RNA基因内的启动子以中等亲和力(10-9M)结台，随着另外一个TFI c因子的加入就形成了极稳定的起始复合体。此时若再加入更多的5S DNA也不会解离。
总之，真核细胞中基因转录水平上的调控机制是十分复杂而多变的，需要深入研究加以阐明。
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