细胞生物学-细胞分化的分子基础
(2010-05-08 09:59:41)
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同源异形框dna甲基化基因表达 |
分类: 生物科学 |
(1)持家基因与奢侈最低限度功能所不可少的基因,这类基因在所有类型的细胞中都进行细胞表达。因为这些基因的产物对于维持细胞的基本功能和代谢功能是必不可少的。
组织特异性基因(奢侈基因)因与各类细胞的特殊性关系有直接关系,是在各种组织中进行不同的选择性表达基因。
(2)基因差异表达及调节
细胞分化主要是组织特异性基因中某些种特定基因的选择性表达的结果,这些选择性表达的蛋白质和分化细胞的特异性状密切相关,但不是细胞基本生命活动必不可少的,某些特定奢侈基因表达的结果生成一种类型的细胞分化,另一组奢侈基因表达的结果导致另一种类型的分化细胞。因此细胞分化的关键是细胞按一定程序发生差异基因表达,开放某些基因或关闭某些基因,另外,分化细胞间的差异往往是一群基因的差异,而不仅仅是一个基因表达的差异。在基因的差异表达中,包括结构基因的差异表达,差异表达的结构基因受组织特性表达的调控基因调节。
2.真核生物基因表达的调控
(1)基因组调控:DNA甲基化与DNA重排
基因控制主要指在DNA水平上调节基因的活性,其中有两种重要的活性DNA甲基化和DNA重排。
DNA甲基化:是指在甲基催化转移酶的催化下,DNA的CG两个核苷酸的胞嘧啶被选择性地添加甲基,形成5-甲基胞嘧啶,这常见于基因的5'-CG-3序列。DNA的甲基化可引起基因失活。
DNA甲基化可抑制基因的转录,甲基化促使染色质凝聚,这样DNA转录因子和RNA聚合酶就不能够与DNA结合。
DNA重排:是基因活性调节的另一种重要形式。这种调节主要是根据DNA片段在基因组中的结构变化。
所有单倍体细胞都携带有交配性的两个等位基因a或α。细胞通过改变MAT基因中的等位基因,控制细胞交配型,这种DNA重排成为盒式机制交配型的基因座像是一个盒式播放机,α带或a带(等位基因都能插进去播放)。
MAT能决定细胞是α交配表型或是a交配表型,因为MAT基因座两侧基因的转录被SIR基因产物所抑制,所以它们不会转录,但能够进行复制,为MA基因座的基因转换提供挎拷贝。
(2)转录水平调控
转录控制是真核生物控制基因表达的重要调节形式,通过转录调控,控制着基因在不同组织中进行差异表达。
控制基因主要通过对转录起始控制,它涉及相当多的转录因子的作用。转录因子同基因上游的特定DNA序列相互作用,形成特别的复合物控制转录的起始。真核生物有3种DNA聚合酶,不同的RNA聚合酶所需的转录起始复合物是不同的。
同源异型基因是控制动物型态基因主要基因。
Antp基因的3‘端含有一段由180个碱基对组成的序列,这个高度保守的序列同源区域,与其他同源异型基因高度相似,该序列称为同源异形框。这一段DNA序列编码60个氨基酸,被称为同源异型结构域。
已发现的Hox基因的产物基本上都是转录因子,同源框的蛋白质产物呈螺旋-转交-螺旋的立体结构,可以和DNA的大沟吻合,附着于TAAT框的碱基上;由于它能识别控制的基因启动子的特意序列,从而在转录水平调控基因表达。
Hox基因大多在染色体上串联排列成簇,基因之间距离很近,通常4-5Kb,其线性排列顺序可能与各自表达区域相对应。
Hox基因表达具有区域特异性,Hox基因表达的开和关,对个体发育和形态发生起到时间和空间上的调控。
同源异形框基因表达的产物蛋白为同源异框蛋白:其单位构成:①保守的N端,通常以MSSLYYXN开始延伸大约45个氨基酸残基;②富含丙氨酸、丝氨酸、甘氨酸、脯氨酸、谷氨酸的可变区域;③同源框胎,即位于同源异框N端的保守五肽LYPWM;④同源异形框构域,即相位于同源框的氨基酸序列;⑤偏酸性的羟基端区域。
同源异形框蛋白定位于细胞核,同源异形框结构域具有较高的保守性,通过螺旋-转角-螺旋的模式与启动因子相结合,从而实现基因调控作用。同一种同源异形框蛋白可能识别多种DNA,同一调控序列也可能结合多种同源异形框蛋白。
同源异型基因突变称为同源异型突变,这种突变可致使身体某些部位的性状特征在其他部位出现,并可能干扰基体各部位机体正常发育。
(3)转录后加工的控制
RNA转录物加工的调节,分为两种类型:简单的转录单元,只能加工成一种mRNA;复杂的转录单元,可以加工形成几种不同的 mRNA。
简单的转录单元加工主要是切除内含子。内含子的切除按GU-AG法则,即内含子的切除总是在5’端以GU开始,在3‘端以AG结束。
在复杂的转录加工中,经不同间接生产多个成熟mRNA,表达不同的产物。有时某些基因的内含子在一种类型的细胞中式要被切除的内含子而在另外一种类型的细胞中却是外显子。
(4)翻译水平调控
翻译控制包括控制蛋白质合成速度,mRNA的稳定性的控制翻译起始的控制等。
(5)翻译后加工的控制
在真核生物中许多激素的合成都是以一个共同的前体合成的称为聚蛋白。然后切割成不同的蛋白质。但是在不同组织中,切割的方式是不同的。因此,相同基因在不同的组织中合成不同的激素蛋白。