医学精品课件:20111129-转录-翻译.ppt
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- 医学 精品 课件 20111129 转录 翻译
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1、不需知道精确结合位点的蛋白质结合不需知道精确结合位点的蛋白质结合DNADNA的检测的检测凝胶迁移试验(凝胶迁移试验(gel shift assay;electrophoretic mobility shift assay,EMSA)蛋白质与蛋白质与DNADNA结合反应的检测结合反应的检测蛋白质结合蛋白质结合DNADNA的结合位点的检测的结合位点的检测2 甲基化干扰试验(甲基化干扰试验(methylation interference assay)1 DNA足迹试验(足迹试验(DNA footprint analysis)3 染色质免疫沉淀(染色质免疫沉淀(Chromatin immunopre
2、cipitation)*DNAProtein*凝凝胶胶迁迁移移试试验验蛋白质结合蛋白质结合DNADNA的结合位点的检测的结合位点的检测2 甲基化干扰试验(甲基化干扰试验(methylation interference assay)1 DNaseI足迹试验(足迹试验(DNaseI footprinting analysis):广泛使用广泛使用DNaseIDNaseI足迹法足迹法 体外鉴定体外鉴定DNA结合蛋白在结合蛋白在DNA分子上的结合分子上的结合位点的方法位点的方法基本原理:基本原理:DNA分子上的特定序列与分子上的特定序列与DNA结合蛋结合蛋白结合后,该特定白结合后,该特定DNA序列受到
3、保护而将不被序列受到保护而将不被DNaseI消化。消化。*32P*DNase I不完全不完全消化消化DNA变性变性电泳电泳*有有无无 结合结合*32P+DNaseIDNaseI足迹法足迹法染色质免疫沉淀染色质免疫沉淀(Chromatin immunoprecipitation)染色质交联染色质交联超声断裂染色质超声断裂染色质免疫沉淀免疫沉淀Anti-histone,TF解除交联解除交联纯化纯化DNAPCRMicroarray,Seq转录后水平上的调控转录后水平上的调控 5加帽加帽 3加尾加尾 RNA剪接剪接 RNA编辑(编辑(RNA修饰)修饰)mRNA转运转运 mRNA稳定性的调节稳定性的调节
4、mRNA前体前体-hnRNAhnRNA(heterogeneous nuclear RNA):核内不均一核内不均一RNA:在真核生物中,最初转录生:在真核生物中,最初转录生成的成的RNA称为核内不均一称为核内不均一RNA。是一类细胞。是一类细胞核中不稳定、大小不均一的核中不稳定、大小不均一的RNA,加工成熟后,加工成熟后转移至细胞质中。大部分转移至细胞质中。大部分hnRNA在盒内与各在盒内与各种种RNA结合蛋白(结合蛋白(RNP,核糖核蛋白)形成复核糖核蛋白)形成复合体而存在。合体而存在。mRNA前体的剪接(前体的剪接(splicing)mRNA剪接的种类:剪接的种类:1、组成型剪接组成型剪接
5、(constitutive splicing):一个一个基因的基因的mRNA前体按一种方式剪切,产生一种前体按一种方式剪切,产生一种mRNA,一种蛋白质。,一种蛋白质。2、可变剪接可变剪接(alternative splicing):有些基:有些基因的因的mRNA前体,按不同方式剪切,产生两种前体,按不同方式剪切,产生两种以上以上mRNA,翻译产生多种蛋白质。,翻译产生多种蛋白质。剪接信号剪接信号GT-AG规则:规则:AG:GT(A)AGU内含子内含子(U/C)N11CAG:G53组成型剪接组成型剪接可变可变剪接剪接ER可变剪接的形成可变剪接的形成1、多个、多个 转录起始位点转录起始位点2、多
6、个加尾位点、多个加尾位点3、多个剪接位点、多个剪接位点多个转录起始位点多个转录起始位点多个加尾位点多个加尾位点多个剪接位点多个剪接位点可变可变剪接剪接机制机制剪接因子剪接因子剪接因子剪接因子可变可变剪接剪接机制机制剪接因子剪接因子剪接因子剪接因子-U2U1-套索套索可变可变剪接剪接机制机制剪接因子剪接因子剪接因子剪接因子可变剪接的形式可变剪接的形式 顺式剪接(顺式剪接(ciscis-splicing-splicing):剪接发生在同一个:剪接发生在同一个基因内,一般切除内含子,相邻的外显子彼此连基因内,一般切除内含子,相邻的外显子彼此连接。接。反式剪接(反式剪接(trans-splicingt
7、rans-splicing):不同基因的外显:不同基因的外显子剪接后相互连接。如锥虫表面糖蛋白基因子剪接后相互连接。如锥虫表面糖蛋白基因VSGVSG,线虫肌动蛋白基因和衣藻叶绿体线虫肌动蛋白基因和衣藻叶绿体DNADNA中的中的psapsa基因。基因。可变剪接的意义可变剪接的意义1、使同一个基因表达出多种蛋白质,即使同一个基因表达出多种蛋白质,即扩大扩大DNA中遗传信息的含量中遗传信息的含量。人类编码。人类编码蛋白的基因蛋白的基因27000个,蛋白种类个,蛋白种类90000种。种。4060人类编码蛋白的基人类编码蛋白的基因可发生可变剪接。因可发生可变剪接。2、生理和病理状态下均可发生可变剪接生理
8、和病理状态下均可发生可变剪接RNA编辑(编辑(RNA editing)mRNA分子上出现的一种修饰现象,即分子上出现的一种修饰现象,即成熟成熟mRNA因插入、缺失或替换碱基而因插入、缺失或替换碱基而改变了改变了DNA模板上原来的遗传信息。模板上原来的遗传信息。TUAUAUGUUUUGUUGUUUAUUAUGUGAUUAUGGUUUUGUUUUUUAUUGGUAUUUUUUAUAUUUAUUUAAUUUGUUGAUAAAUACAUUUUAUUUGUUUGUUAAUUUUUUUGUUUUGUGUUUUUGGUU TT TTTTUAGGUUUUUUUGUUGUUGUUGUUUUGUAUUAUGAUU
9、GAGUUUGUUGUUUGGUUUUUUGUUUU TT TTTTUUGUGAAACCAGUUAUGAGAGUUUGCAUUGUUAUUUAUUACAUUAAGUUGGUGUUUUUGGUUC 图 13-44 锥虫(T.brucei)cox基因的部分 RNA 顺序。很多 U(红色)在 DNA 中未编码,而另一些在 DNA 中编码的 T(紫色)在 mRNA 中被删除了。(参考 B.Lewin:GENES,1997,Fig31.16)锥虫细胞色素氧化酶亚基锥虫细胞色素氧化酶亚基(coxII(coxII)基因的编辑基因的编辑RNARNA编辑的调控作用编辑的调控作用 ApoB 基因有 29 个外显子
10、 CAA 第 2153 个密码子编码 Glu 编辑 CAA UAA 翻译 翻译 在肝中剪接后的 mRNA 肠中的 mRNA 经编辑 编码了4563aa 的载脂蛋白 产生了终止密码子,在 2153aa 处终止合成 图 13-42 载脂蛋白的基因 ApoB 在肠中经过编辑,引入终止密码子,不能翻译成完整的载脂蛋白。(参考 B.Lewin:GENES,1997,Fig31.14)mRNA稳定性稳定性 mRNA的半衰期(的半衰期(half-life):从几分钟到十几个小):从几分钟到十几个小时不等,多数时不等,多数mRNA 的半衰期不超过的半衰期不超过30分钟;分钟;影响影响mRNA稳定性的因素:稳定
11、性的因素:1、poly(A)尾巴的长短:尾巴的长短:poly(A)/PABP,30 nt 时降解时降解2、5-帽子的解除(帽子的解除(de-capping)引起)引起mRNA 降解(通常与降解(通常与 3-poly(A)的降解过程相伴)的降解过程相伴)3、3-UTR序列的不同可影响序列的不同可影响mRNA 降解,降解,可能与可能与poly(A)尾部的降解速度有关尾部的降解速度有关。如。如-globin mRNA 3-UTR含有许多含有许多 CCUCC repeats,可稳定,可稳定mRNA,而,而AUUUA序列则使序列则使mRNA 不稳定。不稳定。mRNA降解机理降解机理真核生物真核生物mRN
12、A 3端非翻译区端非翻译区的调控功能的调控功能1 调节调节mRNA的稳定性的稳定性2 调节调节mRNA的翻译能力的翻译能力3 控制控制mRNA的亚细胞定位的亚细胞定位5端非翻译区的调控功能端非翻译区的调控功能:影响翻译起始影响翻译起始翻译及翻译后水平的调控翻译及翻译后水平的调控 翻译起始翻译起始 翻译延伸翻译延伸 翻译后加工、修饰和剪接翻译后加工、修饰和剪接翻译起始翻译起始 Kozak序列:序列:GCCGCCA-3/GCCA+1TGG+4 在实际预测中,只需考虑在实际预测中,只需考虑-3-3和和+4+4的位置的位置即可判断起始密码子起始功能的强弱。即可判断起始密码子起始功能的强弱。只要只要-3
13、 3位出现嘌呤,其它位置上出现的偏离序列只位出现嘌呤,其它位置上出现的偏离序列只会轻微影响起始效率;若会轻微影响起始效率;若-3-3位不是嘌呤,则位不是嘌呤,则+4+4位上的位上的G G是有效起始翻译所必需的。是有效起始翻译所必需的。RNAi(RNA interference):是双链是双链RNA以基因转录后沉寂的方式或诱导甲基化的方式对以基因转录后沉寂的方式或诱导甲基化的方式对同源序列的基因表达进行干涉的过程。同源序列的基因表达进行干涉的过程。1 转录后转录后:通过产生双链小:通过产生双链小RNA诱导同源诱导同源mRNA序列降解,从而在转录后抑制特定基因的表达。序列降解,从而在转录后抑制特定
14、基因的表达。2 染色质水平染色质水平:通过与染色质中的重复序列:通过与染色质中的重复序列DNA及组蛋白甲基化酶相互作用,引起组蛋白的甲基及组蛋白甲基化酶相互作用,引起组蛋白的甲基化,进一步与异染色质形成相关蛋白结合,导致化,进一步与异染色质形成相关蛋白结合,导致染色质沉默。染色质沉默。多种调节机理多种调节机理siRNA(small interfering RNA):是双链是双链RNA在在Dicer(dsRNA-specific endonuclease)的作用下断裂为的作用下断裂为21-23个核苷个核苷酸的小分子酸的小分子RNA。miRNA(microRNA):是是70-90 nt的具有发夹结
15、构的的具有发夹结构的RNA在在Dicer的作用的作用下生成的一类长约下生成的一类长约21-28 nt的非编码单链的非编码单链RNA分子。分子。1 与与mRNA不完全互补不完全互补,影响翻译过程而不影响,影响翻译过程而不影响 mRNA稳定性稳定性2 与与mRNA完全互补完全互补,作用方式与,作用方式与siRNA相似,可降相似,可降 解解mRNAsiRNA和和miRNA的异同的异同相同点:相同点:1 长度相似,在长度相似,在22 nt 左右左右2 均为均为Dicer作用后的产物作用后的产物不同点:不同点:1 siRNA是在病毒感染或人工插入是在病毒感染或人工插入dsRNA后诱导而后诱导而 成,而成
16、,而miRNA则是细胞内则是细胞内RNA的固有组分之一。的固有组分之一。2 siRNA是由长是由长dsRNA转变而来,而转变而来,而miRNA是由具是由具 有发夹结构的有发夹结构的pre-mRNA转变而来转变而来3 siRNA主要以双链形式存在,其主要以双链形式存在,其3端存在端存在2个非配个非配 对的碱基通常为对的碱基通常为UU,而,而miRNA主要以单链形式主要以单链形式 存在。存在。4 siRNA与靶与靶mRNA完全互补,而完全互补,而miRNA并不一定并不一定 与靶与靶mRNA完全互补。完全互补。反义反义RNA(antisense RNA)能与特定能与特定mRNA互补并抑制其表达的单链
17、互补并抑制其表达的单链RNA片片段(天然反义段(天然反义RNA可由可由DNA的反义链转录而成)。的反义链转录而成)。复制水平:复制水平:反义反义RNA可与引物可与引物RNA互补结合,使后者不能互补结合,使后者不能 与模板结合形成与模板结合形成RNaseH的底物,抑制的底物,抑制DNA复制。复制。转录水平:转录水平:与与mRNA 5端结合,阻止完整的端结合,阻止完整的RNA的转录。的转录。翻译水平:翻译水平:作用于作用于mRNA 5端编码区,抑制翻译。端编码区,抑制翻译。为主要作用方式。为主要作用方式。其它:其它:作用于作用于mRNA 5端阻止端阻止“帽子帽子”结构形成;作用于外显结构形成;作用
18、于外显子子 与内含子的连接区,阻止与内含子的连接区,阻止mRNA前体的剪切;作用于前体的剪切;作用于 polyA形成位点,阻止形成位点,阻止mRNA的成熟及向胞浆的运输;的成熟及向胞浆的运输;作用于作用于mRNA,使后者易被酶识别而降解。,使后者易被酶识别而降解。核酶(核酶(ribozymeribozyme)是一类具有核酸内切酶活性的是一类具有核酸内切酶活性的RNA分子,可特异分子,可特异地与靶地与靶RNA序列结合并加以切割,使序列结合并加以切割,使mRNA表达水平表达水平下降,从而抑制靶基因的功能。下降,从而抑制靶基因的功能。按结构分:锤头状核酶(按结构分:锤头状核酶(hammerhead
19、ribozyme)发夹状核酶(发夹状核酶(hairpin ribozyme)蛋白质及其相互作用蛋白质及其相互作用蛋白质间相互作用的重要性蛋白质间相互作用的重要性*蛋白质间相互作用的广泛性:蛋白质间相互作用的广泛性:复制、转录、翻译、细胞周期调控和信号转导等复制、转录、翻译、细胞周期调控和信号转导等*蛋白质间相互作用异常与疾病发生:蛋白质间相互作用异常与疾病发生:癌症、心血管系统疾病、神经系统疾病、自身免疫癌症、心血管系统疾病、神经系统疾病、自身免疫疾病等都与蛋白间相互作用紊乱有关。疾病等都与蛋白间相互作用紊乱有关。蛋白质间相互作用常用方法蛋白质间相互作用常用方法*酵母双杂交(酵母双杂交(yea
20、st two-hybrid)*GST pull-down*免疫共沉淀(免疫共沉淀(co-immunoprecipitation)*细胞内共定位(细胞内共定位(co-localization)*蛋白复合物的沉淀和质谱分析蛋白复合物的沉淀和质谱分析*表面离子共振表面离子共振 (surface plasmon resonance,Biacoresurface plasmon resonance,Biacore)*Fluorescence Resonance Energy Transfer(FRET)Fluorescence Resonance Energy Transfer(FRET)*蛋白质芯片蛋
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