基因表达的调控模式介绍
转录调控
可分为三种主要途径:1)遗传调控(转录因子与靶标基因的直接相互作用);2)调控转录因子与转录机制相互作用,3)表观遗传调控(影响转录的DNA结构的非序列变化)。
通过转录因子直接调控靶标DNA表达是最简单和最直接的转录调控改变转录水平的方法。基因的编码区周围通常都具有几个蛋白质结合位点,具有调节转录的特定功能。常见的调控蛋白质与DNA结合的位点有增强子、绝缘子和沉默子。调节转录的机制非常多样,可以阻断DNA上与RNA聚合酶结合的关键位点,也可以充当激活剂辅助RNA聚合酶结合来促进转录。
转录因子的活性进一步受到细胞内信号的调节,引起蛋白质翻译后修饰,包括磷酸化\乙酰化或糖基化。这些变化影响转录因子直接或间接转录因子与启动子DNA的 结合、RNA聚合酶的募集以及新合成RNA分子的延伸。
真核生物中的核膜通过允许这些转录因子在细胞核中存在的持续时间来进一步调控转录环境刺激或内分泌信号可能导致调节蛋白的修饰,引发细胞内信号的级联,导致基因表达的调节。
表观遗传对转录具有显著影响。一般来说,表观遗传会改变DNA与蛋白质的结合,从而影响转录。
DNA甲基化是表观遗传对基因表达影响的广泛机制,并且在细菌和真核生物中可见,在可遗传的转录沉默和转录调节中起作用。在真核生物中,由组蛋白密码控制的染色质结构影响DNA的获取,对常染色质和异染色质区域中的基因表达具有显着影响。
转录后调控
真核生物的RNA被翻译之前需要通过核孔输出,因此核输出对基因表达有着显著影响。所有进出细胞核的mRNA的运输都是通过核孔进行的,受到各种输入蛋白和输出蛋白的控制。
携带遗传密码的mRNA需要存活足够长的时间才能被翻译,因为mRNA在翻译之前必须经过很长距离的运输。在典型的细胞中,RNA分子仅在特异性保护的条件下才是稳定的,不被RNA酶降解。 RNA降解对真核细胞基因表达调控特别重要。在真核生物中,RNA通过某些转录后修饰,特别是5端戴帽和3端多腺苷酸化而获得稳定。
翻译调控
翻译调控的效果不如转录调控或调控mRNA的稳定性,但也偶尔得到使用。抑制蛋白质翻译是毒素和抗生素的主要作用目标,因此它们可以通过超越其正常的基因表达控制来杀死细胞。蛋白质合成抑制剂包括抗生素新霉素和毒素蓖麻毒素。
翻译后调控
翻译后修饰(PTM)是对蛋白质的共价修饰。像RNA剪接一样,它们有助于使蛋白质组更加丰富多样。这些修饰通常由酶催化。此外,诸如氨基酸侧链残基的共价添加这样的修饰过程通常可以被其它酶逆转。但蛋白水解酶对蛋白质骨架的水解切割是不可逆转的。PTM在细胞中发挥着许多重要作用。例如,磷酸化主要涉及激活和失活蛋白质以及信号传导途径 。PTM参与转录调控,因为乙酰化和甲基化的一个重要功能是组蛋白尾部修饰,它改变了DNA的可转录性。
