🧬 DNA/RNA与基因表达

真核基因表达调控

从染色质重塑到转录因子，系统掌握真核基因表达的多层次调控机制。

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免责声明： 本内容仅供医学学习参考，不作为临床诊断依据。

📊 学习进度

7个知识模块
预计学习时间：30分钟

01 基因表达调控概述

❓ 基因表达调控的定义

细胞对基因表达过程的精确调节，确保基因在正确时间、正确空间、正确水平表达。

❓ 基因表达调控的层次

① 染色质水平

染色质结构、DNA甲基化、组蛋白修饰

② 转录水平（主要）

启动子、增强子、转录因子

③ 转录后水平

mRNA加工、稳定性、运输

④ 翻译水平

起始、延长、终止调控

❓ 真核vs原核基因表达调控
特征 真核生物 原核生物
调控层次 多层次 以转录为主
转录翻译 时空分离 偶联进行
基因结构 断裂基因 连续基因
调控元件 顺式+反式 操纵子

02 染色质重塑

❓ 染色质重塑的定义

通过ATP依赖的染色质重塑复合物改变核小体位置/结构，从而调控基因表达。

❓ 染色质重塑复合物类型

SWI/SNF复合物

滑动/移除核小体

ISWI复合物

规则核小体间距

CHD复合物

核小体滑动

INO80复合物

组蛋白交换

❓ 常染色质 vs 异染色质
特征 常染色质 异染色质
转录活性 活跃 沉默
染色状态 松散 紧密
DNA甲基化 低 高
组蛋白修饰 H3K4me3等激活标记 H3K9me3/H3K27me3抑制标记

03 DNA甲基化

❓ DNA甲基化定义

CpG二核苷酸的胞嘧啶第5位碳原子上添加甲基。

胞嘧啶 → 5-甲基胞嘧啶

❓ DNA甲基化酶

DNMT1

维持甲基化酶：维持甲基化模式

DNMT3a/3b

从头甲基化酶：建立新甲基化模式

❓ DNA甲基化与基因表达

⚠️ 核心原则

  • 启动子区域甲基化 → 基因沉默
  • 阻止转录因子结合
  • 招募甲基化CpG结合蛋白(MBD)
  • 形成抑制性染色质结构
❓ 印记基因

根据来源（父源/母源）表达不同。

🏥 临床：印记基因异常 → Prader-Willi综合征/Angelman综合征

04 组蛋白修饰

❓ 组蛋白修饰类型

乙酰化

Lys → 激活

甲基化

Lys/Arg → 激活/抑制

磷酸化

Ser/Thr → 激活

泛素化

Lys → 降解/信号

❓ 组蛋白密码假说

组蛋白修饰的特定组合被"阅读器"蛋白识别，从而调控染色质状态和基因表达。

❓ 常见组蛋白修饰
修饰 功能 状态
H3K4me3 启动子激活 激活
H3K9ac 转录激活 激活
H3K9me3 异染色质形成 抑制
H3K27me3 基因沉默 抑制
❓ 组蛋白修饰酶

组蛋白乙酰转移酶(HAT)

添加乙酰基 → 激活转录

组蛋白去乙酰化酶(HDAC)

去除乙酰基 → 抑制转录

组蛋白甲基转移酶(HMT)

添加甲基

组蛋白去甲基化酶(HDM)

去除甲基

05 顺式作用元件

❓ 顺式作用元件定义

DNA分子上特定序列，能反式作用因子结合，从而调控基因表达。

❓ 启动子

RNA聚合酶结合并起始转录的DNA序列。

TATA框

-25bp：TATA(A/T)A(A/T)

CAAT框

-75bp：GGCCAATCT

GC框

-90bp：GGGCGG

起始子

+1bp：YYANWYY

❓ 增强子

位置

可位于基因上游/下游/内含子中

方向

无方向性（可反向作用）

距离

可远距离作用（数十kb）

功能

大幅增强基因转录

❓ 沉默子

负调控元件，结合转录抑制因子后抑制基因转录。

❓ 绝缘子

边界元件，防止增强子/沉默子对邻近基因的非特异性调控。

06 反式作用因子

❓ 反式作用因子定义

能识别并结合顺式作用元件的蛋白质，调控基因转录。

❓ 转录因子结构域

DNA结合结构域

识别特异DNA序列

转录激活结构域

激活转录

二聚化结构域

形成同源/异源二聚体

配体结合结构域

结合小分子配体

❓ 常见DNA结合结构域

锌指结构

Zn²⁺稳定，识别3bp序列

亮氨酸拉链

Leu每7位重复，形成二聚体

螺旋-转角-螺旋(HTH)

两个α螺旋通过转角连接

碱性螺旋-环-螺旋(bHLH)

碱性区+HLH结构域

❓ 通用转录因子

RNA聚合酶II转录必需的蛋白质复合物。

TFIIA → TFIIB → TFIID(TBP) → TFIIE → TFIIF → TFIIH

💡 TFIID = TBP + TAFs

TBP识别TATA框，TAFs辅助结合

❓ 特异性转录因子

结合特定增强子/启动子，调控特定基因表达。

激活因子

激活转录

阻遏因子

抑制转录

07 转录调控机制

❓ 转录起始复合物组装
1 TBP结合TATA框
2 TFIIB结合
3 RNA Pol II + TFIIF结合
4 TFIIE + TFIIH结合
5 TFIIH解旋DNA，起始转录
❓ 增强子作用机制

增强子结合激活因子后，通过DNA环化与启动子区域接触。

中介体复合物充当桥梁，连接增强子与RNA Pol II

❓ 表观遗传记忆

DNA甲基化和组蛋白修饰可通过细胞分裂遗传，维持基因表达状态。

🏥 临床：表观遗传改变 → 肿瘤发生/代谢疾病

📝 真题练习

【真题】DNA甲基化主要发生在
💡 CpG二核苷酸的胞嘧啶第5位碳原子
【真题】启动子区域甲基化导致
💡 基因表达沉默
【真题】组蛋白乙酰化的功能
💡 激活基因转录（松散染色质结构）
【真题】属于顺式作用元件的是
💡 增强子、启动子、沉默子
【真题】属于反式作用因子的是
💡 转录因子（蛋白质）
【真题】RNA聚合酶II转录需要的通用转录因子
💡 TFIIA、TFIIB、TFIID、TFIIE、TFIIF、TFIIH
【真题】锌指结构的特点
💡 含Zn²⁺，识别3bp DNA序列
【真题】增强子的特点
💡 位置/方向非依赖，可远距离作用

🔄 快速回顾

DNA甲基化功能

启动子甲基化 → 基因沉默

组蛋白乙酰化

激活转录，HAT添加，HDAC去除

顺式作用元件

启动子、增强子、沉默子、绝缘子

转录因子结构域

DNA结合、激活、二聚化、配体结合