基因表达调控（生物化学）

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基因表达调节·

由GPT-5.6-Sol-Ultra生成

  • 基因表达（gene expression）

    在基因遗传信息指导下产生基因产物（蛋白质或RNA）的过程。

  • 生物可按发育程序及环境需要调整遗传信息的表达
    • 时序调节：基因表达按一定时间程序发生改变
    • 适应调节：基因表达随细胞内外环境改变而调整
  • 按表达特点，基因可分为
基因类型 表达特点 表达方式
持家基因 产物大致以恒定水平始终存在 组成型表达
可调基因 只在细胞需要时表达 调节型表达

基因表达调节的基本原理·

基因表达的调节层次·

  • 基因表达是DNA、RNA和蛋白质等生物大分子相互作用的结果
  • 转录、剪接和翻译分别在转录装置、剪接体和核糖体上进行
  • 调节可发生于
    • 转录水平：转录前、转录、转录后
    • 翻译水平：翻译、翻译后
特点 原核生物 真核生物
细胞结构 无细胞核，只有拟核 具有细胞核
转录与翻译 相互偶联 在时间和空间上分隔
主要调节特点 转录调节尤为重要，快速高效 多级调节，精确性高
适应方式 以表型多样性适应复杂环境 以性状随环境调整适应变化
  • 细菌十多分钟即可分裂一次，复制、转录和翻译可同时进行，因而调节效率很高
  • 原核生物也存在多层次调节
    • 细菌或噬菌体通过特异位点重组控制基因表达，属于转录前调节
    • 转录和翻译还可分别受到调节
  • 真核生物的多级调节系统
    1. 染色质结构调节
    2. RNA转录调节
    3. RNA转录后加工调节
    4. RNA降解调节
    5. 蛋白质合成调节
    6. 蛋白质合成后加工调节
    7. 蛋白质降解调节

反式作用因子与顺式作用元件·

  • 顺式作用元件（cis-acting element）

    与被调节对象位于同一DNA或RNA分子上的调节序列。

  • 反式作用因子（trans-acting factor）

    与靶DNA或RNA位于不同分子的调节蛋白或调节RNA。

  • DNA调控区含有多种顺式元件，可结合转录因子并招募蛋白质复合物，起始或调节转录

  • 转录后的调节信息也可存在于RNA序列中，成为RNA上的顺式元件

  • 反式因子的产生可直接反映细胞需要；已经产生的反式因子也可接受信号后改变构象

  • 信号分子的含义举例

    • 分解代谢底物：提示需要合成相应分解酶
    • 合成代谢产物：提示产物充足，可停止合成有关酶
    • 第二信使或作用于核受体的激素：传递细胞内外环境信息

  • 磷酸化级联可放大信号，最终仍落实为反式因子与顺式元件的相互作用

时空调节·

  • 时空调节同时包括表达时间程序和细胞空间位置的调节
  • 典型时序：早期基因产物开启晚期基因表达，晚期基因产物再关闭早期基因表达
  • 细胞分化时，不同位置的细胞可按不同时序在染色质、转录或后续层次进行调节

正调节与负调节·

  • 适应酶：只在需要时诱导合成、不需要时受到阻遏的酶
  • 乳糖操纵子所体现的负调节
    • 无乳糖：阻遏蛋白结合调节部位，抑制有关基因表达
    • 有乳糖：阻遏蛋白与乳糖结合后不再阻止表达，即去阻遏

正调节或负调节取决于调节蛋白的作用机制，而不取决于最终表达量升高还是降低。

表达结果 可能的正调节机制 可能的负调节机制
诱导表达 激活蛋白结合调节元件 阻遏蛋白从调节元件解离
抑制表达 激活蛋白从调节元件解离 阻遏蛋白结合调节元件
  • 原核生物
    • 许多功能相关基因组成操纵子，也有单基因转录单位或只含一个基因的操纵子
    • 负调节较常见，但也存在正调节
  • 真核生物
    • 功能相关基因不组成操纵子，可分散在染色体不同位置甚至不同染色体上
    • 依靠共同调节因子仍可实现协同表达
    • 调节元件较多，激活因子多于抑制因子，调节关系更复杂
    • 正调节较常见，但也存在负调节

调节蛋白的结构域·

DNA结合结构域·

  • 调节蛋白可识别DNA特殊序列，其对靶序列的亲和力比对普通序列高 $104\sim106$ 倍
  • 蛋白质与靶序列具有互补的空间关系，DNA序列特异性由4种碱基对决定
  • Asn、Gln、Glu、Lys和Arg等侧链可与碱基对相互作用
  • DNA识别常由 $\alpha$ 螺旋插入深沟并形成特异氢键；适当条件下也可识别浅沟

螺旋-转角-螺旋·

  • 螺旋-转角-螺旋（HTH）：常见的DNA结合基序，最早发现于噬菌体阻遏蛋白
  • 分布广泛
    • 原核：CI、Cro、Lac阻遏蛋白及CAP
    • 真核：酵母配对因子M$\alpha$1、M$\alpha$2等
    • 同源域也可看作含HTH基序的结构域
  • 常见HTH仅约20个氨基酸，由两个 $\alpha$ 螺旋和其间的 $\beta$ 转角组成
  • 其中一个是突出于结构域外的识别螺旋，可插入或靠近DNA深沟并识别碱基对

锌指·

  • **锌指（ZnF）**最早发现于5S rRNA基因转录所需的TFIIIA

  • 一个蛋白质可有1个至多个重复单位，最多可达37个

  • $Cys_2/His_2$ 型锌指

    • 每个单位约30个残基，由反平行 $\beta$ 发夹和随后的 $\alpha$ 螺旋组成
    • $\beta$ 片层上的2个Cys与 $\alpha$ 螺旋上的2个His共同配位 $Zn^{2+}$，形成四面体结构
    • $\alpha$ 螺旋接触DNA深沟并与碱基对形成氢键；螺旋上不同残基识别不同碱基对
    • 不同锌指的排列可联合识别DNA特异序列

  • $Cys_2/Cys_2$ 型锌指

    • 存在于类固醇激素受体、形态发生素等蛋白质中，只有两个锌指单位
    • 每个 $Zn^{2+}$ 由4个Cys配位
    • 第一个锌指含识别螺旋，其右侧序列决定DNA结合特异性
    • 第二个锌指提供二聚化表面，其左侧序列决定二聚化特异性

  • GAL4锌簇由2个 $Zn^{2+}$ 和6个Cys组成，结构不同于上述两类锌指

同源域·

  • 同源域（HD）：常见于调节真核生物躯体形态发育的转录因子
  • 编码同源域的约180 bp DNA序列称为同源（异型）框（homeobox）
  • 含同源框的基因称为同源异形基因，在发育中依次表达并控制个体发育
  • 同源域通常含60个氨基酸
    • N端为一段伸展肽链，随后有3个 $\alpha$ 螺旋
    • 螺旋1、2反向平行；螺旋3与之接近垂直并伸出结构域外
    • 螺旋2和识别螺旋3构成HTH关系

常见DNA结合结构域：HTH、ZnF和HD


蛋白质-蛋白质相互作用结构域·

  • DNA结合蛋白通常为二聚体或具有多个结构域
  • 靶DNA常呈二重旋转对称，各单体分别以一个 $\alpha$ 螺旋插入深沟；附加结构可提高识别特异性
  • 常见二聚化结构域为亮氨酸拉链和螺旋-突环-螺旋

亮氨酸拉链·

  • **亮氨酸拉链（Zip）**主要介导DNA结合调节蛋白二聚化
  • 约35个残基形成两性卷曲螺旋型 $\alpha$ 螺旋
    • 疏水侧链和解离基团分别位于螺旋两侧
    • 每圈约3.5个残基，每两圈出现1个Leu
    • 两个单体通过Leu侧链的疏水作用形成二聚体
  • N端碱性氨基酸区形成 $\alpha$ 螺旋并结合DNA，合称碱性亮氨酸拉链（bZip）
  • bZip广泛存在于形成同二聚体或异二聚体的激活因子中
  • 例
    • CREB借bZip二聚并结合DNA；多种蛋白激酶均可使其磷酸化并增强活性，因此可综合多渠道信号
    • AP1由Jun和Fos通过Zip形成稳定异二聚体，参与细胞生长调节

螺旋-突环-螺旋·

  • **螺旋-突环-螺旋（HLH）**全长约40～50个残基
  • 由两个两性 $\alpha$ 螺旋和其间的柔性突环组成；突环使两螺旋可回折、叠加
  • 两亚基依靠螺旋疏水侧链相互作用结合
  • N端碱性区负责结合DNA，合称bHLH
  • bHLH可形成同二聚体或异二聚体
    • E12/E47结合免疫球蛋白增强子
    • 成肌素、MyoD和Myf-5与肌细胞生成有关

HTH、ZnF、HD主要承担DNA识别；Zip、HLH主要介导二聚化，并依靠邻近的N端碱性区结合DNA。

亮氨酸拉链与螺旋-突环-螺旋结构域

原核生物基因表达调节·

操纵子·

  • 操纵子（operon）

    具有共同控制区和调节系统的基因表达协调单位；由功能相关的结构基因及共同控制部位组成。

  • 控制部位包括启动子（P）和操纵基因（O）
  • 全部结构基因共同转录为一条多顺反子mRNA，并接受调节基因产物的调节

诱导与阻遏·

代谢类型 一般调节方式 机制
分解代谢 底物存在时诱导有关酶合成 阻遏蛋白与诱导物结合后失去封闭操纵基因的能力
合成代谢 终产物足量时阻遏有关酶合成 无活性阻遏蛋白与辅阻遏物结合后被活化并封闭操纵基因
  • 辅阻遏物通常是合成途径终产物或其类似物
  • 两种情况中阻遏蛋白都执行负调节；底物诱导的实质是去阻遏

乳糖操纵子·

组成与负调节·

组分 功能
启动子P RNA聚合酶结合并起始转录
操纵基因 $lacO$ 阻遏蛋白结合位点，不编码蛋白质
$lacZ$ 编码水解乳糖的 $\beta$-半乳糖苷酶
$lacY$ 编码摄取乳糖的 $\beta$-半乳糖苷透性酶
$lacA$ 编码 $\beta$-硫代半乳糖苷乙酰基转移酶，可对透性酶输入的某些毒性物质解毒

  • 操纵子之外的相关调节基因 $lacI$ 编码乳糖操纵子阻遏蛋白

  • 无乳糖或其他诱导物

    • 阻遏蛋白结合 $lacO$
    • RNA聚合酶不能从启动子继续前移，结构基因不转录

  • 有乳糖或其他诱导物

    • 诱导物与变构阻遏蛋白结合，使其构象改变
    • 阻遏蛋白不能结合 $lacO$，结构基因得以转录

大肠杆菌乳糖操纵子模型

阻遏蛋白与DNA突环·

  • 阻遏蛋白是四聚体，每个亚基相对分子质量约37 000
  • 亚基的DNA结合结构域含HTH基序，识别螺旋与操纵基因结合
  • 主要操纵基因 $O_1$ 含28 bp、旋转对称的回文结构；$O_2$ 位于Z基因内，$O_3$ 位于I基因内
  • 阻遏蛋白两个亚基结合 $O_1$，另两个亚基结合上游或下游位点，使中间DNA形成突环，增强阻遏效果

降解物阻遏·

  • 降解物阻遏（catabolite repression）

    葡萄糖降解物使多种糖分解代谢酶停止合成的现象，旧称葡萄糖效应。

  • 葡萄糖和乳糖同时存在时，细菌优先利用葡萄糖
  • 葡萄糖耗尽并经过一段停滞期后，乳糖才诱导 $\beta$-半乳糖苷酶合成
  • 受影响的还包括半乳糖、阿拉伯糖和麦芽糖等代谢操纵子；葡萄糖分解酶则属于组成酶

cAMP-CRP的正调节·

  • CRP又称CAP，是由相对分子质量22 000的亚基构成的二聚体

  • CRP与cAMP结合后活化，再结合分解代谢操纵子的调节位点并促进转录

  • 葡萄糖降解物的作用链

    $$ \text{葡萄糖降解物} \rightarrow\begin{cases} \text{抑制腺苷酸环化酶}\ \text{活化磷酸二酯酶} \end{cases} \rightarrow cAMP\downarrow \rightarrow cAMP\text{-}CRP\downarrow \rightarrow\text{许多分解代谢酶基因不能转录} $$

  • CRP的DNA结合结构域也含HTH基序

  • cAMP-CRP结合位点含TGTGA序列；复合物结合后使DNA弯曲94°，加强RNA聚合酶与启动子的相互作用

乳糖使阻遏蛋白解离而诱导表达，属于负调节；葡萄糖降解物使激活蛋白CRP失活而抑制表达，仍属于正调节。

  • 调节子（regulon）

    由同一种调节蛋白控制的若干操纵子构成的调节系统。cAMP-CRP对多种糖分解操纵子的调节即为一例。


合成途径操纵子的衰减·

  • 色氨酸操纵子首先受阻遏调节
    • $trpR$ 编码无活性的阻遏物蛋白
    • 过量Trp作为辅阻遏物与其结合，使阻遏蛋白活化并阻止转录
  • 衰减作用（attenuation）

    结构基因上游前导区中的衰减子，通过前导肽的翻译状态改变RNA二级结构，使转录提前终止或继续。

调节机制 控制环节
阻遏蛋白-操纵基因 控制转录能否起始
衰减子 控制已经起始的转录能否继续
  • 衰减作用比阻遏作用更精细

色氨酸操纵子的前导区·

  • 色氨酸mRNA的 $5’$ 前导序列长162 nt；除非缺乏Trp，多数转录本合成至140 nt即终止
  • 前导区可编码一段短前导肽；表34-1所列Trp前导肽含14个氨基酸残基及连续Trp密码子
  • 前导RNA含4个可彼此互补的区域；终止区可形成茎环并紧接寡聚U
  1. 氨基酸缺乏
    • 按教材所述，前导肽不能形成
    • 前导RNA形成终止结构，转录在茎环和寡聚U处停止
  2. 只缺乏Trp，其他氨基酸存在
    • $Trp\text{-}tRNA^{Trp}$ 不能形成，核糖体停在UGG并占据区域1
    • 区域2与3配对，终止结构不能形成，结构基因继续转录
  3. 氨基酸充足或过量
    • 前导肽正常合成，核糖体占据区域1和2
    • 终止结构形成，转录提前终止

色氨酸操纵子的衰减机制

  • 其他具有衰减子的氨基酸合成操纵子
操纵子 主要调节氨基酸
$trp$ Trp
$his$ His
$pheA$ Phe
$leu$ Leu
$thr$ Thr、Ile
$ilv$ Leu、Val、Ile
  • 前导区常重复出现所感知氨基酸的密码子；$pheA$ 和 $his$ 前导序列各有7个相应密码子

嘧啶调节子的衰减·

  • 嘧啶合成由6种酶催化，其基因分散在染色体上并受同一调节基因控制，故组成调节子
  • 前导RNA可形成茎环和连续U，也能翻译出前导肽
  • 低浓度UTP
    • RNA聚合酶在连续U处移动受阻，挡住正在翻译的核糖体
    • 终止结构不能形成，转录继续
  • 高浓度UTP
    • 核糖体不被RNA聚合酶阻挡
    • 终止茎环形成，转录停止

核糖体蛋白与rRNA的协同合成·

  • 细菌通过调节核糖体数量改变总体蛋白质合成能力和生长速度
    • 葡萄糖基本培养基、37℃：约45 min分裂一次
    • 脯氨酸为唯一碳源：倍增时间约500 min
    • 丰富培养基：世代时间约18 min
倍增时间/min 每个细胞DNA分子数 每个DNA分子的核糖体数
25 4.5 15 500
50 2.4 6 800
100 1.7 4 200
300 1.4 1 450
  • rRNA和tRNA基因混合组成操纵子
  • r蛋白、翻译因子、DNA引物合成酶、RNA聚合酶及附属蛋白基因混合组成二十几个操纵子
  • 这些基因协同表达，使复制、转录和翻译能力与细胞生长速度相适应
  • 游离r蛋白还可抑制自身mRNA翻译，使r蛋白水平与rRNA数量相匹配

严紧型控制·

  • 严紧型控制（stringent control）

    细菌处于贫瘠、氨基酸不足的环境时，关闭大部分代谢活性的反应。

  • 任一种氨基酸缺乏，或任一种aaRS因突变失活，均可引起严紧反应
  • 两种“魔点”核苷酸
    • ppGpp：鸟苷四磷酸，$5’$、$3’$ 位置各连2个磷酸
    • pppGpp：鸟苷五磷酸，$5’$ 位置连3个、$3’$ 位置连2个磷酸
    • 大肠杆菌严紧反应主要积累ppGpp
  1. $relA$ 编码位于核糖体上的严紧控制因子SF
  2. 氨基酸饥饿使未负载tRNA进入核糖体A位点，可能触发核糖体构象改变
  3. SF把ATP的焦磷酸基转移给GDP或GTP，分别形成ppGpp或pppGpp
  4. $§ppGpp$ 迅速积累，rRNA、tRNA合成及细菌生长受到强烈抑制
  • $§ppGpp$ 合成需要mRNA和未负载tRNA；人工合成的Tp$\psi$pCpGp可替代未负载tRNA，说明T$\psi$C环参与此反应
  • ppGpp最显著的效应是结合RNA聚合酶
    • 抑制rRNA操纵子启动子的转录起始
    • 增加RNA聚合酶在转录中的暂停，减慢延长
    • 对不同操纵子的效应差异很大

严紧反应中ppGpp和pppGpp的合成


mRNA翻译的调节·

mRNA翻译能力·

  • 原核mRNA边合成边翻译，经多轮翻译后降解
  • 影响翻译能力的因素
    • 存留时间：mRNA寿命越长，可被翻译的次数越多
    • 二级结构：茎环结构通常降低翻译速度
    • SD序列强度：核糖体结合位点越强，翻译起始频率越高
    • 密码子选择：常用密码子对应tRNA较丰富，翻译较快；稀有密码子比例高则较慢
  • 多顺反子mRNA中，核糖体通常在完成一个编码区后脱落，再于下一编码区上游的SD序列处重新形成起始复合物
  • 教材指出，各编码区翻译频率和速度不同，其所合成蛋白质的错误率也可不同

r蛋白的翻译阻遏·

  • 50多种r蛋白的合成量必须与rRNA数量相匹配
  • 可执行调节的r蛋白对rRNA的亲和力高于对自身mRNA的亲和力
    1. 新生r蛋白优先结合rRNA并装配核糖体
    2. 多余游离r蛋白积累时，转而结合自身多顺反子mRNA，抑制继续翻译
  • L11操纵子中，第二个编码产物L1是调节蛋白；L1结合第一个编码区L11起始密码子附近并阻止翻译
  • 同一操纵子中的非核糖体蛋白可按自身需要合成；RNA聚合酶亚基可自我调节，EF-Tu和L7/L12具有更强的翻译效率

反义RNA调节·

  • 反义RNA（antisense RNA）

    含有与靶RNA互补序列、可通过碱基配对调节其功能的RNA。

  • 反义RNA可结合mRNA的SD序列、起始密码子AUG或下游区域
  • 抑制mRNA翻译的反义RNA又称micRNA

micF与外膜蛋白表达·

  • 渗透压改变时，OmpC与OmpF的总量保持不变，但比例改变
条件 OmpC OmpF
高渗 合成增加 合成受抑
低渗 合成受抑 优先合成
  • $ompC$ 启动子前的CX28区可反向转录出174 nt的6S RNA，即micF
  • micF大部分序列与OmpF mRNA的 $5’$ 端互补，结合后使其失去翻译活性

micF参与渗透压调节

Tn10转座调节·

  • Tn10两端各有一个IS10，转座活性主要来自右侧IS10
  • 转座酶起始部位有两个方向相反的启动子
    • 一个转录转座酶mRNA
    • 另一个转录micRNA
  • 两种RNA的 $5’$ 端重叠40个碱基，互补配对后抑制转座酶合成和转座活性

应激相关反义RNA·

  • 正常情况下，$rpoS$ mRNA含量很低，且SD区形成发夹，不能翻译
  • 热休克等应激诱导DsrA和RprA
    • 二者与发夹的链互补，任一或共同作用均可破坏发夹
    • SD序列暴露，RpoS得以翻译
  • 氧应激诱导OxyS
    • 直接与 $rpoS$ mRNA的SD序列互补，阻止翻译
    • 同时特异诱导氧应激相关基因，关闭与氧损伤无关的应激及修复基因

反义RNA并非只能抑制翻译：DsrA、RprA通过解除发夹抑制而促进翻译；OxyS和micF则通过掩蔽靶序列抑制翻译。


tmRNA的质量控制·

  • tmRNA兼有tRNA与mRNA的结构和功能，旧称10Sa RNA
  • 结构
    • TLD：类似tRNA，含T环、D环和氨基酸臂，可携带Ala
    • MLR：类似mRNA，含开放阅读框
    • 全长363 nt，两部分之间有4个假结
  • 三项功能：清理、质控、回收
  1. 核糖体翻译断裂、受损或无终止密码子的mRNA时停滞
  2. tmRNA进入A位点，rRNA的肽酰转移酶活性催化原肽酰基与tmRNA携带的Ala形成肽键
  3. 残缺mRNA脱落并被降解
  4. 核糖体改以tmRNA的MLR为模板，合成11肽标签AANDENYALAA
  5. 遇终止密码子后，核糖体亚基、翻译因子和tmRNA均被释放；滞留核糖体重新投入循环
  6. 带标签的残缺蛋白质由细胞内蛋白酶降解，氨基酸和核苷酸得以再利用

tmRNA结构


核糖开关·

  • 核糖开关（riboswitch）

    mRNA自身的一段顺式序列形成化学传感器，结合配体后改变mRNA构象及表达状态。

  • 反义RNA和tmRNA是作用于mRNA的反式因子；核糖开关是mRNA自身的顺式元件
  • 最初的实例：维生素 $B_{12}$ 辅酶运载蛋白mRNA的 $5’$ UTR含 $B_{12}$ 框，辅酶浓度高时翻译受到抑制

结构与配体·

组成 功能
适体域 特异结合配体，相当于传感器
表达平台 构象改变后调节表达，相当于效应器
  • 配体通常是代谢物，也可为 $Mg{2+}$、$F-$ 等离子
  • 配体与适体具有较高亲和力，可通过诱导契合紧密结合
  • 教材所列配体包括TPP、维生素 $B_{12}$、FMN、Lys、Gly、嘌呤、adoMet、GlcN6P和7-去氮鸟嘌呤等
  • 含核糖开关的mRNA常编码运载蛋白或合成途径关键酶，由此构成反馈调节

配体结合后的效应·

  1. 形成转录终止信号，使转录提前终止
  2. 掩蔽或显露SD序列，抑制或促进翻译
  3. 在真菌或植物中改变内含子剪接方式
  4. 激活核糖核酸酶并降解mRNA；GlcN6P引起的核酶切割属于此类

作用特点·

  • 由RNA自我调节，无蛋白质参与
  • 调节因子与作用元件位于同一RNA分子
  • 通常一种适体只识别一种配体，但可与不同表达平台相连，因而同一配体可产生不同效应
  • 甘氨酸核糖开关含两个串联适体，可增强配体检测
  • TPP在不同生物中可分别引起提前终止、翻译抑制或剪接改变
  • 教材举例：枯草芽孢杆菌约4%的基因具有核糖开关

真核生物基因表达调节·

调节特点·

  • 真核细胞DNA含量大，以核小体为基本单位压缩成染色质
  • 转录与翻译分别发生在细胞核和细胞质，并伴随复杂的信息加工
  • 真核基因不组成操纵子，不形成多顺反子mRNA，mRNA半寿期较长
  • 多细胞生物经历细胞决定和分化，细胞间信息传递对调节十分重要
  • 各表达层次均可精确调节，共同构成多级调节系统
调控类型 特点 主要对象
短期/可逆调控 响应环境、代谢物或激素变化 改变酶或特殊蛋白质的合成；细菌调控也属此类
长期调控 一般不可逆，仅见于真核生物 发育中的细胞决定与分化

真核生物基因表达的多级调节


转录前水平的调节·

  • 转录前调节

    通过改变DNA序列或染色质结构影响基因表达，包括DNA断裂、序列删除、扩增、重排、修饰和异染色质化等。

  • 其中一些永久性改变可使分化细胞在分裂后仍保持分化状态，形成细胞“记忆”
  • 高等生物细胞具有全能性；核移植和克隆动物实验说明，分化细胞核仍携带早期发育所需的全部遗传信息，而决定分化状态的某些控制因子存在于细胞质
  • 低等动物常通过基因组加工实现分化；高等动物更多依靠异染色质化关闭不再需要的基因，但抗体基因等仍可发生重排

染色质丢失·

  • 蛔虫、剑水蚤早期卵裂时，除一个细胞外，其余细胞删除异染色质，染色质约减少一半；保留完整基因组者成为生殖细胞
  • 四膜虫
    • 大核为有转录活性的营养核，小核为无转录活性的生殖核
    • 大核由小核发育时发生多处断裂，并删除约10%的基因组DNA
    • 某些序列删除后基因才开始表达，提示被删除序列可能具有抑制作用
  • 哺乳动物成熟红细胞在成熟过程中丢失整个细胞核

基因扩增·

  • 基因扩增：短期增加特定基因拷贝数，提高其产物水平，以适应特殊需要
  • 卵母细胞常扩增rDNA，储备受精后发育所需的核糖体
    • 非洲爪蟾可形成1 000个以上核仁
    • rDNA以滚动环方式复制，拷贝数可由1 500增至2 000 000，占细胞DNA总量的75%
    • 胚胎期开始后，扩增的rDNA逐渐消失
  • 纤毛虫大核中的扩增rDNA可形成微染色体
  • 昆虫合成卵壳蛋白前可扩增相应基因；癌细胞中也常见癌基因扩增

基因重排·

  • 基因重排可表现为丢失特殊序列，或把一段序列由一个位点转移至另一位点
  • 作用
    • 切换表达基因，如酵母配对型转换、非洲锥虫表面抗原改变
    • 产生并活化适应特殊需要的新基因，如大量抗体基因
  • 基因组重排也可能造成严重缺陷、表达失调或细胞癌变

DNA甲基化与异染色质化·

  • DNA甲基化主要形成5-甲基胞嘧啶（5-mC），另有少量6-甲基腺嘌呤（6-mA）
  • 两类DNA甲基转移酶
    • 维持性/保持性甲基转移酶：按甲基化母链的位置修饰新合成互补链
    • 从头甲基转移酶：无需甲基化母链指导
  • 异染色质：凝缩且无转录活性的染色质
  • 一般规律
    • 活性转录区无或很少甲基化
    • 非活性区甲基化程度较高
    • 不同发育阶段和组织具有不同的DNA甲基化方式
  • 雌性哺乳动物细胞中一个X染色体高度异染色质化并永久失活

转录水平的调节·

  • 真核基因活化通常分两步
    1. 调节因子识别特定序列，使染色质结构疏松、活化
    2. 激活蛋白、阻遏蛋白或其他因子进一步调节启动子活性
  • 表观遗传

    DNA或组蛋白修饰造成的表达状态可在细胞分裂时传给子细胞；遗传的是基因活化条件，不涉及DNA序列改变。

活性染色质与超敏感位点·

  • 普通染色质经DNase I消化可产生约200 bp的阶梯状DNA片段，反映核小体重复结构
  • 活性染色质对核酸酶更敏感，产生的片段更小且不整齐
  • DNase I超敏感位点
    • 通常位于基因 $5’$ 端1 000 bp内，约长200 bp，多相当于启动子和调节蛋白结合区
    • 也可位于基因 $3’$ 端或基因内部
  • 高度活跃的转录区可缺少核小体，如rRNA基因

染色质重塑·

  • 染色质重塑（chromatin remodeling）：核小体发生移动、调整或取代，使启动子及调节序列暴露
  • 重塑需要ATP水解供能；SWI/SNF和ISW家族复合物均含ATPase亚基
  • 典型活化过程
    1. 序列特异性激活蛋白识别并结合DNA
    2. 激活蛋白招募重塑复合物
    3. 激活蛋白释放
    4. 重塑复合物取代核小体
    5. 重塑复合物招募修饰酶复合物
    6. 组蛋白乙酰化，染色质结构改变，基因活化
  • 阻遏蛋白引起的重塑则可招募组蛋白脱乙酰化、磷酸化或甲基化作用，使基因失活

激活蛋白介导染色质重塑

组蛋白修饰·

  • 核小体核心由H2A、H2B、H3、H4组成八聚体，修饰主要发生在H3、H4伸出核心的N端尾部
  • H1在有丝分裂期被Cdc2激酶磷酸化，可能与染色质凝聚有关
酶 位置与作用
B型HAT 位于细胞质，乙酰化新生H3、H4以利核小体组装；组装后乙酰基即被除去
A型HAT 位于细胞核，调节染色质转录活性
HDAC 去除组蛋白乙酰基，使染色质恢复无活性状态
  • H3、H4尾部Lys乙酰化可降低组蛋白核心对DNA的亲和力，并改变与转录蛋白的相互作用
  • H3尾部的2个Lys、H4尾部的1个Arg以及DNA CpG岛中的C均可甲基化
  • 教材概括：组蛋白和DNA甲基化均使染色质趋向失活，但具体效应还与其他位点变化有关
  • DNA复制后形成半甲基化DNA；维持性甲基化酶按亲链甲基位置修饰新链，使其恢复全甲基化
  • 从头甲基化酶借修饰复合物识别染色质特殊区域，使DNA两条链同时甲基化
  • 组蛋白甲基化与DNA甲基化常相伴发生，并可相互招致有关甲基转移酶作用

两类异染色质·

类型 特点 例子
组成型异染色质 常由高度重复序列构成 着丝粒、端粒异染色质
兼性异染色质 同一染色质区在不同细胞中可为活性或异染色质 发育和分化中被选择性关闭的区域
  • 异染色质化可沿染色质丝扩展，使邻近基因失活
  • HP1可特异结合甲基化组蛋白并在核小体链上聚集

染色质结构域的边界元件·

元件 主要作用
基因座控制区（LCR） 含DNase I高度敏感区和多个转录因子结合位点，是区域内基因转录活性所必需
绝缘子/边界元件 阻断增强子作用的传递，或阻止异染色质化向活性基因扩展
基质附着位点（MAR） 借有关蛋白质使染色质附着在核周质特定位点

染色质结构域的作用位点


启动子、增强子与其他顺式元件·

  • 真核启动子由分散的保守序列组成
    • TATA框
    • CAAT框和GC框：属于上游控制元件（UCE）
    • 可诱导基因还含有响应环境信号的应答元件
  • 启动子提供基本转录控制，增强子、沉默子及其应答元件进一步调节活性

增强子的特点·

  • 增强子（enhancer）：结合激活因子并提高启动子转录活性的顺式作用元件
  • 最早发现的SV40增强子位于转录起点上游约200 bp，由两个相同的72 bp序列串联组成
  • 主要特点
    1. 可跨越大于数kb的距离作用于启动子
    2. 位于启动子上游或下游均可发挥作用
    3. 功能与序列取向无关
    4. 无生物种属特异性
    5. 受发育和分化影响，常有组织特异性
  • DNA弯曲可使增强子上的反式激活因子接触启动子处的转录复合物
  • 增强子与启动子含有相同或相似的模块，只是增强子的模块更加集中
  • 沉默子（silencer）：负调节蛋白作用的顺式元件，可阻碍激活因子发挥作用

金属硫蛋白基因的调节区·

顺式元件 相应因子或作用
TATA框、GC框 组成型启动子元件
两个BLE 增强子，为基础水平表达所必需
TRE 结合AP1，介导佛波酯效应
MRE 可视为启动子的应答元件，受MTF1调节；多个MRE使金属硫蛋白高水平表达
GRE 增强子的可调节位点；位于转录起点上游约250 bp，结合糖皮质激素-受体复合物
E-box 由上游激活因子USF活化
  • 金属硫蛋白结合并转运重金属离子，可保护细胞免受其毒害

人金属硫蛋白基因的调节区


调节转录的反式作用因子·

因子类型 结合部位与作用
基本/通用转录因子 结合TATA框和转录起点，与RNA聚合酶形成转录起始复合物
上游因子 结合启动子和增强子的上游控制位点
可诱导因子 与应答元件相互作用
  • 反式因子的调节方式
    • 只在特定细胞中合成，形成组织特异性，如同源域蛋白
    • 经磷酸化等修饰改变活性，如热激转录因子；AP1由Jun/Fos形成异二聚体，Jun亚基磷酸化后被激活
    • 受配体调节，如类固醇受体与配体结合后入核并结合DNA
  • 多数DNA结合型转录因子含3类结构域
    1. DNA结合结构域
    2. 转录激活结构域
    3. 二聚化结构域

转录激活结构域·

类型 特点与例子
酸性 $\alpha$ 螺旋 含酸性氨基酸保守序列；见于GAL4、糖皮质激素受体和AP1
富Gln结构域 SP1的两个N端激活区中Gln可达25%
富Pro结构域 CTF家族C端激活区中Pro可达20%～30%
  • 上游因子可直接作用于转录起始复合物，也可经中间蛋白质间接传递信息
  • **中介复合物（mediator complex）**不直接结合DNA，在上游因子与转录复合物之间起桥梁作用
  • 转录抑制因子可结合DNA调节元件、激活因子或转录复合物，从不同环节阻断激活作用

RNA加工和翻译水平的调节·

RNA加工与选择性剪接·

mRNA前体加工·

  1. 在新生mRNA前体 $5’$ 端加 $m^7GpppN$ 帽
  2. 转录至终止信号后由内切酶切断RNA，再加poly(A)尾
  3. 切除内含子并连接外显子
  • mRNA内部还可发生甲基化，主要形成 $m^6A$
  • 特殊情况下可发生RNA编辑，改变RNA序列
  • 成熟mRNA随后转运到细胞质进行翻译，各步骤均可受到调节

选择性剪接·

  • 同一mRNA前体采用不同剪接点，可产生功能相同、不同甚至相互拮抗的蛋白质异型体
  • 果蝇DSCAM基因可形成数千种以上异型体
类型 特点
组成型选择性剪接 同时产生多种异型体
调节型选择性剪接 随时间、条件、细胞或组织改变剪接产物
  • SV40 T抗原实例
    • 两个不同的 $5’$ 剪接位点分别产生大T抗原和小t抗原mRNA
    • 小t抗原mRNA保留部分内含子，虽然mRNA更长，但因内含子含终止密码子，翻译出的多肽反而更短
    • SF2/ASF增多时主要结合外显子2，促进邻近剪接位点使用，产生更多小t抗原mRNA

SV40 T抗原mRNA的选择性剪接

剪接增强子与剪接沉默子·

  • 激活蛋白的结合位点
    • 外显子剪接增强子（ESE）
    • 内含子剪接增强子（ISE）
  • 抑制蛋白则结合外显子或内含子上的剪接沉默子
  • SR蛋白富含Ser和Arg，是重要的剪接激活蛋白
    • RRM结构域：识别并结合RNA
    • RS结构域：含Arg-Ser重复序列，招募剪接装置到邻近剪接点
  • 剪接抑制蛋白有RRM而无RS结构域；结合RNA后不能招募剪接装置，因而阻塞附近剪接点
  • 不同转录起点、终点和剪接点，再叠加编辑与再编码，可共同产生不同mRNA及翻译产物
  • 粗略估计每个基因产生的蛋白质种类
生物 每个基因平均蛋白质产物
细菌 1.2～1.3种
酵母 3种
人类 10种

翻译水平的调节·

  • 主要调节对象：mRNA稳定性、核质运输和选择性翻译
  • $5’$ 帽及 $3’$ poly(A)尾有利于mRNA稳定；两端非编码区也影响稳定性与翻译效率
  • mRNA通常在完成加帽、剪接和加尾后才输出到细胞质
  • 不适用、受损或错误加工的RNA多滞留核内或被降解
  • RNA输出是耗能的主动过程，由Ran的GTPase活性催化GTP水解供能

血红素-eIF-2调节·

  • 葡萄糖饥饿、缺氧、氧化磷酸化受抑等ATP缺乏状态，以及血红素缺乏，均可诱发翻译抑制
  • 血红素控制的翻译抑制物本质上是eIF-2激酶
    • 活化后磷酸化eIF-2 $\alpha$ 亚基的Ser
    • eIF-2被磷酸化后失去正常再生能力，翻译起始受抑
条件 PKA与eIF-2激酶 eIF-2状态 翻译结果
有血红素 PKA不被cAMP活化；eIF-2激酶为无活性脱磷酸型 可正常再生 翻译起始进行
缺血红素 PKA被cAMP活化；eIF-2激酶磷酸化并活化 被磷酸化，不能正常再生 翻译受抑

4E-BP调节·

  • eIF4E是帽结合蛋白，其他起始因子通过eIF4G与之相连
  • 生长缓慢时，4E-BP结合eIF4E，阻碍eIF4G结合并限制翻译
  • 生长恢复或受到生长因子等刺激时，4E-BP被蛋白激酶磷酸化而失活，翻译限制解除

RNA干扰与非编码RNA调节·

RNA干扰·

  • RNA干扰（RNAi）

    双链RNA引起的特异性基因表达沉默。

  • 外源基因、RNA病毒、转座子、高度重复序列或内源异常RNA均可能产生以dsRNA为中间体的过程
  • 基因共抑制、基因遏制和RNA干扰均与dsRNA形成有关，本质上没有明显差别

siRNA-RISC途径·

  1. 类RNase III的Dicer识别并切割长dsRNA
  2. 形成约23 nt的短双链siRNA
  3. siRNA与有关蛋白质组装成RNA诱导的沉默复合物（RISC）
  4. ATP水解供能，使双链siRNA解开
  5. 单链siRNA与互补靶序列配对并发挥抑制作用
  • siRNA抑制同源基因表达的3条途径
    1. 降解含互补序列的mRNA
    2. 抑制mRNA翻译
    3. 在启动子处诱导染色质修饰，使基因发生转录沉默
  • 配对程度与作用结果
    • 完全互补：RISC核酸酶降解靶mRNA
    • 不完全互补：主要抑制翻译
  • RISC也可进入核内，由siRNA识别基因组互补序列并招募染色质修饰蛋白，使启动子沉默
  • RNAi效率很高，可能借依赖RNA的RNA聚合酶扩增，并二次产生邻近序列的siRNA；某些RNAi还可由亲代传给子代

RNA干扰途径


siRNA与miRNA·

特点 siRNA miRNA
主要来源 外源入侵、异常或重复序列产生的dsRNA 非编码基因转录的70～90 nt前体
成熟长度 约23 nt 20～25 nt
加工 Dicer切割长dsRNA 前体回折成茎环后由Dicer或类似酶切割
主要功能 抵御外源或异常RNA，造成转录或转录后沉默 调节发育调节蛋白mRNA
特点 效率很高；推测可经依赖RNA的RNA聚合酶扩增 保守、组织特异且具有时序性
  • miRNA只在某些组织或发育阶段出现，因此又称小时序RNA
  • 某些miRNA缺失可能与癌基因或抑癌基因表达有关

非编码RNA与RNA激活·

  • 除编码蛋白质的mRNA外，其余RNA均可称为非编码RNA（ncRNA）
  • ncRNA包括tRNA、rRNA、snRNA、snoRNA、siRNA和miRNA等；因均具有特定功能，也称功能RNA（fRNA）
  • 通常大于200 nt的非编码RNA称为长非编码RNA（lncRNA）
    • 可参与性分化的剂量补偿、基因组印记及不同层次的表达调节
  • RNA不仅能抑制表达，也可作为RNA激活因子（RNAa）发挥激活作用
  • HSR1实例
    • 非应激时，热休克因子HSF1以单体形式与Hsp90结合
    • 应激使HSF1从Hsp90释放
    • HSR1是约600 nt的lncRNA，需与eEF1A形成复合物，帮助释放的HSF1形成三聚体并结合DNA
    • HSR1由此作为辅激活物参与热休克反应

翻译后加工的调节·

蛋白质前体的选择性切割·

  • 同一翻译产物经不同加工可形成不同活性产物
  • 前阿黑皮素原（POMC）至少可加工成7种活性肽
  • 各活性肽边界常有由Lys、Arg组成的一对碱性残基，是蛋白质裂解酶的识别和切割位点
  • 神经肽、调节肽和病毒蛋白常通过选择性切割产生不同产物

蛋白质剪接·

  • 外显肽（extein）：成熟蛋白质中保留的序列
  • 内含肽（intein）：在蛋白质剪接中被切除的序列
  • 蛋白质剪接的机制不同于RNA剪接，由内含肽自催化，无需额外供能
  1. 内含肽第一个残基侧链的-OH或-SH攻击外显肽1与内含肽之间的肽键，外显肽1转移到该侧链上
  2. 外显肽2第一个残基侧链的-OH或-SH攻击形成的酯键或硫酯键，外显肽1转移到外显肽2上
  3. 内含肽C端Asn环化，外显肽2的游离氨基攻击外显肽1酰基，两个外显肽间形成肽键
  • 前两步形成的酯键或硫酯键与肽键能量相近，因此整个过程无需另行供能
  • 已发现100多个蛋白质剪接实例
  • 许多内含肽兼有两项相对独立的功能
    • 催化自身剪接
    • 作为靶向内切核酸酶，促进其编码序列扩散

蛋白质剪接过程

蛋白质降解的调节·

蛋白质寿命与降解信号·

  • 细胞内蛋白质半寿期可由数十年到数秒，并可随细胞内外环境改变
  • 分化、衰老、饥饿或病态时，细胞结构和细胞器可被包入自噬泡，再与溶酶体融合并降解
  • 长期禁食时，肝、肾溶酶体可选择性降解含KFERQ五肽的蛋白质；脑和睾丸不出现这一现象

N端法则·

  • N端法则：成熟蛋白质N端残基的种类与蛋白质稳定性有关
N端残基 稳定性与半寿期
Asp、Arg、Leu、Lys、Phe 不稳定，半寿期约2～3 min
Ala、Gly、Met、Ser、Val 较稳定；原核生物 $>10$ h，真核生物 $>20$ h
  • 富含Pro、Glu、Ser、Thr的PEST序列也可促进蛋白质快速降解
  • PEST序列说明，蛋白质寿命除受N端残基影响外，也受特定肽段控制

泛素化·

  • 泛素含76个氨基酸，高度保守；人和酵母泛素仅有3个残基不同
  • 多聚泛素链中，一个泛素的C端羧基与另一泛素 $Lys^{48}$ 的 $\varepsilon$-氨基形成异肽键
  • 单个或2～3个泛素给出的降解信号较弱，4个以上泛素组成的链是较强降解信号
酶 作用
E1：泛素活化酶 ATP使泛素C端腺苷酸化；活化泛素再与E1 Cys的-SH形成硫酯键
E2：泛素缀合酶 接受E1转来的活化泛素
E3：泛素-蛋白质连接酶 选择底物，把泛素由E2转移到底物Lys的 $\varepsilon$-氨基
  • E1只有一种或少数几种，主要负责活化泛素，不负责底物选择
  • E2和E3种类很多，共同决定底物特异性，其中E3最为多样

26S蛋白酶体·

  • 26S蛋白酶体是约45 nm $\times$ 19 nm的中空圆柱体，相对分子质量约 $2\ 000\times10^3$
  • 结构组成
    • 两端各有一个19S帽
    • 中间20S核心由 $\alpha\beta\beta\alpha$ 四个环叠成桶状结构
    • 每个 $\alpha$ 或 $\beta$ 环由7个高度同源但不同的亚基组成
    • $\beta$ 环内表面具有蛋白水解酶活性
    • 每个19S帽含20个亚基，其中6个具有ATPase活性
  • 19S帽的功能
    1. 识别并结合泛素链
    2. 以异肽酶切下完整泛素，使其循环利用
    3. 水解ATP使底物解折叠，并改变20S构象，使底物进入中心通道
  • 20S核心先把底物水解为7～9肽，再由其他蛋白酶完全水解

泛素-蛋白酶体降解途径

NF-$\kappa$B调节实例·

  1. 静息状态下，NF-$\kappa$B在细胞质与抑制物I-$\kappa$B结合而失活
  2. 炎症信号使I-$\kappa$B的2个Ser磷酸化，形成E3结合位点
  3. I-$\kappa$B被泛素化并由蛋白酶体降解
  4. NF-$\kappa$B释放并活化，促进炎症反应有关基因转录
  • 泛素-蛋白酶体途径还参与基因转录、细胞周期、器官形成、生物节律、肿瘤抑制和抗原加工
  • 教材所述原核生物没有泛素；其蛋白酶体只有20S核心而无19S调节结构，因此降解的选择性和可控性较弱

本章名词·

核糖开关｜Riboswitch　⭐真题

基因 mRNA 非编码区(通常是 5’UTR 区域)上的一段具有复杂结构的 RNA 序列, 能够感受细胞内诸如代谢物浓度、离子浓度、温度等的变化而改变自身的二级结构和调控功能, 从而调节 mRNA 的转录, 改变基因的表达状态。

乳糖操纵子模型｜lac operon model　⭐真题

乳糖操纵子模型是1961年由Jacob和Monod提出的原核生物基因表达调控模型，以大肠杆菌乳糖代谢基因为对象，阐明了基因表达的调节机制。该模型包含启动子、操纵基因等调控元件，阻遏蛋白可与操纵基因结合抑制转录，而cAMP-CRP复合物则作为激活蛋白促进转录，通过正负调节实现基因的诱导与阻遏。

操纵子结构模型｜operon model　⭐真题

操纵子结构模型是Jacob和Monod于1960—1961年提出的原核生物基因表达调节模型，以大肠杆菌乳糖操纵子为代表。该模型中的操纵子由依次排列的启动子、操纵基因及结构基因组成，通过阻遏蛋白等调控因子的结合来控制基因的转录，从而实现对相关酶合成的协调调节。

RNA干扰｜RNA interference　⭐真题

RNA干扰是由双链RNA诱发的基因沉默现象，通过小干扰RNA（siRNA）或微RNA（miRNA）介导同源mRNA降解或翻译抑制，使基因表达敲减，该现象广泛存在于各类生物中。

增强子｜enhancer

能强化转录起始的序列, 也称为强化子。它们不是启动子的一部分, 但能增强或促进转录的起始。

顺式作用元件｜cis-acting element

是指启动子(promoters)和基因的调节序列。主要包括启动子(promoter)、增强子(enhancer)、沉默子(silencer)等。

癌基因｜oncogene

癌基因是一类能导致细胞癌变的基因。正常细胞中的原癌基因在发生突变或受到致瘤病毒核酸入侵等作用后，可转变为癌基因，使细胞生长失控而形成肿瘤。癌基因的激活与抑癌基因的失活共同导致细胞恶性生长。

持家基因｜housekeeping gene

持家基因（housekeeping gene）是指其表达产物大致以恒定水平始终存在于细胞内的一类基因，这类基因的表达为组成型表达。它们通常编码维持细胞基本结构和生理功能所必需的蛋白质，在各类细胞中持续表达以保证基础生命活动的正常进行。

操纵基因｜operator gene

指能被调控蛋白特异性结合的一段 DNA 序列, 常与启动子邻近或与启动子序列重叠, 位于启动子和结构基因之间, 当调控蛋白结合在操纵子序列上，会影响其下游基因转录的强弱。

绝缘子｜insulator

绝缘子是位于染色质上的一种调控元件，能阻止增强子或沉默子对特定启动子的不当激活或抑制，起到边界作用，确保基因表达的特异性。

可诱导因子｜inducible factor

可诱导因子是一类调节转录活性的反式作用蛋白因子，与DNA上的应答元件特异结合。它们可响应细胞内外环境信号，其活性常受磷酸化、配体结合等修饰的调控，从而在特定条件下诱导或调节靶基因的转录。

上游控制元件｜upstream control element

上游控制元件（upstream control element, UCE）是真核基因启动子中位于基本启动子上游的保守顺式作用序列，主要包括CAAT框和GC框等。这些元件可被上游转录因子特异性识别与结合，参与调节转录起始复合物的组装及转录效率。

时序调节｜temporal regulation

时序调节是指基因表达按照一定的时间程序发生改变的调控方式。它与适应调节共同构成基因表达调节的两种基本类型，使生物在生长发育过程中遗传信息的展现遵循严格的时间顺序。通过时序调节，生物体能确保特定基因在特定发育阶段适时表达，从而维持正常的生命进程。

适应调节｜adaptive regulation

适应调节是指基因表达随内外环境条件的变化而加以调整的调节方式。它与时序调节共同构成基因表达动态调控的两个方面，使生物能响应环境改变。适应调节主要针对可调基因，其表达产物只在细胞需要时才产生，属于调节型表达，与组成型表达的持家基因相对。这种调节机制在进化上赋予生物更强的适应性和表型多样性。

调节元件｜regulatory element

调节元件是DNA上能够调控基因转录的特定序列，包括启动子、增强子、沉默子和应答元件等。它们作为顺式作用元件，通过与转录因子等反式作用因子结合，对基因表达进行精确调控。

同源异形基因｜homeotic gene

同源异形基因是一类含有同源框的基因，编码具有同源域的转录调节因子。同源域是结合DNA的结构域，多见于真核生物中控制躯体形态发育的蛋白质。这类基因在发育过程中按时空顺序依次表达，调控个体形态建成。

同源域蛋白｜homeodomain protein

同源域蛋白是一类含有同源域结构域的DNA结合蛋白，多为真核生物的转录调节因子，参与躯体形态发育调控。其同源域由约60个氨基酸构成，折叠形成三个α螺旋，其中螺旋2与螺旋3呈螺旋-转角-螺旋基序，可识别并插入DNA双螺旋的大沟。编码这类蛋白的基因称为同源异形基因，在发育过程中顺序表达以控制个体发育。

锌指｜zinc finger

锌指是一种广泛存在于DNA结合蛋白中的结构基序，最早发现于转录因子TFIIIA。每个锌指单元约含30个氨基酸残基，形成反平行β发夹和α螺旋，借助β片层上的两个Cys和α螺旋上的两个His与Zn²⁺构成四面体配位（Cys₂/His₂型），稳定其三维折叠。锌指基序可反复出现，介导蛋白质与DNA的特异性结合，在基因转录调控等过程中发挥作用。

严紧型控制｜stringent control

严紧型控制是质粒的一种复制调控方式，表现为每个细胞中质粒拷贝数极低，通常仅1~2个，其复制与宿主染色体同步并受到严格限制。

应答元件｜response element

应答元件是存在于可诱导基因中的特定DNA序列，作为信号分子作用的位点，能对细胞内外环境因素的变化作出反应，属于顺式作用元件。它通常位于启动子或增强子等调控区域，通过与特定转录因子结合，在环境刺激下介导基因转录的可诱导性调控。

阻遏｜repression

阻遏是指基因表达受到负调控因子作用而关闭或降低的过程。在原核生物中，阻遏蛋白可结合于操纵基因，阻止转录的起始，当诱导物与阻遏蛋白结合后则使其变构失活，转录得以进行。翻译水平同样存在阻遏，如核糖体蛋白质与自身mRNA结合，阻断翻译的进行。

阻遏蛋白｜repressor

是指转录调控系统中调节基因表达产物丰度的蛋白质,其作用部位往往是操纵子的操纵区,起着阻止结构基因转录的作用。

转录因子｜transcription factor, TF

包括转录激活因子(transcriptional activator)和转录阻遏因子(transcriptional repressor)。这类调节蛋白能识别并结合转录起始点的上游序列或远端增强子元件, 通过 DNA - 蛋白质相互作用而调节转录活性, 并决定不同基因的时间、空间特异性表达。

八聚体基序｜octamer motif

八聚体基序是存在于真核基因启动子或增强子中的保守DNA序列，通常包含八个核苷酸的核心共识别位点，可被Oct家族的转录因子特异性结合，参与基因表达的转录调控。

长散在元件｜long interspersed element

长散在元件（LINE）是一类不具有长末端重复序列（LTR）但具有3’多聚腺苷酸尾的逆转录转座子，其中心编码区含有与gag和pol类似的序列，5’端常被截短。该类元件自身编码逆转录酶和/或整合酶，通过逆转座机制在基因组中扩增和移动，是哺乳动物基因组中广泛存在的重复序列，如人类的L1。

保持性｜retention

保持性指生物系统通过动态调节维持某种物质含量或状态相对稳定的能力。例如，细胞中ATP的γ-磷酸基周转率极高，但ATP浓度却保持稳定，这种动态稳定体现了能量代谢的保持性。

超敏感位点｜hypersensitive site

超敏感位点是活性染色质中对DNase I特别敏感的区域，通常位于转录基因5’端上游1000 bp内，长约200 bp，相当于启动子区域，有时也存在于3’端或基因内部。这些位点对应于调节蛋白结合部位，在其介导下比裸露DNA更易被核酸酶水解，且与染色质重塑相关，在转录非常活跃的区域甚至缺失核小体。

成肌素｜myogenin

成肌素是一种含有螺旋-突环-螺旋基序的碱性转录因子，属于bHLH蛋白家族。它通过形成同二聚体或异二聚体与DNA结合，调控基因表达。成肌素在肌细胞生成过程中发挥关键作用。

边界元件｜boundary element

边界元件是染色质上的一类顺式作用元件，能界定相邻染色体结构域的界限，阻止增强子或沉默子跨区域误调，从而维持基因表达的独立性和稳定性。

CAAT框｜CAAT box

CAAT框是真核细胞基因启动子中的一种保守序列，属于上游控制元件（UCE），与TATA框、GC框等共同构成启动子的分散调控元件，参与转录的调控。

表达平台｜expression platform

表达平台是指在重组DNA技术中，为实现外源基因在宿主细胞内高效表达而构建的一套系统，通常包含带有合适启动子、终止子及其他调控序列的表达载体以及相应的宿主细胞。

翻译阻遏｜translational repression

翻译阻遏是原核生物翻译水平的一种负调节机制，指调节蛋白（如核糖体蛋白）与自身mRNA结合，阻遏其翻译。当游离的核糖体蛋白积累时，它们结合自身mRNA上的特定部位，阻断核糖体的翻译进程，从而维持核糖体蛋白与rRNA合成的化学计量平衡。

反式激活crRNA｜tracrRNA

反式激活crRNA（tracrRNA）是CRISPR-Cas9基因编辑系统中的一种小分子RNA，与crRNA的前体互补配对，协助其成熟，并共同引导Cas9蛋白识别并切割靶DNA序列，实现基因组定点编辑。

反式因子｜trans-acting factor

反式因子是一类调节基因转录的蛋白质，能够直接或间接与顺式作用元件（如启动子、增强子）结合。主要包括通用转录因子（结合TATA框和转录起点）、上游因子（结合上游控制元件）和可诱导因子（结合应答元件），它们与RNA聚合酶共同形成转录起始复合物。多数反式因子具有DNA结合结构域和转录激活结构域，其活性可通过磷酸化、配体结合等方式调控，部分因子具有组织特异性表达。

辅阻遏物｜corepressor

辅阻遏物是一类小分子物质，通常是合成代谢途径的终产物。它与阻遏蛋白结合后，改变阻遏蛋白的构象，使其能够与操纵基因结合，从而关闭转录，阻遏合成代谢相关酶类的表达。

负调节｜negative regulation

负调节是指基因表达调控中，调节蛋白通过抑制机制发挥作用的调节方式。其典型例子是阻遏蛋白与操纵基因结合，阻碍转录，当诱导物解除阻遏时基因得以表达。负调节的界定取决于调节蛋白的作用机制为抑制，而非调节结果。

共遏制｜corepression

共遏制是指原核生物基因表达调控中，阻遏蛋白本身不与操纵基因结合，必须与特定的辅阻遏物结合形成复合物后，才能结合于操纵基因，从而抑制基因转录的负调控机制。该机制常见于氨基酸合成操纵子等途径，末端产物作为辅阻遏物反馈调节自身基因表达。

富含脯氨酸结构域｜proline-rich domain

富含脯氨酸结构域是蛋白质序列中脯氨酸残基富集的区段，因脯氨酸特有的刚性环状结构，常形成多聚脯氨酸螺旋等特殊构象，作为蛋白质-蛋白质相互作用的识别模块，参与信号转导、细胞骨架调控等过程。

共抑制｜co-suppression

共抑制(co-suppression)是指引入与内源基因同源的核酸序列后，导致内源基因和引入序列的转录产物同时被降解，从而二者表达均受抑制的现象，属于转录后基因沉默，常由RNA干扰机制介导。

GC框｜GC box

GC框（GC box）是真核生物基因启动子中的一种上游控制元件（upstream control element, UCE），属于顺式作用元件，常见于多个拷贝，与其它保守序列如TATA框、CAAT框共同组成启动子，对基因转录进行调控。

构造元件｜structural element

构造元件（structural element）指构成生物大分子复合体或细胞结构的基本单位，如染色质的核小体、启动子中的保守序列等，其有序装配形成高级结构并执行特定功能。

非洲爪蟾｜Xenopus laevis

非洲爪蟾（Xenopus laevis）是一种重要的模式生物，常用于发育生物学研究。其成体表皮细胞的细胞核可被分离并注射到去核的受精卵中，少数处理后的细胞能发育成正常的蝌蚪，这一特性使其成为研究细胞核重编程和发育机制的经典实验材料。

Hsp10｜Hsp10

Hsp10是一种热休克蛋白，作为分子伴侣参与蛋白质折叠。通常与Hsp60协同作用，形成双桶状复合体，为新生多肽链的折叠提供隔离环境，促进蛋白质的正确折叠。

Hsp40｜Hsp40

Hsp40是一类热休克蛋白，作为分子伴侣，常与Hsp70协同作用，参与蛋白质的正确折叠、组装和运输，并帮助维持细胞内蛋白质稳态。

Hsp60｜Hsp60

Hsp60是一种热休克蛋白家族的分子伴侣，主要功能是协助细胞内新生多肽链的正确折叠和组装，防止蛋白聚集，维持蛋白质稳态。

HSR1｜HSR1

HSR1（heat shock RNA 1）是一种长约600 nt的长链非编码RNA（lncRNA），作为辅激活物，通过与翻译延伸因子eEF1A形成复合物，参与热休克因子1（HSF1）三聚体的形成及其与DNA的结合，从而在应激条件下激活热休克基因的转录。

基础水平元件｜basal level element

基础水平元件是启动子中维持基础转录活性所必需的顺式作用序列，通常包括 TATA 框等保守元件。TATA 框位于转录起始点上游约 −25 至 −30 bp 处，是基本启动子的核心，能够被通用转录因子识别并结合，指导 RNA 聚合酶Ⅱ 组装成转录起始复合物，启动低水平转录。这类元件为组成型表达基因提供基本转录能力，其活性可被上游控制元件（如 CAAT 框、GC 框）或增强子等调节元件进一步强化。

降解物基因活化蛋白｜catabolite gene activator protein

降解物基因活化蛋白(catabolite gene activator protein, CAP)即cAMP受体蛋白(CRP)，是一种对分解代谢操纵子起正调节作用的激活蛋白。该蛋白由相对分子质量22 000的亚基组成二聚体，其DNA结合结构域含有螺旋-转角-螺旋基序。它通过结合cAMP后激活特定操纵子的转录，参与原核生物的分解代谢物阻遏调控。

降解物阻遏｜catabolite repression

降解物阻遏是原核生物中由葡萄糖等优先利用的碳源降解物引起的基因表达阻遏现象。其机制是降解物降低细胞内cAMP水平，使cAMP受体蛋白（CRP/CAP）无法形成活性复合物，从而不能结合DNA并促进RNA聚合酶与启动子的相互作用，最终抑制分解代谢操纵子的转录。该调控属于正调节范畴，即降解物通过使激活蛋白失活而间接阻遏基因表达。

结构基序｜structural motif

结构基序是蛋白质中由少数氨基酸残基构成的特定三维结构单元，常见于DNA结合蛋白，如螺旋-转角-螺旋、锌指、亮氨酸拉链和螺旋-突环-螺旋等，它们通过特定折叠方式（如α螺旋、β转角、锌离子配位）形成，负责识别与结合DNA或介导蛋白质二聚化等功能。

结构基因｜structural gene

结构基因是编码蛋白质或RNA的基因。在原核生物操纵子中，结构基因通常成簇排列，与启动子和操纵基因共同构成转录单位，其表达受调控元件控制。大约56%的结构基因5’端调控区含有CpG岛。

结合DNA的结构域｜DNA-binding domain

结合DNA的结构域是转录调节因子等DNA结合蛋白中负责识别并特异性结合特定DNA序列的独立折叠区域。该结构域常通过特定的结构基序实现与DNA的相互作用，常见的基序包括螺旋-转角-螺旋、锌指、同源域、碱性亮氨酸拉链和螺旋-突环-螺旋等。这些基序中的识别螺旋可插入DNA大沟，与碱基对形成特异性接触，且许多结合蛋白以二聚体形式作用，通过两亚基分别识别靶序列以实现高亲和力结合。

结合结构域｜binding domain

结合结构域是指蛋白质中能够与特定配体（如DNA）发生特异性结合的结构区域。这类结构域通常包含特征性的结构基序，如螺旋-转角-螺旋、锌指、亮氨酸拉链或同源域等，通过这些基序识别并插入DNA深沟，与碱基对发生相互作用。许多转录调节因子含有DNA结合结构域，使其能够定位到基因的启动子或增强子区域，从而调控转录过程。

近侧序列元件｜proximal sequence element

近侧序列元件是真核生物RNA聚合酶II启动子中位于转录起始位点附近的保守序列，主要包括TATA框和起始子等，它们与通用转录因子结合，参与基本转录起始复合物的组装和精确的转录起始。

卷曲螺旋型α-螺旋｜coiled-coil alpha-helix

卷曲螺旋型α-螺旋是一种两性α-螺旋，是亮氨酸拉链基序的典型结构单元，由约35个氨基酸残基构成。其疏水侧链集中在一侧，解离基团位于另一侧，赋予螺旋两性性质；每圈螺旋3.5个残基，每两圈出现一个亮氨酸。单体通过亮氨酸侧链间的疏水作用二聚化，形成类似拉链的二聚体结构。

可变转录｜alternative transcription

可变转录是一种遗传信息加工过程，通过改变RNA转录本的编码序列，从同一基因产生不同的成熟mRNA，从而丰富蛋白质多样性。

可调基因｜regulated gene

可调基因（regulated gene）是指其表达产物仅在细胞需要时才进行合成的一类基因，其表达模式属于调节型表达。这类基因的表达受时序调节和适应调节的控制，能够响应内外环境信号的变化而开启或关闭，从而在特定时期或条件下产生功能产物。

亮氨酸拉链｜leucine zipper

亮氨酸拉链是一种介导调节蛋白二聚化并结合DNA的结构基序，由约35个氨基酸残基形成两性卷曲螺旋型α-螺旋，其疏水侧每两圈出现一个Leu，单体通过Leu侧链疏水作用实现二聚化，形似拉链。该基序N端碱性氨基酸构成α螺旋负责与DNA结合，整体称为碱性亮氨酸拉链(bZip)。bZip广泛存在于真核生物同源或异源二聚体激活因子中，如CREB和AP1(Jun/Fos复合物)，通过二聚化增强对DNA的特异结合。

螺旋-突环-螺旋｜helix-loop-helix

螺旋-突环-螺旋（helix-loop-helix，HLH）是一种蛋白质结构基序，由两个两性α-螺旋和中间一段柔性突环连接而成，全长约40～50个氨基酸残基。突环的柔性使两个螺旋可以回折并叠加在一起。该基序常参与蛋白质二聚化，两个亚基通过螺旋疏水侧链的相互作用结合。在许多转录因子中，螺旋的N端连接一段碱性氨基酸，形成碱性螺旋-突环-螺旋（bHLH），通过碱性区域与DNA结合，以同二聚体或异二聚体形式调控基因表达。

螺旋-转角-螺旋｜helix-turn-helix

螺旋-转角-螺旋（helix-turn-helix, HTH）是一种常见的DNA结合基序，由约20个氨基酸组成，形成两个α螺旋中间夹以β转角的结构。其中一个α螺旋为识别螺旋，伸出结构域外，在与DNA相互作用时插入或靠近DNA双螺旋的大沟，识别并结合特定的碱基对。该基序最早在噬菌体阻遏蛋白中发现，广泛存在于原核生物的多种阻遏蛋白（如CI、Cro、Lac和CAP）以及真核生物的结合DNA蛋白质（如同源域蛋白）中。

螺旋去稳定蛋白｜helix-destabilizing protein

螺旋去稳定蛋白是一类在DNA复制、修复等过程中特异性结合单链DNA的蛋白质，其主要功能是降低DNA双螺旋的稳定性，促进双链解开，并维持单链状态，防止单链重新配对形成双链结构，同时保护单链DNA不被核酸酶降解，从而确保后续反应的顺利进行。

mRNA差异显示｜mRNA differential display

mRNA差异显示是一种用于鉴定不同样本间差异表达基因的技术，通过反转录PCR和凝胶电泳比较mRNA群体的cDNA片段谱带，从而发现表达水平发生变化的基因。

帽结合蛋白｜cap-binding protein

帽结合蛋白是一类特异性识别并结合真核生物mRNA 5’端帽子结构的蛋白质，在翻译起始过程中起关键作用，辅助招募核糖体并启动蛋白质合成。

魔点｜magic spot

魔点（magic spot）是指细菌在氨基酸饥饿时，由于核糖体上未装载氨基酸的tRNA激活RelA酶，合成鸟苷四磷酸（ppGpp）和鸟苷五磷酸（pppGpp），在薄层色谱上显示出的特殊斑点。这些信号分子作为严谨反应的效应物，全局调控基因表达，抑制rRNA和tRNA合成，促进某些氨基酸合成基因转录。

内含肽｜intein

内含肽（intein）是存在于某些蛋白质前体中的一段插入序列，在翻译后通过蛋白质剪接过程被切除，同时两侧的外显肽（extein）连接形成成熟蛋白质。剪接机制包括：内含肽第一个氨基酸（常为Cys或Ser）的侧链—OH或—SH攻击与外显肽1之间的肽键，将外显肽1转移到自身侧链上；随后外显肽2第一个氨基酸侧链攻击内含肽与外显肽1之间的酯键或硫酯键，使外显肽1转移；最后内含肽C端天冬酰胺环化释放，外显肽2的游离氨基攻击外显肽1的酰基，形成肽键，完成剪接。

OmpF｜OmpF

OmpF是大肠杆菌的一种外膜蛋白，其合成受渗透压调节。在低渗环境中OmpF优先合成，高渗时合成受抑制。ompF基因的表达受正调节蛋白OmpR控制，并可通过反义RNA在翻译水平进行调节。OmpF与OmpC协同变化，使外膜蛋白总量维持恒定。

前导肽｜leader peptide

前导肽（leader peptide）是位于线粒体和叶绿体蛋白质前体N端的一段信号序列，能引导蛋白质靶向运输到这些细胞器，故又称前导序列或导肽。线粒体前导肽一般长度为25～35个氨基酸残基，富含丝氨酸、苏氨酸和碱性氨基酸。此外，在某些细菌操纵子（如嘧啶调节子）的前导区中，前导RNA也能翻译出短的前导肽，参与转录衰减调控。

前导序列｜leader sequence

前导序列又称前导肽或导肽，是位于蛋白质N端的一段信号序列，通常由25~35个氨基酸残基组成，富含丝氨酸、苏氨酸和碱性氨基酸，其功能是引导蛋白质靶向运输至线粒体、叶绿体等特定细胞器或亚细胞部位。

去阻遏｜derepression

去阻遏是指在基因表达负调节中，诱导物与阻遏蛋白结合，使其构象发生改变而不能结合操纵基因，从而解除阻遏状态，使转录得以进行并诱导产生相应酶的过程。

全能性｜totipotency

全能性（totipotency）是指一个细胞具有发育成一个完整生物体的潜在能力。这种细胞不仅能分化为生物体的所有细胞类型，还能形成胚外组织。典型的全能性细胞包括受精卵和早期胚胎细胞，在植物中许多体细胞也保留全能性，可在适宜条件下再生成完整植株。

RprA｜RprA RNA

RprA RNA是一种在大肠杆菌中发现的小RNA分子，通过与靶mRNA的5’非翻译区结合来调控翻译，参与细菌的应激反应。

RS结构域｜RS domain

RS结构域是富含精氨酸-丝氨酸(Arg-Ser)重复序列的蛋白质结构域，常见于SR蛋白家族等剪接因子中，通过介导蛋白质-蛋白质相互作用参与前体mRNA剪接和剪接体组装调控。

R环｜R-loop

R环（R-loop）是指在RNA与其转录模板DNA杂交时，RNA链侵入DNA双螺旋，与模板链互补配对，从而将非模板链置换出去，形成的三链核酸结构。该结构可通过电子显微镜观察，曾用于揭示真核基因中的断裂基因（内含子）的存在。

SANT结构域｜SANT domain

SANT结构域是染色质重塑和转录调控相关蛋白质中的一种保守结构域，与Myb类蛋白的DNA结合结构域相似，主要介导蛋白质-蛋白质相互作用，参与组蛋白修饰复合物的组装和功能调控。

衰减子｜attenuator

衰减子（attenuator）是原核生物合成代谢操纵子前导区内的一种转录调节序列，通过前导RNA形成类似终止信号的茎环结构及随后的多聚U序列，导致转录提前终止。该机制依赖于前导肽的翻译，从而将核糖体移动与前导RNA构象变化相偶联，实现对下游基因表达的衰减调控。

SET结构域｜SET domain

SET结构域是一种存在于多种组蛋白甲基转移酶中的保守蛋白质结构域，命名源自果蝇的Su(var)3-9、E(z)和trithorax蛋白。它负责催化组蛋白特定赖氨酸残基的甲基化，从而调节染色质结构和基因转录活性。

衰减作用｜attenuation

衰减作用是原核生物合成代谢操纵子中通过前导序列的翻译调节转录终止的一种调节机制，首先在色氨酸操纵子中发现。该机制依赖前导序列转录出的mRNA能够形成典型终止信号的茎环结构及随后一串U，同时编码前导肽。前导肽的翻译过程影响上述终止结构的形成，进而决定RNA聚合酶是否继续转录下游结构基因，实现转录水平的精细调控。

SR蛋白｜SR protein

SR蛋白是一类富含丝氨酸和精氨酸的蛋白质，主要参与真核生物前体mRNA的剪接调控，在剪接体组装和剪接位点识别中发挥重要作用。

热激转录因子｜heat shock transcription factor

热激转录因子是一类受热激等胁迫条件诱导而激活的转录调节因子。在非应激细胞中，它以单体形式与分子伴侣Hsp90结合；应激条件下，从Hsp90释放后通过磷酸化激活，形成三聚体并结合至DNA，从而活化热激基因的转录。其激活过程需要长链非编码RNA HSR1与翻译延伸因子eEF1A形成的复合物参与，以促进三聚体形成和DNA结合。

删除｜deletion

删除(deletion)是指DNA分子中一段核苷酸序列的缺失，可发生于自然突变(如染色质丢失)或通过人工诱变(如酶切定位诱变、基因定位诱变)产生。该过程可能涉及DNA的切除与重新连接，导致基因结构改变，影响基因表达或调控。

四膜虫｜Tetrahymena

四膜虫（Tetrahymena）是一种原生动物，含有一个大核和一个小核。大核由小核发育而来，为营养核，具有转录活性；小核为生殖核，无转录活性。在核发育过程中，发生染色质丢失，多处染色质断裂并删除约10%的基因组DNA，切除部位两端重新连接。删除前基因不表现转录活性，删除后成为表达型基因，表明染色质丢失是转录前水平的一种基因表达调节方式。

上游激活序列｜upstream activating sequence

上游激活序列（upstream activating sequence）是真核基因启动子上游的一段顺式作用元件，能与上游转录因子特异结合，增强基因转录，功能类似于增强子。

热休克效应元件HSE｜heat shock element

热休克效应元件（heat shock element, HSE）是存在于真核基因启动子或增强子中的一类顺式作用应答元件，可对热休克等应激信号作出反应。在应激条件下，热休克因子（如HSF1）形成三聚体并结合到HSE上，从而激活下游基因的转录，产生应激反应。

上游元件｜upstream element

上游元件是指真核生物RNA聚合酶Ⅱ启动子中的一类顺式作用元件，通常位于转录起始点上游，包括CAAT框和GC框等。它们作为上游控制元件，可被上游转录因子识别并结合，参与调节基因转录的起始效率。

酸性α螺旋｜acidic α-helix

酸性α螺旋是指富含天冬氨酸、谷氨酸等酸性氨基酸残基的α螺旋结构，通常具有两亲性，一侧为酸性亲水面，另一侧为疏水面。这类螺旋常见于转录激活因子中，作为激活结构域通过酸性表面与基本转录机器或共激活因子相互作用，从而促进转录起始。

TATA框｜TATA box

TATA框是真核生物RNA聚合酶Ⅱ启动子中的一个保守序列，位于转录起始位点上游-25至-30区域，共有序列为富含A-T碱基对的7 bp基序。其功能是作为基本启动子的核心元件，与基本转录因子结合，参与RNA聚合酶的定位，促使DNA双链解开并决定转录的起点。

适体域｜aptamer domain

适体域是核糖开关中负责特异性结合小分子配体的结构域，通常位于mRNA的5’非翻译区，通过识别代谢物等配体并发生构象变化，参与顺式调控基因表达。

tmRNA｜tmRNA

tmRNA（transfer-messenger RNA）是一种兼有tRNA和mRNA功能的细菌小RNA，因电泳迁移率位于10S而最初被称为10Sa RNA。其结构特殊，存在类似tRNA的结构域（含T臂、D臂和氨基酸臂，携带丙氨酸）和类似mRNA的区域（含编码短肽的开放阅读框），两者间有假结连接。在翻译过程中，当核糖体遇到断裂或残缺的mRNA而停滞时，tmRNA可进入核糖体A位点，先以所载丙氨酸与肽链形成肽键，再以其mRNA部分为模板引导合成标签肽，促使核糖体释放，从而完成对异常翻译的清理、质控和核糖体回收。

TUDOR结构域｜Tudor domain

TUDOR结构域是一种保守的蛋白质结构域，最初在果蝇Tudor蛋白中鉴定。该结构域通常由约50个氨基酸组成，能够特异性识别和结合甲基化的精氨酸或赖氨酸残基。TUDOR结构域通过识别组蛋白或非组蛋白上的甲基化修饰，参与染色质重塑、RNA剪接及小RNA通路等关键细胞过程。

调节基因｜regulatory gene

调节基因是编码调节蛋白（如阻遏蛋白或激活蛋白）的基因，其表达产物通过与其他基因的调控序列结合，控制转录的开启或关闭，从而实现对基因表达的调节。例如，大肠杆菌乳糖操纵子中的调节基因 lacI 编码阻遏蛋白，参与该操纵子的负调节。

调节型表达｜regulated expression

调节型表达（regulated expression）指可调基因在细胞需要时才进行表达的方式，与组成型表达相对。这类基因的表达受到时序调节和适应调节的控制，能随内外环境条件的变化而调整，产物只在特定条件下产生。

调节因子｜regulatory factor

调节因子是一类参与基因表达调控的蛋白质，它们通过与DNA上的特定调控序列（如启动子、增强子）结合，或与其他转录相关蛋白相互作用，调节基因转录的起始或延伸。这些因子包括通用转录因子、上游因子和可诱导因子，多数含有DNA结合结构域、转录激活结构域等功能域，其活性可受磷酸化、配体结合等方式调节，从而响应细胞内外信号，精确控制基因表达。

调节子｜regulon

调节子是指原核生物中受同一种调节蛋白控制的几个操纵子所构成的基因表达调节系统。这些操纵子虽然位点不同，但它们的转录都共同响应某一特定调节蛋白的信号，从而协同调控一系列相关基因的表达。

同源调节域｜homeodomain

同源调节域是存在于真核生物转录调节因子中的一种DNA结合结构域，约由60个氨基酸残基组成，其编码序列（约180 bp）称为同源框。该结构域含有一个螺旋-转角-螺旋基序，通过识别螺旋插入DNA大沟而结合特定序列。含有同源域的蛋白质多为同源域蛋白，参与调控同源异形基因的时序表达，在个体发育中控制躯体形态建成。

同源框｜homeobox

同源框是编码同源域的约180 bp DNA序列，常见于真核生物调控躯体形态发育的转录因子基因中。含有同源框的基因称为同源异形基因，它们在发育过程中依次表达，控制个体形态建成。同源域由约60个氨基酸组成，形成螺旋-转角-螺旋基序，可与DNA结合调控转录。

同源域｜homeodomain

同源域（homeodomain）是一种结合DNA的结构域，多见于真核生物的转录调节因子，参与躯体形态发育调控。编码该结构域的DNA序列约180 bp，称为同源框。含有同源框的基因称为同源异形基因，在发育过程中依次表达。其结构可看作含有螺旋-转角-螺旋基序，通过识别螺旋插入DNA大沟与碱基对相互作用。

外显肽｜extein

外显肽是蛋白质前体中通过蛋白质剪接被保留并连接形成成熟蛋白质的多肽片段，与内含肽相对。在剪接过程中，外显肽与内含肽之间的肽键经转酯反应断裂，外显肽1转移到内含肽的侧链上，随后外显肽2的游离氨基攻击外显肽1的酰基，形成新的肽键将两个外显肽直接连接，同时内含肽被切除。

协同表达｜coordinated expression

协同表达指多个基因或蛋白质在时间或空间上协调一致地进行表达，以实现特定的生物学功能，常涉及共同的调控序列或调节因子，确保代谢途径或发育过程的协同运作。

锌簇｜zinc cluster

锌簇是存在于某些真菌转录因子中的DNA结合结构域，由两个锌离子与六个半胱氨酸残基配位形成双核锌簇结构，通过识别DNA大沟中的碱基来调控基因转录。

锌指核酸酶｜zinc finger nuclease

锌指核酸酶是一类人工构建的序列特异性核酸酶，由锌指蛋白DNA结合域与非特异性核酸内切酶切割域融合而成，可对基因组DNA进行定点切割，用于基因敲除、敲入等精确基因组编辑。

下游元件｜downstream element

下游元件是RNA聚合酶Ⅱ启动子中的一类控制元件，与基本启动子、起始子、上游元件和应答元件等协同作用，调控编码蛋白质基因的转录。

形态发生素｜morphogen

形态发生素是指在发育过程中以浓度梯度分布、能决定细胞分化命运的信号分子，它通过不同浓度阈值诱导不同靶基因表达，从而调控组织模式形成。

血清效应元件SRE｜serum response element

血清效应元件(SRE)是一种存在于可诱导基因启动子或增强子中的应答元件，能够对血清等细胞外信号作出反应。它作为转录调控的顺式作用元件，通过结合相应的转录因子，在基因转录激活中发挥作用。

小时序｜hourly rhythm

小时序是指生物体内以大约一小时为周期的节律性波动或程序性变化，属于超日节律的一种，常见于某些生理或发育事件的定时发生。

异染色质化｜heterochromatinization

异染色质化是指常染色质转变为结构致密、转录活性极低的异染色质的过程。该过程通过染色质进一步螺旋化和折叠而实现压缩，从而封闭基因活性，导致基因沉默。DNA甲基化是引起异染色质化的重要途径，催化CpG岛的胞嘧啶甲基化可使染色质凝缩并长期失活。

诱导的沉默复合物｜RNA-induced silencing complex

RNA诱导的沉默复合物（RISC）是RNA干扰途径中的效应复合物，由小RNA（如siRNA或miRNA）与Argonaute蛋白等组装而成，可识别并切割互补的靶mRNA或抑制其翻译，导致基因沉默。

折叠结构域｜folding domain

折叠结构域是蛋白质多肽链中能相对独立地折叠形成特定三维结构的区域，通常对应于蛋白质结构和功能的基本单位。

正调节｜positive regulation

正调节是指基因表达或代谢途径中，调节蛋白通过激活机制增强转录或酶活性的调控方式。其性质取决于调节蛋白的激活作用，而非诱导或阻遏的结果。例如，cAMP-CRP复合物作为正调节因子，结合DNA后促进RNA聚合酶与启动子结合，从而激活转录。在代谢调节中，底物对酶的激活作用也称为正调节（正作用）。

中间元件｜middle element

中间元件是指在代谢途径或基因调控序列中，处于中间位置的结构或功能单元，如代谢中间产物的生成模块，或介于上游元件和下游元件之间的顺式作用元件，参与维持途径的连贯性和调控。

转录活化蛋白｜transcriptional activator protein

转录活化蛋白是一类能与DNA特定序列结合并增强基因转录的调节蛋白。原核生物的例子如cAMP受体蛋白(CRP/CAP)，作为正调节因子激活分解代谢操纵子转录。真核生物中，这类蛋白通常包含DNA结合结构域和转录激活结构域，其活性可受磷酸化、配体结合等方式调控，例如热激转录因子HSF1在应激时形成三聚体并结合DNA激活基因表达。

转录激活结构域｜transcription activation domain

转录激活结构域（transcription activation domain）是转录因子中介导转录激活的功能域。它存在于许多结合DNA的转录调节因子中，与DNA结合结构域共同作用，通过与转录起始复合物或共激活因子互作，促进靶基因的转录。例如，转录因子SP1的N端含有富含谷氨酰胺的转录激活区。

转录激活物｜transcriptional activator

转录激活物是一类能激活基因转录的调节蛋白，通常具有DNA结合结构域和转录激活结构域。它们识别并结合启动子或增强子中的特定控制元件，通过转录激活结构域促进基本转录复合物的组装和活性，从而上调基因表达。有些转录激活物为组成型存在，另一些则受细胞内外信号诱导，呈现时空特异性或条件依赖性激活。

转录激活因子样效应物核酸酶｜transcription activator-like effector nuclease

转录激活因子样效应物核酸酶（TALEN）是一种人工构建的序列特异性核酸酶，由来源于植物病原菌的转录激活因子样效应物（TALE）的DNA结合结构域与非特异性核酸内切酶FokI的切割结构域融合而成。TALE结构域可被设计识别特定的DNA序列，引导FokI在靶位点产生双链断裂，从而用于基因组定点编辑。

阻遏酶｜repressor enzyme

阻遏酶是一类参与基因表达负调控的蛋白质，可通过与操纵基因结合阻断转录（如乳糖操纵子中的阻遏蛋白），或在翻译水平结合mRNA抑制蛋白质合成。其活性常受诱导物或辅阻遏物的变构调节，从而实现基因表达的精确控制。

转录物组学｜transcriptomics

转录物组学(transcriptomics)是功能基因组学的重要组成部分,旨在对特定细胞或组织中全套转录物(RNA)进行高通量分析,以揭示基因表达的时空谱及其调控规律。