真核基因表达调控

发表于 分类于 阅读次数： 本文字数： 20k

真核基因表达调控·

由GPT-5.6-Sol-Ultra生成

真核基因表达调控相关概念和一般规律·

基本概念与断裂基因·

  • 基因组（genome）

    一个细胞或病毒携带的全部遗传信息，包括各染色体和所有亚细胞器的DNA序列。

  • 基因（gene）

    产生一条肽链或功能RNA所必需的DNA片段，包括编码区、上下游区域及编码片段间的内含子。

  • 基因表达（gene expression）：基因经转录、翻译产生特异功能蛋白质或RNA的过程；内、外源信号对该过程的调节称基因表达调控。
  • 断裂基因（interrupted gene）

    外显子被长度不等的内含子隔开，呈镶嵌排列的真核基因。

  • 教材本段将外显子概括为编码序列、内含子概括为非编码序列；不同基因的内含子数目和长度差异很大。
    • 胶原蛋白基因约$40\ \mathrm{kb}$，至少含40个内含子，单个内含子约$50\sim2\ 000\ \mathrm{bp}$。
    • 高等真核基因中，外显子对应序列常不足核DNA的$10%$。
    • 二氢叶酸还原酶基因长$25\sim31\ \mathrm{kb}$，6个外显子总长仅$2\ \mathrm{kb}$。

哺乳动物二氢叶酸还原酶基因的断裂结构

  • 少数组蛋白及$\alpha$、$\beta$型干扰素基因不含内含子。内含子功能尚不清楚：有些基因去除后仍产生有活性mRNA，SV40 T抗原基因去除后则不能把成熟mRNA运入细胞质。
  • 原核生物一般不能切除真核基因内含子，因此在原核细胞表达真核基因前须构建去除内含子的重组基因。
  • 断裂结构为DNA序列重组、重复和组合提供潜在位点，有利于真核基因进化。

剪接信号与可变调控·

  • 外显子－内含子连接区是两者的边界序列：内含子两端不能广泛互补，而短连接区高度保守，是RNA剪接信号。

  • GT-AG法则：几乎每个内含子均为$5’\mathrm{-GT}\cdots\mathrm{AG-}3’$；$5’$端为左剪接/供体位点，$3’$端为右剪接/受体位点。

  • 该保守序列几乎见于所有高等真核基因；线粒体基因和酵母tRNA基因例外，提示存在不同剪接方式。

  • 成熟mRNA由外显子拼接而成，故其反转录产物cDNA含外显子而无内含子。

  • 组成型剪接：一个初级转录产物只形成一种成熟mRNA，编码一种多肽。

  • 选择性剪接：同一基因转录产物经不同剪接形成不同mRNA，并可形成不同蛋白质。

  • 不同启动子或不同多(A)位点还可改变初级转录产物的二级结构，进而影响剪接。

  • 小鼠$\alpha$-淀粉酶实例：肝和唾液腺mRNA编码区均从第2外显子开始，但分别使用L、S第一外显子。

    • L外显子位于起点上游$4\ 500\ \mathrm{bp}$，提供肝mRNA的161 nt $5’$端；S外显子位于上游$7\ 300\ \mathrm{bp}$，提供唾液腺mRNA的50 nt $5’$端。
    • S起始转录产物为L起始产物的100倍以上；L序列在唾液腺转录产物中作为内含子被切除。

不同第一外显子的使用造成小鼠alpha-淀粉酶的组织特异性表达

教材先把外显子等同于编码序列，后又明确淀粉酶第一外显子不编码蛋白质；两种表述按各自语境保留。


基因家族及其代表类型·

  • 原核相关基因常组成受同一启动子控制的操纵子并产生多顺反子mRNA；真核相关基因多按功能组成基因家族，成员可聚集成基因簇，也可分散在同一或不同染色体并分别调控。
类型 结构特点 代表性结论
简单多基因家族 成员通常串联排列 rRNA基因家族
复杂多基因家族 几个相关家族由间隔序列隔开，各为独立转录单位 海胆组蛋白、果蝇tRNA家族
发育调控的复杂多基因家族 不同成员按发育阶段依次表达 $\alpha$、$\beta$-珠蛋白基因簇
  • 大肠杆菌16S、23S、5S rRNA和部分tRNA来自30S、约$6\ 500$ nt的前rRNA：特异性甲基化$\rightarrow$RNase Ⅲ/P/E定点切割$\rightarrow$核酸酶去除非必需序列；RNase P是核酶，共有7个相关基因拷贝。

细菌rRNA基因家族成员分布与前rRNA成熟

  • 真核45S前rRNA约$14\ 000$ nt，形成18S、28S、5.8S rRNA；至少100处被甲基化，主要为核糖2-OH甲基化，加工需snoRNAs。5S rRNA独立由RNA聚合酶Ⅲ转录。

脊椎动物rRNA基因家族成员分布与前rRNA成熟

  • 海胆5个组蛋白基因位于约$6\ 000\ \mathrm{bp}$串联单位中，该单位可重复1 000次；各基因同链同向、分别形成无内含子的单顺反子RNA。
    • $\mathrm H_2A$、$\mathrm H_2B$、$\mathrm H_3$、$\mathrm H_4$等摩尔合成，$\mathrm H_1$为其一半；不同组织或发育阶段启用不同串联单位。
    • 果蝇家族含3个$\mathrm{tRNA}^{Lys}$基因，各基因按各自方向单独转录。

海胆组蛋白与果蝇tRNA复杂多基因家族

  • 人$\alpha$-珠蛋白簇位于16号染色体短臂，约$30\ \mathrm{kb}$；$\beta$-珠蛋白簇位于11号染色体短臂，约$50\sim60\ \mathrm{kb}$。
  • 血红蛋白是动物体内输送分子氧的主要载体，功能分子由两条$\alpha$链、两条$\beta$链及含铁血红素辅基组成。

人beta-珠蛋白基因的基本结构

人体发育过程中不同beta-珠蛋白的含量变化

阶段 主要亚型/基因
胚胎期，8周以前 $\zeta_2\varepsilon_2$、$\zeta_2\gamma_2$、$\alpha_2\varepsilon_2$；$\zeta$、$\varepsilon$为胚胎期基因
胎儿期，8～41周 $\alpha_2\gamma_2$；$G\gamma$、$A\gamma$为胎儿型
成人期 $\alpha_2\delta_2$、$\alpha_2\beta_2$；出生后约98%为$\alpha_2\beta_2$，2%为$\alpha_2\delta_2$
  • **家族内基因排列顺序与发育阶段中的表达顺序一致。**现代珠蛋白家族被教材归因于原始单基因的重复、突变和转位；胎儿血红蛋白对氧的亲和力高于成人型。

人alpha和beta-珠蛋白基因簇的排列与发育表达顺序

表8-2原文把成人期括注为“出生以前”，与正文“新生儿出生后”不一致；演变段还把前文属胚胎型的$\varepsilon$与$\gamma$并称为“胎儿中”的珠蛋白。


表达方式、时空特异性与调控层次·

概念 核心含义
组成性表达 管家基因在所有细胞持续、通常高水平表达；如rRNA、肌动蛋白、微管蛋白基因
选择性表达 可诱导基因受信号激活而增加产物；可阻遏基因受信号抑制
时间/阶段特异性 特定基因严格按时间顺序表达；珠蛋白切换为例
空间/组织特异性 基因产物按细胞或组织分布而特异出现；果蝇体节调节基因为例
  • 原核调控主要以转录开关响应营养和环境，使细胞快速生长或修复；多细胞真核调控强调在特定时间、特定细胞激活特定基因，以实现有序分化和发育。
  • 真核调控更复杂的基础：基因组大且有重复序列、内含子和复杂染色质；核膜分隔转录与翻译；RNA还须经历合成、转运和加工。
    • 人单倍体基因组约$3\times10^9\ \mathrm{bp}$，教材称约为大肠杆菌的800倍、噬菌体的10万倍。
分类依据 类型
调控性质 瞬时/可逆调控响应底物、激素水平或细胞周期变化；发育/不可逆调控决定细胞生长、分化与发育进程
发生顺序 转录水平调控；转录后水平调控
具体层次 DNA遗传调控、染色质表观遗传调控、RNA加工、翻译、蛋白质成熟加工调控

真核基因表达从DNA到蛋白质成熟的主要调控步骤

真核基因表达的转录水平调控·

真核与原核表达过程比较·

项目 真核细胞的突出特点
mRNA 教材称一条成熟mRNA只能翻译一条多肽，很少有多基因操纵子
DNA状态 与组蛋白、非组蛋白结合，仅小部分裸露；大量DNA不转录并含高拷贝重复序列
基因结构 多数基因含内含子，RNA须复杂成熟和剪接
基因组可塑性 可按发育需要重排DNA片段或增加特定基因拷贝数，原核极少见
调节区 可距核心启动子数百至上千bp，借改变$5’$上游DNA构型影响聚合酶结合
空间分隔 核内转录，RNA穿过核膜后在细胞质翻译；原核无严格分隔

基因结构、启动子与基本调控元件·

  • 完整真核基因含编码区及$5’$、$3’$非编码特异序列。转录调节依赖顺式作用元件、反式作用因子和RNA聚合酶，三者通过DNA－蛋白质及蛋白质－蛋白质相互作用协同。
    • 顺式元件包括启动子、增强子、沉默子。
    • 反式因子是结合顺式元件并调控表达的蛋白质或RNA。
    • 真核有3种RNA聚合酶；本节聚焦转录mRNA前体的RNA聚合酶Ⅱ。

真核基因编码区与上下游调控序列的一般构造

顺式元件反式因子与RNA聚合酶组成的转录调控模式

  • 启动子位于$+1$及其$5’$上游约$100\sim200\ \mathrm{bp}$，各元件长$7\sim20\ \mathrm{bp}$。
组成 位置/序列 功能
核心启动子 $+1$及$-25\sim-30\ \mathrm{bp}$的TATA盒 确定起始点，单独只能产生基础转录
上游启动子元件 约$-70\ \mathrm{bp}$的CAAT盒CCAAT、GC盒GGGCGG 经TFIID复合物提高起始频率
  • TBP为TATA盒结合蛋白，TAF为TBP相关因子；转录模板是从起始点到RNA聚合酶Ⅱ终止处的全部DNA序列。

RNA聚合酶Ⅱ、CTD与转录周期·

  • RNA聚合酶Ⅱ至少含10～12个亚基，相对分子质量约$1\times104\sim2.4\times105$；最大亚基羧基端含CTD七肽重复$\mathrm{Y_1S_2P_3T_4S_5P_6S_7}$。
  • 生理条件下通常需20种以上蛋白因子：TFIID、TFIIB、TFIIF与聚合酶Ⅱ形成初级复合物；加入原文所写TFIE、TFIHH后形成完整复合物；TFIIA进一步提高效率。
  • 两种装配假说：一步结合认为聚合酶先与多种因子形成复合体，再由TBP帮助结合DNA；分步结合认为TBP与11个TAF依次结合TATA盒。

RNA聚合酶II与基础因子形成转录起始复合物

阶段 CTD变化与作用
起始 Ser5磷酸化，形成起始复合物并募集加帽酶
延伸 Ser5逐步去磷酸化，Ser2逐步磷酸化
终止/加工 Ser2磷酸化有利于$3’$ RNA加工；结束后Ser2、Ser5均去磷酸化，复合物解离
  • 几乎所有真核基因$3’$端均有多(A)位点；上游$15\sim30\ \mathrm{bp}$的AATAAA对准确切割和加多(A)必需。
  • 聚合酶Ⅱ不在多(A)位点终止，多数初级转录产物还延伸其下游$0.5\sim2\ \mathrm{kb}$；不同基因终止区的交叉应用提示可能存在共同终止机制。

本段原文作TFIE、TFIHH，并在分步模型后又称“TFIIB首先与DNA结合”；CTD的“25～52个氨基酸结构域”单位也含混，均不静默规范化。

增强子·

  • 增强子（enhancer）

    显著提高与其连锁基因转录频率的DNA序列。

  • SV40增强子含两个72 bp正向重复；人$\beta$-血红蛋白基因与其连接后表达提高200倍以上，即使位于上游$3\ \mathrm{kb}$或下游$2.5\ \mathrm{kb}$仍有效。
  • 六项特性：通常增强10～200倍、最高上千倍；位置和方向无关；多为约50 bp重复并含核心序列(G)TGGA/TA/TA/T(G)；有组织/细胞特异性；无基因专一性；可响应外部信号。
  • 三种可能机制
    1. 改变DNA构型，并经蛋白质相互作用使增强子与启动子弯折、成环。
    2. 将模板锚定于核内特定位置，利于拓扑异构酶改变张力和聚合酶Ⅱ滑动。
    3. 作为反式因子或聚合酶Ⅱ进入染色质的入口。
  • 应用：4×CaMV 35S增强子T-DNA可提高植物插入位点邻近基因表达；lacZ+基本启动子载体可用报告基因表达检测邻近增强子的时空活性。

反式作用因子及其实验分析·

类型 识别/作用方式
基本转录因子 识别启动子元件
转录调节因子 识别增强子或沉默子，包括激活因子和阻遏因子
共调节因子 本身无DNA结合活性，经蛋白质相互作用形成共激活或共阻遏作用
  • 直接激活因子通常兼有DNA结合域和转录激活域；转录复合物还包括无基因特异性的聚合酶亚基、起始/终止辅助因子及序列特异性因子。
  • 代表性识别关系：TFIID－TATA，CTF－CAAT，SP1－GGGCGG，HSF－热激蛋白启动区；每细胞约有60 000个SP1和300 000个CTF。

真核转录因子活性调节的主要方式

  • 酵母三杂交用RNA桥接“蛋白A－DNA结合域”和“蛋白B－激活域”，把激活域带至DNA位点并启动报告基因，用于分析蛋白质－RNA互作。

酵母三杂交检测蛋白质与RNA互作

教材先称共调节因子无DNA结合活性，随后又称“所有共激活因子都能识别靶位点”；两句存在冲突。

DNA结合域的四种主要结构·

  • 球蛋白基因$-80$区集中出现CAAT相关序列，$-30$区集中出现TATA相关序列，显示顺式调控序列的保守性。
结构 识别与二聚化特点 代表例子/关键数据
H-T-H 识别螺旋进入DNA大沟，N端延伸臂可结合小沟 同源域含60个保守氨基酸；MAT、antp、ftz、ubx
锌指 Zn以Cys/His配位连接$\alpha$螺旋和$\beta$片层，重复螺旋结合大沟 Cys2/His2、Cys2/Cys2；每个螺旋识别3～4个碱基
bZIP 亮氨酸拉链负责二聚化，N端20～30 aa碱性区结合DNA C/EBP；羧基端35 aa，亮氨酸约每7 aa周期排列
bHLH 两个螺旋由环隔开，碱性区结合DNA；同源/异源二聚后亲和力增强 E12、E47、MyoD-1、Myc、Max

同源域蛋白以第三螺旋结合DNA大沟并以N端臂结合小沟

  • Oct-1/2含75 aa POU区和60 aa同源转换区；二者该区60 aa中53个相同。果蝇同源转换区保守性达$80%\sim90%$，与哺乳类比较仍有$35%\sim40%$以上同源率；关键位点突变可阻断DNA结合。

不同同源域DNA结合蛋白的保守序列

  • 类固醇激素受体含连续两个锌指，以同源或异源二聚体结合相邻DNA大沟。替换雌激素受体的锌指后，其靶序列特异性随供体锌指改变，说明锌指主导识别特异性。

含两个锌指的典型类固醇激素受体

  • ZFN将成对人工锌指结构域与FokI融合，在指定区域切断DNA双链；已用于基因编辑/敲除，但尚不能识别所有随机序列。

锌指结构域引导FokI切割靶DNA的ZFN原理

bZIP转录激活因子的序列比较

bZIP二聚体与调控区DNA结合

bHLH二聚化及碱性区对DNA亲和力的影响

教材把酸性、Q-rich、P-rich结构一度列入“DNA结合域”，后文却将其列为活化域；又先称E12有碱性区，随后把“Id或E12”作为无碱性区例子。

转录活化域与TALEN·

活化域 特点与例子
酸性螺旋 GAL4、Jun、糖皮质激素受体；可能结合TFIID或聚合酶Ⅱ并稳定起始复合物
Q-rich SP1最强活化域中谷氨酰胺约占25%；Oct1/2、Jun、AP2、SRF也具有
P-rich CTF-NF1羧基端脯氨酸占20%～30%，不易形成$\alpha$螺旋

GAL4酸性域SP1谷氨酰胺富含域和脯氨酸富含域

  • 活化域通常位于DNA结合域以外，约30～100 aa；完整调控常由蛋白质复合物完成，并非每个转录因子都直接结合DNA。
  • TALEN利用TALE每个34 aa重复肽段的第12、13位识别单个碱基；串联目标TALE并与FokI融合，可切割识别序列下游$9\sim13\ \mathrm{bp}$，实现指定内源基因敲除。

TALE识别目的序列并引导FokI切割的TALEN原理

染色质修饰和表观遗传调控·

  • 基因表达的表观遗传调控

    真核生物中发生于转录之前、染色质水平上的结构调整；教材主要讨论DNA甲基化及组蛋白乙酰化、甲基化。

  • DNA水平还可通过基因丢失、扩增、重排和移位改变基因活性；这类调控会改变基因组本身，区别于转录和翻译水平调控。


DNA水平上的基因表达调控·

开放型活性染色质·

  • 活跃转录发生在常染色质；转录前局部染色质松弛，核小体消除或改变，DNA局部构象也可变化，使结构基因暴露并促进转录因子结合启动区。
  • DNaseⅠ超敏感位点

    活跃基因染色质中特别容易被DNaseⅠ切割的位点；通常有一个或数个，多位于 $5’$ 端启动区。

  • 组织特异性证据：鸡成红细胞的$\beta$-血红蛋白基因更易被切割，而鸡输卵管细胞的卵清蛋白基因更易被切割；非活跃基因相应位点不表现超敏感性。
  • 鸡$\beta$-血红蛋白基因 $-50\sim-280\ \mathrm{bp}$ 为超敏感区。教材用SI核酸酶处理后推测启动区部分解链，裸露DNA既易结合RNA聚合酶和调控因子，也易受核酸酶攻击。
  • 灯刷形染色体的环状突起上可见RNP移动；$^3\mathrm H$标记显示活跃转录区更伸展，支持“染色质开放—转录活跃”的关系。

灯刷形染色体及交叉点 灯刷形染色体活性区的环状DNA

上述单链DNA核酸酶在教材中写作“SI核酸酶”，笔记按原文口径保留。

基因扩增与重排·

  • 基因扩增：某些基因拷贝数专一性大量增加，使细胞短期产生大量基因产物。
    • 非洲爪蟾卵母细胞rDNA由约500个增至约200万个拷贝，扩增近4 000倍，可用于合成 $10^{12}$ 个核糖体；成熟后多余rDNA逐渐降解。
  • 基因重排：把远离启动子的基因移至启动子附近而启动转录。
    • 免疫球蛋白和T细胞受体基因是典型实例；前者由B淋巴细胞表达，后者由T淋巴细胞表达。
    • 免疫球蛋白重链经V、D、J、C片段重排形成活性基因；轻链没有D片段。
    • 教材所述珠蛋白变换依次为 $S_1$ 缺失形成 $R_1A_1$并产生$\varepsilon$链、$S_2$ 缺失形成 $R_2A_2$并产生$\gamma$链、出生后 $S_3$ 缺失形成 $R_3A_3$并产生$\beta$和$\delta$链。

免疫球蛋白重链基因片段重排与组织特异性表达

教材正文先概括V、J、C区，又称连接4个片段；表8-7显示重链含V、D、J、C，而轻链含V、J、C，复习时按表区分。

DNA甲基化与基因活性·

分布、产物与酶·

  • 基本关系：DNA甲基化可关闭某些基因，去甲基化可使其重新活化。
  • 甲基化可改变染色质结构、DNA构象与稳定性及DNA—蛋白质相互作用；着丝粒附近、多数转座子、假基因和小RNA编码区甲基化水平较高。
  • 主要修饰为5-甲基胞嘧啶（5-mC），另有少量 $N^6$-甲基腺嘌呤和7-甲基鸟嘌呤。

5-mC、N6-mA和7-mG的结构

  • 5-mC主要见于教材列出的CpG、CpXpG、CCA/TGG和GATC；CpG中的5-mC易脱氨生成T，因此CpG频率偏低，成串出现的CpG序列称为CpG岛。
甲基转移酶活性 作用方式 意义
日常型 识别半甲基化DNA，在母链指导下甲基化新链对应C 复制、分裂后维持甲基化模式
从头合成型 不需母链，缓慢将未甲基化CpG转为mCpG 建立特异基因的甲基化调控

抑制转录的机制·

  1. 甲基化改变DNA构象和DNA—蛋白质相互作用，降低转录因子与启动区结合效率。
  2. 教材称甲基化达到一定程度时可使B-DNA向Z-DNA过渡；结构收缩、螺旋加深后不利于转录起始。
  3. 甲基还降低DNA模板与RNA聚合酶的结合及体外转录活性。
  4. 启动区甲基化密度越高，MeCP1结合越强，转录抑制越明显；最终状态取决于CpG甲基化密度与启动子强度的平衡。

甲基化密度和MeCP1结合对转录的抑制

  • 珠蛋白实验：小鼠$\alpha$和人$\gamma$基因CpG密度低，人$\alpha$基因CpG密度高；3种基因完全甲基化后均不表达。加SV40增强子后，低密度基因及高密度但部分甲基化的人$\alpha$基因可表达，高密度且完全甲基化者仍不表达。

CpG密度、甲基化程度和增强子共同决定珠蛋白表达

  • 5-mC脱氨形成T且不易被修复，可产生可遗传的 $\mathrm C\rightarrow\mathrm T$ 转换；教材例称p53第273位密码子可由CGT变为CAT或TGT，非小细胞肺癌中该位点突变频率达 $59.3%$。

组蛋白乙酰化·

核小体与乙酰化酶·

  • 核小体是染色质基本结构单位，由组蛋白八聚体和缠绕两圈的DNA组成；相邻核小体间隔20～200 bp，直径约10 nm，H1结合于核心之外。
  • 核心组蛋白外伸的N端“尾巴”可发生乙酰化、磷酸化、甲基化和泛素化等修饰。

组蛋白N端尾部的主要修饰位点

  • HAT催化乙酰化，可经蛋白质互作影响染色质；许多转录激活因子具有HAT活性。

具有HAT活性的蛋白质参与转录调控

HAT或相关蛋白 身份/作用 主要底物
GCN5 转录相关HAT催化亚基的同源蛋白 H3、H4
TAFⅡ250、PCAF TFIID亚基或转录共激活子 H3、H4
p300/CBP 与增强子结合蛋白互作的共激活子 H2A、H2B、H3、H4

乙酰化与表达·

  • 乙酰化：中和尾部赖氨酸正电荷 → 降低组蛋白与DNA亲和力 → 核小体松散、可接近性提高 → 转录增强。
  • 去乙酰化：HDAC1或Rpd3复合体去除乙酰基，使核小体靠近；其专一结合启动区附近时形成不利于转录的致密结构。

HDAC复合体结合启动区并抑制转录

  • Rb与E2F结合后可募集HDAC1，使细胞周期相关靶基因启动区去乙酰化、染色质浓缩并停止转录。

Rb-E2F募集HDAC1抑制靶基因

  • 总规律：组蛋白乙酰化通常促进转录，去乙酰化通常抑制转录；两类酶只选择性影响部分基因。

组蛋白甲基化·

主要标记与异染色质·

标记 常见分布 主要功能
H3K9me3 教材写作中心粒、端粒 组成型异染色质
H3K27me3 沉默基因 抑制表达
H3K4me3 转录起始位点 转录活性区标记
H3K36me3 转录区 转录活性区标记
  • 非组成型异染色质：发育中暂需沉默的区域富集H3K27me3；PRC中的E(Z)为H3K27甲基转移酶，可由成核中心向周围扩展修饰。失活X染色体是教材实例。
  • 组成型异染色质：HP1二聚体识别H3K9me2/3并招募SUV39，使新组装组蛋白产生H3K9me3，维持教材所称中心粒、端粒区域的异染色质状态。

H3K27me3和PRC介导的非组成型异染色质化 HP1和SUV39维持H3K9me3组成型异染色质

  • 表观标记可遗传：已有H3K27me3结合PRC，E(Z)在新复制染色质相应位置重建H3K27me3；H3K9me2/3也可经HP1—SUV39机制维持。

常表达染色质及相关酶·

  • 增强子常见H3K4me1，转录起始区富集H3K4me3，转录区富集H3K36me3。
  • RNA聚合酶ⅡCTD Ser5磷酸化结合Set1 → H3K4me3并招募HAT → 保持较高起始效率；Ser2磷酸化结合Set2 → H3K36me3并招募HDAC → 抑制转录区内再次起始，使延伸顺利。

RNA聚合酶II的CTD状态决定组蛋白修饰分布

  • 赖氨酸甲基转移酶（HKMT）多含SET结构域；SUV39H1催化H3K9，DIM5可使H3K9单、双、三甲基化，SET7/9只能使H3K4单甲基化，催化中心空间位阻决定甲基数。
  • 精氨酸甲基转移酶（PRMT）Ⅰ型产生单甲基和非对称双甲基，Ⅱ型产生单甲基和对称双甲基；部分成员还参与pre-mRNA可变剪切。

DIM5和SET7或9等组蛋白甲基转移酶

去甲基化酶·

  • LSD1以FAD为辅助因子，可去除H3K4me1/2但不能去除三甲基；与Co-REST结合时作用于H3K4me1/2，与雄激素受体结合时作用于H3K9，故可随合作因子发挥相反的表达调控作用。
  • 多种赖氨酸去甲基化酶以JmjC为催化结构域；教材称JMJD2可去除H3K9me3和H3K38me3。

含JmjC结构域的组蛋白去甲基化酶

DNA甲基化段写“着丝粒”，H3K9me3段写“中心粒”；JMJD2底物H3K38me3又与本节H3K36me3口径不一致，均按教材原文限定。

RNA的$\mathrm{m^6A}$修饰·

定义、Writer与Eraser·

  • $N6$-甲基腺苷（$\mathrm{m6A}$）

    mRNA腺嘌呤第6位氮原子的甲基化修饰，可在转录后水平影响RNA活性、定位和稳定性并调控基因表达。

  • 人和小鼠近7 000种mRNA具有$\mathrm{m^6A}$位点；去甲基化酶的发现表明该修饰动态、可逆。

mRNA上的可逆m6A修饰

  • HeLa核提取物中鉴定出MT-A1、MT-A2、MT-B复合体，MT-A1起主要作用；METTL3含甲硫氨酸结合区CMⅠ和催化区CMⅡ，广泛表达且睾丸较高。
  • 甲基化只有在MT-A和MT-B复合体同时存在时才发生，提示METTL3还需其他因子协同。
  • METTL3表达下降可加速HepG2细胞凋亡；其同源物参与酵母孢子形成、拟南芥胚胎发育和果蝇配子发育。

不同物种的m6A甲基转移酶结构

  • FTO和ALKBH5属于AlkB家族，具有铁离子结合基序和酮戊二酸盐互作区；ALKBH5缺失会提高mRNA的$\mathrm{m^6A}$水平，并伴随睾丸萎缩及精子数量、运动能力下降。

不同物种的m6A去甲基化酶结构

教材先写MT-A1、MT-A2、MT-B，后写“MT-A和MT-B同时存在”；又把前文所定义的甲基转移酶PRMT7称为“精氨酸去甲基转移酶”，名称口径不一致。

Writer—Eraser—Reader与结构开关·

组分 功能
Writer 甲基转移酶复合体写入$\mathrm{m^6A}$
Eraser FTO、ALKBH5等去除$\mathrm{m^6A}$
Reader 读取修饰信息；YTH RNA结合域对甲基化RNA的亲和力比对非甲基化RNA高数倍
  • RNA茎-环可响应pH、温度、离子、代谢物、核酸或蛋白质而改变结构，成为RNA水平的调控开关。
  • MALAT1实例：茎-环上的$\mathrm{m^6A}$降低局部碱基对稳定性、暴露富U单链，使HNRNPC更易结合并影响可变剪切；该过程通过改变RNA结构间接募集效应蛋白。

m6A写入、阅读、擦除及结构变化调控选择性剪切

教材一处称$\mathrm{m^6A}$不影响基本碱基配对，后文又称其降低局部A-U配对稳定性；可限定为基本配对能力仍在，但局部稳定性和二级结构可改变。

对RNA代谢的影响·

  • $\mathrm{m^6A}$可影响mRNA剪接、稳定性、核输出和翻译。
    • 剪接：抑制甲基化时前体mRNA增加、成熟mRNA减少；可能涉及剪接因子结合、RNA结合蛋白锚定及二级结构变化。
    • 核输出：STH处理使HeLa细胞mRNA核内停留时间提高 $40%$；ALKBH5缺失使ASF/SF2磷酸化下降、其与TAP/P15互作增强，最终提高mRNA核输出。
    • 翻译：体外甲基化的小鼠DHFR mRNA翻译水平为未甲基化者的1.5倍。

m6A对剪接、稳定性、核输出和翻译的影响

  • 总逻辑：Writer写入、Eraser擦除，Reader直接识别或$\mathrm{m^6A}$先改变RNA结构，最终共同调控转录后基因表达。

非编码RNA对真核基因表达的调控·

ncRNA概述·

  • 非编码RNA（ncRNA）

    不编码蛋白质的一类RNA。

  • 人类基因组约四分之三的基因可转录，但仅小部分继续翻译成蛋白质；按大小分为小分子ncRNA（siRNA、miRNA等）和长链非编码RNA（lncRNA）。siRNA、miRNA常通过基因沉默调控表达。

人类基因组中编码RNA与非编码RNA的比较


siRNA：形成、沉默与放大·

  • 牵牛花转基因共抑制及线虫MEX3注射实验表明：正义链或反义链均可能降低同源基因表达，但dsRNA的沉默效率远高于单链RNA；外源RNA只高效沉默同源基因，提示需要序列配对。

正常线虫胚胎且无杂交探针 未注射RNA时线虫胚胎中MEX3高表达 注射MEX3反义RNA后表达下降 注射双链MEX3 RNA后几乎检测不到MEX3

  • 果蝇细胞提取物体系中，dsRNA不依赖靶mRNA存在即可切成 $21\sim23\ \mathrm{nt}$ 小片段；靶mRNA形成长度相差 $21\sim23\ \mathrm{nt}$ 的降解片段，过程需ATP。介导该沉默的小RNA称干扰小RNA（siRNA）。
  • siRNA来源包括病毒RNA、环境或实验导入的外源RNA、基因组重复片段及转座子等。典型双链长 $21\ \mathrm{nt}$，其中 $19\ \mathrm{nt}$ 配对，两条链各有2 nt的 $3’$ 突出端，$5’$ 端带磷酸；引导链负责靶向，乘客链在RISC成熟前被降解。
  • 生物合成主线：dsRNA $\xrightarrow{\mathrm{Dicer}}$ 双链siRNA $\rightarrow$ RISC装载复合物 $\rightarrow$ 成熟RISC。
    • Dicer含一对RNase III域、dsRNA结合域、解旋酶域和PAZ域；PAZ结合 $3’$ 突出端，两个RNase III域各切一条链。PAZ至切点约 $6.5\ \mathrm{nm}$，使Dicer像“尺子”切出 $21\sim23\ \mathrm{nt}$ 片段。
    • R2D2倾向结合双链热稳定性较高的一端；因引导链 $5’$ 端通常较不稳定，R2D2常位于其 $3’$ 端一侧。Dicer/R2D2/siRNA招募Argonaute，Argonaute装载双链并降解乘客链。

siRNA产生及RISC装载的总流程 Dicer结构及其定长切割作用

  • 沉默机制
    • 转录后：RISC引导靶mRNA降解；该过程需核酸酶和 $\mathrm{Mg^{2+}}$。
    • 染色体水平：促进异染色质形成。
    • RISC中，引导链 $5’$ 端结合Argonaute MID域、$3’$ 端结合PAZ域；第2～8 nt为核心种子序列，约10 nt的mRNA-siRNA配对物位于PIWI域。教材称PIWI常在第9、10个核苷酸处切断靶mRNA。

Argonaute装载siRNA并形成成熟RISC

  • RDRP放大：植物、线虫和酵母存在RNA模板扩增机制，哺乳动物和果蝇基因组分析未发现相关基因。缺少帽结合蛋白或poly(A)结合蛋白时，RDRP可用mRNA合成dsRNA并经Dicer产生siRNA；已有配对siRNA时，siRNA可作引物形成覆盖靶mRNA不同区域的次级siRNA。植物次级siRNA还能在细胞间及经韧皮部传播。

RDRP产生次级siRNA并放大沉默

  • 生物学意义：参与转录及转录后调控、维持基因组稳定、抵御外源核酸。教材以宿主产生抗病毒siRNA、病毒反向沉默宿主抗病基因说明双方的RNAi对抗。

miRNA：动植物合成与功能·

  • 线虫lin-4是早期miRNA实例：转录物形成61 nt茎环前体和22 nt功能小RNA；后者与lin-14 mRNA的 $3’$ UTR重复序列配对，降低Lin-14蛋白并保证幼虫正常发育。

lin-4与lin-14 mRNA 3'UTR配对并实施转录后调控

  • miRNA基因不编码蛋白质。pri-miRNA由RNA聚合酶II转录，带 $5’$ 帽和 $3’$ poly(A)，含不完美茎环并受时空调节；基本流程为 pri-miRNA $\rightarrow$ pre-miRNA $\rightarrow$ 双链miRNA $\rightarrow$ 约21 nt成熟单链。
环节 动物 植物
两次切割 核内Drosha切成约70 nt pre-miRNA，胞质Dicer形成约21 nt miRNA-miRNA* 核内DCL1完成两次切割
辅助与出核 Pasha/Pash-1/DGCR8辅助Drosha；Exportin 5/RanGTP出核 HASTY出核
末端加工 $5’$ 端相对不稳定的链更可能成为成熟miRNA HEN1甲基化双链两个 $3’$ 端，防止降解并利于RISC成熟

动物与植物miRNA产生过程比较

  • miRNA装载RISC后有两类结果：①使互补mRNA降解；②抑制翻译，使蛋白下降而mRNA水平不变。降解还需AGO、GW182、NOT1/CAF1和DCP，提示经历脱尾、脱帽；GW182可与PABP互作。
  • 翻译抑制发生阶段尚未确定。hippuristanol抑制eIF4A的实验见靶mRNA离开多核糖体、自由核糖体增加，据此仅推测miRNA:mRNA配对妨碍核糖体装配并引起“drop-off”。

miRNA介导的翻译抑制机制


lncRNA：类型与四类作用模式·

  • 教材将lncRNA定义为长度大于 $200\ \mathrm{bp}$ 的ncRNA，并按基因组位置或DNA链关系分类。
类型 教材所述特征
正义/反义 与蛋白编码基因共享启动子并重叠/以反向方式位于其内
基因内/基因间 位于蛋白编码基因内含子/位于两个蛋白编码基因之间的区域
增强子/环状 位点在增强子区/共价闭环且一般来自编码基因的可变剪接

正义反义基因内基因间增强子及环状lncRNA

  • 大部分lncRNA由RNA聚合酶II转录，可按功能概括为四类：
    • 信号分子：细胞类型特异并响应外界刺激，其时空特异性转录可整合发育、细胞内容物和环境信号；部分有调控功能，部分只是转录副产物，并可影响转录起始、延伸或终止。
    • 基因印记实例：父本来源、长90 kb的Kcnq1ot1与G9a、PRC2互作，在Kcnq1印记区建立顺式抑制；Air也参与等位基因特异沉默。Xist覆盖失活X染色体并伴随组蛋白甲基化；Tsix抑制Xist，Jpx激活Xist。

lncRNA作为具有时空特异性的信号分子

  • 诱饵分子：结合转录因子、染色质相关因子等蛋白，改变其染色质可用性。DHFR弱启动子上游lncRNA与启动子DNA、TFIIB形成复合体，抑制主启动子前起始复合体聚集；Gas5茎环模拟激素应答元件，竞争糖皮质激素受体的DNA结合区。

诱饵lncRNA改变调控蛋白的染色质定位

  • 引导分子：以顺式作用调节邻近基因，或以反式作用调节远端基因。教材称其可“介导核糖体蛋白复合体定位”，还列RNA:DNA:DNA“三重复合物”等靶向形式。
  • Air招募G9a使H3K9甲基化；受冷诱导的COLDAIR在春化时将PRC2引导至开花抑制子FLC，以H3K27三甲基化抑制转录。cyclin D1启动子lncRNA结合TLS并改变其构象，进而抑制教材所称p300/CBP相关酶活。HOTAIR可反式影响染色质复合体定位，教材以其表达升高与乳腺癌侵袭相关为例。

引导lncRNA以顺式或反式方式定位调控复合体 COLDAIR引导PRC2至FLC并形成H3K27三甲基化 lncRNA改变TLS构象并调控cyclin D1

  • 骨架分子：以不同功能区同时结合多个效应蛋白，组装RNP并调控染色质。ANRIL结合PRC1、PRC2，参与INK4位点沉默；HOTAIR连接PRC2与LSD1/CoREST/REST等复合体，正文主线为H3K27甲基化与H3K4去甲基化共同抑制靶基因。

骨架lncRNA组装RNP并影响组蛋白修饰 HOTAIR桥接多个染色质复合体介导基因沉默

教材口径：lncRNA虽为RNA，长度却写作“>200 bp”；“核糖体蛋白复合体”和“三重复合物”均按原文保留。图8-58又把H3K27、H3K4均写成去甲基化，且以300/700个“氨基酸”计HOTAIR结合区；笔记的修饰方向按相邻正文整理。p300/CBP的酶活名称与后文促进p53乙酰化的表述也有张力。

真核基因其他水平上的表达调控·

蛋白质磷酸化通路·

  • 基因转录前，局部染色质变为伸展或开放状态，为RNA聚合酶II利用模板提供“开关”。蛋白质磷酸化/去磷酸化是广泛的信号调节方式。

蛋白质磷酸化与去磷酸化循环

  • 细胞表面受体有两条主要信号入口：①受体或结合蛋白具有内源酪氨酸激酶活性；②受体经G蛋白产生介质，再激活Ser/Thr或Tyr激酶。碰撞耦联模型强调受体侧向扩散、寡聚及自磷酸化，或受体-配体复合物与G蛋白随机碰撞。EGF激活正常受体激酶；缺胞外域但保留胞内激酶活性的ErbB可持续刺激分裂并诱发癌变。

酪氨酸受体激酶及ErbB所致持续分裂

通路 核心链条与输出
cAMP-PKA 配体-受体R→GTP结合蛋白→腺苷酸环化酶→cAMP↑→$R_2C_2$ 解离并释放催化亚基→入核磷酸化CREB/CREM→含CRE（TGACGTCA）的基因转录；PKA磷酸化Ser/Thr，教材列模式X-Arg-Arg-X-Ser-X
PIP2-PKC 磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PIP2）→肌醇1,4,5-三磷酸（IP3）+二酰基甘油（DAG）；IP3使胞质Ca²⁺升高并促PKC移至膜内侧，DAG提高PKC对Ca²⁺亲和力并解除调节域抑制；PKC相对分子质量 $7.7\times10^4$，主要磷酸化Ser/Thr
CaM/MAPK CaM激酶仅响应胞内Ca²⁺；C激酶或教材所称酪氨酸激酶家族Ras→MAPKKK→MAPKK→MAPK→Jun、教材写作E1K-1等转录因子磷酸化

cAMP结合PKA调节亚基并释放催化亚基 IP3与DAG共同激活PKC并调控表达 Ras和PKC引发的MAP激酶级联磷酸化

  • 细胞周期链：p21多→结合cyclin E-CDK2→pRb不能磷酸化→pRb结合并抑制E2F→DNA合成基因关闭、$G_1$ 不能入S期；p53活性降低→p21下降→cyclin E-CDK2磷酸化pRb→E2F释放→DNA合成基因开启、$G_1$ 进入S期。

pRb磷酸化状态控制E2F及G1至S期转换

教材将PKA全酶相对分子质量只写作150～170，缺数量级；MAPK正文称相隔一个残基的Tyr、Ser均需磷酸化，而图8-63标题概括为Ser/Thr级联，两种口径均不外改。


p53乙酰化·

  • p53参与细胞周期、DNA损伤修复、血管生成与抑制及凋亡，活性受磷酸化、乙酰化等翻译后修饰调控。教材称其mRNA长2.2～2.5千核苷酸，编码393 aa、相对分子质量 $5.3\times10^4$ 的蛋白；N端1～80为酸性区，中间100～300为疏水区，C端319～393为碱性区。
  • 启动子拓扑及p53/辅助蛋白构象决定p53能否结合。乙酰化暴露p53的DNA结合区并促进转录；CBP/p300既改变染色体结构以利p53结合，又使p53乙酰化。

p53结构及乙酰化增强DNA结合和转录激活


激素调控·

  • 教材列类固醇激素（雌激素、孕激素、醛固酮、糖皮质激素、雄激素）及一般代谢激素如胰岛素。该段所述链为：激素结合靶细胞专一胞质受体→复合物构象改变并入核→结合染色质特定区域→转录开启或关闭。
  • 糖皮质激素应答基因含约20 bp的激素应答元件（HRE），作用类似增强子；靶细胞受体多而非靶细胞少或无，是组织特异性的根本原因。
  • DEX诱导系统：无DEX时GR-核蛋白X融合蛋白与HSP90结合并留在胞质；DEX结合GR后暴露核定位信号，使融合蛋白入核并诱导下游表达。
  • 实例：雌激素维持鸡输卵管卵清蛋白mRNA合成；胰高血糖素→膜受体→腺苷酸环化酶以 $\mathrm{Mg^{2+}-ATP}$ 生成cAMP和焦磷酸→蛋白激酶及酶系磷酸化增强→糖原分解为葡萄糖-1-磷酸。

几种常见疏水性小分子激素 胰高血糖素经cAMP激活糖原分解

教材把类固醇与胰岛素并列后紧接“胞质受体入核”机制，适用范围含混；又把激素结构图误引为图8-59（实际为图8-66），并引用当前原文未提供的表8-12。


热激蛋白与HSF反馈·

  • 应答元件

    能与某类专一蛋白因子结合并控制基因特异表达的DNA上游序列。

  • 果蝇受热后，HSF结合HSP70基因TATA区上游60 bp处的HSE，HSP70 mRNA可升高1 000倍。
调控因子 元件及序列 结合蛋白/相对分子质量
热激 HSE：CNNGAANNTCCNNG HSF/$9.3\times10^4$
镉 MRE：CGNCCCGGNCNC ？/？
佛波酯 TRE：TGACTCA AP1/$3.9\times10^4$
血清 SRE：CCATATTAGG SRF/$5.2\times10^4$
HSP家族 主要成员 主要功能
HSP90 HSP90、HSP83 促进甾醇激素受体与激素及DNA结合，调节激酶磷酸化
HSP70 HSP70、BiP、Hsc70、Grp78等 折叠/去折叠、蛋白转位、复合物装配
小分子HSP HSP27、Gro23、HSP16 折叠/去折叠及复合物装配
泛素 泛素 蛋白质降解，清除变性蛋白质
  • HSP可能具有机体保护功能并参与细胞正常生长发育；其调节靶蛋白却不成为靶蛋白的组成部分，教材称分子伴侣或伴侣蛋白。HSP基因内含子少，教材称尚未发现HSP70基因内含子，利于热激时绕过剪接障碍并快速产生成熟mRNA。
  • 负反馈：无胁迫时HSP70可能维持无DNA结合能力的HSF单体；热激使变性蛋白竞争HSP70→释放HSF→HSF三聚、入核并迅速磷酸化→结合HSE、诱导HSP70等；热激消失后，游离HSP70重新结合HSF，使其单体化并脱离DNA。

HSF三聚化激活HSP及HSP70介导的负反馈

教材HSP表中另有成员名“Dnat”及“类抗原加工”等残缺文本，紧凑笔记不把疑似OCR项作为术语记忆。


翻译水平调控·

  • 翻译起始需要核糖体、mRNA、可溶性起始因子和tRNA四类装置。
  • 扫描模式：40S亚基与起始因子先结合mRNA近 $5’$ 端，再向 $3’$ 扫描；在合适AUG处结合60S形成80S复合物。200多种mRNA调查显示，除少数外首个AUG附近多为A/G NNAUGG；mRNA水解形成新 $5’$ 端后，内部AUG可成为新的进入位点。
  • 教材认为基因融合可补偿真核mRNA多为单顺反子的限制：酵母将原核中分开的色氨酸合成酶亚基融合成相对分子质量76 000的双功能蛋白；红色链孢霉arom和酵母his4编码多功能蛋白；哺乳动物脂肪酸合成酶相当于大肠杆菌7种多肽。
  • 帽结构：绝大多数真核mRNA带帽，按甲基化程度分O、I、II型。
帽型 教材提取式 代表mRNA
O型 $\mathrm{m7Gppp{A}/GpNp^-}$ 酵母、黏菌
I型 $\mathrm{m7GpppA_{mp}Gm pNp-}$ 海胆胚、卤虫
II型 $\mathrm{m^7GpppN_{1mp}N_{2p}}$ 或 $\mathrm{m^7GpppN_{1mp}N_{2mp}}$ 哺乳动物
  • 加帽发生于新生mRNA前体；核内鸟苷酸转移酶、甲基转移酶参与，帽酶兼具RNA三磷酸酯酶和鸟苷酸转移酶活性。O→I在核内，I→II在胞质；教材称鸟苷酸转移酶形成 $5’-5’$ 磷酸二酯键。
  • IRE调控
缺铁时的靶mRNA IRE位置 IREBP结合结果
铁蛋白mRNA $5’$ UTR 抑制翻译；删除IRE会造成永久高水平翻译
TfR mRNA $3’$ UTR 阻止mRNA降解，促进TfR蛋白合成

IREBP对铁蛋白及TfR mRNA的相反调控

  • eIF-2磷酸化：无氯高铁血红素时，eIF-2激酶HCI经自身磷酸化活化→eIF-2 $\alpha$ 亚基磷酸化→eIF-2紧密结合eIF-2B、不能有效再利用→起始复合物减少、翻译受抑；氯高铁血红素阻断HCI活化，氧化型谷胱甘肽或dsRNA也可引发抑制。

氯高铁血红素HCI与eIF-2磷酸化的关系

  • CBPII选择性翻译：脊髓灰质（炎）病毒感染HeLa细胞后，CBPII失活使有帽宿主mRNA翻译停止，无帽病毒mRNA不受影响；补加兔网织红细胞CBPII可恢复有帽mRNA翻译。
  • 总原则：mRNA可翻译性取决于 $5’$ 帽、二级结构、与rRNA的互补性及起始密码附近序列；调控由这些固有信号与可溶性因子或核糖体互作实现。

教材帽型“O/0”及公式上下标有提取歧义，表中“ppp”与正文“$5’-5’$ 磷酸二酯键”也有张力；IRE段先称缺铁/高铁时mRNA无显著差异，随后又以阻止TfR mRNA降解解释调控，均按原文并列。

本章名词·

基因家族｜gene family　⭐真题

真核细胞中许多相关的基因常按功能成套组合。

miRNA｜microRNA　⭐真题

miRNA（微RNA）是一类内源性的长约21～22个核苷酸的单链非编码RNA，由RNA聚合酶Ⅱ转录产生较长的初级转录物pri-miRNA，经Drosha和Dicer等内切酶两次切割加工成熟。miRNA通过装载至RISC中，与靶mRNA的3’UTR互补配对，介导mRNA降解或翻译抑制，从而在转录后水平负调控基因表达，在基因沉默中发挥重要功能。

RNA 干扰｜RNA interference, RNAi　⭐真题

是利用双链小 RNA 高效、特异性降解细胞内同源 mRNA, 从而阻断体内靶基因表达, 使细胞出现靶基因缺失的表型。

热休克蛋白｜heat shock protein

热休克蛋白是一类在热激或其他应激条件下诱导合成的保守性蛋白质。它们作为分子伴侣，辅助新生肽链的正确折叠、组装、运转和降解，防止错误折叠或聚集。其表达受热激转录因子与热激应答元件(HSE)的调控，例如HSP70在热激后大量合成以维持蛋白质稳态。

反式作用因子｜transacting factor

是指能够结合在顺式作用元件上调控基因表达的蛋白质或者 RNAs。

管家基因｜housekeeping gene

在个体的所有细胞中持续表达的基因。

基因表达的空间特异性｜spatial specificity

又称细胞或组织特异性(cell or tissue specificity), 是指在个体生长过程中, 某种基因产物按不同组织空间顺序出现。

基因表达的时间特异性｜temporal specificity

即按功能需要, 某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生。基因沉默(RNA 沉默,RNA silencing): 是指真核生物中由双链 RNA 诱导的识别和清除细胞中非正常 RNA 的一种机制。通常情况下基因沉默可以分为转录水平基因沉默(transcriptional gene silencing) 和转录后基因沉默(post-transcriptional gene silencing)。

DNA修饰｜DNA modification

DNA修饰是指对DNA分子的化学修饰，最常见的形式是DNA甲基化。它是真核基因表观遗传调控的重要组成部分，通过引起染色质结构、DNA构象及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，通常关闭基因活性、抑制转录。去甲基化则可诱导基因重新活化和表达，从而在发育和细胞分化中发挥调控作用。

Gilbert｜Gilbert

Gilbert首次提出“内含子”（intron）这一术语，用来描述存在于原始转录产物或基因组DNA中但不出现于成熟mRNA、rRNA或tRNA中的核苷酸序列。

Jerne｜Jerne

Jerne（Niels K. Jerne）是丹麦免疫学家，因提出抗体形成的自然选择学说和免疫网络理论而闻名，其工作为现代免疫学奠定了基础。

Kohler｜Kohler

Kohler（通常指 Georges J. F. Köhler）是德国免疫学家，与 César Milstein 共同建立了杂交瘤技术，通过将产生抗体的 B 细胞与骨髓瘤细胞融合，获得能持续分泌单一特异性抗体的杂交瘤细胞系，极大地推动了单克隆抗体的制备与应用，并因此获得 1984 年诺贝尔生理学或医学奖。

lncRNA｜long non-coding RNA

长链非编码RNA（lncRNA）是一类长度大于200 bp的非编码RNA。根据其在基因组中的位置或关联DNA链特征，可分为正义、反义、基因内、基因间、增强子及环状lncRNA等类型。lncRNA可由RNA聚合酶Ⅱ转录，具有细胞类型特异性表达，能作为信号分子、诱饵分子、引导分子或骨架分子，在转录水平或通过染色质重塑等方式调控基因表达，参与发育、应激响应及疾病发生等过程。

Maxam-Gilbert｜Maxam-Gilbert sequencing

Maxam-Gilbert测序是一种化学修饰法DNA序列测定技术，与Sanger双脱氧链终止法同期出现于20世纪70年代中期。该方法通过化学试剂特异修饰碱基并断裂DNA链，产生不同长度的末端标记片段，经凝胶电泳分离和放射自显影读取序列。因其技术特点，在测序自动化发展过程中逐渐被Sanger法所替代。

Mello｜Mello

Craig C. Mello是美国分子生物学家，与Andrew Fire共同发现RNA干扰（RNAi）现象，即双链RNA可高效特异性地沉默同源基因表达，他们因此获得2006年诺贝尔生理学或医学奖。RNAi机制在基因表达调控、抗病毒防御及功能基因组学研究中具有广泛意义。

ρ因子｜rho factor

ρ因子是大肠杆菌中参与转录终止的一种蛋白质辅助因子，能识别模板DNA上的依赖ρ因子的终止子序列，并利用ATP水解提供的能量解离RNA-DNA杂合体，促使RNA聚合酶停止合成并释放RNA链，从而终止转录。

长链非编码RNA｜long non-coding RNA

长链非编码RNA（long non-coding RNA，lncRNA）指长度大于200 bp的非编码RNA。根据基因组位置，可分为正义、反义、基因内、基因间、增强子及环状lncRNA等类型。lncRNA大多由RNA聚合酶Ⅱ转录，表达具有时空特异性，可作为信号分子、诱饵分子、引导分子或骨架分子，在转录水平调控基因表达。

蛋白质磷酸化｜protein phosphorylation

蛋白质磷酸化是指由蛋白激酶催化将ATP或GTP的γ-磷酸基团转移到底物蛋白质的丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸等残基上，使蛋白质带上磷酸基团的共价修饰过程；蛋白磷酸酯酶则催化去磷酸化，两者共同构成可逆的磷酸化调控。它是生物体内普遍存在的信号转导调节方式，参与细胞周期调控、基因转录、代谢等众多生理过程，常通过级联反应放大信号。

反义链｜antisense strand

反义链（antisense strand）是指在DNA双链中，作为转录模板指导RNA合成的那条链，也称模板链。以反义链为模板，RNA聚合酶按5’→3’方向合成RNA，碱基配对原则为A-U、T-A、G-C。反义链的序列与转录产物RNA互补，而另一条链（编码链或有义链）的序列与RNA相同（仅T/U替换）。

环状RNA｜circular RNA

环状RNA (circular RNA, circRNA) 是一类由共价键连接形成闭合环状结构的非编码RNA，通常来源于蛋白质编码基因的可变剪接。属于调控型非编码RNA，在转录和翻译水平调控基因表达，参与维持基因组稳定和细胞功能决定。

组蛋白的修饰｜histone modification

组蛋白的修饰是指发生在组蛋白N端尾部碱性氨基酸残基（尤其赖氨酸、精氨酸）上的多种翻译后共价修饰，包括甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化等。这些修饰共同构成“组蛋白密码”，通过影响染色质结构与功能，灵活调控基因表达及其他核内过程。修饰具有可逆性，由特定的酶（如甲基转移酶/去甲基化酶、乙酰基转移酶/去乙酰化酶）催化，且只发生在细胞周期特定时间和组蛋白特定位点，其中H3和H4的甲基化及乙酰化最为普遍。

转录调控因子｜transcription regulatory factor

转录调控因子是一类能够与基因启动子区或增强子等顺式作用元件特异性结合的DNA结合蛋白，对基因转录起激活或抑制作用。在原核生物中，它们直接结合特定启动子，调控基因表达；在真核生物中，这类因子被称为反式作用因子，包括转录激活因子和转录阻遏因子，通过DNA-蛋白质相互作用调节转录活性，决定基因的时空特异性表达。

组蛋白修饰｜histone modification

组蛋白修饰是指组蛋白（尤其是富含赖氨酸和精氨酸的H3、H4等）在特定氨基酸残基上发生的多种翻译后修饰，包括甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化等。这些修饰共同构成“组蛋白密码”，可动态、灵活地调控染色质的结构与功能。修饰作用发生在细胞周期特定时间及组蛋白特定位点上，其中H3和H4的修饰较为普遍，且以甲基化和乙酰化为主，例如甲基化由甲基转移酶和去甲基化酶催化实现可逆调控。

ρ 因子｜ρ factor

是一个相对分子质量为 2.0 \times 105 的六聚体蛋白, 它能水解各种核苷三磷酸, 是一种 NTP 酶, 它通过催化 NTP 的水解促使新生 RNA 链从三元转录复合物中解离出来, 从而终止转录。

从头合成型甲基转移酶｜de novo methyltransferase

催化未甲基化的 CpG 成为 mCpG, 它不需要母链指导, 但速度很慢, 是导致特异基因受甲基化调控的主要因子, 在基因表达的表观遗传学研究中有十分重要的地位。

反义 RNA｜antisense RNA

是指与 mRNA 互补的 RNA 分子, 也包括与其他 RNA 互补的 RNA 分子。由于核糖体不能翻译双链的 RNA, 所以反义 RNA 与 mRNA 特异性的互补结合, 即抑制了该 mRNA 的翻译。通过反义 RNA 控制 mRNA 的翻译是原核生物基因表达调控的一种方式。

基因表达｜gene expression

基因经过转录、翻译, 产生具有特异生物学功能的蛋白质分子或 RNA 分子的过程。

基因表达的表观遗传调控｜epigenetic regulation of gene expression

指在真核生物中, 发生在转录之前的, 染色质水平上的结构调整, 主要包括 DNA 修饰(DNA 甲基化) 和组蛋白修饰(组蛋白乙酰化、甲基化) 两个方面。

日常型甲基转移酶｜maintenance methyltransferase

主要在甲基化母链(模板链)指导下使处于半甲基化的 DNA 双链分子上与甲基胞嘧啶相对应的胞嘧啶甲基化。