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基因表現的調控 - Coggle Diagram
基因表現的調控
真核細胞基因表現的調控
差異型基因表現（differential gene expression）
擁有相同基因體的細胞表現不同的基因
染色質結構調控
基因啟動子相對於核小體的位置
DNA附著於染色體支架或胞核片層的位置
異染色質緊縮抑制轉譯
組蛋白和DNA的化學修飾
組蛋白修飾
組蛋白尾部有可供修飾的氨基酸
加上甲基（CH3）、乙醯基（COCH3）、磷酸基
組蛋白乙醯化（histone acetylation）
使結構鬆散促進轉錄
未乙醯化即已緊縮
組蛋白甲基化
使結構緊縮抑制轉錄
DNA鹼基甲基化（methylation）
特別是胞嘧啶
常見於動物、植物、真菌
甲基化樣式可被傳遞
複製過後酵素使子股正確甲基化
基因體印記（genomic imprinting）
哺乳類動物發育開始時永久調控某些母系或父系等位基因表現
特定組織保有胚胎發育時期的化學紀錄
基因表觀遺傳（epigenetic inheritance）
未涉及核苷酸序列本身機制的遺傳
可被逆轉
配子時期可抹去並重建
轉錄起始的調控
調控元（control element）
供調控性蛋白質結合的非編碼DNA片段
近端調控元（proximal control elements）
有時被視為啟動子的一部份
遠端調控元（distal control element）
強化子（enhancer）
一組相鄰的調控元
通常為10個左右
僅和特定基因搭配
和活化蛋白或抑制蛋白結合
包含各一個以上的DNA結合域和活化域（和其他蛋白結合）
每種細胞所含的活化/抑制蛋白組合不相同
活化蛋白的調控
透過蛋白質媒介式彎曲（protein-mediated bending）
媒介蛋白和活化蛋白結合，並和啟動子上的蛋白互動
促使組蛋白乙醯化
抑制蛋白的調控
直接阻礙活化蛋白結合
阻礙活化蛋白和幫助其結合的蛋白質結合
緘默化（silencing）
使組蛋白去乙醯化
最常見
轉錄因子
一般型轉錄因子
所有蛋白質編碼型轉錄均需要
少數可自行附著至DNA序列
TATAbox
多數藉由蛋白質間互動
專一型轉錄因子
指調控元和與其結合的蛋白
協同性受控基因
少有如細菌中操作組的存在
多藉由特殊的調控元組合達到同步轉錄
胞核架構
轉錄工廠
不同染色體的環圈延伸自特定位置匯聚
具有特定轉錄相關蛋白質和RNA
染色體的移動受限制、位於特定位置
轉錄後調控
RNA加工
選擇式RNA剪接（alternative RNA splicing）
特定調控蛋白附著至初級轉錄本操控內含子和外顯子的選擇
轉譯前調控
調節蛋白結合到 mRNA 5'端或3'端非轉譯區，阻礙核糖體附著
全面性調控（global control）
所有mRNA同步調控
涉及啟動轉譯所需的蛋白質因子
受精作用後卵的起始因子被活化，儲存性mRNA大量轉譯
mRNA被降解前的壽命
原核生物僅約數分鐘
真核生物多超過數小時
取決於3'端非轉譯區
蛋白質加工和降解
多肽經過切割
胰島素原
蛋白質經化學修飾
可逆式磷酸話
加上糖鏈
送至標靶目的地
選擇式分解（selective degradation）
泛蛋白
接至必須相對短命的蛋白
週期蛋白
蛋白質酶體
巨型蛋白質複合體
分解被標籤的蛋白質
癌症
致癌原基因（proto-oncogenes）
類似某些病毒中發現的致癌基因
腫瘤病毒（tumor）
Epstein-Barr virus
引起傳染性單核球增多症
和包括Burkitt's 淋巴癌在內的癌症有關
乳突狀瘤病毒
和子宮頸癌有關
human T-cell lymphotropic virus 1（HTLV-1）
引起成人的白血病
約15%的癌症有關
干擾基因調控
將基因物質嵌入DNA
帶來致癌基因
破壞抑瘤基因
使原致癌基因轉變為致癌基因
製造使抑瘤基因喪失活性的蛋白質
編碼刺激細胞生長和分裂的蛋白質
致癌原因
蛋白質產物增加
基因易位或轉位使新的啟動子或調控元靠近原致癌基因
增量（amplification）
重複多次的基因倍增（gene duplication）
啟動子或強化子出現點突變
蛋白質產物的活性增加
編碼序列出現點突變
ras基因
一種有關細胞週期調控的G蛋白
突變型會過度活躍
出現在30%以上的癌症
抑瘤基因（tumor-suppressor genes）
所編碼的蛋白質產物可防止細胞不受控增生
修補受損的DNA
防止細胞累積致癌性突變
控制細胞間的黏著或胞外基質的附著
細胞傳訊路徑的蛋白質
控制細胞週期
p53基因
分子量為53000amu
編碼促進細胞週期抑制蛋白的專一性轉錄因子
致活p21基因
和週期蛋白依賴性激酶結合以中止細胞週期
激活miRNA以抑制細胞週期
啟動負責DNA修復的基因
DNA損傷嚴重時致活自殺基因
基因體的守護天使
也和DNA或組蛋白的修飾、miRNA有關
多步驟途徑致癌
年紀越大越容易得到癌症
家族中某些基因的遺傳使其靠近致癌門檻
至少約6次變化才會造成癌化
一個致癌基因和數個抑瘤基因
且抑瘤基因的突變型多為隱性（致癌基因多為顯性）
對癌症的了解使篩檢得以識別特徵
結直腸癌
抑瘤基因APC（或其他）丟失形成瘜肉
ras致癌基因活化或抑瘤基因SMAD4丟失形成腺瘤
抑瘤基因p53丟失或突變使其成為惡性腫瘤
乳癌
luminal A、B
過度表現動期數受體α和黃體酮受體
HER2
過度表現某種酪胺酸激酶
basal-like
未過度表現以上特徵
抑瘤基因BRCA1、2蛋白丟失
蛋白質產物可修補DNA損傷
非蛋白質編碼型DNA
大多編碼非編碼型RNA（nocoding RNAs）
非蛋白質編碼型RNA（non-protein-coding RNAs）
包括各式小型RNA
調控mRNA
微小RNA（microRNAs, miRNAs）
22個核苷酸長的單股RNA
RNA前驅物（絕大部分雙股的RNA）經酵素加工
小型干擾RNA（small interfering RNAs, siRNAs）
結構與miRNA類似，僅前驅有些許不同
阻擾的基因表現稱為RNA干擾（RNAi）
與一或多個蛋白質形成複合體
和至少 7 個核苷酸互補mRNA結合
阻止其轉譯或將其分解
可調節超過二分之一的mRNA
染色質重塑
酵母菌的siRNA
中節DNA轉錄後轉譯，由酵素形成雙股RNA
加工後和蛋白質結合為複合體
和中節處產生的RNA轉錄本結合
引起酵素修飾組蛋白並使中節染色體緊縮
piwi相關型RNA（piRNA）
誘導異染色質產生
阻斷轉位子表現
24到31個核苷酸
單股RNA前驅物加工而來
在配子形成期間建立甲基化樣式
XIST基因轉錄本
附著於X染色體上使其不活躍
絕大部分的DNA都是
少部分編碼rRNA或tRNA
胚胎發於的基因程式
細胞分裂
細胞分化（cell differentiation）
型態生成（morphogenesis）
賦予生物體形狀的物理程序
樣式形成（pattern formation）
位置資訊
控制樣式型的分子線索
決定細胞的三個體軸和與鄰近細胞的相關位置
果蠅
模組式架構
有次序性的連續體節
前後軸、頭尾軸（anterior-posterior axis）
背腹軸（dorsal-ventral axis）
劉易士實驗
同源異形基因（homeotic gene）
控制樣式形成
紐士蘭-波哈和魏喬斯的實驗
母效基因（maternal effect genes）
在母體中編碼胞質定型物
卵向基因（egg-polarity gene）
成形物濃度梯度假說
2 more items...
基因多、突變後在胚胎或幼蟲致死、同時涉及母體和胚胎的基因
困難
以定型細胞達到具有特化構造和功能的過程
定型（determination）
胚胎細胞不可逆地成為特定細胞類型
組織專一性蛋白質的基因開始表現時（即mRNA存在）
肝細胞製造白蛋白
水晶體細胞製造晶蛋白
脊椎動物的骨骼肌細胞
有多細胞核的長纖維
高濃度的肌凝蛋白和肌動蛋白特化版
偵測神經細胞訊號的受體蛋白
肌原細胞和肌肉專一性蛋白融合而成
主控基因為 MyoD
其轉錄產物可致活其他編碼肌肉專一性轉錄因子的基因
主控基因（master regulatory）
編碼可附著至強化子調控元上的轉錄因子
胞質定型物（cytoplasmic）
細胞質中源自母體DNA編碼的mRNA和蛋白質
分布不均勻
有絲分裂後胞質定型物的組合決定發展方向
誘導（induction）
細胞周圍的環境使細胞發生變化
鄰近細胞的表面接觸
鄰近細胞分泌的生長因子組合
傳訊分子改變基因表現而影響細胞發育
原核生物代謝調控的層次
酵素調控
操作組調控（operon model）
在轉錄層次調整酵素產量
操作組（operon）
操作子（operator）
在啟動子當中
藉由調節蛋白調控
調節基因（regulatory gene）
通常和操作組基因相隔
有獨自的啟動子
多為別構蛋白（allosteric protein）
編碼調節基因
原本就存在於細胞中
透過輔抑制物、誘導物控制活性
包含操作子、啟動子、編碼產物的基因（一個轉錄單位）
轉錄單位
多個功能相關的基因組成
各轉錄產物具有獨立的起始密碼子
共享相同的啟動子
基因負調控
可抑制型操作組（repressible operon）
轉錄通常開啟
調節蛋白受輔抑制物調控
多編碼可誘導型酵素
常見於同化代謝路徑
可誘導型操作組（inducible operon）
轉錄通常關閉
調節蛋白受誘導物調控
多編碼可抑制型酵素
常見於異化代謝路徑
基因正調控
透過別構調節蛋白和啟動子的解和，促進RNA聚合酶和DNA結合
調節蛋白直接和基因作用並開啟轉錄