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豆豆寫于18.12.7
這個(gè)部分是現(xiàn)在研究的熱門，因此很有必要了解一下背后的生物知識(shí)，我們不僅要做攻城獅，還要知道背后的生物意義，知己知彼，知根溯源，這樣也不枉自己辛苦跑流程
基因組比原核生物大，且只有10%左右序列可以編碼蛋白、rRNA、tRNA等（相比之下，原核生物大部分都是編碼基因），其余的序列包括大量重復(fù)序列的功能目前還不清楚；
真核生物編碼蛋白的基因不連續(xù)，轉(zhuǎn)錄后需要剪接去除內(nèi)含子，這樣就產(chǎn)生了可變剪切的分析，增加了表達(dá)調(diào)控的多樣性；
真核生物中一個(gè)結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄出一條mRNA，也就是說(shuō)，mRNA是單順?lè)醋?/strong>（monocistron）【一個(gè)轉(zhuǎn)錄完畢的mRNA內(nèi)含有外顯子對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，該mRNA只編碼一條多肽鏈】。因此，下游產(chǎn)生的功能相關(guān)的蛋白或者一種蛋白的不同亞基將涉及多個(gè)基因的協(xié)調(diào)表達(dá)
真核生物核內(nèi)基因與線粒體基因表達(dá)既獨(dú)立又相互協(xié)調(diào)，核內(nèi)基因與多種蛋白結(jié)合成染色質(zhì)，直接影響基因表達(dá)
真核生物遠(yuǎn)比原核的表達(dá)調(diào)控復(fù)雜，真核的過(guò)程包括了：染色質(zhì)激活、轉(zhuǎn)錄起始、轉(zhuǎn)錄后修飾、轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)、翻譯起始、翻譯后修飾等許多步驟。
染色質(zhì)的主要結(jié)構(gòu)元件是核小體，核小體的核心區(qū)是4種組蛋白（H2A、H2B、H3、H4各2個(gè)分子）組成的八聚體，然后外面纏繞DNA雙螺旋。其中每個(gè)組蛋白分子的氨基都會(huì)伸出核小體外 ，形成組蛋白尾巴【這些尾巴可以聯(lián)系核小體，同時(shí)也是組蛋白修飾位點(diǎn)（修飾包括對(duì)組蛋白中富含的賴氨酸、精氨酸、組氨酸等帶正電荷的堿性氨基酸進(jìn)行的乙?；?、磷酸化和甲基化等過(guò)程）】
基因被激活時(shí)，染色質(zhì)中核小體結(jié)構(gòu)變得松弛，降低了核小體對(duì)DNA的親和力，易于基因轉(zhuǎn)錄。
染色質(zhì)水平控制基因轉(zhuǎn)錄的過(guò)程中，一個(gè)比較重要的機(jī)制就是DNA甲基化，這也是目前研究比較廣泛的。甲基化簡(jiǎn)單說(shuō)就是：胞嘧啶的第5位碳原子可以在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNA methyltransferase）作用下被甲基化修飾為5-甲基胞嘧啶，常發(fā)生在CG序列中。另外，甲基化胞嘧啶在基因組的分布不均勻，有的地方含量比較高，一般將GC含量達(dá)60%，長(zhǎng)度在300-3000bp的區(qū)段叫做CpG島 。CpG島主要在基因的啟動(dòng)子和第一外顯子區(qū)域，大概超過(guò)60%的基因的啟動(dòng)子有CpG島。染色質(zhì)在轉(zhuǎn)錄活躍狀態(tài)時(shí)，CpG島的甲基化程度下降（如：管家基因的CpG島中胞嘧啶甲基化水平較低）【CpG島的高甲基化促進(jìn)染色質(zhì)形成致密結(jié)構(gòu)，不利于基因表達(dá)】
染色質(zhì)水平上的調(diào)控可以遺傳給子細(xì)胞，原因就是細(xì)胞內(nèi)存在具有維持甲基化作用的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶，可以在DNA復(fù)制后，按照親本DNA鏈的甲基化位置對(duì)子鏈DNA的相同位置進(jìn)行甲基化修飾【像這種遺傳信息不在DNA中，而通過(guò)影響染色質(zhì)結(jié)構(gòu)及改變基因表達(dá)的方式，就是目前研究火熱的“表觀遺傳”（epigenetics）】
不管真核還是原核，轉(zhuǎn)錄起始都是基因表達(dá)調(diào)控的關(guān)鍵一步
對(duì)于真核生物來(lái)講，必須知道一個(gè)東西：順式作用元件 （cis-acting element）。它位于編碼基因兩側(cè)，是可以影響自身基因表達(dá)活性的DNA序列，常常是非編碼序列。真核基因組中的每一個(gè)基因都有自己特異的順式作用元件，一般分為啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、沉默子等
簡(jiǎn)單說(shuō)，順式作用元件就是：調(diào)控序列與被調(diào)控序列位于同一條DNA鏈；
我們還聽(tīng)過(guò)反式作用因子（trans-acting factor）：調(diào)控序列遠(yuǎn)離被調(diào)控的編碼序列，只能通過(guò)調(diào)控序列的表達(dá)產(chǎn)物發(fā)揮作用。這樣的產(chǎn)物，不僅能對(duì)同一條鏈的結(jié)構(gòu)基因進(jìn)行表達(dá)調(diào)控，還可以對(duì)不在同一鏈的結(jié)構(gòu)基因進(jìn)行調(diào)控
一般包括轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)以及上游100-200bp的序列，包括許多功能獨(dú)立的DNA序列元件，每個(gè)元件7-30bp左右。
眾多的功能元件中，最經(jīng)典的是TATA box，它的共有序列是TATAAAA，一般位于轉(zhuǎn)錄起始上游-25~-30bp區(qū)域，是基本轉(zhuǎn)錄因子TF II D的結(jié)合位點(diǎn)。除了TATA，還有GC box（GGGCGG）、CAAT box（GCCAAT）
長(zhǎng)度大約200bp，顧名思義，就是增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄效率（百倍以上）。核心組件常為8-12bp，單拷貝或多拷貝串聯(lián)形式存在，另外也包含許多功能組件。增強(qiáng)子和啟動(dòng)子經(jīng)常交錯(cuò)覆蓋或連續(xù)排布。一般有以下的功能：
增強(qiáng)子與被調(diào)控基因位于同一條DNA鏈，屬于順式作用元件
增強(qiáng)子不僅可以在基因的上游或下游起作用，還可以遠(yuǎn)距離調(diào)節(jié)（通常為1-4kb），甚至更遠(yuǎn)可以影響到30kb以外的基因
發(fā)揮作用與序列方向無(wú)關(guān)，也就是說(shuō)，將增強(qiáng)子方向倒置依然起作用【如果是啟動(dòng)子，倒置后就不能起作用】
增強(qiáng)子需要啟動(dòng)子才能發(fā)揮作用，但并不是說(shuō)一個(gè)增強(qiáng)子就必須搭配一個(gè)啟動(dòng)子，它們之間是沒(méi)有專一性的，同一個(gè)增強(qiáng)子可以影響不同類型的啟動(dòng)子
屬于負(fù)調(diào)控元件，作用不受序列方向影響，也能遠(yuǎn)距離起作用，可以對(duì)異源基因起作用
轉(zhuǎn)錄因子（transcription factor， TF）是真核基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白。大多數(shù)的轉(zhuǎn)錄因子由其編碼基因表達(dá)后，進(jìn)入細(xì)胞核，然后識(shí)別、結(jié)合特異的順式作用元件從而增強(qiáng)或降低相應(yīng)基因的表達(dá)。
真核生物轉(zhuǎn)錄調(diào)控的基本方式：轉(zhuǎn)錄因子對(duì)順式作用元件的識(shí)別與結(jié)合，通過(guò)DNA-蛋白的相互作用實(shí)施調(diào)控
轉(zhuǎn)錄因子是反式作用因子；但是并非所有的轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白都是反式作用，有些基因產(chǎn)物可以特異識(shí)別、結(jié)合自身的調(diào)節(jié)序列，這中調(diào)節(jié)蛋白就是順式作用因子
上圖中，蛋白A由它的編碼基因表達(dá)后，通過(guò)與B基因特異的順式作用元件的識(shí)別、結(jié)合，反式激活B基因的轉(zhuǎn)錄，因此蛋白A就是反式作用因子；
B基因的產(chǎn)物可以特異性識(shí)別、結(jié)合自己的調(diào)節(jié)序列，B調(diào)節(jié)蛋白就是順式作用因子
轉(zhuǎn)錄因子一般分為：通用轉(zhuǎn)錄因子和特異轉(zhuǎn)錄因子
RNA聚合酶介導(dǎo)基因轉(zhuǎn)錄時(shí)必需的一類輔助蛋白，幫助聚合酶與啟動(dòng)子結(jié)合并起始轉(zhuǎn)錄【對(duì)所有基因都必需，沒(méi)有組織特異性，因此也叫“基本轉(zhuǎn)錄因子”】
個(gè)別基因轉(zhuǎn)錄需要，有的起轉(zhuǎn)錄激活作用（“轉(zhuǎn)錄激活因子”），有的轉(zhuǎn)錄抑制（“轉(zhuǎn)錄抑制因子”）。轉(zhuǎn)錄激活因子一般是一些增強(qiáng)子結(jié)合蛋白（enhancer binding protein, EBP）；多數(shù)轉(zhuǎn)錄抑制因子是沉默子結(jié)合蛋白，當(dāng)然還有不依賴DNA起作用的，比如通過(guò)蛋白-蛋白互作來(lái)“中和”轉(zhuǎn)錄激活因子，降低它們?cè)诩?xì)胞內(nèi)的有效濃度，從而抑制基因轉(zhuǎn)錄。
關(guān)于結(jié)構(gòu)：大多轉(zhuǎn)錄因子是DNA結(jié)合蛋白，至少有兩個(gè)不同的結(jié)構(gòu)域：DNA結(jié)合域（DNA binding domain）和轉(zhuǎn)錄激活域（activation domain）。其中DNA結(jié)合域主要有鋅指模體（zinc finger）、堿性螺旋-環(huán)-螺旋（bHLH）、堿性亮氨酸拉鏈（bZIP）；轉(zhuǎn)錄激活域分為：酸性激活結(jié)構(gòu)域（與 TF II D協(xié)助）、谷氨酰胺富含結(jié)構(gòu)域（與GC box結(jié)合）、脯氨酸富含結(jié)合域（與CAAT box結(jié)合）
因?yàn)檎婧松锏腞NA產(chǎn)物要被送到細(xì)胞質(zhì)中發(fā)揮作用，因此它的穩(wěn)定性和降解過(guò)程影響了后續(xù)的基因表達(dá)
在所有RNA分子中，mRNA壽命最短。真核生物的mRNA半衰期差別很大，長(zhǎng)的有數(shù)十小時(shí)，短的只有幾十分鐘。一般半衰期短的mRNA多為編碼調(diào)節(jié)蛋白，受環(huán)境變化大?？傮w上，影響mRNA穩(wěn)定性的因素主要有：
5’帽子結(jié)構(gòu)：作用是保護(hù)mRNA免除5‘-核酸外切酶的作用，并且與相應(yīng)的帽子結(jié)合蛋白作用提高翻譯效率，參與mRNA從細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)
3’polyA尾巴：作用是防止3‘核酸外切酶降解，還參與翻譯起始過(guò)程
轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mRNA前體包含內(nèi)含子、外顯子。一般需要剔除內(nèi)含子后變成一個(gè)成熟的mRNA，然后被翻譯成多肽鏈。但實(shí)際上，參與拼接的外顯子可以不按在基因組上的線性分布次序拼接，并且內(nèi)含子也可以不完全切除。
選擇性剪切的結(jié)果是：同一條mRNA前體產(chǎn)生了不同的成熟mRNA，并因此產(chǎn)生了不同的蛋白，這些蛋白的功能可以完全不同。
目前關(guān)于內(nèi)含子的功能也是一個(gè)研究的方向，例如細(xì)菌丟失內(nèi)含子，可以使染色體變小而加快復(fù)制速度；真核生物保留內(nèi)含子，可以產(chǎn)生外顯子移動(dòng)，利于真核生物在環(huán)境改變時(shí)，合成功能不同但結(jié)構(gòu)上僅有微小差別的蛋白
miRNA：屬于小分子非編碼RNA，長(zhǎng)約22堿基；不同生物中有一定的保守性；有明顯的表達(dá)階段特異性和組織特異性；以單拷貝、多拷貝、基因簇等形式存在于基因組，大部分位于基因間隔區(qū)；通過(guò)堿基互補(bǔ)與特異的mRNA結(jié)合使其降解
siRNA：干擾小RNA是一類雙鏈RNA，可以通過(guò)酶切機(jī)制產(chǎn)生特定長(zhǎng)度的（21-23堿基）和特定序列的小片段RNA。雙鏈siRNA與特異靶mRNA完全互補(bǔ)結(jié)合，降解mRNA，組織翻譯過(guò)程（即RNA干擾 RNA interference， RNA i）
長(zhǎng)鏈非編碼RNA（lncRNA）：轉(zhuǎn)錄本超過(guò)200核苷酸，不直接參與基因編碼和蛋白合成
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