真核转录的结构生物学——2006年诺贝尔化学奖简介

用X射线晶体学方法测定的一系列RNA聚合酶Ⅱ复合物结构揭示了真核转录的分子机制.     

真核基因转录调控因子的研究

生物的遗传信息全都编写在DNA分子上。在进行基因表达时,基因首先被转录成mRNA,然后翻译成蛋白质。这是生物学中最基本的规律。正是在这个规律基础上,把从微生物到人的各类生物统一成为一个大的生物系统。     

真核细胞中基因的转录调控

叙述了真核细胞三种RNA聚合酶合成的基因的转录调控.由于真核细胞DNA含量非常大,其基因的转录调控具有以下特点：参与的转录因子多;与顺式DNA序列元件结合呈一定顺序.这反映了真核细胞中基因的转录调控是由多个转录因子间的相互作用来实现的．     

RNA聚合酶Ⅱ转录延伸因子

当RNA聚合酶Ⅱ(RNAPⅡ)离开启动子开始转录延伸时,会遇到包括紧密包装形成染色质的核小体在内的多种障碍,细胞内存在多种因子可协助RNAPⅡ克服这些障碍,保证转录的顺利进行。遗传和生化研究已经分离和鉴定了一些在此过程中起作用的延伸因子(elongation factor),现依据作用方式和效果对目前发现的主要延伸因子的研究进展进行了分类综述。     

真核mRNA转录终止机制

真核RNA聚合酶Ⅱ催化的mRNA转录是基因表达中一个重要阶段,但是对它的终止过程却知之甚少。大量实验表明,真核mRNA转录终止涉及到RNA聚合酶Ⅱ最大亚基（Rpb1）C末端结构域和多种转录终止相关因子以及两者之间的相互作用。这些结果初步勾画了真核mRNA转录终止的一般过程。     

三十年磨一剑———2006年诺贝尔化学奖得主Roger Kornberg关于真核基因转录机制的研究

2006年的诺贝尔化学奖授予了美国斯坦福大学的科恩伯格（Roger D．Komberg）教授,以表彰他在真核基因转录的分子机制研究方面做出的卓越贡献。在细胞中,DNA的复制、RNA的转录和蛋白质的翻译是生命活动的核心过程。因此,研究遗传信息如何从DNA到RNA再到蛋白质的传递过程一直是分子生物学研究的核心课题。科恩伯格的工作则在分子水平上向我们展示了RNA聚合酶Ⅱ（RNA polymerase Ⅱ）及各种蛋白因子在DNA模板上合成作为蛋白质合成模板的信使RNA（mRNA）的过程,为在转录水平阐明真核基因的表达调控奠定了分子结构基础。     

真核基因转录和调控

与原核生物的基因组相比,真核生物的基因组包含更多遗传信息。人细胞基因组比大肠杆菌的大一千倍。真核生物基因组DNA结构中有高度重复顺序,中等重复顺序和单考贝顺序的相间安排。     

真核基因反义RNA研究进展

反义RNA是指能与特定mRNA互补的RNA片段。本文介绍了近年来真核基因反义RNA研究的一些进展,包括不同基因反义RNA的作用,反义RNA抑制作用的特点,以及反义RNA的抑制机理。反义RNA对基因表达具有高度专一性的调控作用,因此可利用它研究特定基因在细胞生长、分化中的作用,同时,反义RNA系统也可用于抑制有害基因的表达,从而为治疗提供新的途径。     

真核基因启动子非依赖的功能转录延伸复合物的体外组装

真核生物RNA聚合酶Ⅱ的持续合成能力对基因转录过程中每一个阶段,包括启动子脱离、转录暂停、转录终止以及转录偶联DNA损伤修复过程的调节至关重要.在RNA聚合酶Ⅱ介导的转录延伸过程中,其和模板DNA及转录产物RNA紧密结合,形成一个非常稳定的延伸三维复合物(elongationcomplex,EC).此特征性“泡”状结构的形成是RNA聚合酶Ⅱ持续合成能力所必需的.在不依赖启动子及众多转录起始因子的条件下,利用人工合成的RNA与DNA寡核苷酸,在体外组装形成具有功能转录活性的延伸复合物.结果表明,长度为9个核苷酸的RNA与模板DNA形成的杂合分子对转录延伸复合物的形成是必需的,而非转录模板DNA链的加入导致最终活性转录“泡”状复合物的形成,并可转录形成与模板相关的转录产物,进一步通过在模板DNA的特定位置引入一个乙酰氧乙酰氨基芴修饰基团,可特异性地阻断转录延伸过程,从而显示该系统在研究真核基因转录及转录偶联DNA损伤修复机制中的潜在应用价值.     

蛋白质－DNA相互作用与真核基因转录

结合最近几年对真核转录调节因子和DNA的结构与机能研究,概述了蛋白质-蛋白质及蛋白质-DNA相互作用方式以及介导相互作用的分子结构基础,论述了转录因于之间、转录因子与DNA之间相互作用过程中的协同与拮抗作用、发生机制及其在真核基因转录调节中的普遍性和重要意义.     

T7启动子-11碱基突变对转录影响的研究

T7噬菌体启动子能被T7RNA聚合酶和真核生物RNA聚合酶Ⅱ系统启动转录 ,为研究两个系统转录的关键碱基 ,将合成的T7噬菌体启动子 1 1变异体与报道基因CAT基因连在一起。体内CAT和体外狭缝RNA杂交实验显示 : 1 1碱基是T7RNA聚合酶和真核生物RNA聚合酶Ⅱ系统启动T7启动子的关键碱基之一。     

具有重要应用价值的真核表达系统

基于Ｔ７ＲＮＡ聚合酶与Ｔ７强启动子（Φ１０）间的特异认识而建立起来的偶联表达系统在大肠杆菌中已取得了令人满意的结果。最后，该系统在酵母、昆虫、浦乳动物细胞和植物细胞中陆续实现了高效表达。Ｔ７ＮＲＡ聚合酶－Φ１０启动子偶联表达系统的相对独立性和高效性，不仅预示着该系统可以在真核基因工程中发挥重要作用，而且其独特的作用机制为人们探索新的特异高效真核表达系统提供了一个可供借鉴的模式。     

真核转录抑制因子调控机制的研究进展

转录调控是分子生物学领域的研究热点,其中转录抑制因子通过与特异蛋白因子或染色体部位结合来阻碍基因的活化,对转录进行负调控。按照作用距离或抑制作用的直接与间接性来划分其调控机制,是过去比较主流的分类标准。但人们逐渐发现,许多转录抑制因子很难用这种标准进行确切的分类,于是又提出了一种新的、更加科学的分类方法：按照抑制作用是通过与基本转录复合物直接结合来发挥作用,通过转录激活因子间的相互作用来实现,还是通过改变染色体结构来完成,将转录抑制因子分为三类。     

哺乳动物抑制型转录因子及启动子对的全新设计与构建

转录因子及启动子是基因回路的基础。相较于原核启动子,真核启动子作用机制复杂,增加了全新设计与改造的难度。目前有限数量的真核转录因子及启动子成为在哺乳动物细胞中设计并实现复杂基因回路以满足各类临床或工业应用需求的瓶颈。文中介绍了基于能够结合特定DNA序列的DNA结合结构域,通过柔性连接肽连接到转录抑制模块KRAB,构建抑制型转录因子以及通过在SV40启动子下游插入结合序列构建对应启动子的方法。而后,在哺乳动物细胞系中通过流式细胞术对其抑制转录的强度、不同转录因子及启动子对之间的正交性进行了测定。文中提供了一套标准化的、可调节的转录因子及启动子的全新设计与构建方案。基于该方案所构建的5对抑制型转录因子及启动子对能够在哺乳动物细胞中起到不同程度的抑制效果且相互正交。文中构建的哺乳动物转录因子及启动子对扩充了哺乳动物生物元件库,为构建复杂真核基因回路打下了基础;运用该设计方法能够根据需求构建更多正交的人工转录因子及启动子对。     

细菌转录起始调控机制*

原核生物同一种群的每个细胞都是和外界环境直接接触的,它们主要通过开启或关闭某些基因的表达来适应环境条件。所以,环境因子往往是调控的效应因子,必须严格调控转录来确保细胞对环境改变做出有效且充分的反应。原核生物基因的表达受多种因素的调控,而对于大多数细菌来说,调控基因表达的关键步骤是启动子识别和RNA聚合酶启动转录。在细菌的细胞中,可以通过调节RNA聚合酶的活性以及改变RNA聚合酶对启动子的结合来优化基因的转录过程以适应不同环境变化。总结了目前已发现的参与细菌细胞转录调节的各类因子,从这些因子对启动子的作用、RNA聚合酶的作用以及两者的相互作用等方面阐述它们调控基因表达的分子机制。总结多种基因调控的作用,加深对转录起始过程的认识,希望能对未来调控转录起始过程来实现目标基因的高效表达和不利基因的抑制表达提供思路,为以后的工业菌株改造提供依据。