第四节 基因的表达调控与癌基因
基因表达 =基因转录 +翻译
基因表达的调控,
生物体随时调整不同基因的表达状态,
以适应环境、维持生长和发育需要基因的表达调控包括
基因水平的调控
转录水平的调控
转录产物加工的调控
mRNA从细胞核向胞质转运过程的调控
翻译水平的调控以及翻译后的加工等基因表达的调控方式阻遏
负调控,调控蛋白 +DNA序列 基因的表达
(相应蛋白质 降低 )
促进
正调控,调控蛋白 +DNA序列 基因的表达
(相应蛋白质 增加 )
一 原核生物基因表达的调控
方式
特点
调控机制
--操纵子
正调控
负调控
转录翻译偶联
快速
乳糖操纵子 --负、正调控转录 起始 的调控
色氨酸操纵子 --负调控转录 终止 的调控一个操纵子
=编码序列（ 2-6）
+启动序列 +操纵序列 +(其他调节序列 )
操纵子,原核生物 中几个功能相关的结构基因成簇串联排列组成的一个基因表达的协同单位启动子 操纵序列 多个结构基因 终止子
5’ 3’
调控区结合 RNA聚合酶和调节蛋白编码功能相关的蛋白质介导转录终止转录出多顺反子 mRNA，
翻译后得到多种蛋白质操纵子的基本结构启动子 P 操纵序列 O 终止子
5’ 3’
CAP结合位点三个结构基因
Z Y A
β半乳糖苷酶乳糖通透酶乙酰化酶乳糖操纵子转录调控机制
（一）乳糖操纵子的结构
5’
P I P 操纵序列 O 终止子
3’
CAP结合位点 Z Y A
阻遏蛋白
I
×
别乳糖 （或 IPTG）
乳糖
mRNA
5’
P I P 操纵序列 O 终止子
3’
CAP结合位点 Z Y A
阻遏蛋白
×
I
（二）阻遏蛋白的负性调节
1.阻遏
2.去阻遏启动子 P 操纵序列 O 终止子Z Y A
cAMP CAP
cAMP CAP RNA聚合酶
CAP结合位点
mRNA
5‘ 3‘
2,高葡萄糖浓度
5’
启动子 P 操纵序列 O 终止子
3’
CAP结合位点 Z Y A
×
cAMP
×
1,低葡萄糖浓度
（三） CAP-cAMP的正性调节二 真核生物基因表达的调控
（一） 转录前基因水平的调控
（二） 转录水平的调控
（三） 转录后水平的调控
（四） 翻译水平的调控
（五） 翻译后蛋白质的加工
（一） 转录前基因水平的调控
1 对核酸酶敏感，活化基因区易被 DNase I降解
2 DNA拓扑结构发生变化
3 DNA碱基修饰呈低甲基化状态
4 组蛋白的变化
（二）转录水平的调控启动子 沉默子增强子
a,启动子,RNA聚合酶和基本转录因子识别和结合的部位，
它们在启动子上组装成转录起始复合物
b,增强子：长度为 100-200bp的含有特异的重复的 DNA短片段，是一些特异的转录活化因子结合部位，可增强相关基因的转录活性。
c,沉默子：为负性调控元件。特异的蛋白质因子与沉默子结合后可抑制基因转录起始。
1.顺式作用元件,DNA上的一段特定序列，可以和转录因子特异性结合。
2,反式作用因子：
与顺式作用元件特异结合的蛋白质，可调节基因转录活性转录因子启动子 结构基因增强子 沉默子转录因子 RNA聚合酶 II
mRNA
三,癌基因与抑癌基因
（一）癌基因的发现与分类癌基因,是一类普遍存在于正常细胞内调控细胞增殖和分化的重要基因当它受到物理、化学或病毒等因素的作用，
被,活化,而失去正常功能时才会导致正常细胞的恶性转化原癌基因,在正常细胞中以非激活形式存在的癌基因癌基因 产物在细胞内的定位
sis 胞浆功能
PDGF
erb-B 质膜 EGF受体
ras 胞浆 具有 G蛋白功能
fos
jun
细胞核 转录因子部分癌基因的定位与功能
（二）原癌基因的激活
1,基因突变,各种理化因素造成的 DNA损伤与突变
2,基因重排,基因易位
3,基因扩增：
4,基因插入：
（三）抑癌基因
1,视网膜母细胞瘤（ Rb）基因
Rb基因 P105Rb蛋白去磷酸化形式磷酸化形式 促进细胞分裂抑制细胞分裂
2,P53基因
P53基因 P53蛋白分子量为 53Kd
调节细胞周期抑癌基因 染色体定位
RB1 13q1
相关肿瘤视网膜母细胞瘤，肺癌等
p53 17p 肺癌，肝癌等
BRCA1 17q21 乳腺癌
p16 9q21 黑色素瘤部分抑癌基因第五节 基因重组、基因诊断与基因治疗一、重组 DNA（基因工程）
在体外按照一定的目的和方案对 DNA分子进行人工操作，将同一来源或异源的基因进行重组，然后把他们引入适当的受体细胞中，随着细胞的繁殖,DNA重组体得到扩增，并同时得到表达
（一）重组 DNA常用的工具酶
1,限制性内切酶限制性内切酶 专一性 来 源
BamH I
Hind III
EcoR I
5’GGATTC3’
5’GAATTC3’
5’AAGCTT3’
3’CCTAGG5’
5’CTTAAG3’
5’TTCGAA3’
液化芽孢杆菌大肠杆菌 Ry13
流感嗜血杆菌 Rd
分子克隆,将单一基因引入适当的受体细胞基因组 DNA中，使其进行复制，
从而重组 DNA的大量拷贝。
基因 基因组 DNA
复制重组 DNA
（二）重组 DNA中常用的载体
1,质粒,细菌染色体外能自主复制的小分子
DNA，多为环状双链结构克隆载体,能携带外源基因进入受体细胞，
并能在受体细胞内复制和表达的 DNA分子自主复制
2,噬菌体 DNA,可在细菌内复制
3,病毒,可在宿主细胞内复制
4,酵母人工染色体载体,为酵母基因和质粒 pBR322人工拼接的载体，可在大肠杆菌中复制,
2,DNA连接酶,
3,逆转录酶,
4,其它酶类,
mRNA cDNA逆转录酶
（三）基因工程的基本过程目的基因的制备载体 DNA的选择与制备目的基因与载体 DNA的体外重组重组 DNA分子导入受体细胞筛选及鉴定含重组分子的受体细胞扩增重组分子以表达目的基因 目的基因扩增与表达目的基因质粒载体
positive
GAPDH
阳性对照
500bp
1 2 M
电泳图：
1,SHEE细胞 2,SHEEC细胞 3,DNA ladder
pGEM-T easy载体图重组质粒的酶切鉴定图
1,3,5,7：重组质粒； 2,4,6,8,EcoR I酶切后的重组质粒；
M1,λDNA/ EcoR I + Hind III markers ； M2,DNA ladder
2027bp
5148bp
500bp
M1 1 2 3 4 5 6 7 8 M2
（四）基因工程的意义
1,制药
2,农业基因工程
3,植物基因工程
4,基因治疗
5,其它二、基因诊断基因诊断：
用分子生物学的技术对遗传病肿瘤以及传染性疾病等在基因水平上进行病原学以及细胞遗传基因的检测和分析
（一）限制性片段长度分析依据,限制性内切酶能识别 DNA上特定碱基序列。当基因发生突变时，可能会改变内切酶的识别位点。因而，用适当的限制性内切酶水解 DNA时，所得到的片段长度会发生改变应用,遗传病、肿瘤等疾病的诊断应用,遗传病、肿瘤等疾病的诊断正常 病变
SNP诊断疾病示意图
（二）分子杂交技术依据,核酸的变性和复性应用,遗传病、肿瘤和传染性疾病的诊断探针探针
DNA
应用,遗传病、肿瘤和传染性疾病的诊断正常 病变分子杂交诊断疾病示意图
（三）聚合酶链式反应依据：可对特定基因进行体外扩增。
应用,遗传病的诊断、肿瘤和传染性疾病的检测等。
原理：
（三）聚合酶链式反应依据：可对特定基因进行体外扩增应用,遗传病的诊断、肿瘤和传染性疾病的检测等原理：
变性退火延伸正常 病变
PCR诊断疾病示意图三个阶段,变性 退火
（复性）
延伸聚合酶链式反应的原理循环
（四）其它方法
1,基因芯片
2,蛋白芯片
3,组织芯片
（四）其它方法
1,基因芯片基因芯片示意图待测的基因探针
基因表达 =基因转录 +翻译
基因表达的调控,
生物体随时调整不同基因的表达状态,
以适应环境、维持生长和发育需要基因的表达调控包括
基因水平的调控
转录水平的调控
转录产物加工的调控
mRNA从细胞核向胞质转运过程的调控
翻译水平的调控以及翻译后的加工等基因表达的调控方式阻遏
负调控,调控蛋白 +DNA序列 基因的表达
(相应蛋白质 降低 )
促进
正调控,调控蛋白 +DNA序列 基因的表达
(相应蛋白质 增加 )
一 原核生物基因表达的调控
方式
特点
调控机制
--操纵子
正调控
负调控
转录翻译偶联
快速
乳糖操纵子 --负、正调控转录 起始 的调控
色氨酸操纵子 --负调控转录 终止 的调控一个操纵子
=编码序列（ 2-6）
+启动序列 +操纵序列 +(其他调节序列 )
操纵子,原核生物 中几个功能相关的结构基因成簇串联排列组成的一个基因表达的协同单位启动子 操纵序列 多个结构基因 终止子
5’ 3’
调控区结合 RNA聚合酶和调节蛋白编码功能相关的蛋白质介导转录终止转录出多顺反子 mRNA，
翻译后得到多种蛋白质操纵子的基本结构启动子 P 操纵序列 O 终止子
5’ 3’
CAP结合位点三个结构基因
Z Y A
β半乳糖苷酶乳糖通透酶乙酰化酶乳糖操纵子转录调控机制
（一）乳糖操纵子的结构
5’
P I P 操纵序列 O 终止子
3’
CAP结合位点 Z Y A
阻遏蛋白
I
×
别乳糖 （或 IPTG）
乳糖
mRNA
5’
P I P 操纵序列 O 终止子
3’
CAP结合位点 Z Y A
阻遏蛋白
×
I
（二）阻遏蛋白的负性调节
1.阻遏
2.去阻遏启动子 P 操纵序列 O 终止子Z Y A
cAMP CAP
cAMP CAP RNA聚合酶
CAP结合位点
mRNA
5‘ 3‘
2,高葡萄糖浓度
5’
启动子 P 操纵序列 O 终止子
3’
CAP结合位点 Z Y A
×
cAMP
×
1,低葡萄糖浓度
（三） CAP-cAMP的正性调节二 真核生物基因表达的调控
（一） 转录前基因水平的调控
（二） 转录水平的调控
（三） 转录后水平的调控
（四） 翻译水平的调控
（五） 翻译后蛋白质的加工
（一） 转录前基因水平的调控
1 对核酸酶敏感，活化基因区易被 DNase I降解
2 DNA拓扑结构发生变化
3 DNA碱基修饰呈低甲基化状态
4 组蛋白的变化
（二）转录水平的调控启动子 沉默子增强子
a,启动子,RNA聚合酶和基本转录因子识别和结合的部位，
它们在启动子上组装成转录起始复合物
b,增强子：长度为 100-200bp的含有特异的重复的 DNA短片段，是一些特异的转录活化因子结合部位，可增强相关基因的转录活性。
c,沉默子：为负性调控元件。特异的蛋白质因子与沉默子结合后可抑制基因转录起始。
1.顺式作用元件,DNA上的一段特定序列，可以和转录因子特异性结合。
2,反式作用因子：
与顺式作用元件特异结合的蛋白质，可调节基因转录活性转录因子启动子 结构基因增强子 沉默子转录因子 RNA聚合酶 II
mRNA
三,癌基因与抑癌基因
（一）癌基因的发现与分类癌基因,是一类普遍存在于正常细胞内调控细胞增殖和分化的重要基因当它受到物理、化学或病毒等因素的作用，
被,活化,而失去正常功能时才会导致正常细胞的恶性转化原癌基因,在正常细胞中以非激活形式存在的癌基因癌基因 产物在细胞内的定位
sis 胞浆功能
PDGF
erb-B 质膜 EGF受体
ras 胞浆 具有 G蛋白功能
fos
jun
细胞核 转录因子部分癌基因的定位与功能
（二）原癌基因的激活
1,基因突变,各种理化因素造成的 DNA损伤与突变
2,基因重排,基因易位
3,基因扩增：
4,基因插入：
（三）抑癌基因
1,视网膜母细胞瘤（ Rb）基因
Rb基因 P105Rb蛋白去磷酸化形式磷酸化形式 促进细胞分裂抑制细胞分裂
2,P53基因
P53基因 P53蛋白分子量为 53Kd
调节细胞周期抑癌基因 染色体定位
RB1 13q1
相关肿瘤视网膜母细胞瘤，肺癌等
p53 17p 肺癌，肝癌等
BRCA1 17q21 乳腺癌
p16 9q21 黑色素瘤部分抑癌基因第五节 基因重组、基因诊断与基因治疗一、重组 DNA（基因工程）
在体外按照一定的目的和方案对 DNA分子进行人工操作，将同一来源或异源的基因进行重组，然后把他们引入适当的受体细胞中，随着细胞的繁殖,DNA重组体得到扩增，并同时得到表达
（一）重组 DNA常用的工具酶
1,限制性内切酶限制性内切酶 专一性 来 源
BamH I
Hind III
EcoR I
5’GGATTC3’
5’GAATTC3’
5’AAGCTT3’
3’CCTAGG5’
5’CTTAAG3’
5’TTCGAA3’
液化芽孢杆菌大肠杆菌 Ry13
流感嗜血杆菌 Rd
分子克隆,将单一基因引入适当的受体细胞基因组 DNA中，使其进行复制，
从而重组 DNA的大量拷贝。
基因 基因组 DNA
复制重组 DNA
（二）重组 DNA中常用的载体
1,质粒,细菌染色体外能自主复制的小分子
DNA，多为环状双链结构克隆载体,能携带外源基因进入受体细胞，
并能在受体细胞内复制和表达的 DNA分子自主复制
2,噬菌体 DNA,可在细菌内复制
3,病毒,可在宿主细胞内复制
4,酵母人工染色体载体,为酵母基因和质粒 pBR322人工拼接的载体，可在大肠杆菌中复制,
2,DNA连接酶,
3,逆转录酶,
4,其它酶类,
mRNA cDNA逆转录酶
（三）基因工程的基本过程目的基因的制备载体 DNA的选择与制备目的基因与载体 DNA的体外重组重组 DNA分子导入受体细胞筛选及鉴定含重组分子的受体细胞扩增重组分子以表达目的基因 目的基因扩增与表达目的基因质粒载体
positive
GAPDH
阳性对照
500bp
1 2 M
电泳图：
1,SHEE细胞 2,SHEEC细胞 3,DNA ladder
pGEM-T easy载体图重组质粒的酶切鉴定图
1,3,5,7：重组质粒； 2,4,6,8,EcoR I酶切后的重组质粒；
M1,λDNA/ EcoR I + Hind III markers ； M2,DNA ladder
2027bp
5148bp
500bp
M1 1 2 3 4 5 6 7 8 M2
（四）基因工程的意义
1,制药
2,农业基因工程
3,植物基因工程
4,基因治疗
5,其它二、基因诊断基因诊断：
用分子生物学的技术对遗传病肿瘤以及传染性疾病等在基因水平上进行病原学以及细胞遗传基因的检测和分析
（一）限制性片段长度分析依据,限制性内切酶能识别 DNA上特定碱基序列。当基因发生突变时，可能会改变内切酶的识别位点。因而，用适当的限制性内切酶水解 DNA时，所得到的片段长度会发生改变应用,遗传病、肿瘤等疾病的诊断应用,遗传病、肿瘤等疾病的诊断正常 病变
SNP诊断疾病示意图
（二）分子杂交技术依据,核酸的变性和复性应用,遗传病、肿瘤和传染性疾病的诊断探针探针
DNA
应用,遗传病、肿瘤和传染性疾病的诊断正常 病变分子杂交诊断疾病示意图
（三）聚合酶链式反应依据：可对特定基因进行体外扩增。
应用,遗传病的诊断、肿瘤和传染性疾病的检测等。
原理：
（三）聚合酶链式反应依据：可对特定基因进行体外扩增应用,遗传病的诊断、肿瘤和传染性疾病的检测等原理：
变性退火延伸正常 病变
PCR诊断疾病示意图三个阶段,变性 退火
（复性）
延伸聚合酶链式反应的原理循环
（四）其它方法
1,基因芯片
2,蛋白芯片
3,组织芯片
（四）其它方法
1,基因芯片基因芯片示意图待测的基因探针
