课件来源：7.3.2 真核生物的转录过程（2）_哔哩哔哩_bilibili

大纲

1. 与RNA聚合酶Ⅰ相似的简单酶——RNA聚合酶Ⅲ

典型功能：转录小分子RNA，含tRNA，5s RNA 等相对简单的。
因此，由RNA聚合酶Ⅲ转录的基因称之为Ⅲ类基因。

随着深入研究，发现它不止转录这两类基因，部分小分子RNA也由Ⅲ来转录。它们也与典型Ⅲ类基因有差异，所以将Ⅲ的功能分为两类，一类是典型polyⅢ基因（我叫polyⅢ-classic），另一类是新发现的（我叫polyⅢ-new）。

2.内部启动子

与常见的启动子序列不同，一般的启动子在转录开始的负端不被转录，而内部启动子是插入转录序列的内部，在转录开始的正端，表明启动子区也要被转录参与编码信息，所以启动子的保守性会差一些，不如上游启动子。

但仍然找到了保守序列，例如5s rRNA

3.polyⅢ依赖的TFs

名词解释

启动子（Promoter）是基因表达调控的关键区域，其主要特点如下：

功能
启动子是基因转录的起点，负责招募转录机器（RNA聚合酶及其辅助因子），从而启动转录过程。

• 启动作用：提供转录起点的精确位点（+1位置）。
• 结合转录因子：包含多个结合位点，供转录因子调控转录活性。
  位置
  启动子通常位于基因的上游（5' 端），靠近转录起始位点。
• 核心启动子：位于转录起始点（TSS）附近（约-50到+50bp之间），直接控制基本转录活动。
• 上游调控区：位于核心启动子上游，包含增强子、抑制子或调控元件。
  组成
  启动子包含特定的保守序列，作为转录因子的结合位点。
• 核心启动子元件：
  • TATA盒：通常位于-25到-30bp，指导RNA聚合酶准确结合（部分真核生物有）。
  • CAAT盒：位于-70到-100bp，有助于转录效率。
  • GC盒：通常出现在富含G/C序列的区域。
  • 转录起始点（+1）：转录起始的精确位置。
• 非核心启动子区域：包含上游控制元件，如增强子（增强表达）和抑制子（抑制表达）。
  保守性与多样性
• 保守性：某些启动子元件（如TATA盒）在不同物种中高度保守。
• 多样性：部分启动子不含TATA盒（无TATA盒启动子），但有其他功能元件。
  分类
  根据功能和位置，启动子可以分为：
• 组成型启动子：在所有细胞中都能启动基因表达（如家族基因）。
• 诱导型启动子：在特定条件或信号（如激素、光照、温度）下激活转录。
• 组织特异性启动子：只在特定组织或细胞类型中起作用。
  作用机制
• 招募RNA聚合酶：通过结合转录因子，吸引RNA聚合酶至转录起始位点。
• 调控转录效率：与上游调控元件（如UCE或增强子）协作，控制转录强度。
  特点总结
• 必要性：没有启动子，基因无法表达。
• 特异性：不同基因的启动子序列不同，对转录因子有特异性结合能力。
• 调控性：启动子的序列和结构决定了基因的启动效率和表达水平。

5S rRNA

是一种小分子核糖体RNA（rRNA），是核糖体的组成部分，参与蛋白质合成过程。以下是关于5S rRNA的详细特点和功能：
基本概述
分子量：5S rRNA是小分子RNA，长度通常约为120个核苷酸。
结构：5S rRNA形成高度保守的二级结构，包括茎环区域，具有稳定的折叠形态。
定位：在真核生物中，5S rRNA是大亚基（60S）的组成部分；在原核生物中，也参与大亚基的形成（50S）。
生物合成
编码基因：
在真核细胞中，5S rRNA的编码基因位于细胞核的特定区域（通常不在核仁中），由RNA聚合酶 III 转录。
在原核生物中，5S rRNA的基因通常与16S和23S rRNA基因一起排列成一个操作子，由RNA聚合酶转录。
功能
核糖体组成部分：
5S rRNA与核糖体蛋白（如L5）结合，形成核糖体大亚基（真核60S或原核50S）的一部分。
稳定核糖体结构：
通过与rRNA和蛋白质相互作用，维持核糖体大亚基的稳定性。
调控翻译：
在核糖体内，5S rRNA有助于定位tRNA和mRNA，促进翻译的准确性和效率。
参与核糖体组装：
5S rRNA是核糖体亚基装配过程中关键的结构元件之一。
进化保守性
高度保守：
5S rRNA在不同物种中显示出很高的序列和结构保守性，表明其在进化过程中受到强烈选择压力。
系统发育学研究：
由于其序列保守性，5S rRNA常被用于物种进化关系的研究。
特点与应用
独立转录：
与其他rRNA（如28S或18S）不同，5S rRNA通常由RNA聚合酶 III 转录，而不是 RNA 聚合酶 I。
实验用途：
5S rRNA因其稳定性，常被用作基因表达分析的内参基因。
功能研究：
在某些特殊细胞状态下，5S rRNA的表达或功能异常可能与疾病（如癌症）有关。
与核糖体生物发生的关系
5S rRNA在核糖体生物发生（Ribosome Biogenesis）中起重要作用，特别是在真核细胞中：
与L5蛋白结合形成5S rRNP复合物。
参与60S大亚基的组装，并通过核孔运输到细胞质。
病理学关联
癌症：某些癌症中，5S rRNA与核糖体蛋白L5/L11形成的复合物可能参与调控肿瘤抑制因子p53的活性。
核糖体病：异常的5S rRNA生物发生可能导致核糖体功能缺陷，与某些遗传性疾病相关。

近端序列元件（Proximal Sequence Elements，PSE）

是基因调控中非常重要的一类顺式作用元件，通常位于基因转录起始位点（TSS）附近，对转录的调控起关键作用。以下是其特点、功能及相关知识点的详细介绍：
定义
位置：
近端序列元件通常位于基因的转录起始位点（TSS）上游约50-200bp范围内。
它们靠近核心启动子，但距离上游调控元件（如增强子）更近。
作用：
提供转录因子的结合位点，增强转录起始复合物的组装效率，从而调控基因的转录水平。

功能
转录调控
近端序列元件通过结合特定的转录因子，直接影响 RNA 聚合酶 II 的活性。
它们可以促进或抑制转录的发生，从而调节基因表达的强度。
与核心启动子的协作
核心启动子确保转录起始的基本能力，而近端序列元件进一步精细调控转录效率和精确性。
特异性表达
近端序列元件往往具有组织特异性或条件响应性，确保基因在特定组织或环境中被激活或抑制。
典型的近端序列元件
常见的近端序列元件包括：
CAAT盒
位于TSS上游约75-80bp。
结合特定的转录因子（如NF-Y），增强转录效率。
GC盒
位于TSS上游约90-100bp，富含G和C核苷酸。
结合Sp1等转录因子，常见于组成型启动子区域。
响应元件
热休克元件（HSE）：响应热休克刺激。
激素反应元件（HRE）：响应激素信号。
炎症响应元件（NF-κB结合位点）：响应炎症信号。

特点
位置依赖性
近端序列元件与核心启动子的距离较固定（一般在200bp以内），其功能高度依赖于特定的位点。
转录因子结合的特异性
每种近端序列元件都有特定的序列模式，吸引对应的转录因子（如TATA盒结合蛋白）。
可调控性
在不同环境、细胞类型或发育阶段中，近端序列元件的活性可通过转录因子调控变化。

生物学意义
调控基因表达水平
通过结合不同的转录因子，近端序列元件决定基因表达的强弱和时空模式。
信号整合
许多近端序列元件作为信号分子作用的靶点，整合环境和细胞内的信号，决定是否启动转录。
疾病相关性
近端序列元件的突变可能导致基因表达紊乱，进而与疾病（如癌症、遗传病）相关。

实验研究
序列分析
通过计算生物学工具预测近端序列元件的保守区域和转录因子结合位点。
功能验证
利用报告基因系统（如荧光素酶），验证近端序列元件是否参与转录调控。
突变研究
通过点突变分析，研究近端序列元件的功能和转录因子结合能力的变化。

远端序列元件（Distal Sequence Elements）

是基因调控中的顺式作用元件，与近端序列元件相比，距离基因的转录起始位点（TSS）更远，但在基因表达的调控中同样发挥重要作用。以下是关于远端序列元件的详细解析：

定义
位置：
远端序列元件位于转录起始位点（TSS）的上游或下游较远距离，通常范围在数百到数万bp，甚至可以位于基因内含子或其他染色体区域。
作用方式：
通过DNA折叠（looping）将远端序列元件与近端序列元件和核心启动子区域连接，影响转录复合体的组装。

类型
远端序列元件主要包括以下几类：
增强子（Enhancer）
功能：增强目标基因的转录活性。
特点：
可在正链或反链上起作用，方向独立。
可通过远距离调控多个基因的表达。
抑制子（Silencer）
功能：降低目标基因的转录水平，甚至完全抑制转录。
特点：
通过结合抑制性转录因子阻断转录起始。
绝缘子（Insulator）
功能：在增强子和基因之间充当屏障，防止非特异性调控。
特点：
既可以隔离增强子的作用，也可以阻止异染色质的扩散。
调控性长程元件
功能：整合多个信号，协调基因簇的表达（如β-珠蛋白基因簇）。

功能
调节基因表达的空间和时间模式
远端元件负责在特定组织或发育阶段激活或抑制基因表达。
增强或抑制转录活性
通过结合特定的转录因子，与近端序列元件协作，调控基因的转录效率。
整合环境信号
远端元件往往是环境信号（如激素、光、温度）的靶点，将外界信号转化为基因表达变化。

作用机制
DNA折叠与染色质环形成
远端元件通过DNA折叠形成染色质环（chromatin looping），与核心启动子区域直接接触，实现远距离调控。
转录因子的作用
结合远端元件的特异性转录因子通过与RNA聚合酶 II 或共激活因子相互作用，促进转录复合体的组装。
协同调控
多个远端元件可协同作用，精细调控目标基因的表达水平。

生物学意义
基因表达的精细调控
远端元件确保基因在正确的时间、地点和强度下表达。
组织和信号特异性
远端元件往往与特定的组织或信号（如激素、光照等）相对应，赋予基因表达的特异性。
染色质结构重塑
远端元件与组蛋白修饰酶、染色质重塑复合物协作，改变染色质开放程度，促进或抑制基因表达。

实验研究
序列分析
通过染色质免疫共沉淀（ChIP）结合高通量测序（ChIP-seq）定位远端元件结合的转录因子。
功能验证
利用CRISPR/Cas9进行远端元件的删除或编辑，观察基因表达水平变化。
染色质相互作用
通过染色质构象捕获技术（如3C、4C、Hi-C），研究远端元件与核心启动子区域的物理相互作用。