真核生物基因转录的基本过程和－模型

一、真核生物基因转录的基本过程和Britten－Davidson模型

真核生物基因转录的过程包括转录起始、RNA链延伸和转录终止等步骤。对于真核生物转录的具体机制，现在还不是很清楚，其原因是转录机制十分复杂。

（一）真核生物转录的基本过程

在转录过程中，RNA聚合酶是非常重要的。真核生物有3种RNA聚合酶，即RNA聚合酶Ⅰ、RNA聚合酶Ⅱ和RNA聚合酶Ⅲ。3种RNA聚合酶对α－鹅膏蕈碱（α－amanitine）的敏感性不同，RNA聚合酶Ⅰ基本不受α－鹅膏蕈碱的抑制；RNA聚合酶Ⅱ对于α－鹅膏蕈碱最为敏感；RNA聚合酶Ⅲ的敏感性在Ⅰ、Ⅱ之间。RNA聚合酶Ⅰ存在于核仁中，其功能是合成5．8SrRNA、18SrRNA和28SrRNA；RNA聚合酶Ⅱ存在于核质中，负责合成mRNA和snRNA；RNA聚合酶Ⅲ也存在于核质中，其功能是合成tRNA和5SrRNA以及转录Alu序列。每种酶分子均含有2个大亚基和4～8个小亚基，各个亚基的功能还没有真正的了解。真核生物与原核生物相似，不同种类的基因需要不同的蛋白质辅助因子协助RNA聚合酶进行工作，这些蛋白质因子统称为转录因子。

真核生物转录的起始十分复杂，尤其是RNA聚合酶Ⅱ的转录起始。因为真核基因的启动子结构复杂，包含许多启动子成分，每种成分都有相应的蛋白质因子与之结合。在众多的转录因子中，哪些是RNA聚合酶Ⅱ转录所共同需要的，哪些是某些基因所特有的，是否所有的转录因子都结合上去后才开始转录，这些因子结合的顺序都直接影响到基因的转录调控。对于RNA聚合酶Ⅱ而言，进行转录除了需要TATA框及其蛋白质结合因子TFⅡ外，至少还需要2种启动子成分及其蛋白质因子。

RNA合成的速度大约为每秒30～50个核苷酸。但RNA延长的过程中速度并不恒定，有时会降低速度或发生延宕，这是延长阶段的重要特征。研究发现在通过一个富含GC的模板后有8～10个碱基会出现一次延宕，如果将GC突变为AT则减少延宕。这种延宕作用可能在RNA链的终止和释放过程中起重要作用。

对于真核生物转录的终止机制目前仍不很清楚，其主要困难在于大多数基因在转录后很快加工，很难确定原初转录物的3′末端。在mRNA转录后3′末端一般都有polyA尾巴，这是由RNA末端腺嘌呤核苷酸转移酶（RNA terminal riboadenylate transferase）先切去一小段，再将一个个腺嘌呤加上去的。RNA末端腺嘌呤核苷酸转移酶识别的RNA序列特征为AAUAAA，但仍然无法确切地知道mRNA转录的终止点。对病毒SV40的研究表明，SV40的终止位点很像不依赖ρ因子的终止子，有一个发夹结构，末端带有一连串的U。对不需要polyA尾巴的组蛋白基因，如果突变破坏了发夹柄环部双螺旋结构的形成，则妨碍转录的终止，如果增强柄部双链结构的稳定性，则可更有效地终止，可见二级结构的形成比具体的碱基序列更为重要。对于RNA聚合酶Ⅲ转录的终止点为富含GC序列中的寡聚T（4个以上），这种序列特征高度保守，任何改变这种序列特征的突变都将导致通读，而且改变寡聚T序列后，还影响产物的转录后处理。这些特征表明，RNA聚合酶Ⅲ能识别DNA上的二级结构松弛的区域或新生的转录产物与模板结合力较弱，从而转录终止。

图2－6　真核生物基因表达调控的简单模型

（二）Britten－Davidson模型

真核生物的细胞有不同的表现型，这是由不同组合的基因表达实现的。细胞通过两种基本方式保证“正确”的基因组合表达。一种途径是基因重复，这些基因在基因组中有几个相同或相似的重复序列，不同类型的细胞表达不同的拷贝，每个拷贝处于与细胞类型相应的特异性控制之下，如珠蛋白基因家族。另一种途径是单拷贝的基因可通过复合控制系统来调控其转录活性。结构基因的上游存在可被控制因子识别的位点，与控制因子结合后，可以以某种方式影响转录。Britten和Davidson提出了此种调控机制的模型（图2－6）。在结构基因的5′端连接有一段序列，它可被某些激活因子（RNA或蛋白质）所识别，称为接受位点。激活因子由综合者（integrator）基因产生。这个模型和细菌的操纵子与调节基因之间的关系十分类似，但综合者基因自身还受到与之相邻的感受位点（sensor site）的控制，感受位点负责接受生物体对基因表达的调控信号（如激素等）。

根据上述模型，1个特定的激活蛋白可同时控制含有同样接受位点的许多结构基因的表达，所有含有同样接受位点的基因组成一组基因，类似于原核生物的1个操纵子或调控子，同一组的结构基因编码在功能上相互联系的蛋白，如同一生化途径中的酶。如果1个结构基因有几个不同的接受位点，每个接受位点可被1个特异的激活因子识别，这个基因就可能作为不同组的成员在不同情况下表达。

基因表达的协调控制还可通过感受位点控制不同的综合者基因而实现。在接受了特定控制信号的刺激后，1个感受位点可同时产生几种激活因子进而同时激活几组不同的结构基因。同处于1个感受位点控制下的所有结构基因称为一套（battery）基因。

真核生物基因表达的协调控制是多级别的。1个特定的基因可与任何其他基因协调表达，模型要求有重复的综合者基因核接受位点，而重复序列正是真核生物基因组中大量存在的。与生物体内错综复杂的调控体系相比，该模型过于简单，只是便于人们了解真核生物的转录调控而已。