TATA盒通常位于转录起始点上游- 25- -30 hp,控制转录起始的准确性及频率。TATA盒是基本转录因子TFllD结合位点(见后)。除TATA盒外,GC盒(GGGCCG)和CAAT盒(GCCAA)也是很多基因常见的,它们通常位于转录起始点上游- 30~ -110bp区域。此外,还发现很多其他类型的功能组件。由TATA盒及转录起始点即可构成最简单的启动子。典型的启动子则由TATA盒及上游的CAAT盒和(或)GC盒组成(见第十二章,图12-9),这类启动于通常具有一个转录起始点及较高的转录活性。然而,还有很多启动子并不含TATA盒,这类启动子分为两类:~类为富含GC的启动子,最初发现于一些管家基因,这类启动于一般含数个分离的转录起始点;另一类启动子既不含TATA盒,也没有GC富含区,这类启动子可有一个或多个转录起始点,大多转录活性很低或根本没有转录活性,而是在胚胎发育、组织分化或再生过程中受调节。
2.增强子 所谓增强子(enhancer)就是远离转录起始点(l- 30 kb人决定基因的时间、空间特异性表达、增强启动子转录活性的DNA序列,其发挥作用的方式通常与方向、距离无关。增强子也是由若干功能组件——增强体(enhanson)组成,有些功能组件既可在增强子也可在启动于中出现。这些功能组件是特异转录因子结合DNA的核心序列。增强子和启动于常交错覆盖或连续。从功能上讲,没有增强子存在,启动子通常不能表现活性;没有启动子时,增强子也无法发挥作用。有时,对结构密切联系而无法区分的启动干、增强子样结构统称启动子。通常在文献中描述的、具有独立的转录活性和决定基因时间、空间特异性表达能力的启动子就是这类定义的启动子。在酵母基因,有一种类似高等真核增强子样作用的序列,称为上游激活序列(upstream activator sequence,UASs),其在转录激活中的作用及方式与增强子类似。
3.沉默子 某些基因含有负性调节元件——沉默子(silencer),当其结合特异蛋白
因子时,对基因转录起阻遏作用。还有些DNA序列既可作为正性又可作为负性调节元件发挥顺式调节作用,这取决细胞内存在的DNA结合因子的性质。
(二)反式作用因子
除少数顺式作用蛋白,大多数转录调节因子以反式作用调节基因转录。
1.转录调节因子分类 转录调节因子简称转录因子(transcription factor, TF)。按功
能特性可将其分为两类:①基本转录因子(general transcription factors)——是 RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白因子,决定三种RNA(tRNA、mRNA及rRNA)转录的别。有人将其视为RNA聚合酶的组成成分或亚基,故称基本转录因子。对三种RNA聚
合酶来说,除个别基本转录因子成分是通用的,如TFllD;而大多数成分是不同RNA
聚合酶所特有的。例如TFllD、TFllA、TFllB、TFllE、TFllF及TFllH为RNA聚合酶ll催化所有mRNA转录所必需。②特异转录因子(special transcription factors)——为个别基因转录所必需,决定该基因的时间。空间特异性表达,故称特异转录因子。此类特异因子有的起转录激活作用,有的起转录抑制作用。前者称转录激活因子(transcription activator),后者称转录抑制因子(transcription inhibitors)。转录激活因子通常是一些增强子结合蛋白(enhancer binding protein,EBP);多数转录抑制因子是沉默子结合蛋白,但也有抑制因子以不依赖RNA的方式起作用,而是通过蛋白质一蛋白质相互作用、“中和”转录激活因子或TFllD,降低它们在细胞内的有效浓度,抑制基因转录。因为在不同的组织或细胞中各种特异转录因子分布不同,所以基因表达状态、方式不同。
2.转录调节因子结构 所有转录因子至少包括两个不同的结构域:DNA结合域(DNA binding domain)和转录激活域(activation domain);此外,很多转录因子还包含一个介导蛋白质-蛋白质相互作用的结构域,最常见的是二聚化结构域。①DNA结合域——通常由60一 100个氨基酸残基组成。最常见的DNA结合域结构形式是锌指(zinc finger)结构及碱性氨基酸残基形成的a螺旋。锌指结构最早发现于结合GC盒的SPI转录因子,由30个氨基酸残基组成,其中有2个Cys和2个His,4个氨基酸残基分别位于正四面体的顶角,与四面体中心的锌离子配价结合,稳定锌指结构。在CyS和His之间有12个氨基酸残基,其中数个为保守的碱性残基(图14-9)。识别CAAT盒的转录因子CTF1DNA结合域是碱性a螺旋。类似的碱性DNA结合域还见于碱性亮氨酸拉链(basic leucin zipper, bZIP)和碱性螺旋-环-螺旋(basic helix-loop-helix, bHLH)结构的碱性氨基酸伸展②转录激活域——由30-100个氨基酸残基组成。根据氨基酸组成特点,转录激活域又有酸性激活域(acidic activation domain)、谷氨酸胺富含域(glutamine-rich domain)及脯氨酸富含域(proline-rich domain)。 @二聚化结构域——二聚化作用与 bZIP的亮氨酸拉链,bHLH的螺旋.环一螺旋结构有关。
上面介绍的各种功能结构形式都是最典型、最常见的,此外尚有一些独特的结构形式
(三)mRNA转录激活及其调节
真核RNA聚合酶11不能单独识别、结合启动子,而是先由基本转录因子TFllD组成成分 TBP识别 TATA盒或启动元件( initiator,Inr),并有TAF参与结合,形成 TF 11D
启动于复合物;继而在TFllA-F等参与下,RNA聚合酶D与TFllD、TFllB聚合,形B一个功能性的前起始复合物 PIC(见第十二章)。在几种基本转录因子中,TF llD是唯一具有位点特异的DNA结合能力的因子,在上述有序的组装过程起关键性指导作用。这样形成的前起始复合物尚不稳定,也不能有效起动mRNA转录。在迂回折叠的DNA构象中,结合了增强子的转录激活因子与前起始复合物中的TFllD接近,或通过特异的中介因子——TBP相关因子(TBP-associated factors TAF)与 TF 11D联系,形成稳定的转录起始复合物(图14-10)。此时,RNA聚合酶11才能真正起动mRNA转录。TBP相关因子也是细胞特异的,与转录激活困于共同决定组织特异性转录。