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基因激活指特定基因從沉默狀態轉變為表達狀態的過程,通過啟動轉錄實現遺傳信息向功能分子(RNA/蛋白質)的轉化。其關鍵特征包括:
時空特異性:在特定細胞類型、發育階段或環境信號下觸發 。
級聯調控:依賴信號傳導-轉錄因子-DNA元件的級聯反應 。
動態平衡:與基因沉默共同維持細胞功能穩態 。
核心價值:驅動發育分化(如胚胎早期基因組激活 )、環境適應(如低磷誘導獨腳金內酯通路 )和疾病發生(如癌基因異常激活 )。
元件 | 功能 | 作用機制 |
---|---|---|
啟動子 | 招募RNA聚合酶的基礎區域 | 提供轉錄起始位點(TSS),含TATA框等保守序列 |
增強子 | 遠程調控轉錄效率 | 與啟動子形成空間互作(環形或鏈接模型),提升轉錄復合體穩定性 |
絕緣子 | 阻斷增強子干擾 | 隔離染色質域,保障靶基因特異性激活 |
結合模式:
轉錄因子通過DNA結合域(如鋅指、螺旋-環-螺旋)識別特定序列(如啟動子/增強子) 。
激活機制:
招募模型(Recruitment Model) :激活因子直接結合轉錄機器(如TFIID、RNA聚合酶Ⅱ),加速復合體組裝 。
染色質重塑:組蛋白乙酰轉移酶(HATs)修飾染色質,解聚核小體結構 。
協同效應:
多激活因子組合形成"增強體"(Enhanceosome),實現信號整合(如干擾素基因激活需8種因子協同) 。
圖示:激活因子橋接DNA與轉錄復合體(基于FIG. 13.5 )
DNA序列 → 激活因子結合 → 招募通用轉錄因子 → RNA聚合酶組裝 → 轉錄啟動
DNA去甲基化:
TET酶催化5mC→5hmC,解除轉錄抑制(如胚胎發育中Oct4基因激活) 。
組蛋白修飾:
激活標記:H3K4me3、H3K27ac富集于啟動子/增強子 。
抑制標記擦除:組蛋白去甲基化酶(如KDM4)移除H3K9me3等沉默標記 。
染色質構象改變:
增強子-啟動子通過染色質環(Looping)物理靠近,激活基因(如β-珠蛋白基因座) 。
經典路徑:
配體(如激素)→ 膜受體(如酪an酸激酶)→ 胞內激酶級聯(MAPK/PI3K)→ 轉錄因子磷酸化 → 入核激活靶基因 。
例:HER2/neu癌基因擴增導致受體持續激活,驅動乳腺癌增殖 。
核受體路徑:
脂溶性信號(如類固醇激素)→ 結合核受體 → 直接調控DNA轉錄 。
低磷脅迫:
磷饑餓信號 → 激活獨腳金內酯(SL)合成基因 → SL激素積累 → 誘導生長素轉運蛋白表達 → 重塑水稻根系結構 。
共生信號:
蘭花根系真菌分泌CSG因子 → 激活鈣振蕩信號 → 誘導共生相關基因(如RAM1)→ 促進養分交換 。
胚胎基因組激活(EGA):
合子基因沉默 → 母源因子降解 → 合子基因激活(需染色質重塑+新轉錄因子合成) 。
關鍵事件:小鼠2細胞期啟動主要EGA,錯誤激活導致著床失敗 。
疾病類型 | 異常激活機制 | 病理效應 |
---|---|---|
癌癥 | 癌基因擴增(HER2)或突變(RAS) | 持續增殖信號 |
自身免疫病 | 炎癥因子過度激活免疫基因 | 攻擊自身組織 |
神經退行 | 應激信號異常激活tau蛋白基因 | 神經纖維纏結 |
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