“会读质粒图谱才能用好质粒。”---启动子
启动子(promoter)顾名思义就是用来启动目的基因表达的一段DNA序列,位于目的基因前端,本身不被转录,是RNA聚合酶识别,结合和开始转录的一段序列。广义上来说是由启动子(结合位点)和操纵子(响应元件)两部分组成,大概长度为100-1000bp,是RNA酶和转录因子的结合位点。
转录因子:RNA聚合酶起始转录需要的辅助因子(蛋白质),主要在真核细胞中
操纵子:讲功能相关基因集合成组以便于表达调控,这样一组彼此相邻,协同调控的基因串。
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启动子结构
原核生物启动子(Promoter)主要是三部分组成。
1. 转录起点:转录起始位点,CAT序列
2. -10序列/Pribnow框/TATAAT: 转录起始点上游10个碱基处(-10bp),找到6个保守序列TATAAT,是Pribnow利用足迹法找到的一段RNA聚合酶结合序列,所以称为Pribnow框,主要影响DNA局部解链速度。
3. -35序列/Sextama框:转录起始点-35bp处另一个保守序列TTGACA,是RNA酶结合位点,主要影响RNA聚合酶结合速度。
不同的启动子结构是有差别的,有的极强启动子还会有UP元件,在-35bp上游区域;还有增强子等非典型的启动子元件。
真核生物启动子主要分为三类,分别对应细胞内的三种RNA聚合酶(RNA聚合酶I,II,III)和相关蛋白。与细菌相比,真核生物的RNA聚合酶不能独立结合到启动子上,需要依赖称为转录因子(TFIIX)的蛋白引导形成前起始复合物才能结合发挥作用。RNA聚合酶I和III启动子种类有限,常说的就是RNA聚合酶II,启动子种类多,基本由顺势元件组合而成。
1. 类别 I 启动子控制rRNA前提基因转录,由核心启动子和上游控制元件两部分组成。
2. 类别 II 启动子设计众多mRNA转录。主要由基本启动子,起始子,上游元件和应答元件组成。(1)基本启动子:序列中心为TATA框,是转录因子和RNA聚合酶II主要装配点;(2)起始子:起始位点处一保守序列,DNA在此处解开并开始转录;(3)上游元件:用来调控转录效率的元件,常见CAAT框,GC框和八聚体框等;(4)应答元件:转录激活因子与靶基因上应答元件相结合。
3. 类别III 启动子为RNA酶III所识别,涉及一些小分子RNA转录。
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启动子分类
根据启动子起始转录方式的不同可以分为以下三种。
1. 组成型启动子
基因表达不受时期,部位,环境影响,能够调控结构基因的表达基本定在一定程度,在不同的组织或部位上表达水平相差不多。
2. 组织特异启动子
该类启动子的调控作用使得基因在某些特定的器官或组织部位表达。
3. 诱导型启动子
在某些特定化学或物理信号刺激后,基因转录水平在诱导型启动子调控下大幅度上升,比如:光诱导,创伤诱导,热诱导等。诱导型启动子又分为人工构建的诱导型启动子,天然诱导型启动子,阻遏型启动子系统和激活启动子系统。
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常见启动子
1. 哺乳动物组成型启动子(广泛型启动子)
CMV(巨细胞病毒),EF1α(延伸因子-1α),SV40(猿猴空泡病毒),CAG(巨细胞病毒增强子和鸡β-肌动蛋白启动子),MSCV,UBC(泛素C)等,具体见下面表格,不同种类的启动子对应着不同的物种,可以保存需要的时候方便查找。
CMV作为最广泛使用的启动子,适用于肿瘤细胞,肌肉,内脏等体细胞或贴壁细胞的表达。
EF1α启动子适合干细胞,原代细胞,在常用的HEK293,弱于CMV。
CAG启动子在不少细胞系中,体细胞,造血细胞中有不错的表达效率。
2. 哺乳动物组织特异性启动子
Nanog,NES,K14,Hb9等等,这个太多了此处就不详细介绍了,感兴趣的可以自行查找学习。
3. 哺乳动物诱导型启动子
还有斑马鱼组成型/诱导型启动子,果蝇组成型/诱导型启动子等等。
4. 原核启动子
启动子主要用途描述表达备注
下面是列举几个常见的质粒,便于上面内容的理解和吸收。
这个质粒为pEF系列质粒,是EF-1α为启动子,后面跟着多克隆位点用于目的基因片段,后续加了myc和his标签,用于蛋白纯化和鉴定,此质粒能够在哺乳细胞中稳定转录表达,是组成型启动子。
此质粒为常用的pET系列,能够在原核生物中表达目的蛋白,红色圈中就是T7/lac启动子,多克隆位点处穿插着两个His标签,使用IPTG诱导,能够极大增强转录效率,使目的蛋白大量表达。注意的是在大肠杆菌中表达时,一定要选择合适的表达菌株,常用的如BL21(DE3).
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