一些基因调控蛋白可以控制基因转录的开启和关闭，大肠杆菌的乳糖操纵子就是这样一个双重控制的例子。葡萄糖和半乳糖的水平控制着乳糖操纵子转录的起始，决定操纵子是“开”还是“关”。 1.培养大肠杆菌时，如果不加入半乳糖，一个抑制蛋白就会结合到操纵子上，阻止RNA聚合酶转录操纵子基因。此时操纵子就处于关闭状态; 2.当加入诱导物半乳糖后，半乳糖就会和抑制蛋白结合，并改变抑制蛋白的构象使得它不能结合到操纵子上。只要没有抑制蛋白的结合，RNA聚合酶就可以识别启动子并转录操纵子的结构基因，得到mRNA。此时操纵子是开启的。 

顺式作用元件和反式作用因子 BIOX.CN 2005-7-6 22:15:56 来源：生命经纬 　 真核生物转录的调控也是调控的最重要的途经，其启动子存在着很多顺式元件（见12章）可分为以下四种类型（1） 核心启动子成分，如TATA框；（2） 上游启动子成分，如CAAT框，GC框，八聚体（octamet），ATF结合位点；（3） 远上游顺序：如增强子，酵母中的UAS（upstream activaator seguences）减弱子、静息子等。（4） 特殊细胞中的启动子成分：如淋巴细胞中的Oct（octamer）和κB。这些元件都为不同的转录因子及蛋白质识别和结合来调节转录。 在真核细胞中鉴别出大量的转录因子，有的结合在增强子区，如甾类-受体复合物；另一些结合在启动子的顺式-作用元件上，与RNA polⅡ结合成前起始复合体，使RNA polⅡ起始转录。根据靶位点的特点反式作用因子可以分为3类；(1) 通用反式作用因子，在一般细胞中普遍存在，主要识别一些启动子的核心启动成分TATA框，如TBP；上游启动子成分CAAT框，如CTF/NF-1；GC框如SP1；识别八聚体核苷酸的Oct-1等； （2）特殊组织与细胞中的反式作用因子，如淋巴细胞中的Oct-2； （3）和反应性元件（response elenents）相结合的反式作用因子。反应性元件如HSE（热休克反应元件，heat shock response element），GRE（糖皮质激素反应元件glucocorticoid response element）；MRE（金属反应元件，metal response element）；TRE（肿瘤诱导剂反应元件，tumorgenic agent response element);SRE（血清反应元件serum response element）。反应元件是启动子或增强子的上游元件，它们含有短的保守顺序。在不同的基因中反应元件的顺序密切相关，但并不一定相同，离起始点的距离并不固定，一般位于上游小于200
bp
处，有的也可以位于启动子或增强子中。反式作用因子通过以下不同的途经发挥调控作用：蛋白质和DNA相互作用；蛋白质和配基结合；蛋白质之间的相互作用以及蛋白质的修饰。

(一)蛋白质直接和DNA结合1. 螺旋转角螺旋（Helix-turn-helix）：在很多细菌的调节蛋白中有这种相同的模体存在，如λ的CI蛋白，cro蛋白（见17章），在酵母中涉及交配型的a1和a2蛋白也是以这种形式和DNA结合的。在高等真核中的Oct-1和Oct-2也属于此类型；在果蝇早期胚胎发育中决定体节的一些基因如bicoid编码的蛋白称为同源异形蛋白（homeotic proteins）也含有相似的DNA结合功能域。此序列称为同源异形盒（homeotic box）和原核的HTH有一些差别。螺旋转角旋有3个螺旋，螺旋3是识别和DNA结合，一般结合于大沟；螺旋1和2和其它蛋白质结合。2． 锌指结构锌指（zinc fimger）这个名称来源于它的结构，它由一小组保守的氨基酸和锌离子结合，在蛋白质中形成了相对独立的功能域，像一根根手指伸向DNA的大沟。两种类型的DNA结合蛋白具有这种结构，一类是锌指蛋白，另一类是甾类受体。典型的锌指蛋白有一组锌指，单个的锌指的保守序列是：Cys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X2-His,根据锌结合位点的氨基酸又把锌指分成为2Cys/2His和2cys/2cys两类，前者为Ⅰ型，后者为Ⅱ型锌指，Ⅰ型结构“指”的本身由23aa组成，“指”与“指”之间通常由7-8aa连接。转录因子TF ⅢA（RNA pol Ⅲ转录5S RNA gene 时所需）的锌指结构组有9个“指”组成串联重复。在转录因子SPI中只有3个“指”；它和用RNA pol Ⅱ的很多启动子的起始有关。还有其它的一些DNA结合蛋白都属于此类锌指蛋白。2Cys在反向平行的β-折叠中，而2His在α螺旋中，I型锌指属于较原始的类型。Ⅱ型锌指的保守序列为：Cys-X2-Cys-X1-3-Cy3-X2-Cys带有此类锌指结构的调节蛋白如表18-9所示。这类蛋白常有非重复的指，此和I型锌指结构不同。此类锌指的 DNA的结合位点是短的回文序列。突变分析表明调节蛋白和DNA结合的 区域包括锌指模体。两型锌指是有差别的，用甾类受体做实验。表明如经突变将后两个Cys变成His的活。这种受体就不能激活靶基因。因此这两类锌指是不能互相转变的。 糖皮质激素和雌激素受体都有两个“指”，每个指在Cys四分体的中央带有一个锌原子。两个指形成α-螺旋，彼此折叠成一个大的球状功能域。α-螺旋的芳香族和与螺旋相连的β折叠一道形成一个疏水中心。N-端螺旋的一侧和DNA的大沟接触，两个糖皮质激素受体形成二聚体和DNA结合，每个受体负责和连续的大沟接触。每个“指”控制着受体的重要特点。在第一个“指”的右侧控制受DNA的结合，在第二指的左侧控制着形成二聚体的能力。直接的证据表明第一锌指的DNA结合区是通过“特异的交换”实验获得的，即雌激素受体的锌指被缺失，而以糖皮质激素受体取而代之。这个新的蛋白可识别GRE序列（平常是糖皮质激素的靶序列），而不识别ERE序列（雌激素的靶序列）。GRE和ERE的序列有些相似，进一步交换实验表明二者的第一个锌指基部的2个氨基酸残基有差别。3． 亮氨酸拉链（Leucine ziipper）两个蛋白之间相互作用共同建立一个转录复合体，在一系列转录因子中发现的一种模体涉及两个相同和不同的部分构成。亮氨酸拉链是一种富含亮氨酸的蛋白链形成的二聚体模体。它本身形成二聚体同时还可以识到特殊的DNA序列。一个亲水的α-螺旋在其表面的一侧有疏水基因（包括亮氨酸），另一侧表面带有电荷。亮氨酸拉链蛋白通过疏水界面上的亮氨酸形成二聚体。在肽链上两Leu之间相融7个氨酸，这样使它们在α-螺旋中排列成一条直线。亮氨酸拉链的侧翼是DNA结合功能区含有很多的Lys和Arg。二聚体的形成对于DNA的结合是必要的。大量地原癌基因，例如c-jun 和c-fos都编码亮氨酸拉链蛋白，它们本身相互作用，形成同二聚体（honwdimers）或异二聚体（hefercdimers）。C-Jun和C-Fos蛋白的异二聚体的结合比它们同二聚体更为坚固。Myc，C/EBP（结合CAAT box和SV40核心增强子的一种因子），AP1蛋白（异二聚体，结合于SV40的增强子）等都具有亮氨酸拉链结构。过去认为二聚体之间亮氨酸与亮氨酸是交错连接，像“拉链”一样。而现在认为亮氨酸与亮氨酸是相对连接的。 4． 螺旋一环一螺旋（HLH）螺旋一环一螺旋（HLH，helix-loop-helix）蛋白具有共同类型的模体：有一条含有两个亲水的α-螺旋,链长为40～50 aa，两个α-螺旋由很长的连接区（环）相连，螺旋的一侧有疏水氨基酸，两条链依赖疏水氨基酸的相互作用形成同二聚体或异二聚体，此螺旋区长约15～16aa，含有各种保守的残基，连接环的长度不等，一般为12-28aa。与DNA结合的是碱性区，长为15 aa，其中有6aa为碱性。在HLH中带有碱性区的肽链称为 碱性HLH（bHLH，proteim）。bHLH又分为两类。A类是可以广泛表达的蛋白，包括哺乳动物的E12/E47（可和免疫球蛋基因增强子中的元件结合）和果蝇da（daughterless,性别控制的总开关基因）的产物；B类是组织特异性表达的蛋白，包括哺乳动物的MyoD(肌浆蛋白（myogen）基因的转录因子)和果蝇的AC-S（achaete-scute 无刚无基因的产物）这种bHLH可能是一种转录调控蛋白，大部分以异二聚体形式存在。 5．同源异形结构域（Homeodomains，HD）同源异形盒（hoomeobox）是一种编码60aa的序列，长180bp，几乎存在于所有真核生物中，它的名字是来源于最初在果蝇中鉴别出的同源异形座位（homeotic loci）。它存在于很多控制果蝇早期发育基因中（见23章），在高等生物中也发现了相关基序。HD的C-端区域和原核阻遏蛋白的HTH同源，但也有几点不同:（1）HD的C端由3个α-螺旋构成，螺旋3结合于大沟，长17aa；而阻遏蛋白由5个α-螺旋构成，螺旋3长仅9个 aa；（2）原核的HTH的以二聚体形式与DNA结合，靶序列是回文结构，而HD是以单体形式与DNA结合，靶序列不是回文结构；（3）HD N-端的臂位于小沟，而HTH螺旋1的末端与DNA的背面接触。

（二）蛋白质和配基的结合 有的调节蛋白并不直接与DNA接触，而先和配基结合被活化，如甾类受体蛋白等，当甾类激素等配基进入细胞后，在细胞质中受体与之结合，结合后受体构象发生改变，形成二聚体，成为活化状态，然后进入细胞核。受体识别特殊的保守顺序GRE并与之结合，从而活化了其下游的启动子，使糖皮质激素调节基因开始转录。诱导产生各种相应的蛋白。甾类受体蛋白一般都具有3个不同的功能区：（1）N-端区是激活转录所需的区域，不同受体之间此区的同一性仅小于15%；（2）DNA结合及转录活化区，同一性较高为94-42%；（3）C-端的激素结合和二聚体形成区，同一性为57-15%。（三）蛋白质之间的相互作用反式的作用因子的另一种调控的形式是以蛋白质与蛋白质之间的相互作用，酵母半乳糖代谢中GAL80和GAL4的相互作用就是很好的例子。酵母半乳糖代谢调控和原核生物gal操纵中的调控形式是完全不同的：（1）被调节的基因绝大部分都是位于不同的染色体上，不连锁；（2）起负调节作用的蛋白GAL80不直接和DNA结合，而是通过和作为转录激活因子的GAL4蛋白结合，占据其功能域来阻遏转录的；（3）作为正调节因子不仅需要半乳糖作为诱导物，还需要GAL4蛋白作为转录因子，它不是像原核中的正调节蛋白仅和操纵子中的操纵基因结合，使整个基因簇得以转录，而是分别和各个被调节基因上游元件UAS结合，促进转录。GAL4蛋白和λ的阻遏蛋白相似有DNA结合功能域，又具有转录活功能域，它以二聚体的形式结合于被调节基因上游特殊序列UASG (upstream activator sequence-galactose)上。UASG由4个相同的17bp序列构成，每个序列都呈两侧对称，和一个二聚体结合，那么转录激活是低水平的，若4个序列都和GAL4结合的话,表达达到最高水平。GAL4的结构是利用功能区转换（domain-swapping）实验获得的。其768~881氨基酸区域为转录激活功能区，或以和转录因子相结合，这个区域中的851~881区域又可特异地和GAL80蛋白相结合。当半乳糖缺乏时GAL80就在此区域和GAL4相结合，占据了其转录激活功能区，而无法和转录因子结合，虽此时的GAL4仍可和UASG结合，但失去了转录激活能力，因此gal基因不转录；当半乳糖存在时它可以和GAL80结合，可能使其构象发生改变，从GAL4上解离下来，这样GAL4又可以和转录因子相结合，恢复了转录活性的功能。 TFⅡD和TFⅡB的相互作用也属于蛋白质之间的相互作用调节转录的例子。