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举例说明DNA结合蛋白对基因转录的影响,另简述鉴别DNA结合蛋白在DNA分子上结合位点的两种常用方法。

答案

参考答案:

贮存在DNA中的信息需要由各种各样的DNA结合蛋白质去组织、复制和阅读。处于静止状态或活动状态的染色体都含有各种蛋白质。这些DNA结合蛋白质有两种情况:一种在DNA链上非特异性地结合,把DNA包装成一定的结构,但并不妨碍其他DNA结合蛋白的接触,例如组蛋白与DNA链形成核小体结构;另一情况是蛋白结合到DNA一段短的序列上,这些短序列通常是进化上保守的、特异性的,不同序列有不同的蛋白质与之结合。DNA结合蛋白具有各种不同的功能,有的帮助DNA长链折叠成一定的功能结构,有的起始DNA复制,有的控制基因转录或参加基因转录的调控等等。

基因的所有顺式作用元件包括UPE和增强子都要和相应的反式作用因子结合,并通过蛋白质之间的作用才能实现它们对基因转录的调控。既然转录因子专一地与DNA上特定序列相结合而起作用,那么,蛋白质分子与DNA结合位点究竟存在何种结构和特性当然是首先引人注意的问题。体外转录研究表明,RNA聚合酶Ⅱ指导的转录起始需要一些可扩散性转录因子(主要是蛋白质),这些因子由其他基因编码。

一般认为,如果某个蛋白是体外转录系统中起始RNA合成所必需的,它就是转录复合体的一部分。根据各个蛋白质成分在转录中的作用,能将整个复合体分为3部分:

①参与所有或某些转录阶段的RNA聚合酶亚基,不具有基因特异性。

②与转录的起始或终止有关的辅助因子,也不具有基因特异性。

③与特异调控序列结合的转录因子。它们中有些被认为是转录复合体的一部分,因为所有或大部分基因的启动子区含有这一特异序列,如TATA区和TFⅡD,更多的则是基因或启动子特异性结合调控蛋白,它们是起始某个(类)基因转录所必需的。

随着越来越多的体系得到研究,人们发现特异转录因子对基因表达的调控大量而广泛的存在着,并且是高度有序的。主要有两种方式:①转录起始复合物形成过程受到调控;②通过专一因子的结合,提高RNA聚合酶起始转录活性。

DNA结合蛋白的检测方法有以下几种:

1.凝胶滞留法分析DNA结合蛋白。DNA分子高度负电性,在电场中向正极方向迅速移动。用聚丙烯酰胺凝胶电泳分析时,DNA分子按其大小离开,小分子较大分子容易进入凝胶网孔,DNA与蛋白质结合会造成泳动滞留。一般来说,结合的蛋白质分子越大,DNA分子在电泳中滞留越大,越严重。这种现象是“凝胶滞留测定”(也称为“凝胶中移动变化测定”)的基础,此方法能够迅速地检测微痕量的序列特异性DNA结合蛋白。在测定时,特异序列的DNA短片段(用DNA克隆或化学合成方法产生单一片段)先用同位素标记,然后与细胞提取物混合。提取物中蛋白质与DNA片段结合后对电泳移动的影响可用聚丙烯酰胺凝胶电泳作分析,游离的DNA迅速移到凝胶的前沿,其他结合了蛋白质的DNA被滞留。如果DNA片段相当于多个序列特异性蛋白结合的染色体区段,每种蛋白有不同程度的滞留,代表了不同的DNA-蛋白质复合物。凝胶上每条带相应的蛋白能从细胞提取物进一步分离。

2.足迹法分析DNA上蛋白的结合位点。原先采用印迹法来分析DNA蛋白质的结合位点。该方法的原理是由于结合蛋白的DNA片段受到保护所以不受核酸水解酶的作用。分离此片段后进行DNA序列测定,就可以确定DNA片段上蛋白质结合的位置。但是这种方法非常繁琐、费时。现在用足迹法可以迅速描绘出蛋白质在DNA上的结合、接触的位置。

足迹法基本原理类似于DNA序列测定的方法。DNA片段在一端先用32P标记。DNA链中任何一断裂的位置都能够从它产生的标记片段作出推断。片段的大小又可以很容易从聚丙烯酰胺凝胶的高分辨电泳中确定。如果结合了蛋白质的DNA片段用内切核酸酶部分酶切,在合适的条件下,原则上每个磷酸二酯键都可以随机地被水解,但是结合的蛋白质阻碍了内切核酸酶接触到DNA链,被蛋白质阻碍的键就根本不能被水解。在微量核酸酶的作用下,这一部分长度的电泳带在电泳图谱出现一段空隙。

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