线粒体生物发和功能运作的转录调控.ppt

线粒体生物发生和功能运作的转录调控 一 线粒体生物发生和功能运作的转录调控——转录因子网 二 转录因子网络的探索和构建 线粒体生物发生和功能运作的转录调控 线粒体是具有重要功能的细胞器，对线粒体数量变化和功能的研究已经取得了相当的成果。为满足不同的细胞能量和代谢需求，线粒体的数量，形态和功能特性受到精细调控。这种调控很大程度上是靠转录水平上的调节完成的。编码线粒体蛋白，包括那些操纵线粒体基因组复制及转录的因子在内，的大部分核基因是由一组高度关联成网的转录因子调控的。这一网络还负责感受细胞能量状况，营养供给情况，和生物体的生理状态的信号，以及产生短效和长效的适应性反应，最终引发对线粒体功能和线粒体生物发生的调整。 线粒体生物发生和功能运作的转录调控 线粒体生物发生和功能运作所需的大规模基因表达是由一组相关的与核DNA结合的转录因子和调控因子网所控制的（图1）。这个网络使大范围的线粒体生物发生程序的充分激活和对线粒体基因表达和功能运作的组织/信号特异性调整成为可能，以对各种生理信号作出应答。组成这个网络的首先是以不同线粒体基因子集的重叠部位为靶位点的DNA结合因子。然后是增强或抑制DNA结合因子活性的转录共调控因子。转录共调控因子与多个DNA结合因子的相互作用可整合线粒体基因表达程序中的各种信号 。 线粒体生物发生和功能运作的转录调控 线粒体生物发生和功能的相关调控机制必须既具备对多数线粒体基因组的普遍感应，同时又具备对部分基因组合的组织及信号特异的感应。 已知的转录调控网络中，研究的比较多的DNA结合因子包括： 核呼吸因子1（NRF-1），鸟苷酸结合蛋白（GABP，或称为NRF-2），过氧化物酶体增殖物激活受体（PPARs）和雌激素相关受体（ERRs）。其他如。cAMP应答元件结合蛋白 （CREB），c-Myc, 和YY1 等。 转录共激活子主要包括：PPARγ共激活子?1家族，和RIP140等。其中对PGC-1α的了解最多 。 线粒体生物发生和功能运作的转录调控 线粒体生物发生和功能运作的转录调控 线粒体生物发生和功能运作的转录调控 线粒体生物发生和功能运作的转录调控 关于调控线粒体生物发生和功能运作的转录因子网络，一个值得注意的特点是前馈和反馈回路的广泛应用（图1和2）。网络中一个成员含量上升可能增强其他成员的表达。例如，PGC-1α不仅可以共激活ERRα，GABP, 和NRF-1，还可提高它们的表达水平。ERRα增强PPARα, GABP和负调控子RIP140。PPARγ, PPARδ, ERRγ, 和CREB诱导PGC-1α表达。ERRα和PGC-1α可诱导自身表达。这些调控回路可能对增强线粒体基因响应的丰富度，以及短期的基因响应限制十分重要。另外，反馈回路的生物学模型显示这种相联的正向负向反馈系统可在有干扰的情况下更好地对信号做出响应。 线粒体生物发生和功能运作的转录调控 线粒体生物发生和功能运作的转录调控因子数量巨大。其中一些起初看来作用很简单。了解每一个转录因子在不同组织和生理状态下的特定功能和贡献是很重要的。这种了解可帮助确定细胞特异性的线粒体机能不良的干预目标。也可帮助设计增强线粒体功能但不伤害组织的药物。 转录调控网的构建 一、单个基因/蛋白的研究 定位identification（何种组织/细胞，何种情况/时期表达） 功能组件/三维结构(motifs)→可能的作用对象和机制 功能研究：诱导激活（induction）+抑制(repressing)、沉默(silencing of genes)、敲减(-null cells/animals)+过表达(overexpression)、功能获得/缺失实验(gain- and loss-of-function studies)等 上下游基因的定位 转录调控网的构建 功能获得/缺失实验(gain- and loss-of-function studies): 骨骼肌中transgenic expression of PGC-1αand PGC-1β导致线粒体含量增加，线粒体基因表达增加，和运动表现增强。相反地，基因钝化（genetic inactivation）引起的PGC-1α缺失的小鼠虽然可以成活，但线粒体基因的表达降低，线粒体酶活性降低，以及中度的线粒体机能不良。 转录调控网的构建 二、多个基因/蛋白间相互作用的研究 寻找定位基因/蛋白的作用对象：三维结构，沉默，敲减，过表达 影响此基因/蛋白的因子/信号：诱导/抑制因子，激活剂/失活剂，信号通路 基因/蛋白间相互作用：敲减，钝化，消减抑制 寻找主效基因 转录调控网的构建 假设-实验-推断-实验-修正-实验-验证 在PPARγ激动剂增加脂肪细胞中的线粒体生成的各个实验中都观察到