真核生物基因表达的调控课件

真核生物基因表达的调控欢迎学习真核生物基因表达调控课程！基因表达调控是生命科学中的核心问题，它决定了细胞如何精确控制基因的开启与关闭，从而实现生命活动的精准调控在本课程中，我们将探讨真核生物基因表达调控的多层次机制，从DNA层面的染色质结构调控，到转录、加工、翻译以及蛋白质水平的调RNA控我们还将介绍最新的研究技术和前沿进展真核生物的基因表达调控比原核生物更为复杂，涉及更多的分子机制和调控层次，对于理解生命的本质和疾病的发生具有重要意义让我们一起揭开真核生物基因表达调控的奥秘！课程目标掌握真核生物基因表达调控的基本原理理解从到蛋白质各个层次的调控机制，建立系统的基因表达调控DNA知识框架了解最新的研究方法与技术熟悉单细胞测序、等现代分子生物学技术在基因表达调控研究CRISPR中的应用培养分析问题的能力能够运用所学知识分析和解释特定基因表达调控的现象和机制建立科研思维培养对基因表达调控研究前沿问题的探索精神和批判性思维能力真核生物基因组的特点复杂的组织结构基因结构的特点真核生物基因组与蛋白质形成复杂的染色质结构，这真核基因含有外显子和内含子，需要通过剪接去除内含DNA RNA种结构对基因表达有重要影响染色质可以通过凝聚和松弛子这种结构增加了基因的复杂性，也为选择性剪接提供了来控制基因的可接近性可能基因组大小变异显著，从酵母的约到人类的约基因密度较低，编码序列仅占人类基因组的约，大部分12Mb2%不等，但基因数量变化相对较小，表明非编码是非编码区域，包括重复序列、转座子和调控元件等这些3000Mb占比很大非编码区也参与基因表达调控DNA真核生物基因表达调控的复杂性多层次调控从到蛋白质的每一步都有精确调控1DNA时空特异性2不同组织、不同发育阶段的调控机制各异多因素参与3转录因子、表观遗传修饰、非编码等协同作用RNA网络化调控4形成复杂的调控网络，确保基因表达的精准性真核生物基因表达调控的复杂性远超原核生物，这种复杂性是生物进化的结果，也是多细胞生物实现细胞分化和组织特异性功能的基础通过多层次、多因素的精确调控，真核生物可以在不改变基因组序列的情况下，灵活应对环境变化和发育需求真核生物基因表达调控的层次水平DNA1染色质结构、组蛋白修饰、甲基化DNA转录水平转录因子、增强子、沉默子、转录起始与终止加工水平RNA选择性剪接、编辑、加帽、加尾、稳定性RNA RNA翻译水平4翻译起始、延伸、终止的调控、调控miRNA蛋白质水平翻译后修饰、蛋白质稳定性、亚细胞定位水平的调控染色质结构DNA染色质的基本单位核小体是染色质的基本结构单位，由缠绕在组蛋白八聚体外侧形成DNA这种结构对基因表达起着重要的调控作用染色质的构象变化染色质可以在松散的常染色质和紧密的异染色质之间转换，影响的可DNA及性松散的染色质有利于转录，而紧密的染色质则抑制基因表达染色质修饰组蛋白修饰（如甲基化、乙酰化等）和甲基化能改变染色质结构，影DNA响转录因子和转录机器的结合，从而调控基因表达染色质重塑染色质重塑复合物能够以依赖的方式改变核小体的位置或结构，调整ATP基因的可及性，是基因表达调控的重要环节染色质的组成组蛋白DNA主要包括核心组蛋白、、含有基因和非编码区域，通过与组蛋白H2A H2B和，以及连接组蛋白这些的相互作用形成染色质在核小H3H4H1DNA碱性蛋白质富含赖氨酸和精氨酸残基，体中呈超螺旋状缠绕在组蛋白八聚体外带正电荷，可与带负电荷的紧密侧DNA结合序列本身可以影响核小体的形成DNA组蛋白高度保守，表明其在进化上的重和定位，某些序列更容易形成核小体，要性它们不仅是包装的支架，而其他序列则倾向于排斥核小体DNA也是调控基因表达的活跃参与者非组蛋白染色质蛋白包括染色质重塑复合物、转录因子、组蛋白修饰酶等，这些蛋白质参与染色质动态变化和基因表达调控这些蛋白质通常以复合物形式存在，协同工作以精确控制染色质结构和基因表达核小体结构组蛋白八聚体缠绕DNA由两个二聚体和一个H2A-H2B H3-约的以左手超螺旋状围绕组146bp DNA四聚体组成，形成核小体的核心结构H4蛋白八聚体缠绕圈

1.65每种组蛋白都有一个球状结构域和一个每隔与组蛋白接触一次，形2DNA10bp灵活的端尾巴，尾巴伸出核小体表面，N成紧密但可调节的结构可被多种酶修饰组蛋白连接H1DNA结合在核小体入口出口处的上，核小体之间由的连接相/DNA10-80bp DNA帮助稳定核小体结构连，连接通常与组蛋白结合DNA H1促进更高级别的染色质折叠，参与染色这段易受消化，对转录因DNA DNaseI质凝聚与松弛的调节子的结合更为敏感染色质的凝聚与松弛10nm核小体水平缠绕在组蛋白八聚体外侧形成核小体，呈珠串状结构DNA30nm纤维水平核小体进一步盘绕形成染色质纤维，主要存在于常染色质中30nm300nm环结构染色质纤维形成环状结构，增加压缩程度，通常由支架蛋白稳定700nm染色体水平高度凝聚的染色质形成可见的染色体，压缩率最高可达倍DNA10000染色质凝聚与松弛是一个动态平衡的过程，受多种因素调控常染色质富含活跃转录的基因，结构相对松散；而异染色质结构紧密，转录活性低染色质的这种动态变化使细胞能够在不同条件下精确调控基因表达，是表观遗传调控的重要机制组蛋白修饰修饰类型酶类位置功能乙酰化赖氨酸残基开放染色质促进Ac HAT/HDAC,转录甲基化赖氨酸精氨酸根据位置不同可Me HMT/HDM/激活或抑制磷酸化激酶磷酸酶丝氨酸苏氨酸染色质凝聚P//,DNA修复泛素化赖氨酸残基蛋白降解染色质Ub E1/E2/E3,结构调节化连接酶赖氨酸残基转录抑制蛋白相SUMO SUMO,互作用组蛋白修饰形成了被称为组蛋白密码的复杂调控体系，不同的修饰组合产生不同的生物学效应这些修饰可以直接改变染色质结构，也可以招募特异性蛋白识别并结合修饰位点，进而调控基因表达理解组蛋白修饰对揭示表观遗传调控机制具有重要意义甲基化DNA甲基化位点甲基转移酶主要发生在二核苷酸的胞嘧啶上，形1维持型甲基化，CpG DNMT1DNMT3A/3B成甲基胞嘧啶负责从头甲基化5-基因表达影响去甲基化启动子区甲基化通常抑制基因表达，基因酶催化氧化，最终去除甲基基团TET5mC体区甲基化作用复杂甲基化是一种重要的表观遗传修饰，在基因组印记、染色体失活、转座子抑制和癌症发生等生物学过程中起着关键作用岛是DNA XCpG基因组中富含二核苷酸的区域，通常位于基因启动子附近，其甲基化状态与基因表达密切相关CpG甲基化可以通过阻碍转录因子结合或招募含有甲基结合结构域的抑制因子来影响基因表达随着单碱基分辨率测序技术的发展，DNA CpG我们对甲基化图谱的理解日益深入DNA染色质重塑复合物核小体重定位依赖的方式使核小体沿着滑动，改变特定序列的可及性这种ATP DNA DNA机制使转录因子能够接触到原本被核小体覆盖的结合位点，是激活基因表达的重要方式组蛋白置换将核心组蛋白替换为变体组蛋白，如或这些变体组蛋白具有特H2A.Z H

3.3殊的功能，能够改变核小体的稳定性和动态特性，进而影响基因表达核小体解离完全或部分地移除核小体，使序列暴露出来这种作用通常发生在高度活DNA跃的基因区域，为转录起始和延伸创造有利条件染色质重塑复合物是一类依赖的酶复合物，可以被分为家族、家ATP SWI/SNF ISWI族、家族和家族这些复合物在细胞分化、复制和修复等过程中发CHD INO80DNA挥重要作用染色质重塑复合物的突变与多种疾病相关，包括癌症和发育障碍转录水平的调控概述转录循环调控起始、延伸、终止的精确控制1转录因子网络2通用与特异性转录因子的协同作用顺式调控元件3启动子、增强子、沉默子等序列DNA染色质环境4染色质开放度决定转录可行性转录是基因表达的第一步，也是基因表达调控的主要层次真核生物的转录调控比原核生物更加复杂，涉及更多的调控因子和元件通过调控转录的起始、延伸和终止，细胞可以决定哪些基因被表达、何时表达以及表达量的高低转录调控的精确性依赖于顺式作用元件和反式作用因子的特异性相互作用，以及染色质环境的适当调整理解转录调控机制对解释基因表达的时空特异性和响应性至关重要真核生物聚合酶RNA聚合酶聚合酶聚合酶RNA I RNA IIRNA III负责转录、和核糖体负责转录所有蛋白质编码基因的主要转录、和其他小

5.8S18S28S tRNA5S rRNA（）这些组成核糖，以及多种非编码，如非编码这些参与翻译过程RNA rRNA RNA mRNA RNA RNA RNA体的主要成分，对蛋白质合成至关重、等是基因表达调或加工聚合酶转录的基miRNA lncRNA RNA RNA III要聚合酶活性反映了细胞生长控的主要研究对象，也是大多数转录因通常很短，但转录效率极高RNA I状态，快速分裂的细胞通常有高水平调控机制的靶点识别特殊的启动子结构，如内部启动的聚合酶活性RNAI独特的末端结构域（）含有多子（如基因中的盒和盒）或C CTDtRNA AB在核仁中活跃，是细胞中最活跃的个七肽重复序列，可被广泛外部启动子（如基因中的YSPTSPS5S rRNAC聚合酶，约占细胞总合成的磷酸化，对协调转录和加工至关盒）RNA RNA RNA重要60%真核生物基因的顺式作用元件核心启动子位于转录起始位点附近，包含盒、元件等，是聚合酶和基本转录因子结合的最小区域TSS TATAInr RNA II DNA近端启动子位于核心启动子上游约区域，含有多种调控元件，如盒、盒等，增强基因的基础表达水平200bp GCCAAT增强子位置和方向可变的调控元件，可位于基因上游、下游或内含子中，能大幅提高转录活性沉默子抑制基因表达的序列，通过招募抑制因子或改变染色质结构发挥作用DNA绝缘子阻断增强子或沉默子作用的边界元件，维持基因表达的独立性，防止周围染色质环境的干扰启动子结构增强子和沉默子增强子特点沉默子特点位置灵活，可位于基因上游、下游或内抑制基因转录的顺式调控元件••含子中与抑制性转录因子结合，阻碍转录激活•作用与方向无关，可正向或反向增强转•可招募组蛋白修饰酶，如去乙酰化酶•录常与抑制性染色质标记如相关•H3K9me3含有多个转录因子结合位点，形成调控•与增强子类似，位置和方向也具有灵活•模块性表观遗传特征包括和•H3K4me1修饰H3K27ac通过染色质环与启动子接触，空间上接•近绝缘子功能阻断增强子对非靶基因的作用•防止异染色质向邻近区域扩散•与等特殊蛋白结合•CTCF参与染色质高级结构的形成•维持基因表达的组织特异性和时序性•反式作用因子识别与结合激活复合物形成通过结合结构域特异性识别序列招募协同激活因子和基本转录装置DNA DNA转录启动染色质修饰促进聚合酶活化和转录起始招募组蛋白修饰酶改变局部染色质状态RNA II反式作用因子是可溶性蛋白，能特异性结合顺式作用元件并调控基因表达它们可分为通用转录因子和特异性转录因子两大类通用转录因子参与所有基因的基础转录，而特异性转录因子则赋予基因表达的时空特异性反式作用因子通常具有模块化结构，包括结合结构域、转录激活或抑制结构域、二聚化结构域和信号响应结构域等这种模块化设计DNA使转录因子能够同时进行特异性识别和转录调控功能DNA通用转录因子6主要通用转录因子家族包括、、、、和TFIIA TFIIBTFIID TFIIETFIIF TFIIH30+子单位总数所有通用转录因子共包含多个蛋白质亚基3010-15转录起始复合物组装时间分钟从开始结合到形成完整起始复合物的典型时间

1.5MDa起始复合物大小完整的转录前起始复合物分子量达兆道尔顿

1.5通用转录因子是聚合酶转录所必需的蛋白质复合物，它们按特定顺序在启动子区域组装，形成转录前起始复合物（）首先RNA IIPIC TFIID通过其亚基识别并结合盒，变形结构；随后结合，确定转录起始位点和方向；引导聚合酶进入复合物；TBP TATADNA TFIIBTFIIF RNA II和加入后，的解旋酶活性打开双链，使转录得以起始TFIIE TFIIHTFIIH DNA特异性转录因子锌指蛋白螺旋转角螺旋蛋白碱性亮氨酸拉链蛋白--最常见的结合结构域之一，含有包括同源结构域蛋白在内的多个转录因含有一个富含亮氨酸的二聚化区域和一DNA锌离子配位的特征性结构每个锌指可子家族，其中一个螺旋插入主个碱性的结合区域通常以同源αDNA DNA识别个碱基对，多个锌指串联可识别沟，另一个螺旋与骨架接触或异源二聚体形式发挥作用代表有3DNA Hox较长的序列代表有（结合基因编码的同源结构域蛋白在发育过程（由和组成）和DNA Sp1AP-1Fos JunCREB盒）和核受体家族成员中调控体轴形成和器官发生（响应信号通路）GC cAMP转录因子的结构域转录因子通常具有模块化的结构，由几个功能不同的结构域组成，这种设计使它们能够执行复杂的调控功能结合结构域确定因子与特定序列DNA DNA的亲和力和特异性；转录激活或抑制结构域通过与其他蛋白的相互作用影响转录活性；二聚化结构域允许形成同源或异源二聚体，扩展结合特异DNA性；信号响应结构域（如配体结合区）使转录因子能够响应特定刺激；而核定位信号则确保它们能够进入细胞核发挥功能转录起始复合物的组装结合启动子TFIID亚基识别盒并导致弯曲约，形成有利于其他因子结合的平TBP TATADNA80°台非启动子则主要通过亚基与其他核心启动子元件相互作用TATA TAF加入复合物TFIIB结合和启动子，在盒上下游形成接触确定转录的方向性并TBP DNATATA TFIIB为聚合酶的结合提供平台，是转录起始定位的关键因子RNA II聚合酶复合物结合3RNA II-TFIIF与聚合酶形成复合物，引导聚合酶定位到启动子，同时防止非特异性TFIIF RNA II结合这一步骤大幅增加了起始复合物的大小和复杂性DNA和加入TFIIE TFIIH促进的招募，具有解旋酶活性，能够打开双链形成转录气TFIIE TFIIHTFIIH DNA泡还具有激酶活性，可磷酸化聚合酶，促进转录从起始转变TFIIH RNA II CTD为延伸阶段转录因子与启动子的相互作用序列特异性识别协同结合招募辅助因子转录因子通过其结多个转录因子可协同结合结合到启动子区的转录因DNA合结构域特异性识别启动于邻近的位点，通子能够招募各种辅助蛋DNA子区的特定序列元件不过蛋白质蛋白质相互作白，包括组蛋白修饰酶、-同类型的结构域采用不同用稳定彼此的结合这种染色质重塑复合物和中介方式与接触，如锌协同作用使转录激活表现复合物这些因子共同作DNA指蛋白主要通过螺旋插出高度的协作性和阈值效用，创造有利于转录起始α入主沟，而螺旋转应，是基因开关行为的基的染色质环境，并建立起DNA-角螺旋蛋白则利用识别础启动子与聚合酶之-RNA II螺旋与碱基对形成间的功能连接DNA氢键启动子区通常含有多个转录因子结合位点，形成复杂的调控模块这些位点的组合以及结合其上的转录因子网络决定了基因的表达模式研究表明，大多数基因的调控涉及多个转录因子的协同作用，这种多因子调控增加了基因表达调控的精确性和灵活性转录因子与增强子的相互作用增强子元件集聚增强子区域常含有多个转录因子结合位点，允许多种调控蛋白同时结合这些转录因子可能来自不同的信号通路，使增强子能够整合多种细胞信号染色质环形成增强子与其靶启动子之间的物理接触通过染色质环实现，这种三维结构使相距甚远的元件能够在空间上接近环的形成依赖于结合在增强子和启动子上的蛋白DNA质复合物之间的相互作用中介复合物功能中介复合物是连接增强子结合的激活因子与启动子基本转录装置的桥梁，包含约个亚基它可以稳定转录起始复合物，并影响聚合酶活性30RNA II相分离机制研究发现，转录因子及其辅助因子可通过液液相分离形成无膜的浓缩相，这种转-录工厂可能有助于提高转录效率和特异性，是增强子功能的新机制转录因子的组合调控转录延伸和终止的调控启动子近端暂停聚合酶在转录起始后约处暂停，受和因子控制这种RNAII20-60nt NELFDSIF暂停为细胞提供了额外的调控点，对快速或协调基因表达尤为重要磷酸化模式CTD聚合酶上不同位点的磷酸化状态变化调控转录周期磷酸化与RNAII CTD Ser5转录起始相关，磷酸化则标志着产能延伸阶段，和磷酸化也有特Ser2Thr4Ser7定功能延伸因子作用激酶通过磷酸化、和聚合酶，解除转录暂停其他延伸P-TEFb NELFDSIF CTD因子如、和通过不同机制促进延伸，如防止聚合酶倒退或增强TFIIS ElonginELL其催化效率转录终止机制多聚腺苷酸化信号（信号）的识别和切割是终止的关键步骤根据套polyA RNA圈模型，当切割后，外切核酸酶降解残留，追赶并解离聚合酶；RNA5-3RNA而变构模型认为信号诱导聚合酶构象变化导致终止polyA加工水平的调控概述RNA端加帽5在转录起始后不久进行，对稳定性和翻译至关重要mRNA剪接RNA去除内含子并连接外显子，可通过选择性剪接产生多种转录本编辑RNA直接修改序列，如腺苷到肌苷的转换，增加转录组多样性RNA端加尾3添加尾巴，影响稳定性、核输出和翻译效率polyA mRNA加工是连接转录和翻译的关键环节，也是基因表达调控的重要层次前体从合成到最终成熟，需要经历一系列精确调控的加工过程这RNA mRNApre-mRNA些加工步骤不仅影响的结构和功能，还通过选择性剪接等机制大大扩展了基因组的编码容量RNA加工通常与转录过程偶联，许多加工反应在转录延伸过程中就已开始聚合酶的在这一偶联中发挥核心作用，通过其磷酸化状态变化协调不同的RNA RNAIICTD加工事件加工的异常与多种人类疾病相关，包括神经退行性疾病和肿瘤RNARNA选择性剪接基本机制主要模式选择性剪接是通过不同方式拼接外显子产生多种成熟可变剪接位点使用不同的剪接位点•55的过程它由剪接体精确执行，剪接体识别内含子mRNA可变剪接位点使用不同的剪接位点•33边界上的剪接位点、剪接位点以及分支点序5GU3AG外显子跳跃特定外显子可能被完全跳过•列内含子保留某些内含子保留在成熟中•mRNA调控依赖于顺式作用元件、、、和反式作ESE ESSISE ISS互斥外显子一组外显子中只有一个被保留•用因子蛋白、蛋白等的相互作用这些因素的SR hnRNP平衡决定了特定剪接位点的使用效率选择性剪接极大地扩展了基因组的编码能力，估计人类约的多外显子基因存在选择性剪接不同组织、发育阶段或生理95%条件下，选择性剪接模式可以发生变化，这种转录后调控为基因表达的精细调节提供了额外层次选择性剪接的调控机制剪接增强子和抑制子蛋白家族SR外显子剪接增强子和外显子剪接抑蛋白含有一个或两个识别基序ESE SRRNA制子位于外显子内，而内含子剪接和一个富含精氨酸丝氨酸的ESS RRM-RS增强子和内含子剪接抑制子位结构域它们通常结合，促进剪接ISE ISSESE于内含子内这些顺式调控元件是位点的识别，可通过与剪接体组分直接RNA结合蛋白的结合位点，可促进或抑制附相互作用或拮抗蛋白的抑制作用hnRNP近剪接位点的识别来发挥功能蛋白活性受磷酸化状态SR调控蛋白hnRNP异质核糖核蛋白多与剪接抑制子结合，抑制剪接位点使用它们可通过多种机hnRNP制发挥作用，如立体阻碍、促进二级结构形成或招募其他抑制因子RNA hnRNP、和等是常见的剪接抑制因子A/B PTBNOVA选择性剪接调控与染色质结构和转录过程紧密相关聚合酶延伸速率可影响剪接位点选RNAII择，快速延伸使剪接位点暴露的时间差异减少，可能导致弱剪接位点的使用增加此外，组蛋白修饰和甲基化等表观遗传标记也能通过影响转录延伸速率或招募剪接调控因子来影DNA响选择性剪接编辑RNA腺苷脱氨作用胞苷脱氨作用酶催化腺苷转变为肌苷，肌苷在翻译家族酶催化胞苷转变为尿苷，改变ADAR APOBEC中被识别为鸟苷密码子2功能影响密码子改变可改变蛋白质功能、剪接模式、稳定性由于碱基变化，密码子的意义可能被改变，RNA和定位导致氨基酸替换编辑是一种转录后修饰过程，通过直接改变序列增加了转录组的多样性编辑是哺乳动物中最常见的编辑类型，主要由RNARNAA-to-IRNA家族酶催化这种编辑在脑组织中尤为丰富，影响神经传递和突触可塑性相关基因ADAR编辑的程度和位点可随发育阶段和组织类型而变化，增加了基因表达调控的复杂性异常的编辑与多种疾病相关，如癫痫、抑郁症和某些RNARNA类型的癌症高通量测序技术的发展使我们能够全面分析编辑图谱，加深对这一重要调控机制的理解RNA的端加帽mRNA5加帽酶复合物结合1当链长度达到核苷酸时，加帽酶复合物通过与聚合酶的磷酸化形式特别是RNA20-30RNAIICTD相互作用而被招募Ser5-P末端三磷酸酶活性2三磷酸酶去除新生端的磷酸基团，生成二磷酸末端RNA RNGTTRNA5γ-鸟嘌呤转移酶活性3鸟嘌呤基转移酶活性将从转移到端，形成三磷酸键GMP GTPRNA55-5甲基化修饰4鸟嘌呤甲基转移酶在位点添加甲基基团，形成常见的帽子结构RNA-7-RNMT N7m7G Cap-0帽子结构对的稳定性、加工、核输出和翻译起关键作用它通过招募帽子结合复合物保护mRNA5mRNA CBC免受外切核酸酶的降解在翻译起始阶段，帽子结构被识别，是协助核糖体装配的关键元素mRNA5→3eIF4E除基本的结构外，还存在进一步甲基化的和结构这些额外修饰有助于区分自身与非自身Cap-0Cap-1Cap-2，在先天免疫系统中发挥重要作用许多病毒为有效翻译其基因组，演化出了特殊的帽子依赖或非依赖机制RNA的端加尾mRNA3多聚腺苷酸化信号识别1复合物识别多聚腺苷酸化信号，而结合下游的富集CPSF AAUAAACstF GU/U元件这些蛋白复合体共同确定正确的切割位点切割2mRNA链在多聚腺苷酸化信号下游约个核苷酸处被切割亚基RNA10-30CPSF-73具有切割活性，负责执行这一反应切割产生具有末端的上游片3-OH RNA段聚合酶结合3多聚聚合酶被招募到切割位点，与的末端结合不需A PAPRNA3-OH PAP要模板即可合成尾巴，是一种模板非依赖性酶polyA聚尾巴合成4A催化约个腺苷酸残基的添加，形成尾巴核多聚结合PAP200-250polyA A蛋白参与调控尾巴长度，而细胞质多聚结合蛋白则保护PABPN1A PABPC尾巴免受降解的稳定性调控mRNA稳定性是基因表达调控的重要环节，通过控制的寿命来调节蛋白质合成的持续时间和强度不同的半衰期从几分钟到数天不等，取决于其序列mRNA mRNA mRNA特征和结合的调控蛋白降解通常始于，即尾巴的缩短，由和复合物执行随后，可通过或mRNA deadenylationpolyA CCR4-NOT PAN2-PAN3mRNA5→3途径降解途径涉及介导的去帽和介导的降解；途径则由外切体复合物执行3→55→3DCP1/DCP2XRN13→5多种顺式作用元件影响稳定性，包括富集元素、富集元件、富集元件和结合位点等这些元件通常位于，被各种mRNA AUARE GUGRE CA miRNA3UTR结合蛋白或小识别，进而调控的稳定性或不稳定性应激条件下稳定性调控尤为重要，如免疫反应和细胞应激响应中的转录后调控RNARNAmRNA mRNA非编码在基因表达调控中的作用RNA介导的基因沉默miRNA的生物合成miRNA基因被聚合酶转录为初级转录物，含有茎环结构核内miRNA RNAII pri-miRNA酶将加工为约的前体，后者经Drosha pri-miRNA70nt miRNApre-miRNA转运至细胞质，再被酶切割为约的成熟双链Exportin-5Dicer22nt miRNA复合物组装RISC成熟的一条链引导链被装载入诱导的沉默复合物，而另一条链miRNARNA RISC客体链通常被降解蛋白家族成员是的核心组分，其中具有Argonaute RISCAGO2切割活性，可直接切割与高度互补的靶miRNA mRNA靶标识别与结合主要通过其端的种子区位置与靶的互补配对完全miRNA52-8mRNA3UTR互补导致切割，而部分互补则导致翻译抑制和或不稳定化一个mRNA/mRNA可调控数十至数百个靶基因，形成复杂的调控网络miRNA翻译抑制和降解mRNA复合物可通过多种机制抑制翻译，包括干扰翻译起始、促进核糖体脱落或招募去RISC腺苷酶复合物还可通过促进靶的去腺苷化和随后的降解来降低miRNA mRNA水平，这通常是主要的沉默机制mRNA在基因表达调控中的作用lncRNA信号lncRNA某些的表达本身就是特定细胞条件的信号它们可以在特定的时间点、特定的组织或对lncRNA特定的刺激响应中表达，如在基因簇沉默中的作用这类的表达模式提HOTAIR HoxDlncRNA供了有关细胞状态的信息诱饵lncRNA可以结合并隔离其他调控分子，如转录因子、染色质修饰酶或，防止它们发挥正常功miRNA能例如，假基因转录物可作为竞争性内源，捕获靶向的，间接PTENP1RNAPTEN miRNA增强的表达PTEN向导lncRNA通过结合蛋白复合物并将其引导至特定基因组位点，实现区域特异性的表观遗传修饰是经Xist典例子，它通过招募多种染色质修饰复合物，介导染色体失活过程中的基因沉默X支架lncRNA充当分子骨架，促进多个蛋白质组分的组装成功能性复合物如既结合复合物又HOTAIR PRC2结合复合物，协调组蛋白甲基化和去甲基化活性，形成更有效的沉默复合物LSD1翻译水平的调控概述翻译后调控蛋白质修饰和降解1翻译延伸与终止调控2延伸速率和终止效率的控制翻译起始调控3核糖体在上的装配和识别mRNA功能性修饰mRNA

4、等内部修饰影响翻译效率m6Am5C端帽子和端尾巴53polyA5基本结构影响翻译起始mRNA翻译水平的调控允许细胞快速响应环境变化，无需改变水平这种调控对于发育、细胞周期进展、应激响应和疾病防御尤为重要真核生物翻译是高度调控的过程，涉及多种翻译mRNA因子、调控蛋白和非编码的相互作用RNA翻译起始是限速步骤，也是主要的调控点起始因子复合物招募、预起始复合物形成、绑定、核糖体扫描和识别等步骤均可被调控全局性的翻译调控影响大多数43S mRNAAUG，而基因特异性调控则针对特定亚群，通常通过顺式作用元件和反式作用因子的相互作用实现mRNA mRNAmRNA翻译起始的调控帽依赖翻译核糖体招募复合物识别帽子结构，推动翻译起始预起始复合物结合端eIF4F43S mRNA5识别扫描机制AUG启动因子释放，核糖体形成核糖体沿向端扫描寻找起始密码子80S mRNA3翻译起始是翻译过程中能耗最高、调控最严格的阶段复合物（包含、和）识别帽子结构，是速率限制步骤，也是重要的调控点eIF4F eIF4E eIF4G eIF4A5信号通路通过磷酸化蛋白来控制的可用性，影响帽依赖翻译在某些压力条件下，如病毒感染或热休克，的亚基被磷酸化，抑制了mTOR4E-BP eIF4E eIF2α的鸟嘌呤核苷酸交换活性，从而降低了翻译起始频率eIF2B特征也影响翻译效率，包括长度和结构、起始密码子周围序列（序列）、上游开放阅读框（）、内部核糖体进入位点（）mRNA5UTR KozakuORF IRES等这些特征的调控使细胞能够在全局翻译受抑的条件下仍能选择性地翻译某些特定，例如应激条件下的应激蛋白mRNA内部核糖体进入位点（）IRES的发现与特点生物学意义IRES最初在脊髓灰质炎病毒和脑心肌炎病毒基因组中发介导的翻译在帽依赖翻译受抑制的条件下尤为重要，IRES IRES现，后来在多种真核生物中也被确认存在是如病毒感染、细胞应激、凋亡和细胞周期特定阶段某些病mRNA IRES高度结构化的元件，通常位于，能够在不依赖毒通过关闭宿主细胞的帽依赖翻译同时利用翻译自身RNA5UTR IRES端帽子和某些起始因子的情况下募集核糖体蛋白，实现对宿主翻译机器的劫持5病毒通常有复杂的三级结构，可直接与核糖体亚细胞中的允许在全局翻译抑制条件下特定IRES40S mRNAIRES基结合；而细胞则结构多样，通常需要标准起始因子的选择性翻译，如生长抑制或应激条件下细胞生存IRES mRNA和特殊的反式作用因子协助功能所必需的蛋白含的细胞通常编码调控蛋白，IRES ITAFsIRES mRNA如生长因子、原癌基因、转录因子和凋亡调节因子上游开放阅读框（）uORF翻译重启机制核糖体在翻译完后可能解离，或保持与结合并重新扫描识别下游主要的起始密码子重启效率受多种因素影响，包括长度、终止密码子与主起始密uORF mRNAORF uORF ORF码子间的距离、以及细胞翻译起始因子的活性状态立体阻碍效应翻译产生的肽段可能与核糖体隧道壁相互作用，导致核糖体停滞在终止位点这种停滞核糖体可阻碍其他扫描核糖体的通过，从而抑制下游主要的翻译某些编uORFORFuORF码的肽段具有序列特异性的调控作用非传统起始密码子虽然是主要的起始密码子，但近似密码子如、和也可在特定上下文中用作的起始位点这些非起始位点通常翻译效率较低，但在特定条件下可能AUG CUGGUG UUGuORF AUG被激活，增加了调控的复杂性uORF是位于主要蛋白编码区上游的小型开放阅读框，在约的人类基因转录本中存在它们通常通过与主竞争扫描核糖体来抑制下游主要蛋白的表达在某些情况下，如细胞应uORF50%ORF激时，磷酸化降低了整体翻译起始效率，反而可能增加某些含特定结构的翻译，如转录因子和eIF2αuORF mRNAATF4CHOP的亚细胞定位mRNA的亚细胞定位是一种重要的转录后调控机制，允许蛋白质在特定细胞位置合成，对细胞极性、非对称分裂、细胞迁移和神经突触可mRNA塑性等过程至关重要定位通常依赖于其中的顺式作用元件（定位信号或），这些元件被特异性结合蛋白识mRNA3UTR zipcodeRNA别定位复合物通过细胞骨架（通常是微管）运输到目的地，然后通过锚定机制固定在特定位置在抑制翻译的状态下运输可以防止不恰当位置的蛋白质合成到达目的地后，定位通过局部信号解除翻译抑制，实现空间特mRNAmRNA异性的蛋白质合成经典例子包括果蝇卵母细胞中和的定位、神经元树突中的定位，以及成纤维细bicoid oskarmRNA CaMKIIαmRNA胞迁移前沿中的定位定位异常与多种疾病相关，如神经发育障碍和癌症转移β-actin mRNAmRNA翻译延伸的调控密码子使用偏好性不同密码子被翻译的速率不同，主要取决于相应的丰度高表达基因往往使用与丰富tRNA对应的优选密码子，提高翻译效率密码子使用偏好性在不同物种、不同组织甚至同tRNA一基因的不同区域都可能存在差异翻译速率与蛋白质折叠翻译延伸速率的变化可影响新生肽链的折叠动力学某些区域的翻译减速（如稀有密码子簇）可能为特定结构域的正确折叠提供时间窗口，或允许辅助蛋白如分子伴侣的结合这种翻译调谐对蛋白质获得正确结构至关重要二级结构mRNA编码区内的稳定结构可减缓核糖体移动，形成翻译瓶颈这些结构需要额外的解旋酶RNA活性来解开，能够显著影响蛋白质合成速率和同一分子上的核糖体密度（多聚核糖体mRNA结构）延伸因子调控和等延伸因子的活性可通过磷酸化、甲基化等翻译后修饰进行调控例如，在某eEF1A eEF2些应激条件下，激酶磷酸化，减缓转位步骤，降低整体翻译速率，作为能量保存eEF2eEF2机制翻译终止的调控肽链释放终止密码子识别催化肽酰键水解，释放新合成的蛋eRF1-tRNA识别、、终止密码子eRF1UAA UAGUGA白质核糖体解离质量控制和协助核糖体亚基解离，为新一轮eRF3ABCE1异常终止可触发降解或蛋白质降解途径mRNA翻译做准备翻译终止的精确性对蛋白质的正确合成至关重要终止密码子上下文，特别是终止密码子前后的核苷酸，可显著影响终止效率弱终止上下文可导致核糖体读穿（），使翻译继续到下一个终止密码子，产生端延长的蛋白质某些条件下，读穿可作为调控机制，产生功能不同的蛋白质异构体readthrough C非正常终止，如核糖体在非终止密码子处停滞，可触发各种质量控制机制无义介导的降解识别含过早终止密码子的；无终止密码子介导的mRNA NMDmRNA降解处理缺乏终止密码子的；而无介导的降解则应对翻译延伸中停滞的核糖体这些机制确保异常和蛋白质产物不会mRNA NSDmRNA GomRNA NGDmRNA积累，维持细胞稳态蛋白质水平的调控概述翻译后修饰蛋白质降解亚细胞定位蛋白质翻译合成后可通过多种化学修饰蛋白质水平的精确控制需要合成与降解蛋白质必须定位到适当的亚细胞区室才调控其活性、稳定性、定位和相互作的平衡泛素蛋白酶体途径和自噬溶能发挥功能蛋白质定位通常由其序列--用常见修饰包括磷酸化、乙酰化、甲酶体途径是两大主要蛋白质降解系统中的信号肽或定位信号决定，如核定位基化、泛素化和化等这些修饰特异性降解确保细胞中蛋白质的适当丰信号或线粒体靶向序列定位可受SUMO NLS通常是可逆的，允许蛋白质功能的动态度和质量控制，对应对环境变化和细胞翻译后修饰或与伴侣蛋白相互作用的调调控周期进展至关重要控，增加了蛋白质功能调控的复杂性蛋白质的翻译后修饰修饰类型修饰基团修饰位点主要功能磷酸化磷酸基团活性调节信号转导Ser/Thr/Tyr,乙酰化乙酰基团末端染色质调控蛋白稳定Lys,N,性甲基化甲基基团信号传导表观调控Lys/Arg,泛素化泛素蛋白降解标记信号76aa Lys,糖基化糖类蛋白折叠稳定性AsnN/Ser/ThrO,化蛋白蛋白相互作用定位SUMO SUMOLys,翻译后修饰极大地扩展了蛋白质组的复杂性和功能多样性通过添加化学基团或多肽，可以PTM PTM改变蛋白质的物理化学性质、构象、活性、相互作用和亚细胞定位许多修饰是动态且可逆的，允许对蛋白质功能进行快速精细调节，而无需改变蛋白质表达水平通常由特异性酶催化添加或去除，如激酶磷酸酶磷酸化，乙酰转移酶去乙酰化酶乙酰化和PTM//E3连接酶去泛素酶泛素化不同修饰之间可能存在复杂的交互作用，称为密码或巴顿密码例/PTM如，一个位点的磷酸化可能影响附近位点的乙酰化或甲基化，创造出复杂的调控网络泛素蛋白酶体途径-泛素活化依赖的方式，泛素活化酶将泛素端活化并与形成高能硫ATP E1C E1酯键这一步需要消耗，为泛素转移提供能量人类基因组编ATP泛素转移码种酶2E1活化的泛素从转移到泛素结合酶的活性半胱氨酸残基，形成E1E2泛素复合物人类具有约种酶，它们参与决定泛素链的E2-40E2泛素连接类型和长度泛素连接酶识别特定底物并促进泛素从转移到底物蛋白的赖氨E3E2酸残基人类有多种连接酶，负责底物识别的特异性600E3E3泛素链延长酶分为、和三大家族，采用不同机制催化泛素转HECT RINGRBR移单个泛素（单泛素化）或多个泛素分子（多泛素化）可被添加到底物上泛素本身含有个赖氨酸残基（、、、、7K6K11K27K

29、、），这些位点可被用于形成不同类型的泛素链，K33K48K63蛋白酶体降解具有不同的生物学功能链通常导致蛋白酶体降解，而链K48K63连接的泛素链被蛋白酶体识别，底物蛋白在依赖的方则通常参与信号传导K4826S ATP式下被解折叠并进入核心粒子的中央腔，在那里被切割成小20S肽泛素通常在降解前被去泛素酶回收利用DUB蛋白质的亚细胞定位信号转导与基因表达调控细胞表面受体激活配体与细胞表面受体结合，如受体酪氨酸激酶、蛋白偶联受体或细胞因子受体，导致受G体构象变化和活化受体活化可能通过自身磷酸化、蛋白活化或受体聚集等机制实现G胞内信号级联受体活化触发胞内信号分子链式反应，如级联、通路或第二信使系统MAPK JAK-STAT（、等）这些级联通常涉及一系列蛋白激酶的逐级磷酸化，实现信号放大和cAMP Ca2+整合信号转入细胞核信号级联最终活化转录因子或其调节蛋白，如磷酸化，磷酸化，或ERK Elk-1PKA CREB磷酸化活化的转录因子可进入细胞核，或者原本就在核内的转录因子被激JAK STAT活基因表达改变活化的转录因子结合靶基因启动子或增强子上的特定序列，招募辅激活因子或辅抑制DNA因子，改变染色质状态和或转录机器的组装，从而调控基因表达这些变化可能引起迅/速而短暂的基因表达模式变化，或者通过反馈环路引起持久的表达改变细胞外信号与受体受体酪氨酸激酶蛋白偶联受体RTK GGPCR含单次跨膜结构域和胞内酪氨酸激酶结最大的膜受体家族，包含七次跨膜结构••构域域配体结合诱导受体二聚化和交叉自磷酸活化后与异三聚体蛋白相互作用••G化通过调节腺苷酸环化酶、磷脂酶或离•C磷酸化位点作为下游信号分子结合平台子通道传递信号•代表成员包括、、常见配体包括激素、神经递质和嗅觉分•EGFR FGFRPDGFR•和胰岛素受体子主要激活、和通路调控广泛的生理过程，是药物靶点的主•MAPK PI3K-AKT PLCγ•要来源核受体配体激活的转录因子，直接调控基因表达•含有结合和配体结合结构域•DNA可在细胞质或细胞核中响应亲脂性配体•包括固醇受体、甲状腺激素受体和维生素受体•D调控代谢、发育和生殖等基本生物过程•第二信使系统第二信使是细胞内小分子或离子，在信号转导过程中充当中继，将细胞表面受体接收到的信号传递到胞内效应分子主要的第二信使包括环腺苷酸、环鸟苷酸、钙离子cAMP cGMP、肌醇三磷酸和甘油二酯这些分子通常由特定酶合成或释放，浓度可在毫秒至秒级时间内迅速变化，允许快速信号响应Ca2+IP3DAG不同第二信使系统之间存在复杂的交互作用，形成信号网络而非简单的线性通路例如，钙信号可影响水平，而可调节受体的活性这种交互作用允许信号整合、放大和cAMP PKAIP3精细调控第二信使通过激活特定的下游效应分子发挥作用，如激活，激活钙调素和钙调素依赖性蛋白激酶，激活这些激酶进一步磷酸化下游底物，最终影cAMP PKACa2+DAG PKC响细胞代谢、基因表达、细胞分裂等多种生物过程蛋白激酶级联通路MAPK通路JAK-STAT由三级激酶级联组成细胞因子受体激活激酶，后者磷酸化JAKMAPKKK→MAPKK→MAPK转录因子STAT包括、、和四个主ERK JNKp38ERK5磷酸化的形成二聚体进入核内激活STAT要分支基因表达响应生长因子、压力和细胞因子等多种刺主要调控免疫反应和细胞增殖激信号通路通路Wnt PI3K-AKT-mTOR结合引起稳定化和核内积活化产生，招募至膜并被Wntβ-catenin PI3K PIP3AKT累激活核内与转录因子结磷酸化多种底物，包括活化β-catenin TCF/LEF AKTmTOR合激活基因表达复合物在发育和成体干细胞维持中起关键作用调控细胞生长、存活和代谢转录因子的活化核定位调控结合亲和力调控许多转录因子在未活化状态下被限制在细胞质中，通过掩盖转录因子的结合能力可通过翻译后修饰或辅因子相互DNA核定位信号或暴露核输出信号信号刺激可导作用改变磷酸化是最常见的调控机制之一，可直接影响转NLS NES致这些信号的暴露或掩盖，从而改变转录因子的亚细胞定录因子的结合结构域，或诱导构象变化间接影响DNADNA位结合经典例子包括，其在静息状态下与抑制蛋白结合转录因子在磷酸化后，能更有效地招募NF-κB IκB CREBPKA Ser133滞留在细胞质，刺激导致磷酸化和降解，释放进辅激活因子；转录因子在介导的酪IκB NF-κB CBP/p300STAT JAK入细胞核；转录因子则受钙钙调素信号调控，在低氨酸磷酸化后，才能形成能结合的二聚体；而核受体NFAT-DNA钙时磷酸化并保留在细胞质，钙信号激活去磷酸化酶钙神经则通过配体结合诱导构象变化，从与辅抑制因子结合的状态磷酸酶，使去磷酸化并进入细胞核转变为与辅激活因子结合的状态NFAT转录因子活化通常涉及多种机制的协同作用，确保基因表达的精确调控活化后的转录因子可通过结合特异性序列、招DNA募染色质修饰酶和转录装置，调控靶基因表达这些调控机制的异常与多种疾病相关，包括炎症疾病、代谢障碍和癌症表观遗传调控概述甲基化组蛋白修饰染色质重塑DNA主要发生在基因启动子区域组蛋白尾部的翻译后修饰，依赖的染色质重塑复ATP的岛上，通常与基因沉如乙酰化、甲基化、磷酸化合物可改变核小体位置、组CpG默相关甲基转移酶等，形成组蛋白密码，影成或结构，影响的可DNADNA催化甲基基团的添响染色质结构和基因表达及性这些复合物，如DNMT加，而家族酶催化去甲乙酰化通常与转录激活相、和TET SWI/SNF ISWICHD基化过程甲基化在关，而甲基化根据位置可促家族，在发育、分化和应激DNA基因组印记、染色体失活进或抑制转录这些修饰由响应过程中至关重要染色X和转座子抑制中发挥关键作特异性的写入和擦除酶质结构的高级组织，如拓扑用精确调控相关结构域，也参与TAD基因表达的空间调控非编码介导RNA长非编码可作为支架RNA或向导招募染色质修饰复合物到特定基因位点小非编码则参与干扰和RNARNA异染色质形成经典例子包括在染色体失活中的Xist X作用和在基HOTAIR HOX因簇调控中的功能甲基化与基因表达DNA组蛋白修饰与基因表达激活性修饰抑制性修饰富集在活性基因的转录起始位点，与转录构成性异染色质的标志，与基因沉默相关•H3K4me3•H3K9me3起始相关由抑制复合物催•H3K27me3Polycomb2PRC2在基因体区域累积，与转录延伸关联化，与发育基因的可逆沉默有关•H3K36me3标记活性增强子和启动子存在于重复序列和沉默的基因座•H3K27ac•H4K20me3与活跃转录区域相关由复合物催化，协同•H3K9ac•H2AK119ub PRC1维持基因沉默富集在增强子区域，特别是与H3K27me3•H3K4me1H3K27ac共存时表示活性增强子与组织特异性基因的沉默相关•H3K9me2组蛋白修饰是由特异性的写入酶添加和擦除酶去除的例如，组蛋白乙酰基转移酶添加乙酰基，而组蛋白去乙酰化HAT酶则去除乙酰基；组蛋白甲基转移酶催化甲基化，组蛋白去甲基化酶催化去甲基化这些修饰酶通常HDAC HMTHDM作为多蛋白复合物的一部分发挥作用，可被招募到特定的基因位点染色质重塑与基因表达家族家族SWI/SNF ISWI最早在酵母中发现，在大多数真核生物中高度保守可滑动和弹出核小体，主要介导核小体间距的规则化和密集排列，有助于形成抑制性染色质结构通常与基因激活相关哺乳动物中包括和复合物，含有亚哺乳动物中包括、和等复合物复合物通常识别组BAF PBAFATPase ACFCHRAC NURFISWI基或在细胞分化、器官发育和修复中发挥重要作用蛋白尾部和连接，能够以依赖的方式重新定位核小体，在染色BRG1BRM DNA H4DNA ATP组分的突变在多种癌症中高频出现质高级结构维持和转录抑制中起重要作用SWI/SNF家族家族CHD INO80成员含有染色基盒和结合结构域，通过核小体滑动和弹出调控基因表能够催化组蛋白二聚体的交换，特别是的掺入和去除参与双DNAH2A.Z DNA达参与活性基因的转录延伸，而是复合物的组分，链断裂修复、复制叉稳定和转录调控复合物含有多个亚基，包括CHD1CHD3/4NuRD INO80具有组蛋白去乙酰化活性，参与基因沉默突变导致综合、和等，这些蛋白对其完整的生化活性是必需的CHD7CHARGE Rvb1/Rvb2Arp5Arp8征，表明其在发育中的关键作用基因表达调控网络基因表达调控网络是由基因及其产物（蛋白质、非编码）之间的功能相互作用构成的复杂系统，这些相互作用共同调控基因表达的时RNA空模式这些网络具有模块化结构，包含多种常见的网络基序（），如正反馈环、负反馈环、前馈环和开关电路等这些基序具有motifs特定的动力学特性，为网络提供稳定性、灵敏度或振荡行为等功能属性转录调控网络通常表现出尺度无关（）的拓扑结构，少数枢纽转录因子调控大量靶基因，而大多数转录因子仅调控少量基因scale-free这种架构提供了系统的鲁棒性，同时保持了对特定扰动的敏感性调控网络的重组是发育、分化和疾病过程的核心例如，诱导多能干细胞（）重编程涉及从分化细胞网络状态到多能性网络状态的转变，由几个关键转录因子（、、、等）驱动iPSC Oct4Sox2Klf4c-Myc单细胞测序技术在基因表达研究中的应用1234样品制备库构建高通量测序数据分析cDNA组织解离成单细胞悬液，通过流式单细胞经过裂解后直接进行逆扩增的经过文库构建后在测序生物信息学分析涉及质量控制、标RNA cDNA分选、微流控芯片或微滴技术分离转录，合成常用方法包括平台上进行测序测序深度因应用准化、降维（、、cDNA PCAt-SNE单个细胞每个细胞被赋予独特的（全长转录本）、而异，通常每个细胞获取数千至数）、聚类和差异表达分析Smart-seq2UMAP分子标识符（）和细胞条形（高通量）和万个独特的转录本测序数据包含进阶分析包括轨迹重建、速率UMI10x GenomicsRNA码，用于后续数据分析时区分不同（成本效益高）细胞条形码、和基因信息分析和细胞类型注释，揭示细胞异Drop-seq cDNAUMI细胞来源的转录本通常经过扩增以获得足够测序量质性和发育轨迹单细胞测序（）技术克服了传统组织水平转录组分析的局限性，能够揭示细胞群体中的异质性和罕见细胞类型这项技术已成功应用于构建细胞图谱、追RNA scRNA-seq踪细胞发育轨迹、研究肿瘤异质性和理解疾病发生机制近年来，多组学单细胞测序技术的发展，如同时测定甲基化和基因表达（）或基因组和转录组DNA scMT-seq（），进一步增强了我们对单细胞调控机制的理解GT-seq技术在基因表达调控研究中的应用CRISPR基因敲除利用核酸酶介导的双链断裂和非同源末端连接修复机制，在基因编码区引入移码突变实Cas9DNA现基因敲除这种方法可用于系统性研究基因功能和调控网络中的因果关系精确编辑结合供体模板和同源重组修复机制，实现单碱基替换、小片段插入或删除可用于研究启动子、增强子或其他顺式调控元件中特定序列变异对基因表达的影响表达调控使用失活的（无核酸酶活性）融合转录激活结构域（如、）或抑制结构域（如dCas9VP64SAM），实现基因表达的上调或下调，而不改变序列这种表观遗传编辑方法被称为KRAB DNA和CRISPRa CRISPRi表观修饰与表观遗传修饰酶（如甲基转移酶、组蛋白乙酰基转移酶或去乙酰化酶）融合，可在特dCas9DNA定基因组位点实现定向的表观遗传修饰，研究这些修饰对基因表达的直接影响系统的多功能性使其成为研究基因表达调控的强大工具通过设计靶向不同调控元件的文CRISPR-Cas sgRNA库，可进行全基因组范围的筛选，鉴定关键的顺式和反式调控因素基于的染色质免疫沉淀（CRISPR CRISPR-）和染色质结构捕获技术（）进一步扩展了该系统在研究染色质状态和三维结构中的应用最新ChIP CRISPR-C发展的碱基编辑器（）和质粒编辑器（）提供了更精确的基因组编辑工具，而靶向的系统则允许BE PERNA Cas13对水平的调控进行研究RNA总结与展望多层次整合调控真核生物基因表达调控涉及从到蛋白质各个层次，包括染色质结构、转录、加工、翻译DNA RNA和蛋白质修饰等这些层次不是独立的，而是紧密耦合、相互影响的整体系统随着研究深入，我们对这些层次间协同作用的理解将不断深化单细胞多组学整合单细胞技术的发展使研究人员能够在单细胞分辨率下研究基因表达调控未来，随着单细胞多组学（如同时测定基因组、转录组、表观基因组和蛋白质组）技术的成熟，将为理解个体细胞中的调控网络和异质性提供前所未有的机会基因编辑与合成生物学技术和其他基因编辑工具的不断创新，将支持更精确、高效的基因表达调控研究结合合CRISPR成生物学原理，可能设计全新的基因表达调控系统，为基础研究和疾病治疗开辟新途径人工智能在调控研究中的应用深度学习和其他人工智能方法在预测基因表达模式、识别调控元件和理解复杂调控网络中展现出巨大潜力随着数据量增加和算法改进，辅助的调控机制研究将成为重要趋势AI理解真核生物基因表达调控不仅具有重要的理论意义，也为疾病诊断和治疗提供基础调控异常与许多疾病相关，如癌症、神经退行性疾病和代谢障碍等随着技术进步和理论深化，相信我们能够开发出靶向特定调控机制的精准治疗策略，为人类健康做出贡献。