一、定義與核心概念

基因激活指特定基因從沉默狀態轉變為表達狀態的過程，通過啟動轉錄實現遺傳信息向功能分子（RNA/蛋白質）的轉化。其關鍵特征包括：

1. 時空特異性：在特定細胞類型、發育階段或環境信號下觸發 。

2. 級聯調控：依賴信號傳導-轉錄因子-DNA元件的級聯反應 。

3. 動態平衡：與基因沉默共同維持細胞功能穩態 。

核心價值：驅動發育分化（如胚胎早期基因組激活 ）、環境適應（如低磷誘導獨腳金內酯通路 ）和疾病發生（如癌基因異常激活 ）。

二、分子機制：從DNA到蛋白質的激活路徑

（一）轉錄啟動的核心元件

（二）激活因子（Activators）的樞紐作用

1. 結合模式：

• 轉錄因子通過DNA結合域（如鋅指、螺旋-環-螺旋）識別特定序列（如啟動子/增強子） 。
  

   

2. 激活機制：

• 招募模型（Recruitment Model） ：激活因子直接結合轉錄機器（如TFIID、RNA聚合酶Ⅱ），加速復合體組裝 。

• 染色質重塑：組蛋白乙酰轉移酶（HATs）修飾染色質，解聚核小體結構 。

3. 協同效應：

• 多激活因子組合形成"增強體"（Enhanceosome），實現信號整合（如干擾素基因激活需8種因子協同） 。

圖示：激活因子橋接DNA與轉錄復合體（基于FIG. 13.5 ）

DNA序列 → 激活因子結合 → 招募通用轉錄因子 → RNA聚合酶組裝 → 轉錄啟動

 

（三）表觀遺傳層面的激活調控

1. DNA去甲基化：

• TET酶催化5mC→5hmC，解除轉錄抑制（如胚胎發育中Oct4基因激活） 。

2. 組蛋白修飾：

• 激活標記：H3K4me3、H3K27ac富集于啟動子/增強子 。
  

   

• 抑制標記擦除：組蛋白去甲基化酶（如KDM4）移除H3K9me3等沉默標記 。

3. 染色質構象改變：

• 增強子-啟動子通過染色質環（Looping）物理靠近，激活基因（如β-珠蛋白基因座） 。

三、信號傳導與基因激活的耦合

（一）細胞外信號到核內響應的通路

1. 經典路徑：
   配體（如激素）→ 膜受體（如酪an酸激酶）→ 胞內激酶級聯（MAPK/PI3K）→ 轉錄因子磷酸化 → 入核激活靶基因 。

• 例：HER2/neu癌基因擴增導致受體持續激活，驅動乳腺癌增殖 。

2. 核受體路徑：
   脂溶性信號（如類固醇激素）→ 結合核受體 → 直接調控DNA轉錄 。

（二）環境應激響應模型

1. 低磷脅迫：

• 磷饑餓信號 → 激活獨腳金內酯（SL）合成基因 → SL激素積累 → 誘導生長素轉運蛋白表達 → 重塑水稻根系結構 。

2. 共生信號：

• 蘭花根系真菌分泌CSG因子 → 激活鈣振蕩信號 → 誘導共生相關基因（如RAM1）→ 促進養分交換 。

四、生理與病理意義

（一）發育編程的基石

1. 胚胎基因組激活（EGA）：

• 合子基因沉默 → 母源因子降解 → 合子基因激活（需染色質重塑+新轉錄因子合成） 。

• 關鍵事件：小鼠2細胞期啟動主要EGA，錯誤激活導致著床失敗 。

（二）疾病發生中的異常激活