11. 简述control of cell cycle的three checkpoints。
细胞周期调控的三个关卡：
1）起始关卡位于G1末期，这是一个限制点，正要进入DNA复制的S期；
2）G2/M，在该期要检测DNA是否完全复制，环境是否合适；
3）中期向后期的过渡关卡，此点检测是否所有染色体已跟纺锤体连接。
二．Gene regulation in eukaryotes
复习题（二）
 Ⅰ名词解释
1. Pc (or Pc-G) protein
 Polycomb (Group)蛋白，是最早发现于果蝇中的一个蛋白家族，是一种蛋白质复合物，在基因组中有15个基因座，其主要功能是维持阻遏状态，它本身不与DNA直接结合，可被阻遏蛋白募集与染色体。具有克罗莫结构域，可与甲基化的蛋白结合，通过与PRC1、PRC2的作用，使大范围的基因沉默。
2. Imprinting
 基因印记，来自父母双方的同源染色体或等位基因存在着功能上的差异。由不同性别的亲体传给子代的同一染色体或基因，表现出功能上的差异，引起不同的表型。一般发生在哺乳动物的配子形成期，并且是可以逆转的。其本质是DNA 甲基化，是一种DNA序列不改变的表观修饰。印记持续在个体的一生中，在下一代配子形成时旧的印记可以消除，并发生新的印记。
3. CpG islands (CG islands) 
CpG岛，是哺乳动物基因组中聚集的、长度为1~2 kb富含非甲基化的CG二核苷酸DNA序列，一半位于组织特异性的启动子区和一半位于管家基因的启动子区，以保证这些基因的持续性表达。
4. Epigenetic regulation
表观遗传调控，是一种不改变DNA序列结构，通过DNA甲基化、组蛋白修饰、小分子RNA介导等作用来实现染色质水平上的结构调整，从而改变基因表达，改变生物表型的真核生物特有的调控机制。
5. Alternative splicing
选择性剪接，指对同一pre-mRNA以多种不同的方式进行剪接，使由一条pre-mRNA在选择性剪接的作用下可生成多条成熟的mRNA，这些mRNA又产生多种不同的蛋白质。某些基因的选择性剪接具有组织特异性或受发育调节。
6. trans-splicing
 反式剪接，存在于低等生物中，指两条不同的mRNA的外显子连接到一起。与正常的剪接方式相比，反式剪接的两段外显子来自不同的mRNA，但可能是来自同一基因。
7. editing
 RNA编辑，是指在mRNA水平上改变遗传信息的过程。基因转录产生的primary RNA分子中，由于核苷酸的缺失，插入或置换，导致RNA中的编码信息发生改变，常见的有加入多个U，C脱氨基成U，A变成I等，使翻译生成的蛋白质的mRNA模板中的信息与基因序列中的编码信息不一致，这种现象称为RNA编辑。
8. guide RNA
 引导RNA，长度大约是60～80个核苷酸,是由单独的基因转录的,具有3’寡聚U的尾巴、编辑区和锚定区。锚定区同被编辑的mRNA序列互补，将gRNA定位于特定位置。在编辑时,内切酶对未与gRNA配对的mRNA上的序列进行切割，产生缺口，以碱基配对原则加入相应的核苷酸，通过连接酶作用产生编辑好mRNA。gRNA3’端的poly-U尾可作为被添加的U的供体。
9. P bodies
 Processing bodies 加工体，P小体是细胞质中不连续的区域，富含大量核酸酶，存在很多参与转录后调控的细胞因子。主要作用是储存和降解mRNA，如siRNA、miRNA引起RNA降解时，先将RNA定位于P小体中，再降解。不过也有P小体保护mRNA的报道（蠕虫卵细胞）。
10. LincRNAs
 Large Intervening Noncoding RNAs 大的可插入非编码RNA，是真核生物中一类进化保守的非编码RNA，其长度从几千到上万nt，它可能起到结合并引导阻遏蛋白与启动子结合，从而使基因沉默。
Ⅱ简答
1. 简述Budding yeast（芽殖酵母）的端粒区heterochromatin（异染色质）发生silencing的过程。
    简言之，芽殖酵母端粒异染色质发生沉默通过对组蛋白的乙酰化和甲基化完成的。首先，Rap1蛋白可识别端粒异染色质区的重复序列，并与端粒DNA发生结合。之后募集Sir复合体至端粒。Sir复合体中的Sir2是组蛋白去乙酰化酶，使组蛋白去乙酰化，去乙酰化的尾部与Sir3跟Sir4结合，然后募集更多的Sir复合体，从而允许Sir2作用于更远的核小体，循环往复，发挥扩展作用，使周围的核小体去乙酰化，端粒的异染色质得以沉默。扩展作用挂在特定的位点停止，不延伸到常染色质区。主要是利用甲基化酶使组蛋白H3和H4中的Lys残基甲基化，从而阻止Sir2的去乙酰化作用。
2. Is there a histone code（组蛋白密码）?
过去认为，组蛋白的修饰在某种程度上决定基因是否有活性。如H3K9（组蛋白H3上第9位的Lys）的不同修饰决定着基因的开启或关闭。1）甲基化修饰使基因关闭形成异染色质；2）乙酰化修饰使基因开放，具有转录活性；3）无修饰，基因沉默。但是近几年发现许多个例，不同组蛋白位点间的修饰可相互影响。如当H3K9甲基化后，与HP1结合科抑制转录，但当H3S10磷酸化后，H3K9无法与HP1结合，基因仍处于活性状态。
目前对于组蛋白密码有很多争议，认为组蛋白的修饰可能只是基因开启或关闭的一个结果。
3. 在哺乳动物基因组中，如何实现stable gene repression或gene firmly shut off？
组蛋白的修饰和DNA甲基化对于维持基因抑制的稳定性十分重要，且认为DNA的甲基化发挥着更重要的作用。真核生物基因组中大部分序列不编码蛋白质，其中多为转座子的遗留产物，发现这些遗留产物多被甲基化，使之沉默。DNA甲基化发生在CG中的C上，催化甲基化的酶有从头甲基化酶和维持甲基化酶。从头甲基化酶可在胚胎阶段是DNA甲基化，维持甲基化酶可在DNA复制过程中使新合成的链甲基化，与旧链相同。
当某基因不被表达时，DNA甲基化酶将甲基化启动子序列、基因本身、上游activator结合位点序列中的C，从而破坏转录机器，activator与位点的结合，此甲基化序列还可被DNA结合蛋白识别，DNA结合蛋白可募集组蛋白去乙酰化酶和组蛋白甲基化酶，从而改变核小体的构象，使基因表达完全关闭，即DNA甲基化和组蛋白修饰相结合，使基因稳定的关闭。
4. 何谓imprinting？imprinting是如何发生的？
基因印记，在二倍体细胞中，来自父母双方的同源染色体或等位基因存在着功能上的差异。由不同性别的亲体传给子代的同一染色体或基因，一个等位基因表达而另一个不表达，表现出功能上的差异，引起不同的表型。一般发生在哺乳动物的配子形成期，并且是可以逆转的。其本质是DNA 甲基化，是一种DNA序列不改变的表观修饰。印记持续在个体的一生中，在下一代配子形成时，旧的印记可以消除，并发生新的印记。
这种基因印记可以遗传，是一种性别特异性的遗传方式，属于表观遗传。遗传印记在哺乳动物体细胞中是预先设定的，但在配子形成时可以被改写。在产生配子的时候，雌性动物卵细胞中的等位基因的甲基化状态和其体细胞中的母源等位基因的甲基化状态相同；而雄性动物产生的精子中等位基因的甲基化状态和其体细胞中父源等位基因的甲基化状态相同。
5. 为什么identical Twins（同卵双胞胎）可能一个健康，另一个患遗传性疾病？举例说明。
同卵双胞胎具有相同的基因序列，但在许多实例中，双胞胎中的一个患有遗传疾病，但另一个没有。环境因素可能有一定作用，但是很多科学家认为可能是表观上的，在染色体，但非DNA上的转变导致了这种现象。比如，Beckwiht-Wiedemann综合征，发现患病的一方11号染色体关键部位印记丢失，而健康的一方却具有这一印记。基因印记在血多方面都有所表现，但其机理仍不清楚，可以肯定的是，DNA 甲基化发挥着重要作用。
6. CpG islands在进化过程中是如何产生的？
CpG岛，是哺乳动物基因组中聚集的、长度为1~2 kb富含非甲基化的CG二核苷酸DNA序列，一半位于组织特异性的启动子区和一半位于管家基因的启动子区，以保证这些基因的持续性表达。
在古老的脊椎动物基因组中CG二核苷酸序列排列均匀散布于基因组中，其中大量C甲基化，不重要的位点mC脱氨基后形成T，但重要位点C甲基化是致命的，在漫长的进化过程中，甲基化的C逐渐被T淘汰，而保留下来的CG二核苷酸序列中的C因处于重要的基因调控区而不能被甲基化，从而保留，形成CpG岛。
7. Eukaryotic gene expression可能有哪些阶段（steps）受到调控？为什么说这些阶段之间相耦联？
有六个阶段：1）转录调控；2）RNA加工调控；3）RNA的转运和定位调控；4）翻译调控；5）mRNA的降解调控；6）蛋白质活性的调控
对于mRNA来说，其不同阶段的加工在不同水平上相互联系，转录、RNA加工及mRNA的运输等过程是相耦联的；同时，许多mRNA的加工因子是共转录的，转录的完成需要不同的成分，跟mRNA加工的不同阶段相耦联。比如，mRNA的转录和剪接加工是同时进行的，转录开始后不久就会发生5‘加帽，并且募集pre-mRNA加工所需要的酶和相关剪接因子；另外，细胞核向细胞质输送过程就控制着输送因子、染色质重塑因子、剪接因子、外切酶体等等调节因子的运输，从而控制了mRNA的加工、定位、降解等过程，进而影响了基因的表达。所以真核基因表达调控的各个阶段就是相互影响和相互作用的。
8. 组织（细胞）特异的Alternative splicing是如何发生的？
1）pre-mRNA上存在剪接位点和阻遏蛋白结合位点，且相互靠近，当细胞中表达阻遏蛋白时，可结合到repressor site上，限制剪接体与其相应的位点结合，从而保护该位点不受剪接；反之，当细胞中不表达阻遏蛋白时，则剪接体与其相应的位点结合，实现剪接
2）存在剪接增强子（ESE外显子剪接增强子/ISE内含子剪接增强子）：当细胞中存在activator时，与增强子结合，可将剪接体募集到剪接位点，发生剪接；反之，不发生剪接
首先，选择性剪接存在多种形式：剪接位点可处于外显子、也可在内含子；
其次，选择性剪接是受到调控的。
9. 人类蛋白质编码基因数和细胞内蛋白质种类数是否大致相当？为什么？
并不相当，原因有许多：1）RNA剪接的存在。RNA剪接包括选择性剪接、反式剪接、自我剪接等，每种剪接方式都会使同一RNA产生多种不同的剪接产物，进而产生不同的蛋白质；2）RNA编辑则导致了遗传信息在RNA水平上发生改变；3）RNA不同断裂位点、加尾、加帽位点的选择也会产生不同的RNA产物；4）进化过程中，由RNA剪接造成的外显子重排，则造成了蛋白的多样性。
10. 真核蛋白质分子如何跨膜转运（注：此题本意想问mRNA的跨膜转运）？
转运通过核膜上的核孔复合体（NPC）来完成，这是一个主动运输的过程，需要GTP水解提供能量，该反应由Ran催化完成。被转运的分子携带了细胞核定位信号，转运受体识别这些信号后指导其通过核孔离开细胞核。一旦进入细胞质，蛋白质组分便解离下来，载体被识别后运回细胞核；然后再与其它分子结合，重复下一次运输。
输出核：细胞核内Ran与GTP结合形成Ran-GTP，而Rna-GTP与核转运受体结合，并与带有核定位信号的被转运蛋白结合，通过核孔进入到细胞质中，GTP水解释放cargo，转运受体输回细胞核；
输入核：在细胞质中核转运受体与被带有核定位信号的转运蛋白结合，通过核孔进入细胞核，在核内Ran与GTP结合形成Ran-GTP，而Ran-GTP与核转运受体结合释放被转运蛋白，Ran-GTP与核转运受体通过核孔进入到细胞质中，GTP水解释放转运受体输回细胞核。
11. 真核mRNA分子在细胞质中localization的方式有哪些？
真核mRNA在细胞质中的定位有三种方式：
1）通过细胞骨架的纤维蛋白，利用ATP水解释放的能量，使得mRNA直接转运到细胞质的相应位置；
2）mRNA随机扩散，可与膜上的锚定蛋白结合
3）细胞质中的mRNA只有与锚定蛋白结合才可实现正确定位，而非结合的蛋白则被降解
12. 为什么说editing的发现是对中心法则的补充？如何评价editing在进化中的地位？
所谓的RNA编辑，是在RNA水平上改变遗传信息的加工过程，导致成熟的RNA编码的序列跟它的转录模板DNA序列不再匹配，即DNA遗传信息不再真实地反应在RNA序列中。因此，它是对中心法则的补充。
RNA编辑可能发生在细胞进化早期阶段的RNA合成过程的“分子化石”，即生命早期RNA复制中的一种误差校正机制残留的痕迹。在生命起源过程中可能出现的RNA世界，由于RNA复制误差较大，可能需要RNA编辑作为一种校正机制，以维持遗传信息的忠实性。