10.1: 细胞特异性基因表达

多细胞生物包含各种结构和功能不同的细胞类型，但所有细胞中的 DNA 都源自相同的亲本细胞。细胞中的差异可归因于基因表达的差异。肝细胞的功能包括血液解毒、产生胆汁以代谢脂肪以及合成新陈代谢所必需的蛋白质，必须表达一组特定的基因才能执行其功能。基因表达也随发育阶段而变化。在分化为肝细胞之前，细胞表达参与细胞周期、DNA 复制和增殖的基因。在发育后期，参与上皮分化和血液凝固的基因高度表达。一旦细胞分化为肝细胞，参与肝脏特异性功能的基因的表达就会增加，例如参与脂质代谢和胆固醇调节的基因。

基因表达可以在许多点进行调节，包括转录、翻译、RNA 加工和运输以及翻译后修饰。调节表达的常见方法是直接与 DNA 结合以调节特定基因转录的因子。肝脏中的基因表达可受转录因子 C/EBPα、C/EBPβ 和肝细胞核因子-1 等的调节。通过改变染色质中所含的组蛋白，可以在转录之前进行调节。这些修饰导致 DNA 结构松动或收紧，从而分别阻止或允许转录调节因子访问 DNA。不同的细胞类型具有不同的共价修饰和组蛋白变体，这导致基因可及性的变化。

细胞受环境变化的影响，并响应这些细胞外刺激表达不同的基因。葡萄糖是一种重要的能量来源，随着它在血液中的浓度波动，生物体必须通过基因和蛋白质表达的适当变化来做出反应。当血糖水平降低时，胰腺会分泌胰高血糖素。这种激素向肝脏发出信号，启动磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 （PEPCK） 的产生，PEPCK 是一种从非碳水化合物前体产生葡萄糖所需的蛋白质。胰高血糖素通过间接刺激转录因子 C/EBPα 和 C/EBPβ 与 PEPCK 启动子结合来诱导该基因的转录。当血糖水平高时，胰腺会分泌胰岛素;PEPCK 基因具有抑制其转录的胰岛素反应序列。