TSH分子结构及亚单位编码基因
图4-2 -1 TSH分泌细胞在垂体的分布：TSH分泌细胞约占垂体前叶细胞总数的5%，主要聚集于垂体前叶的前内侧
图4-2 -2 TSH分泌细胞的形态：TSH分泌细胞呈角状
图4-2 -3 TSH分泌细胞电镜结构：胞浆内富含分泌颗粒
TSH是一种糖蛋白激素，由非共价结合的α亚单位、β亚单位构成异二聚体，其中α亚单位为TSH、FSH、LH和CG共有，β亚单位决定TSH的特异生物学功能。TSH分子中由3个二硫键在中央结点处形成两个发夹环样结构，每个亚单位的基序结都位于2个发夹结构环（L1和L3）的侧翼区，发夹环位于基序结的N-末端，TSH分子的C-末端有一个双股β结构类似薄板的长环（L2）。β亚单位的结构环缠绕着α亚单位形成了一个安全带样的结构固定住α亚单位。
α亚单位和β亚单位由存在于不同染色体上的不同基因编码。TSH分泌细胞内存在特定的转录因子与基因调节区结合并与泛素化因子相互作用调节基因转录过程。经大量的生物化学研究证实，TSH分泌细胞内α亚单位和β亚单位基因的激活或抑制，从根本上取决于核染色质的修饰状态，包括组蛋白修饰和DNA甲基化状态的改变。当接收到TRH等刺激性生理信号或T3等抑制性生理信号时，转录因子与基因启动子区域结合并招募染色质修饰酶，从而启动基因转录或导致基因沉默。
1.TSHβ亚单位基因：TSHβ基因是含有4527个碱基对的单拷贝基因，位于1号染色体短臂q13.2位点，基因结构包含3个外显子和2个内含子。后来，在人类垂体、白细胞、甲状腺中发现低水平的含有编码序列的TSHβ mRNA的剪切异构体，并在血清中分离出其相应的TSH β肽段，其病理生理学作用有待进一步研究证实[11]。TSH β基因启动子区域靠近转录起始位点处存在很多启动转录和调控基因表达的元件，如图4-3-1所示，被大家所熟知的TATA框是位于转录起始位点上游28bp处对于定位RNA合成位置至关重要的顺式作用元件。将小鼠TSHβ基因启动子区5'端敲除并与荧光素酶报告系统连接的方法明确了TSHβ基因启动子区域270bp位点处基因表达所需的顺式作用元件的序列（图4-3-2）；而这仅仅明确了很短的一段基因的序列，启动子上游6kb处的位点也和基因表达有关系，具体序列仍不得而知。
启动子缺失研究证明，小鼠TSHβ基因启动子-271～-80区段足以使TSH分泌细胞具有特异的生物学活性，并且TSH分泌细胞内的转录因子可以结合到近侧的启动子上。用核蛋白提取的方法，在这段较长的区段中发现了4个与蛋白交互作用的位点。同源结构域因子Pit-1和锌指转录因子Gata2都可以与TSHβ基因启动子-135～-18区段的序列结合；两个转录因子都可以独立地结合到启动子区，与DNA形成异聚体复合物，两者在结构上相互调整，在功能上协同促进TSHβ基因启动子活化。也有研究提示，下游-88位点附近的抑制序列抑制Gata2的转录激活作用，而Pit-1可解除对Gata2活性抑制。
图4-3 -1 TSHβ亚单位基因内含子及外显子的相对位置和大小，对RNA转录起始点定位至关重要的TATA框结构靠近第一个外显子上游
图4-3 -2 TSHβ亚单位基因启动子区重要的DNA结合元件Pou1F1、Gata2的及T3反应元件的结合位置
转录因子TRAP220 （MED1）募集到启动子处与转录启动有关。起初，TRAP220被认为是与配体化的甲状腺激素受体相互作用的转录介质复合物的一部分。TRAP220单拷贝基因小鼠垂体TSHβ基因转录水平降低并伴发甲减。因TRAP220不能直接与DNA结合，它依靠与Pit-1、Gata2在结构上的嵌合性募集到TSH β基因。非垂体细胞单独转染Pit-1、Gata2、TRAP220并不会引起TSHβ基因的表达变化，而当三者共转染时，可在最大限度上促进TSHβ基因的表达。蛋白交互作用实验证实，在体内和体外条件下，Pit-1、Gata2、TRAP220这3个转录因子之间都可以发生相互作用，介导因子间相互作用的结构域对功能最大化起到重要作用 [12]。因此，TSH分泌细胞内TSHβ基因的表达受到一系列转录因子的共同调控，或直接作用于启动子，或通过蛋白-蛋白相互作用促进基因转录激活。
2.TSHα亚单位基因：编码人类糖蛋白激素α亚单位的基因位于6号染色体6q12-q21，长度为9635kb的单拷贝基因，基因结构包括4个外显子和3个内含子，转录起始位点上游26bp处有TATA框。
α亚单位基因在TSH分泌细胞、促性腺细胞、胎盘细胞都有表达，但基因表达调控具有细胞特异性。不同细胞类型的特异表达取决于启动子的不同区域，下游启动子（-200bp）调控胎盘细胞内的表达；中间区（-225 ～-200bp）与类固醇生成因子1（Steroidogenic Factor 1）结合从而调控促性腺细胞的表达；上游序列对调控TSH分泌细胞内的表达至关重要，从-342bp 延伸至-329bp的垂体糖蛋白激素基础序列可与P-Lim结合，对调控TSH分泌细胞和促性腺细胞的基因表达有重要作用。-480～-300bp区段的序列可能与小鼠TSH分泌细胞的α亚单位基因表达有关，而与促性腺细胞基因表达无关，其中-434～-421bp的序列可以和同源结构域的转录因子Msx1相互作用。启动子区转基因小鼠实验表明，上游-4.6～-3.7kb的 DNA基序中存在Gata、SF1、ETS 等多个转录因子的结合位点，即参与TSH分泌细胞的基因调控，也可调节促性腺细胞的基因表达，这提示我们转录因子结合毗邻的顺式作用元件与远端增强子之间的协同效应[13]。