Biologia molekularna

białka wiążące specyficzne
sekwencje DNA
– czynniki transkrypcyjne
http://www.umass.edu/molvis/bme3d/materials/jtat_080510/exploringdna/ch_flex/chapter.htm
czynniki transkrypcyjne (aktywatory/represory)
do działania potrzebują dwu domen:
• domeny wiążącej DNA
• domeny aktywacyjnej
oddziałującej z innymi
białkami:
koaktywatorami (np. acetylazami
histonów HAT)
korepresorami (np. deacetylazami
histonów HDAC)
mediatorami
ogólnymi czynnikami transkrypcyjnymi
podjednostkami pol RNA,)
dodatkowe domeny:
• dimeryzacji
• regulatorowa (wiązania hormonu, fosforylacji)
• sygnał importu/eksportu jądrowego
domeny wiążąca DNA (DB) i transaktywująca (ARI i II, AD)
drożdżowego białka Gal4
m-sce wiązania GAL4
m-sce wiązania GAL4
połączenie sekw. kodującej DB z sekw.
kodującą białko X , a sekw. kodującej
AD z sekw. kodującymi białek Y, tak by
powstawały białka hybrydowe, jest
podstawą poszukiwania białek
oddziałujących z X w drożdżowym
systemie dwuhybrydowym
struktura białka TBP
(ang. TATA binding protein)
HTH
(ang. helix-turn-helix)
motyw wiążący DNA
Przykłady
struktury
białek
wiążących
specyficzne
sekwencje
DNA
http://highered.mcgrawhill.com/olcweb/cgi/pluginpop.cgi?it=
swf::535::535::/sites/dl/free/0072
437316/120069/bio06.swf::How%20
Intracellular%20Receptors%20Regul
ate%20Gene%20Transcription
zamek leucynowy
– motyw dimeryzacji
palec cynkowy
- motyw wiążący DNA
TBP
(ang. TATA binding protein)
• wiąże sekwencję TATA w promotorach, jest też niezbędne
do inicjacji transkrypcji z promotorów pozbawionych TATA
• wchodzi w skład TFIID, ale także ogólnych czynników dla
pol I i pol III RNA
• pojedynczy peptyd z częścią środkową w formie zgiętej
β-kartki, obejmującej DNA niczym siodło, z dwiema helisami
po bokach „siodła” i na końcach
• lekko rozkręca helisę DNA i silnie ją zagina eksponując
rowek mniejszy, w którym się wiąże
• ewolucyjnie konserwowane
klasyfikacja białek wiążących (specyficznie) DNA
• ze względu na domeny wiążące DNA:
* HTH (ang. helix-turn-helix, helisa-obrót -helisa)
* palce cynkowe (ZF, ang. Zn finger)
• ze względu na domeny dimeryzacji:
* HLH (ang. helix-loop-helix, helisa-pętla-helisa)
* zamek leucynowy (LZ, ang. leucine zipper)
• wielu nie daje się sklasyfikować
loop
×
porównanie wielkości rodzin aktywatorów
transkrypcyjnych w genomie
człowieka, drozofili, nicienia, drożdży piekarniczych
Tupler, Perini, Green 2001
Nature 409: 832-833
białka HTH (helisa-obrót-helisa)
• wysoce konserwowany motyw wiążący DNA grupy
prokariotycznych i wirusowych białek, u Eukariota
obecny w sekwencjach homeodomen
• dwie (-trzy) α helisy połączone ostrym skrętem, pierwsza
helisa kontaktuje się ze szkieletem fosforanowym, druga
dokładnie pasuje do rowka większego DNA w miejscu
występowania specyficznej sekwencji
• niektóre wiążą się do DNA
jako dimery (np. represor λ)
lub tetramery (np. Ilac)
przykłady
białek HTH
przykłady białek HTH
homeodomena białka engrailed
białka z domeną palca cynkowego
• palec cynkowy – najpowszechniejsza domena wiązania
DNA u Eukariota
• palec cynkowy składa się z 2-niciowej antyrównoległej
β-kartki, za którą następuje ostry skręt i α-helisa, atom
cynku utrzymują 2 Cys i 2 His (C2H2) lub 4-6 Cys (C4-6)
białko
liczba palców C2H2
organizm
TFIIIA
9
Xenopus
ADRI
2
Yeast
SP1
3
Human
NGF1-A
3
Rat
Krüppel h
2(+)
Drosophila
Krüppel
4
Drosophila
Hunchback
4+2
Drosophila
Serendipity b
5
Drosophila
Serendipity d
6+1
Drosophila
Snail
4
Drosophila
MKR1
7(+)
Mouse
MKR2
9(+)
Mouse
TDF
13(+)
Human
Xfin
6+6+8+7+3+5
Xenopus
białko
rodzaj palca
organizm
GAL4/PPRI/ARGRII/LAC9/qa-1F
C6
Yeast, Neurospora
E1A
C4
Adenovirus
Steroid hormone receptor superfamily
C4 + C5
Human/rat/mouse/chicken
Evans, Hollenberg 1988 Cell 52:1-3.
ZF np.: * WT-1 (istotny dla formowania nerek i gonad)
* powszechny Sp1
* TFIIIA (istotny dla transkrypcji genów 5S rRNA Xenopus)
* Krox 20 (reguluje ekspresję genów w rozwoju tyłomózgowia)
* Egr-1 (kieruje rozwojem białych ciałek krwi w makrofagi)
* Krüppel (wyznacza obszar tułowia u Drosophila)
* liczne receptory hormonów steroidowych
elementy rozpoznawane przez:
homodimery
heterodimery z RXR
heterodimer G/ERE
białka z zamkiem leucynowym
• zamek leucynowy jest złożony z α-helis dwu oddzielnych
monomerów, które dimeryzują dzięki leucynom regularnie
rozmieszczonym na obu helisach, zawierają też
konserwowane reszty argininy, które przytrzymują
szkielet fosforanowy po obu stronach rowka większego
• rozpoznają i wiążą palindromowe sekwencje DNA w rowku
większym
• zamykają się na DNA jak para nożyczek prostopadłych
do podwójnej helisy
• np. AP1, drożdżowe GCN4,
C/EBP (ang. CCAAT enhancer-binding protein)
biał
ka
H
L
H
wiążą się z DNA poprzez
domenę zasadową, z którą
sąsiaduje pierwsza z dwu
α-helis oddzielonych pętlą
tworzą homo- i heterodimery
często w organizmie powszechnie występuje jedno
białko bHLH (ubiquitous protein) mające dwu rozwojowo
specyficznych partnerów do dimeryzacji –
regulatora pozytywnego i negatywnego
różne mechanizmy
kontrolujące
aktywność czynników
transkrypcyjnych
Model współistnienia w tym samym rejonie genomu
fizycznie zachodzących, ale niezależnie regulowanych genów
Kleinjan DA, van Heyningen V 2005 Am J Hum Genet 76: 8–32.
Hipotetyczny region zawierający dwa geny
tkankowo specyficzne i jeden gen
metabolizmu podstawowego (ang.
housekeeping gene). Gen X (eksony
niebieskie) ulega ekspresji w tkankach
oczu, gen Y (e. fioletowe) w mózgu, gen Z
(e. zielone) w każdej tkance. Tkankowo
specyficzna aktywność transkrypcyjna
zależy od utworzenia takiego centrum
aktywnej chromatyny ACH, która obejmuje
tkankowo specyficzne elementy cis ze
związanymi kompleksami czynników i
umożliwia wybiórczą interakcję z
promotorem danego genu. Utworzenie ACH
zapewnia lokalne wysokie nagromadzenie
czynników transkrypcyjnych i czynników
pozytywnie modelujących chromatynę.
Aktywność genu metabolizmu
podstawowego nie wymaga tworzenia ACH.