Основний мотив гелікс-петля-гелікс

У деяких регуляторних протеїнах еукаріот задіяних у контролюванні експресії генів під час розвитку багатоклітинного організму, знайдено ще один загальний структурний мотив. Такі протеїни мають спільну консервативну ділянку завбільшки із 50 залишків амінокислот, що відігрє важливу роль і в зв’язуванні ДНК, і в димеризації протеїну. У цій ділянці формується мотив гелікс-петля-гелікс - два короткі амфіпатичні  гелікси, які зв’язуються петлею, що може мати різну довжину (не плутати із мотивом гелікс-поворот-гелікс, який приймає участь у зв’язуванні ДНК). Мотиви двох поліпептидів гелікс-петля-гелікс взаємодіють між собою і утворюють димери (Рис.28-15). В цих протеїнах зв’язування ДНК опосередковане через короткі сусідні послідовності із більшістю залишків основних амінокислот - як і у ділянок зв’язування ДНК в протеїнів із лейциновими блискавками.

Поєднання субодиниць в регуляторних протеїнах еукаріот

Декілька родин транскрипційних факторів еукаріот було визначено на основі їх близької структурної подібності. Між двома ідентичними протеїнами такої ж родини можуть формуватися гомодимери, а між двома різними протеїнами родини - гетеродимери. Таким чином у гіпотетичній родині чотирьох різних лейцинових замків-блискавок можуть утворюватися до десяти видів димерів. У багатьох випадках різні комбінації можуть мати різноманітні регуляторні і функціональні властивості.

Рис. 28-14

Лейцинова блискавка

(а) порівняльний аналіз амінокислотних послідовностей в декількох лейцинових замках-блискавках. Відмітьте наявність залишків Лей (L) у кожному сьомому місці в районі замка-блискавки і кількість залишків Ліз (K) і Арг (R) в районі зв’язування ДНК. (б) Лейцинова блискавка протеїна-активатора із дріжджів GCN4 (PDB ID 1YSA). Показані лише з’єднані -гелікси (сірий і блідо-голубий колір) походять із різних субодиниць димерних протеїнів. Два гелікси огортають один одного у слабо-спіралізованій структурі. Взаємодіючі між собою залишки Лей показано червоним кольором.

Підписи: Вид; Регуляторний протеїн; амінокислотна послідовність

Ссавці; C/EBP; Jun; Fos; Дріжджі; GCN4; Консенсусні молекули; незмінний Асп; ДНК-зв’язуюча ділянка; 6-амінокислотний конектор; Лейцинова блискавка

Рисунок 28-15

Гелікс-петля-гелікс

Транскрипційний фактор людини Max, зв’язаний із відповідною ділянкою ДНК (PDB ID 1HLO). Протеїн є димером; одна із його субодиниць зафарбована. ДНК-зв’язуючий сегмент (рожевий колір) знаходиться поруч із першим геліксом структури гелікс-петля-гелікс (червоний колір). Другий гелікс розташований поблизу карбоксил термінального кінця субодиниці (фіолетовий колір). У даному випадку взаємодія карбоксил термінальних геліксів двох субодиниць формує структуру дуже подібну до такої ж, як і у лейцинового замка-блискавки (див.Рис.28-14б), але тільки із однією парою взаємодіючих залишків Лей (ланцюжки на червоній стороні поблизу поверхні). Повністю таку структуру називають мотивом гелікс-петля-гелікс/лейцинова блискавка.

На додаток до структурних доменів, функція котрих полягає у зв’язуванні ДНК і димеризації (чи олігомеризації), багато регуляторних протеїнів взаємодіють із РНК полімеразою, регуляторними протеїнами із інших родин, або обома. На сьогодні відомо щонайменше три різних типи інших доменів (переважно у еукаріот), яким властива протеїн-протеїнова взаємодія: домени із збагаченими залишками глутаміну; домени із збагаченими залишками проліну та широко розповсюджені кислотні домени.

Зв’язування протеїнів із ДНК є основою складних регуляторних процесів, що є фундаментальними для функціонування генів. Тепер розглянемо детальніше ці регуляторні схеми спершу прокаріотичних, а згодом і еукаріотичних організмів.