Подразделение ДНК-связывающих белков по их структуре

В разных ДНК-связывающих белках подчас встречаются сходные структурные элементы. По этому признаку выделяют несколько семейств таких белков. Однако надо заметить, что не каждый ДНК-связывающий белок удается отнести к тому или иному семейству.
а) Белки, содержащие мотив «спираль-поворот-спиралъ».
В этих белках ДНК-узнающий участок (составляющий небольшую часть белка) включает две сс-спирали, соединенные петлей. Из них одна спираль непосредственно связывается с ДНК, специфически взаимодействуя с определенной последовательностью нуклеотидных пар.
В белке — две одинаковые субъединицы, которые одновременно участвуют во взаимодействии с ДНК. Это оказывается возможным благодаря тому, что соответствующая нуклеоти-дная последовательность ДНК является палиндромной, т. е., с учетом полярности цепей, читается одинаково с обеих сторон.
Особенно распространены подобные белки у прокариот: имеются в виду белки-репрессоры.
Нижеследующие же семейства белков характерны, видимо, лишь для эукариот.
б) Белки, содержащие гомеодомены.
Эти белки продукты т. н. гомейотических генов эукариот, т. е. генов, ответственных за эмбриональное развитие.
С помощью данных белков осуществляется управление развитием путем включения одних и выключения других генов.
Отличительная черта этих белков — наличие в них однотипных доменов, называемых (по функции кодирующих генов) гомеодоменами.
Как известно, домены — эта фрагменты белковой субъединицы, имеющие относительно самостоятельную третичную структуру. Иными словами, в этом случае единая полипептидная цепь при сворачивании в третичную структуру образует не одну большую, а несколько более мелких глобулоподобных частиц, связанных между собой «линкерными» участками цепи.
Доменная организация встречается только у достаточно крупных субъединиц (белков) — содержащих не менее 200 аминокислотных остатков. Фрагменты гена, кодирующие разные домены белка, обязательно разделены интронами, т. е. представляют собой разные экзоны.
В случае гомейотических генов такие экзоны называются гомеобоксами. Следовательно, гомеобокс — это экзон гомейотического гена, кодирующий гомеодомен соответствующего белка.
Гомеодомен образован примерно 60 аминокислотными ос татками. По структуре же он напоминает белки-дeпрессоры прокариот, т. е. тоже имеет мотив «спираль-поворот-спираль». И точно так же одна из а-спиралей этого мотива специфически взаимодействует с определенными участками ДНК.
Гомеодомены разных белков данного семейства весьма сходны друг с другом, что свидетельствует об общности их происхождения. Возможно, они действительно произошли от белков-репрессоров прокариот. Но при этом каждый из гомеобелков оказывает воздействие не на отдельный оперон, а на гораздо | большую совокупность генов.
Действительно, в процессе развития происходят масштабные изменения пространственной структуры больших фрагментов хромосом. Какие-то из этих фрагментов переходят в состояние гетерохроматина, другие — наоборот, в состояние эухроматина.
Между прочим, отсюда следует, что и в гетерохроматине должны иметься последовательности ДНК, доступные для узнавания гомеодоменными белками.
в) Белки, содержащие «цинковые пальцы».
Белки данного семейства имеют пальцеобразные структуры. Каждая из последних стабилизирована атомом цинка, который образует четыре координационные связи с двумя остатками цистеина и двумя остатками гистидина пептидной цепи.
На внешней поверхности «пальца» находится сх-спираль, специфически узнающая определенную последовательность нуклеотидных пар ДНК.
Количество «пальцев» у разных белков неодинаково и порой достигает нескольких десятков.
К данному семейству относятся многие регуляторные белки эукариот. В том числе — внутриклеточные белки-рецепторы I стероидных гормонов. Связав соответствующий гормон, далее такой рецептор взаимодействует «цинковыми пальцами» со «своим» энхансером в составе ДНК, что меняет транскрипционную активность определенных генов.
г) Белки, содержащие лейциновую «застежку».
Данные белки состоят из двух субъединиц, но последние могут отличаться друг от друга.
Главная особенность заключается в способе соединения субъединиц друг с другом — это, в основном, гидрофобные связи между остатками лейцина.
В участке же связывания с ДНК белок богат основными аминокислотами — аргинином и лизином. Это свидетельствует о том, что во взаимодействии с ДНК важно не столько специфическое узнавание белком определенных последовательностей нуклеотидных пар (если таковое вообще имеет место), сколько замыкание ионных связей с фосфатными группами ДНК.
За счет чего же белок специфично взаимодействует с нужным участком ДНК? Видимо, все определяется отчасти трехмерной структурой этого участка, а главное — его белковым окружением. Иначе говоря, связывающийся белок органично вписывается в ту пространственную структуру (создаваемую макромолекулами), которая имеется в районе данного локуса ДНК. Ионные же связи просто закрепляют результат этого «вписывания».
К данному семейству относятся многие из транскрипционных факторов эукариот. Т. е. те самые белки, которые, как мы знаем, взаимодействуя с ДНК, одновременно образуют сложные комплексы друг с другом.
Как и гомеодоменные белки, рассматриваемые белки, видимо, тоже имеют бактериальные «прототипы» — например, Димерный белок САР (белковый активатор катаболизма).
Вышесказанное подводит к следующему предположению. Чем тоньше регуляция (т. е. чем меньше ее масштаб или чем меньше у регуляторного белка генов-мишеней), тем большее значение имеет пространственная структура регулируемого участка хромосомы.