Ugrás a tartalomhoz

Molekuláris biológia I-II.

Bálint Miklós (2010)

Educatio Társadalmi Szolgáltató Nonprofit Kft.

7.26. A leucin cipzár fehérjék mint eukarióta transzkripciós faktorok

7.26. A leucin cipzár fehérjék mint eukarióta transzkripciós faktorok

Az eukarióta transzkripciós faktorok második típusa az ami ún. leucincipzárt tartalmaz. Ez azt jelenti, hogy a két alegységből álló fehérje dimerizálódó α-hélixei minden hetedik pozícióban leucint tartalmaznak, összesen 35 aminosavhosszban (7.41. ábra). Az utána következő N-terminális régiók szintén α-hélixek, viszont ezek a DNS kettős hélix nagy árkával lépnek kölcsönhatásba pozitív töltéseik révén.

 

7.41. ábra. a) A leucincipzár szerkezete önmagában és b) a DNS kettős lánchoz kapcsolódva. A DNS-kötő bázikus régió két helikális régiót, BR-A-t és BR-B-t, tartalmaz.

 

   

A leucincipzár esetén a két C-terminális régió α-hélixe ugyanolyan lefutású, mint amilyet a miozin izomfehérje esetén tapasztalunk. Ezek itt is egy ,,hidrofób varratot”, a leucin hidrofób aminosav-oldalláncok által összetartott szuperstruktúrát alakítanak ki. A szuperhélix (a két α-hélix egymásra tekeredése) fordulatonként 3,5 aminosavat tartalmaz. Ez azt jelenti, hogy mindkét hélixben minden hetedik aminosav kerül azonos pozícióba, a hélix tengelyét tekintve referenciának. Az így kialakuló ,,leucin cipzár” és más ,,van der Waals” kölcsönhatások stabilizálják a kettős szuper α-hélix szerkezetét (7.41. b) ábra). Az ilyen típusú fehérjék másik közös sajátossága az, hogy kb. 30 aminosav-hosszúságban, az N-terminálistól számítva, pozitív töltést hordoznak. Ezek révén a DNS nagy árkához tudnak kötődni. Ezen bázikus régió miatt bZIP fehérjének is nevezik a leucincipzár motívumú transzkripciós faktorokat.

Az élesztősejtek, ha bizonyos aminosavak hiányoznak a táptalajukból, egy GCN4 jelű fehérjét szintetizálnak. Ez a fehérje koordinatív módon több mint 40 bioszintetikus fehérjegén aktiválódását idézi elő. Ezen fehérjék általános szerkezetét keresztmetszetben mutatja a 7.42. ábra.

 

7.42. ábra. A GCN 4 szuperhelikális részének leucincipzár szerkezete keresztmetszetben. A két egymásra tekeredő α-hélix keresztmetszetét látjuk az N-terminális felől. Az egyes betűk fölött az ott előforduló aminosavakat jelöltük. Azon aminosavak, amelyek ionos kölcsönhatásba lépnek egymással, szaggatott vonallal vannak összekötve. Feltűnő, hogy a d és d pozíciókban mindig leucin, míg az a és a pozíciókban legtöbbször valin található. Ezek adják a ,,hidrofób varratot”. A többi pozícióban lévő aminosav viszont legtöbbször poláris jellegű.

 

   

A GCN4 fehérje valójában a dimerizációért felelős leucincipzáron és a DNS-kötő helikális régiókon kívül egy aktivációs domént is tartalmaz (7.43. ábra). Ez a domén köti a TF IID transzkripciós faktort a TATA régió közelében, és így aktiválódik a transzkripció.

 

7.43. ábra. A GCN4 fehérje domén szerkezete.

 

   

Magasabb rendű eukarióták esetén leucincipzáros fehérjék közvetítik a cAMP transzkripciót aktiváló hatását is. Azon gének, amelyekre a cAMP hat, tartalmaznak egy ún. CRE (cAMP response element) elemet. Ez egy 8 bázispár hosszú palindrom szekvencia (TGACGTCA), amit a CREB fehérje (cAMP response binding protein) ismer fel. A CREB is egy leucincipzár motívumos fehérje – mégpedig homodimer. Ez képes felismerni egy pár egymás mellé rendeződött CRE palindrom elemet, aminek szekvenciája a következő:

A folyamat úgy zajlik, hogy a G fehérjék közvetítése révén cAMP keletketik (lásd a VIII/D fejezetet). A cAMP aktiválja a protein-kináz-A-t (PKA), ami foszforilálja a CREB alegységeket, ennek hatására azok dimerizálódnak, és így ki tudják fejteni a transzkripciót aktiváló hatásukat.

A CREB még aktiválható a CA2+-kalmodulin-függő CaM-kináz II révén és protein-kináz-C és más kinázok révén is. Vagyis számtalan kémiai jel összegyűjtésére képes.

A leucincipzár jellegű transzkriciót aktiváló fehérjék nemcsak homo-, hanem heterodimer jellegűek is lehetnek, ilyenkor felismerendő a DNS. Ilyen heterodimer pl. a c-fos és c-jun protoonkogének termékéből a Jun és Fos fehérjékből összeálló heterodimer, amely csak így tud kötődni a DNS-hez, és így aktiválja bizonyos gének transzkripcióját. Felmerül a kérdés, hogy a heterodimer miért stabil. A szuperhelikális szerkezetet nemcsak a leucincipzár stabilizálja, hanem a poláris oldalláncok között fellépő kölcsönhatások is (lásd a 7.42. ábrát). A heterodimereket sókötések stabilizálják ezen pozíciókban, míg a homodimereket épp az itt kialakuló elektrosztatikus taszítás destabilizálja (amit a leucincipzár csak kompenzál). A transzkripciót aktiváló leucincipzáras fehérjék sokasága képes egymással mind homo-, mind heterodimert kialakítani. Pl. a CREB fehérjecsalád 13 tagja (lásd előbb) 13-féle homodimert és 78-féle heterodimert tud kialakítani. Így számos DNS-szekvencia leolvasására (kötésére) képesek.

A CREB fehérjét vagy ezzel rokon transzkripciós faktorokat összefüggésbe hozzák a hosszú távú memória kialakulásával is. A szerotonin hatását a tanulásra és memóriára pl. úgy lehet értelmezni, hogy fokozza a cAMP szintézist, a cAMP pedig stimulálja a protein-kináz-A-t, ami a CREB fehérjéket foszforilálja, amelyek így kötődnek a CRE helyekhez és aktiválják ezen gének kifejeződését. Ezzel megnyílt a tanulás, a tudás, a tudat molekuláris biológiájának felderítése. A rövid távú memória kialakulása viszont fehérjék kovalens modifikációja révén is magyarázható. A tudás rövidségét ilyenkor az adott fehérjék féléletideje határozza meg.