10.4: 転写制御因子の協調的結合

転写調節因子は、DNAの特定のシス調節配列に結合して遺伝子転写を調節します。これらのシス調節配列は非常に短く、通常はヌクレオチドペアの長さが10個未満です。長さが短いということは、ゲノム全体に全く同じ配列がランダムに発生する可能性が高いことを意味します。レギュレーターは類似した配列のグループにも結合できるため、ランダムに結合する可能性がさらに高まります。転写調節因子は、モノマーが結合する時間の2倍の長さで配列に結合する二量体を形成し、配列を増やしてランダム結合の可能性を減らします。転写調節ダイマーは、ホモダイマーまたはヘテロ二量体であり得る。溶液中では、これらの協調レギュレーターはモノマーまたは弱結合ダイマーとして存在します。しかし、これらのモノマーがDNA上の拡張されたシス調節配列に結合すると、安定な二量体が形成されます。

協同性は、モノマータンパク質の結合がDNAの構造変化を引き起こし、他のモノマーに対する調節部位の親和性を高める現象です。これにより、モノマーはシス調節配列上に二量体として結合することができます。この現象は、ヌクレオソーム内のヒストンタンパク質に強固に結合しているDNA上の部位に、他の方法ではアクセスできないDNA上の部位に調節者がアクセスするのにも役立ちます。最初の結合は通常、ヌクレオソームの末端にあるDNAで発生し、そこではしっかりと結合していません。この部位に結合すると、DNAがヒストンから離れ、ヌクレオソームが解き放たれます。この開梱により、他の規制サイトへのアクセスが向上します。真核生物では、転写因子の結合は主に協調性に依存します。場合によっては協調性が発生することもありますが、原核生物における転写調節因子の結合のほとんどは非協力的です。このような場合、調節因子は、いくつかの非共有結合性相互作用によって一緒に保持された安定な二量体として存在します。

未知の調節因子が協調的に結合するか非協調的に結合するかは、タンパク質濃度に対するDNA上の占有結合部位の数をプロットすることで判断できます。プロットが S 字型の曲線の場合、レギュレーターが結合部位に協調的に結合することを示しています。曲線が着実に上昇し、占有されているすべての結合部位に近づくにつれて横ばいになる場合は、結合が非協調的であることを示しています。