10.4: Kooperacyjne wiązanie regulatorów transkrypcji

Regulatory transkrypcji wiążą się ze specyficznymi sekwencjami cis-regulatorowymi w DNA, aby regulować transkrypcję genów. Te sekwencje cis-regulatorowe są bardzo krótkie, zwykle o długości mniejszej niż dziesięć par nukleotydów. Krótka długość oznacza, że istnieje duże prawdopodobieństwo, że dokładnie ta sama sekwencja losowo wystąpi w całym genomie. Ponieważ regulatory mogą również wiązać się z grupami podobnych sekwencji, zwiększa to dodatkowo szanse na losowe wiązanie. Regulatory transkrypcji tworzą dimery, które wiążą się z sekwencją dwa razy dłużej niż monomer, zwiększając sekwencje i zmniejszając szanse na losowe wiązanie. Dimery regulatora transkrypcji mogą być homodimerami lub heterodimerami. W roztworze te współpracujące regulatory istnieją albo jako monomery, albo słabo połączone dimery. Jednakże, gdy te monomery wiążą się z rozszerzoną sekwencją cis-regulatorową na DNA, tworzą stabilne dimery.

Kooperatywność to zjawisko, w którym wiązanie białka monomerycznego powoduje zmiany strukturalne w DNA i zwiększa powinowactwo miejsc regulatorowych do innych monomerów. Umożliwia to monomerom wiązanie się jako dimery w sekwencji cis-regulatorowej. Zjawisko to pomaga również regulatorom uzyskać dostęp do miejsc znajdujących się na DNA, które są ściśle związane z białkami histonowymi w nukleosomie, które w przeciwnym razie byłyby niedostępne. Pierwsze wiązanie zwykle zachodzi w DNA na końcu nukleosomu, gdzie nie jest ściśle związane. Wiązanie w tym miejscu prowadzi do odsuwania się DNA od histonów, prowadząc w ten sposób do rozpakowania nukleosomu. To rozpakowanie zwiększa dostęp do innych witryn regulacyjnych. U eukariontów wiązanie czynnika transkrypcyjnego zależy głównie od kooperatywności. Chociaż kooperatywność może wystąpić w niektórych przypadkach, większość wiązania regulatorów transkrypcji u prokariontów jest niewspółpracująca. W takich przypadkach regulatory istnieją jako stabilne dimery utrzymywane razem przez kilka oddziaływań niekowalencyjnych.

To, czy nieznany regulator wiąże się kooperatywnie, czy niekooperatywnie, można określić, wykreślając liczbę zajętych miejsc wiązania na DNA w stosunku do stężenia białka. Jeśli wykres jest krzywą w kształcie litery S, oznacza to, że regulator wiąże się kooperatywnie z miejscami wiązania. Jeśli krzywa stale rośnie, zanim wyrówna się, zbliżając się do wszystkich zajętych miejsc wiązania, oznacza to, że wiązanie jest niechętne współpracy.