Back to chapter

10.4:

Совместное связывание регуляторов транскрипции

JoVE Core
Molecular Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Molecular Biology
Cooperative Binding of Transcription Regulators

Languages

Share

Трансскрипционные регуляторы это белки, которые распознают и привязываются к короткой последовательности ДНК, известной как цис-регуляторная последовательность. Поскольку эти последовательности обычно короче, чем 10 нуклеотидов, шансы случайно встретить такую-же последовательность в геноме очень высоки. Многие регуляторы сформируйте пару димер для ограничения связывания к случайным последовательностям.Димер может связывать последовательности более 10 нуклеотидов, это снижает вероятность последовательность оказаться случайным образом в геноме и увеличивает специфичность связывания. Эти регуляторные димеры могут либо быть гомодимерами, из одинаковых типы мономеров, либо гетеродимерами, состоящим из различных типов мономеров. Поскольку пары могут быть состоять из различных мономеров, различные комбинации позволяют привязываться к различным последовательностям без необходимости в новых типов белков.Если они не связаны с ДНК, кооперативные регуляторы существуют как мономеры, которые иногда образуют димеры как результат слабых, нековалентных взаимодействий. Однако эти структуры формируют плотно связанные димеры ри привязке к ДНК из-за кооперативного связывания. Кооперативное связывание-явление где связывание мономера в соответствии с цис-регуляторной последовательность увеличивает вероятность привязки второго регулятора из-за структурных изменений.Это позволяет второму регулятору плотно привязаться с другой стороны сайта привязки и образовать димер с первым. Это означает, что большую часть времени, либо все случаи конкретных цис-регуляторных последовательностей имеют связанный регулятор или ни одна из них не имеет. Для многих генов ДНК плотно обернута вокруг белков гистона, предотвращая транскрипционным регуляторам доступ последовательности цис-регулирования.Однако, неплотно связанный конец ДНК даёт некоторое пространство для связывания. Связывание одного регулятора на этом сайте может помочь размотать структуру, таким образом позволяя другим регуляторам связаться.

10.4:

Совместное связывание регуляторов транскрипции

Регуляторы транскрипции связываются со специфическими цис-регуляторными последовательностями в ДНК для регулирования транскрипции генов. Эти цис-регуляторные последовательности очень короткие, обычно меньше десяти пар нуклеотидов длиной. Короткая длина означает, что существует высокая вероятность того, что та же самая последовательность случайным образом встречается по всему геному.  Поскольку регуляторы также могут связываться с группами схожих последовательностей, это еще больше увеличивает шансы случайного связывания. Регуляторы транскрипции образуют димеры, которые связываются с последовательностью в два раза длиннее, чем связывается мономер, что увеличивает последовательности и снижает вероятность случайного связывания. Димеры регуляторов транскрипции могут быть гомодимерами или гетеродимерами. В растворе эти кооперативные регуляторы существуют либо в виде мономеров, либо в форме слабо связанных димеров. Однако, когда эти мономеры связываются с расширенной цис-регуляторной последовательностью на ДНК, они образуют стабильные димеры.

Кооперативность – это явление, при котором связывание мономерного белка вызывает структурные изменения ДНК и увеличивает сродство регуляторных сайтов к другим мономерам. Это позволяет мономерам связываться с цис-регуляторной последовательностью в виде димеров.  Это явление также помогает регуляторам получить доступ к сайтам, расположенным на ДНК, прочно связанной с гистоновыми белками в нуклеосоме, которые в противном случае были бы недоступны. Первое связывание обычно происходит с ДНК на конце нуклеосомы, где она не прочно связана. Связывание в этом сайте приводит к тому, что ДНК отделяется от гистонов, что приводит к распаковке нуклеосомы. Эта распаковка увеличивает доступ к другим регуляторным сайтам. У эукариот связывание факторов транскрипции преимущественно полагается на кооперативность.  Хотя кооперативность может происходить в некоторых случаях, большая часть связывания регуляторов транскрипции у прокариот не кооперативна. В таких случаях регуляторы существуют в виде стабильных димеров, удерживаемых вместе несколькими нековалентными взаимодействиями.

Связывается ли неизвестный регулятор кооперативно или некооперативно, можно определить, построив график зависимости числа занятых участков связывания на ДНК от концентрации белка. Если график представляет собой S-образную кривую, это указывает на то, что регулятор связывается с сайтами связывания кооперативно.  Если кривая равномерно идет вверх пока не выравняется при полной занятости сайтов связывания, это указывает на то, что связывание не кооперативно.

Suggested Reading

  1. Alberts et al., 6th edition; pages 375, 378-380
  2. Morgunova, E., & Taipale, J. (2017). Structural perspective of cooperative transcription factor binding. Current opinion in structural biology, 47, 1-8.