Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 129
Текст из файла (страница 129)
Обратите внимание, что относительные уровни экспрессии каждого из 1800 праанализированных генов отличаются у разных опухолей (зто видно, если проследить по рисунку за определенным геном слева направо). Этот анализ также показал, что каждый тип опухоли обладает своей характерной картиной экспрессии генов. Подобная информация может быть использована для «типирования» раковых клеток неизвестного происхождения путем сравнения их профилей экспрессии генов с профилями экспрессии уже известных опухолей. Например, на рисунке неизвестный образец был идентифицирован как рак легких.
(Любезно предоставлено Ратпс)г О. Вгошп, Оау(с( Вотзте)п, апс( тйе Этап(огс) Ехргемюп Сойабогапоп.) большая бороздка малая бороздка С О т А О С А т А т т ОБОЗНАЧЕНИЯ: ф акцептар вгдородной связи 88! донор водородной связи (ж атом водорода Зйг мвтильная группа Рнс. 7 8. Код распознавания ДНК. Внешний контур каждой представленной здесь пары оснований, если напрямую смотреть на большую или малую бороздку, содержит характерную комбинацию доноров и акцепторов водородной связи и метильных групп. В большой бороздке каждое из четырех сочетаний нуклеотидных пар создает свой уникальный рисунок специфических черт.
Однако в малой бороздке для пар Б-С и С-Б рисунок одинаков, так же как для А-Т и т-А, цветовые обозначения те же, что и на рис. 7.7. (из с. Вгзпдеп зпд 1. тооте, гпсгодцсбоп со Рго~егп 5тпгсгцге, 2пд ед. неш уогь баг!апд Рцьйыпб, 1999.! 7.2.4. Регуляторные белки генов содержат структурные мотивы, которые могут считывать последовательность ДНК В биологии опознавание на молекулярном уровне главным образом основываегся на точном соответствии между поверхностями двух молекул, и самые яркие примеры этого принципа обнаружены при исследовании регуляторных белков.
Регуляторный белок узнает специфическую последовательность ДИК, так как поверхность белка обла 7.2.3. Короткие последовательности ДНИ являкгтся основными компОнентами генетических переклизчателей Специфическая нуклеотидная последовательность может быть «прочитана» в форме рисунка молекулярных особенностей на поверхности двойной спирали ДНК. Особые нуклеотидные последовательности, каждая обычно длиною меньше 20 нуклеотидных пар, действуют в качестве основных компонент генетических переключателей, будучи участками распознавшгия для связывания специфических регуляторных белков генов. Идентифицированы тысячи таких последовательностей ДНК, каждая узнается своим регуляторным белком (или набором родственных регуляторных белков). Некоторые из рсгуляторных белков, рассматриваемые в ходе этой главы, перечислены в табл.
7.! вместе с последовательностями ДНК, которые они распознают. Теперь обратимся к самим регуляторным белкам, вторым главным компонентам генетических переключателей, Начнем со структурных особенностей, благодаря которым эти белки узнают короткие специфические последовательности, содержа щиеся в намного более длинной двойной спирали Д! (К. Таблица 7.1. Неноторые регуляторные белки и распоанаваеыые ими последовательности ДНИ бактЕРВЫ ' 1аСРТВРЕССОР: - " ' А'. жРатЩтасьвагтМСААтт ЗУ ттсААЫ61СвьССтгАТФ6сттАА сдр ', ' " ': ..
тб~и~щльвст~р~~тА Пярфр'репресссчор тлтсхс66сй~6А66т ЙЙ~~46тслЫЫТ Драаефцпег. ' . Нтцрра~:,,... ААСТ666тт~Ь~ ТТ6ССгСАчтт СсССТААтссвт Мйекопйтвккцие .. арт 666С66 бссвсс ОСТ1'рвцдрыеи ': ': 'Атвс~щ~т'.'. ' ' 'ТАОбтФтгА; твхтА6 АСТАТС сгзгдхт6 6тттАс 666сттв~тст Р Примечание. Лля удобства для каждого белка указана только одна игкледов пельност ь гысиоана ванин, а не консенсусная последовательность(см.
рис. б 11) дает значительной степенью комплементарности к специфическим чертам поверхности этой области двойной спирали. В болыпинствс случаев белок образует ряд контактов с ДНК, включая водородные и ионныс связи, а также гидрофобные взаимодействия. Каждая отдельная связь сама по себе слаба, но вместе взятые примерно 20 связей, обычно образующихся в области контакта поверхностей белка и ДНК, обеспечивают высоко специфичное и весьма сильное взаимодействие (рис. 7.9).
В действительности взаимодействия белок — Д! 1К вктючают в себя нскоторыс из самых прочных и наиболее специфических молекулярных взаимодействий, известных в биологии. Каждый пример распознавания белком ДНК является уникальным по своим деталям, но рентгеноструктурный анализ и ЯМР спектроскопия нескольких сотен рсгуляторных белков выявили, что многие из них содержат тот или иной мотив из небольшого набора структурных мотивов, связывак>шихся с ДНК.
В таких мо тивах в основном задействованы либо а-спирали, .либо В листы — для связывания с большой бороздкой ДНК, которая, как отмечалось выше, содержит достаточно информации, чтобы отличить одну последовательность ДНК от лимбой другой, Ссютветствие между ДНК и регуляторными белками настолько точное, что даже Онз О ИВН-Н, ,н ь'"."а г внешняя граница "- малая босс' сахарофосфатного остова Рис. 2.9. Связывание регуляторного белка с большой бороздкой ДНК. Показан только один контакт.
Обычно область взаимодействия поверхностей белка и ДНК содержит 10-20 подобных контактов, в которых участвуют разные аминокислоты, каждая из которых вносит вклад в усиление взаимцгГействия белок-ДНК. высказывалось предположение о том, что в ходе эволюции размеры основных структурных элементов нуклеиноных кислот и белков развивались вместе, чтобы эти молекулы могли взаимодействовать друг с другом по принципу «ключ замокм 7.2.5. Мотив спираль-поворот-спираль — один из самых простых и самых распространенных ДНК-связывающих мотивов Первым признанным ДНК-связывающим белковым мотивом стал мотив спираль-поворот-спираль (Ье!(х-тигп-Ье11х).
Первоначально идентифицированный в бактериальных белках, этот мотив позже был обнаружен у многих сотен связы вающихся с ДНК эукариотических и прокариотических белков. Он формируется из двух п спиралей, связанных короткой выступаюп1ей цепочкой аминокислот, ко торая образует «поворот» (рис. 7.10). Две спирали находятся под фиксированным углом друг к другу, в основном благодаря взаимодействиям между ними.
Спираль, расположенная ближе к карбоксильному концу, называется узпаюп(ей спиралью (гесодпгг(оп Ье1гх), потому что она соответствует по размерам и взаимодействует с большой бороздкой ДНК. Ьоковые цепи ее аминокислот, отличающиеся от белка к белку, играют важную роль в узнавании специфических последовательностей ДНК, с которыми связывается белок. Вне области спираль поворот спираль структура разных белков, которые со держат этот мотив, может варьировать в широких пределах (рис. 7.11). Соответ ствепно, каждый белок «представляет» мотив спираль поворот спираль молекуле ДНК своим уникальным способом, что, полагают, повьппает универсальность мо МНз ооон а) Рис.
7.10. Связывающийся с ДНК мотив спираль-поворот-спираль. Мотив изображен на (о), где каждый белый кружок обозначает центральный углеродный атом в аминокислоте. С-концевая а-спираль (красноя) называется узнающей спиралью, так как участвует в сайт-специфическом распознавании ДНК, Как показано на (б), спираль входит в большую бороздку ДНК. где она контактирует с внешней частью нуклеотидных пар оснований (см. также рис. 7.7).
Н-концевая а-спираль (гонял) в основном выполняет функцию структурного компонента, который помогает правильно расположить узнающую спираль триптофанавый репрвсоор Сю-белок фага фрагмент САР-фрагмент лямбдв пямбпа-репрвссора ДНК тива спираль-поворот. спираль благодаря возрастанию числа последовательностей ДНК, для распознавания которых можно использовать этот мотив.
Кроме того, у большинства этих белков части полипептидной цепи, находящиеся вне домена спираль-поворот спираль, также образуют немаловажные связи с ДНК, помогающие произвести тонкую настройку взаимодействия. Группа белков, содержащих мотив спираль-поворот спираль, представленная на рис. 7.11, демонстрирует характерную черту многих сайт-специфических бел ков, связывающихся с ДНК. Они связываются с последовательностями ДНК как Рис. 7.11.
Неиоторые ДНК-связывающие белки, содержащие мотив спираль-поворот-спираль. Все зги белки связываются с ДНК как димеры, в которых две копии узнающей спирали (красный цилиндр) отделены друг от друга ровно на один виток спирали ДНК (3 4 нм). Другая спираль мотива спираль-виток- спираль выделена синим, как на рис. 7.10.
Лямбда-репрессор и белок Сто контролируют экспрессию генов фага лямбда, а три птофано вы й реп рессор и белок-активатор ката боли зма (САР; сэта Ьо все а об хетаг рготе)п) контролируют экспрессию ряда генов Е. сой. симметричные димеры, а сами последовательности ДНК состоят из двух очень схожих «полусайтов», которые также расположены симметрично (рис.
7.12). Такое расположение позволяет каждому белковому мономеру образовать практически идентичные наборы контактов и невероятно повысить связываюгцую способность; в первом приближении удвоение числа контактов удваивает свободную энергию взаимодействия и при этом возводит в квадрат константу сродства. вз С б' бт 3' А Рис. 7.12. Специфическая последовательность ДНК, узнаваемая белком Сто бактериофага лямбда. Ватой последовательности выделенные зеленым нуклеотиды расположены симметрично, что позволяет каждому мономеру белка, также показанному зеленым цвеюм, распознавать каждую половину сейте ДНК одинаково. См.
реальную структуру белка на рис. 7.11. 7.2.6. 1омеодоменные белки составллкгт особый класс белков, содержащих мОтиВ спираль-пОВОРОт-спираль Вскоре после открытия первых регуляторных белков у бактерий генетиче скис исследования плодовой мушки дрозофила привели к выделению и описанию важного класса генов, гочеозисных, или гомеопгических, селекторггьгх геггов (1юпгеог(с зе1есгог депез), которые, как дирижер в оркестре, играют ключевую роль в регулировании всеми звеньями развития мухи.
Как обсуждается в главе 22, позже доказано их фундаментальное значение и в развитии высших животных. Мутации в этих генах могут вызывать превршцение одной части тела мухи в дру гую, указывая на то, что белки, которые они кодируют, контролируют ключевые стадии развития организма. Когда в 1980. х годах определили нуклеотндные последовательности нескольких гомеозисных селекторных генов, оказалось, что каждый из них кодирует практи чески идентнчньгй участок нз бО аминокислот, который и характеризует этот класс белков и называется гомеодоменом ((тотеос(ота)п).
После определения трехмерной структурьг гомеодомена обнаружили, что он содержит мотив спираль поворот спираль, родственный такому же мотиву у бактериальных регуляторных белков. Это явилось одним из первых признаков того, что принципы генной регуляции, установленные у бактерий, относятся также и к более высокоорганизованным орга низмам. Сейчас открыто свыше бО г омеодоменных белков только у одной дрозофилы, и эти белки идентифицированы практически у всех изученных эукарнотических организмов .— от дрожжей до растений и человека. Структура гомеодомсна, связанного со специфической последовательностью ДНК, представлена на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
