Велика борозенка днк та α-хелікс білку як розпізнавальні елементи

α-хелікс білку може достатньо зручно вмоститися всередині великої борозенки ДНК у В-формі, з малою борозенкою все виходить не так добре. Тому основним впізнаючим елементом саме по відношенню до великої борозенки вважається саме α-хелікс.

Вперше, даний елемент у такій якості був спостережений Андерсоном у 1981 році на прикладі бактеріального репресорного білка cro у складі ділянки НТН, про яку мова вже йшла. Далі даний НТН-елемент за допомогою кристалографії та ЯМР був т акож знайдений у великій кількості прокаріотичних та еукаріотичних транскрипційних регуляторних та споріднених до них білків, що видно з таблиці на слайді 7.

НТН-ділянка складається приблизно з 20 залишків АК, перші сім з яких формують перший α-хелікс, а залишки з 12-го по 20-ий – другий хелікс. Хелікси поєднані між собою коротким згином, тому кут між ними складає 120⁰. Саме другий з хеліксів є впізнавальним, він взаємодіє з більшістю специфічних контактних поверхонь ДНК та лежить всередині великої борозенки В-ДНК. У такому хеліксі у положеннях 4,8,10,16, та 18 знаходяться гідрофобні АК, що входять до складу загального гідрофобного кору білку.

N-кінець подібних гомодоменів, як правило, приєднується до малої борозенки ДНК, що більш зміцнює структуру комплексу. Аналогом члена такого типу взаємодій може слугувати основний бічний ланцюг аргініну, що також здатен приєднуватись до основи у регіоні малої борозенки.

Сама по собі НТН-структура існувати не може, вона повинна підтримуватись за допомогою інших структур:

1. Еукаріотичний гомодоменний зубчастий білок має ділянку з трьох послідовно розміщених хеліксів (слайд 7а та b), причому НТН-ділянка займає положення зразу за першим з них,

2. Репресор 434 та репресор з бактеріофагу λ складаються з 5 хеліксів, причому НТН-ділянка відповідає хеліксам 2 та 3 (слайд 8).

Важливою різницею між прокаріотичним та еукаріотичним НТН-доменами є те, що перший, як правило, приєднується до своїх мішеней на ДНК у димерізованій формі, коли другий – зазвичай у формі мономеру, що визначається структурою невпізнавальних ділянок білку.

Дуже багато гомодоменних білків приєднуються до відповідних локусів ДНК тандемно, парами. Особливо це чітко видно на прикладі білків МАТα1 та МАТα2, які регулюють транскрипцію у дріжджів. Кристалічна структура комплекса білку МАТα2 з В-ДНК показує типову гомодоменну будову. На відміну від цього, третинний варіант комплексу, відкритий Лі зі співробітниками у 1995 році, має дві білкові субодиниці, які контактують між собою через С-кінцеву ділянку домену МАТα2 внаслідок згинання ДНК на 60⁰. Інша структура, отримана тими ж вченими у 1998, з використанням А-тракту ДНК, показує схожу ступінь згинання, але А-тракт у даному випадку є наближеним до малої борозенки. У обох випадках ступінь гідратованості малої борозенки зберігається. Подібна структура була виявлена також у складі третинного комплексу між МАТα2, транскрипційним фактором МСМ1 та послідовністю ДНК довжиною в 26 пар основ.

Іншими варіантами таких структур можуть бути комплекси з двома білковими доменами, що розташовані тандемно на ділянках ДНК, що перекриваються, наприклад, у випадку гетеродимерних комплексів HoxB1-Pbx1 та Ubx-Exd. Кожен білок у складі таких комплексів індукує невеликі згини (близько 10-11⁰ у першому випадку) хеліксу ДНК, з яким взаємодіє, але оскільки зв’язуючі сайти знаходяться близько між собою та майже навпроти один одного, загалом виходить майже прямий В-хелікс. Загалом, якщо два білкових домени приєднуються до ДНК на одному й тому ж боці, завжди відбувається згинання ланцюгів ДНК, але якщо такі сайти приєднання знаходяться навпроти, то загального згинання не відбувається.

Більшість білків з ділянками НТН характеризуються прямими взаємодіями між впізнавальним хеліксом білку та великою борозенкою операторної ДНК, яка зазвичай зберігає В-форму. На кристалічних структурах гомеодоменних комплексів були виявлені наступні факти щодо таких взаємодій:

1. На зубчатому комплексі білок-ДНК було показано важливу роль залишку глютаміну-50 у прямій взаємодії з ДНК, який, як раніше вважалося, був потрібен лише для непрямих зв’язків з великою борозенкою ДНК.

2. На тому ж комплексі було показано існування опосередкованих молекулами води контактів між глютаміном-50 та трьома основами – Т4, Т5 та G7 – у складі розпізнаючої послідовності з 7 нуклеотидів – ТААТТАС.

3. На тому ж комплексі встановлено існування важливих взаємодій між гомо доменними бічними ланцюгами АК та фосфатним кістяком В-ДНК, деякі з них опосередковані водою, яка має достатньо часу преципітації на молекулі ДНК для формування таких взаємодій.