DNA及蛋白质相互作用结构特征

DNA与蛋白质相互作用的结构特征

Section 7 Structural Characteristics of Interaction between DNA and Protein

反式作用因子必须与顺式作用元件相结合，才能发挥其调节基因表达的作用。反式作用因子至少含有三个功能域，即DNA结合功能域，转录活性功能域和其它转录因子结合功能域。反式作用因子的DNA结合功能域具有一些带共性的结构特征，如同源结构域、碱性亮氨酸拉链模体、锌指模体等。

1. 螺旋-转角-螺旋模体（Helix-Turn-Helix（HTH）Motif）

1.1 原核生物HTH模体（Prokaryotic HTH Motif）

色氨酸阻遏因子和分解产物基因激活蛋白（CAP）均为同二聚体，分子结构中含HTH模体，该模体由两段α-螺旋和一段β-转角构成（但需要另外伸出的第三个α-螺旋才能稳定），第二个α-螺旋负责识别DNA大沟序列，故称为识别螺旋（图103）。

图103 HTH模体的分子结构

Fig 103 Molecular Structure of HTH Motif

1.2 真核生物HTH模体（Eukaryotic HTH Motif）

1.2.1 同源异型结构域（Homeodomain）

同源异型结构域的氨基酸残基序列与原核细胞类似，由三段α-螺旋，环绕一个疏水核心折叠而成。所不同的是识别螺旋较长，在DNA大沟中的定向有所不同，其典型的结合位点是TA TA盒（图104）。

图104 同源异型结构域的分子结构

Fig 104 Molecular Structure of Homeodomain

1.2.2 MYB HTH模体（MYB HTH Motif）

为HTH模体的变体，其结构类似于同源结构域，但其β-转角由5个残基构成，识别螺旋与

DNA有较长的接触面（图105）。

图105 MYB HTH模体的分子结构

Fig 105 Molecular Structure of MYB HTH Motif

1.2.3 侧翼HTH模体（Winged HTH Motif）

侧翼HTH模体是α/β HTH变体，由110个保守的氨基酸残基构成α/β识别螺旋，另外两个翼状环结构与相邻的DNA骨架和小沟相互作用。典型的例子是肝细胞核因子-3γ（HNF-3γ）（图106）。

图106 侧翼HTH模体的分子结构

Fig 106 Molecular Structure of Winged HTH Motif

1.2.4 分解产物基因激活蛋白样结构域（CAP-like Domain）

真核生物多种转录激活因子均具有此DNA结合结构域，但与CAP不同，该结构域是以单体形式与DNA大沟结合，其结合靠水介导。典型的例子如转录因子PU.1的ETS结构域（图107）。

图107 转录因子PU.1的ETS结构域

Fig 107 ETS Domain in Transcription factor PU.1

1.2.5 POU结构域（POU Domain）

该结构域由155~162个氨基酸残基组成，有两个独立的球状结构域：POUS和POUH。POUS 位于的POUH的N-端，含多个α-螺旋。两个球状结构域分别位于DNA双螺旋两侧大沟内，识别5′-ATGCAAAT-3′八聚碱基序列。其中，POUS结合5′端ATGC序列，而POUH结合3′端AAAT序列。典型的例子包括Pit-1，Oct-1、2、4等（图108）。

图108 OCT-1和PIT-1中的POU结构域

Fig 108 POU Domain in OCT-1 and PIT-1

1.2.6 成对结构域（Paired Domain）

由两个球形亚结构域组成，与两个同源异型结构域相似，但不同于POU，仅N-端的亚结构域为DNA大沟的识别螺旋。该结构域见于Pax蛋白（paired box protein）（图109）。

2. 碱性亮氨酸拉链模体（Basic Leucine Zipper Motif）

2.1 碱性区/亮氨酸拉链（Basic Region/Leucine Zipper, bZIP）

该模体的C-末端重复序列形成左手卷曲螺旋，每间隔7个残基出现一个亮氨酸，故称之为亮氨酸拉链。模体的N-末端富含碱性氨基酸残基（碱性区），与DNA的大沟特异性结合。常见的反式作用因子有：CREB、Jun、Fos、GCN4等，它们通常以同二聚体或异二聚体的形式与DNA结合（图110）。

图110 碱性区/亮氨酸拉链模体的分子结构

Fig 110 Molecular Structure of bZIP Motif

2.2 碱性区/螺旋-环-螺旋/亮氨酸拉链（Basic Region/Helix-Loop-Helix/Leucine Zipper, bHLH）

该模体由60~100个保守的氨基酸残基构成，N-末端为15个残基组成的碱性区，紧随两个α-螺旋（中间为环区）。N-末端碱性区至第一个α-螺旋段为DNA特异序列结合域。常见的反式作用因子有：Myc，Max，E12，E47，MyoD-1（图111）。

图111 碱性区/螺旋-环-螺旋/亮氨酸拉链模体的分子结构

Fig 111 Molecular Structure of bHLH Motif

3. 锌指模体（Zinc Finger Motif）

3.1 C2H2型锌指（C2H2 Type Zinc Finger）

由约30个氨基酸残基组成，序列特征为：Cys-X2-5-Cys-X12-His-X2-5-His。由12个残基构成的α-螺旋，靠Zn2+与相对的β-折叠结构相连。其连续存在的锌指模体识别螺旋位于DNA 的大沟（图112~114）。