Zn(Ⅱ)2Cys6锌簇蛋白研究进展的论文

Zn(Ⅱ)2Cys6锌簇蛋白研究进展的论文

【关键词】zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白转录因子真菌

锌指(zinc fingers)是指含有zn2+的可与dna相互作用的蛋白质基序(motif)，含有锌指基序的转录因子是一个大家族。目前已发现10多种不同种类的锌指基序，zn(ⅱ)2cys6型锌指基序就是其中的一种，其组成是cysx2cysx6cysx5-12cysx2cysx6-8cys，此基序中的半胱氨酸与2个锌离子结合。含有此基序的转录因子被称为zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白，仅存在于真菌中。1982年分离出的第一个zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白是gal4p［1，2］，gal4p是酿酒酵母（saccharomyces cerevisiae）半乳糖代谢相关基因的转录调节因子，在半乳糖存在下可以激活半乳糖代谢相关基因的转录。

zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白可参与调节真菌的基础代谢、次级代谢、药物抗性及减数分裂等过程，其中对真菌次级代谢中相关的zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白的研究将有助于了解真菌的次级代谢的调控过程。

1 zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白的结构及其作用方式

对已知的多种真菌的zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白的结构分析表明，从蛋白质的氨基端到羧基端分别由dna结合域（dbd，dna binding domain）、调控域(regulatory domain)和酸性域(acidic region)组成。其中dbd又可分为锌指结构域(zinc finger domain)、连接区域(linker region)以及二聚化区域(dimerization region)，在二聚化区域常含有螺旋的螺旋结构（coiled coil）。zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白可以单体、同源二聚体或异源二聚体的方式与dna相互作用。个别锌簇蛋白的dbd结构域位于羧基端［3］。有时zn2+可被其它金属离子所替代，如cd2+可取代gal4p中的zn2+［4］。调控域与锌簇蛋白对靶基因的转录激活功能有关，如果缺失该区域，可能造成靶基因的表达被持续激活，即该区域可能是起到抑制转录激活的作用。羧基端的酸性域是转录激活域。

zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白结合于目标基因的启动子区的dna序列，所结合的dna元件的保守序列是单个或重复的三核苷酸序列cgg［5］，结合的特异性与cgg三联体的方向、三联体之间的距离及cgg周围的碱基序列有关，常见的结合序列是cggn6ccg 或cggn11ccg。如转录因子leu3p(参与亮氨酸代谢的调节)和ppr1p（参与嘧啶代谢的调节）所辨认结合的2个cgg 的间距分别为4 bp和6 bp［6］，按照cgg三联体的排列方向，这些dna序列可被分为反向重复（inverted repeat）、翻转重复(everted repeat)和正向重复(direct repeat)3种类型，如图1所示（其中hap1参与细胞色素c表达的调节）。二聚体zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白与dna序列相互作用的方式如图2所示。gal4p识别位点: cggaagactctcctccg ppr1p识别位点: tcttcggcaattgccgaaga

反向重复gccttctgagaggaggc 反向重复agaagccgttaacggcttct

leu3p识别位点：tgccggtaccggcttgg hap1识别位点：gccggggtttacggacgatga

翻转重复acggccatggccgaacc 正向重复cggccccaaatgcctgctact

图1 部分锌簇蛋白识别的dna序列，图框中是cgg三联体［6］（略）

figure 1 zinc cluster proteins preferentially recognize cgg triplets

图2 锌簇蛋白与dna序列的结合方式［5，6］（略）

figure 2 model for dna binding of zinc cluster proteins

矩形代表二聚体相互作用区域，箭头部分代表与dna相互作用的区域，指明cgg的方向，矩形与箭头之间是连接区。

2 酿酒酵母中的zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白

酿酒酵母的全基因组测序表明其含有54个zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白。通过对其中33个zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白功能的分析发现，它们多参与氨基酸代谢、多药耐药性、减数分裂等过程的调节。

与多药耐药性相关的zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白

酵母中的zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白主要通过激活与多药耐药性（pdr，pleiotropic drug resistance）相关的abc转运蛋白（atp binding cassette transporter protein）的表达而使酵母产生抗药性。这些zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白现已发现十几种［7］，可结合于多药耐药性相关基因（pdr基因）的多药耐药性反应元件（pdres），这些多药耐药性相关基因已发现有近十种，在这些基因的启动子中常有1到几个pdres，标准序列为tccgcgga。多种zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白可以结合于同一基因的pdres，同一个锌簇蛋白因子往往也可以调节多个pdr基因，这些zn(ⅱ)2cys6锌簇转录因子可以单独或协同调节pdr基因的转录起始过程，多以同源或异源二聚体的方式作用。这些调节作用多数是正调节作用，促进pdr基因的表达，也有一些起到负调节作用，调节方式及锌簇蛋白的相互作用的关系复杂多样。如zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白pdr1p、pdr3p和yrr1p都可激活abc转运蛋白家族的pdr1基因的表达，它们辨认结合的pdres序列互有重叠。zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白rdr1p是pdr基因的负性调控因子，△rdr1突变体可抗放线菌酮［8］，而其所结合的pdres也正是pdr1p/pdr3p等的结合位点。abc转运蛋白家族的pdr12可以在弱酸环境下从细胞中泵出安息香酸和山梨酸，zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白war1p可诱导pdr12的表达［9］，在山梨酸胁迫下，war1p可迅速磷酸化并形成同源二聚体，结合于pdr12的启动子区域的酸性反应元件ware，war1p的磷酸化与pdr12的转录激活几乎是同时发生的。

酵母还可以通过调节其麦角固醇的生物合成途径来产生抗药性。麦角固醇是真菌细胞膜的重要组成成分，当其合成被激活时有利于使酵母产生抗药性，目前认为pdr途径、麦角固醇途径和鞘脂的合成途径等均有相互联系，共同促成酵母细胞的抗药性，麦角固醇和鞘脂及细胞质膜中的其它脂类可形成脂筏（lipid rafts），帮助从细胞中排出药物［10］。至少有11种erg（ergosterol）基因编码麦角固醇合成相关酶类，它们都含有甾体反应元件。upc2p和ecm22p是2个高度同源的zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白，有45%的氨基酸相同，有高度相似的dbd 及羧基末端的激活域。在细胞中麦角固醇含量低时，它们可通过结合于相同的调控元件来激活erg2和erg3基因的转录。△upc2和△ecm22的突变体则不会出现以上的激活作用，使酵母在一些环境中无法存活，如△upc2对抗真菌的吡咯类药物酮康唑敏感，△ecm22对放线菌酮敏感［11］。

酵母中与氨基酸代谢及减数分裂相关的zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白

酵母中有多个zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白参与氨基酸代谢的调节。如aro9基因编码芳香族氨基酸的转氨酶，zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白aro80p通过调控aro9基因来参与调控芳香族氨基酸的分解代谢，当氨充足时，此基因表达被抑制，当芳香族氨基酸充足时，表达被激活，aro80p 结合于aro9基因上游-168 bp至-133 bp处的序列，这段序列长32 bp，含有5组cgg三联体序列，从而激活aro9基因的表达［12］。

二倍体的酵母细胞在葡萄糖及氮缺乏时进行减数分裂，形成孢子。在这个过程中，ume6基因可诱导早期减数分裂相关的多个基因的表达。这些基因启动子区都含有urs1序列［13］，zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白ume6可结合于相关基因前方的urs1区域。当此因子缺失时，可显著减少对减数分裂相关基因的诱导，使减数分离过程出现缺陷。