Мотив «спираль-поворот-спираль»

λ - репрессор бактериофагалямбда использует мотив «Спираль-поворот-спираль» (слева; зелёный) для связывания с ДНК (справа; синий и красный).

Спираль-поворот-спираль (от англ. Helix-Turn-Helix, HTH-мотив) — мотив в белках, способный взаимодействовать с ДНК. Он состоит из двух α-спиралей, соединенных короткой цепью аминокислот и входит в состав многих белков, регулирующих экспрессию генов. Не следует путать с доменом типа «спираль-петля-спираль» (англ. helix-loop-helix domain)[1].

Открытие

Мотив был обнаружен при анализе сходств в ряду генов, кодирующих белки-регуляторы транскрипции фага лямбда и кишечной палочки: Cro, CAP и λ-репрессора, у которых были обнаружены 20-25 аминокислотных последовательностей, участвующих в узнавании ДНК[2][3][4][5].

Функции

Мотив спираль-поворот-спираль связывает ДНК. Узнавание и связывание обеспечивается двумя альфа-спиралями, одна из которых располагается в N-конце мотива, другая — в C-конце. В большинстве случаев, как, например, в репрессоре Cro, вторая спираль участвует в узнавании ДНК и часто называется «узнающая спираль». Она связывается с большой бороздкой ДНК через серию водородных связей и различных Ван-дер-ваальсовых взаимодействий с экспонированными основаниями. Другая α-спираль стабилизирует взаимодействие между белком и ДНК, но не играет особенно важную роль в её узнавании[2] Обе спирали всегда имеют одинаковую ориентацию друг относительно друга[6].

Классификация

Был предпринят ряд попыток классифицировать мотивы на основании структуры и пространственной организации их спиралей[6][7][8]. Некоторые из основных типов описаны ниже.

  • Двухспиральный — является простейшим вариантом. A fragment of Engrailed homeodomain encompassing only the two helices and the turn was found to be an ultrafast independently folding protein domain[9].
  • Трёхспиральные. Примером белков, имеющих такой вариант домена, может служить активатор транскрипции Myb[10].
  • Четырёхспиральные. Имеют в своём составе дополнительную C-концевую альфа-спираль, по сравнению с трёхспиральным вариантом. К этому типу относится LuxR-type DNA-binding HTH domain, найденный в бактериальных транскрипционных факторах и HTH-мотивы репрессоров TetR[11]. также существуют версии с дополнительными спиралями[12].
  • Крылатый спираль-поворот-спираль. wHTH домен (англ. winged helix-turn-helix) — вариант, имеющий в своём составе 3 альфа-спирали и 3-4 бета-листа (англ. wing). Взаиморасположение спиралей и листов может быть вариабельным. В транскрипционном факторе ETC домен wHTH альфа-спирали и бета-листы располагаются в порядке α1-β1-β2-α2-α3-β3-β4, где третья альфа-спираль отвечает за узнавание ДНК[13][14].

См. также

Примечания

  1. ↑ Brennan R. G., Matthews B. W. The helix-turn-helix DNA binding motif. (англ.) // J Biol Chem : journal. — 1989. — Vol. 264, no. 4. — P. 1903—1906. — PMID 2644244.
  2. ↑ 1 2 Matthews B. W., Ohlendorf D. H., Anderson W. F., Takeda Y. Structure of the DNA-binding region of lac repressor inferred from its homology with cro repressor. (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America : journal. — 1982. — Vol. 79, no. 5. — P. 1428—1432. — doi:10.1073/pnas.79.5.1428. — PMID 6951187. — PMC 345986.
  3. ↑ Anderson W. F., Ohlendorf D. H., Takeda Y., Matthews B. W. Structure of the cro repressor from bacteriophage lambda and its interaction with DNA. (англ.) // Nature : journal. — 1981. — Vol. 290, no. 5809. — P. 754—758. — doi:10.1038/290754a0. — PMID 6452580.
  4. ↑ McKay D. B., Steitz T. A. Structure of catabolite gene activator protein at 2.9 A resolution suggests binding to left-handed B-DNA. (англ.) // Nature : journal. — 1981. — Vol. 290, no. 5809. — P. 744—749. — doi:10.1038/290744a0. — PMID 6261152.
  5. ↑ Pabo C. O., Lewis M. The operator-binding domain of lambda repressor: structure and DNA recognition. (англ.) // Nature : journal. — 1982. — Vol. 298, no. 5873. — P. 443—447. — doi:10.1038/298443a0. — PMID 7088190.
  6. ↑ 1 2 Wintjens R., Rooman M. Structural classification of HTH DNA-binding domains and protein-DNA interaction modes. (англ.) // J Mol Biol[англ.] : journal. — 1996. — Vol. 262, no. 2. — P. 294—313. — doi:10.1006/jmbi.1996.0514. — PMID 8831795.
  7. ↑ Suzuki M., Brenner S. E. Classification of multi-helical DNA-binding domains and application to predict the DBD structures of sigma factor, LysR, OmpR/PhoB, CENP-B, Rapl, and Xy1S/Ada/AraC. (англ.) // FEBS Lett[англ.] : journal. — 1995. — Vol. 372, no. 2—3. — P. 215—221. — doi:10.1016/0014-5793(95)00988-L. — PMID 7556672.
  8. ↑ Aravind L., Anantharaman V., Balaji S., Babu M. M., Iyer L. M. The many faces of the helix-turn-helix domain: transcription regulation and beyond. (англ.) // FEMS Microbiol Rev : journal. — 2005. — Vol. 29, no. 2. — P. 231—262. — doi:10.1016/j.femsre.2004.12.008. — PMID 15808743.
  9. ↑ Religa T. L., Johnson C. M., Vu D. M., Brewer S. H., Dyer R. B., Fersht A. R. The helix-turn-helix motif as an ultrafast independently folding domain: the pathway of folding of Engrailed homeodomain. (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America : journal. — 2007. — Vol. 104, no. 22. — P. 9272—9277. — doi:10.1073/pnas.0703434104. — PMID 17517666. Архивировано 24 сентября 2015 года.
  10. ↑ Ogata K., Hojo H., Aimoto S., Nakai T., Nakamura H., Sarai A., etal. Solution structure of a DNA-binding unit of Myb: a helix-turn-helix-related motif with conserved tryptophans forming a hydrophobic core. (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America : journal. — 1992. — Vol. 89, no. 14. — P. 6428—6432. — doi:10.1073/pnas.89.14.6428. — PMID 1631139. — PMC 49514.
  11. ↑ Hinrichs W., Kisker C., Düvel M., Müller A., Tovar K., Hillen W., etal. Structure of the Tet repressor-tetracycline complex and regulation of antibiotic resistance. (англ.) // Science : journal. — 1994. — Vol. 264, no. 5157. — P. 418—420. — doi:10.1126/science.8153629. — PMID 8153629.
  12. ↑ Iwahara J., Clubb R. T. Solution structure of the DNA binding domain from Dead ringer, a sequence-specific AT-rich interaction domain (ARID). (англ.) // EMBO J : journal. — 1999. — Vol. 18, no. 21. — P. 6084—6094. — doi:10.1093/emboj/18.21.6084. — PMID 10545119. — PMC 1171673.
  13. ↑ Donaldson L. W., Petersen J. M., Graves B. J., McIntosh L. P. Solution structure of the ETS domain from murine Ets-1: a winged helix-turn-helix DNA binding motif (англ.) // EMBO J. : journal. — 1996. — Vol. 15, no. 1. — P. 125—134. — doi:10.2210/pdb1etc/pdb. — PMID 8598195. — PMC 449924.
  14. ↑ Sharrocks A. D., Brown A. L., Ling Y., Yates P. R. The ETS-domain transcription factor family (англ.) // Int. J. Biochem. Cell Biol.[англ.] : journal. — 1997. — Vol. 29, no. 12. — P. 1371—1387. — doi:10.1016/S1357-2725(97)00086-1. — PMID 9570133.