분자생물학 (19.1) - Transcriptional regulation in eukaryotes

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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 DNA 결합 영역 

전사조절자의 DNA 결합 영역은 4가지로 나뉜다.

 

 

 

 

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1. Helix-turn Helix

 

 

 

 

 

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2. Zinc Finger

 

 

 

대표적인 Zinc Finger 활성자 = GAL4

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3. Leucine Zipper 

 

Zipper의 용도 = dimerization

한쪽 면의 류신들과 다른쪽 면의 마주보는 류신 사이에서 Hydrophobic으로 dimeraziation 해준다.

그리고 끝에 있는 부분들(+)을 통해서 DNA에 결합한다.

 

 

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4. Helix-loop-helix

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 그러면 우선 여기서는 활성인자들의 구조에 대해서 살펴보도록 하자.

 

 활성인자는 DNA 결합자리와 활성화 부위가 뚜렷하게 서브유닛으로써 구분되는데, 엑손을 적절히 조합하면 새로운 형태의 활성인자를 만들 수 있다.

 

 그러니까 A라는 활성인자의 DNA 결합자리와 B라는 활성인자의 활성화 부위를 재조합 할 수 있다는 뜻이다.

 

 이 방법은 활성인자의 연구에서 상당히 유용한 방법으로 사용하는 방법이나, 여기서 그 방법을 소개하지는 않겠다.

 

 어쨌거나 이 부분에 대해 가장 잘 연구된 활성인자는 Gal4 라는 활성인자다. 

 

 이 단백질은 효모의 Lac 오페론을 활성화시켜 lacZ 유전자의 발현을 촉진한다. 따라서 X-gal이 포함된 배지에서 배양할 경우 Gal4가 정상적으로 발현되는 효모는 배지가 푸른 색을 띄게 된다.

 

 Gal4을 이용한 실험으로, 인위적으로 DNA 결합 자리를 세균의 억제인자인 LexA라는 단백질의 DNA 결합 자리로 바꾸는 실험이 있다.

 

 효모의 DNA 역시 본래 Gal4가 결합하는 UASG(Upstream activating sequence for GAL)를 잘라내고 대신 LexA이 결합하는 부위를 바꾸어 넣었다.

 

 그 결과, LexA 결합부위에 Gal4-LexA 혼성 단백질이 정상적으로 결합하였고, Lac 오페론 역시 정상적으로 발현되는 것을 확인했다.

 

 무엇을 뜻하는가? 앞에서 설명했던 바와 같이 DNA 결합부위와 활성화 부위는 서로 기능적으로 확실히 구분할 수 있다는 뜻이다.

(실제로 어떤 조절 단백질들은 DNA 결합 부위와 활성화 부위를 따로 합성하여 복합체를 만들기도 한다)

 

 이러한 활성인자들의 DNA 결합 부위는 상당히 정형화된 형태를 갖고 있으며, 대개 이량체(Dimer)로써 결합한다는 특징이 있다.

 

 세균은 대부분 동형이량체(Homodimer)를 이루지만, 진핵생물들은 이형이량체(Heterodimer)를 이루거나, 혹은 단량체(Monomer)가 보조 단백질의 도움을 받아 결합하기도 한다.

 

 몇 가지 잘 알려진 DNA 결합 방식에 대해 살펴보자.

 

1. 나선-회전-나선 모티프(Helix-turn-helix motif)

세균들이 주로 사용하는 방식으로, 진핵생물들 역시 이용하는 방식이다.

 

 

 

 나선-회전-나선 모티프에는 호메오도메인(Homeodomain)이 포함된다. 많은 DNA 결합 단백질이 호메오도메인을 갖고 있다.

 

 3개의 α나선구조로 되어 있는데, 하나의 α나선(Recognition helix)이 DNA의 넓은 홈(Major groove)에 끼워져 DNA 서열을 인식한다.

 

2. 아연 집게 모티프(Zinc finger motif)

아연을 보결족으로 사용하는 결합 부위다.

     

 

 DNA 서열을 인식하는 α나선구조 하나와 2개의 β병풍구조로 되어 있는데, 중간에서 아연이 이 구조를 안정화시킨다.

 

 아연은 배위결합을 통해 α나선의 히스티딘 2개와, β병풍의 시스테인 2개와 결합하고, α나선이 DNA의 넓은 홈을 인식한다.

 

3. 류신지퍼 모티프(Leucine zipper motif)

이량체를 형성하여, 주로 동형이량체를 형성하나 이형이량체를 형성하기도 한다.

 

 

 

 두 개의 긴 α나선이 서로 이량체를 형성하는데, α나선에 배열된 류신은 매우 소수성이 커서 류신들끼리 강한 소수성 상호작용이 일어난다. 

 

 결합하지 않은 α나선이 집게처럼 DNA의 넓은 홈에 끼워지는 형태를 하고 있다.

 

4. 나선-고리-나선 모티프(Helix-loop-helix motif)

류신지퍼와 유사하게 이량체를 형성하여 α나선이 DNA에 끼워진다..

 

 

 

 C 말단 쪽의 짧은 α나선과 고리 구조가 서로를 묶어 이량체를 형성한다.

 

 류신지퍼와 상당히 유사한 점이 많은데, 류신지퍼와 나선-고리-나선 모티프를 갖는 단백질은 흔히 DNA를 인식하는 α나선 부위가 염기성의 아미노산 잔기를 갖는다.

 

 이 정도가 DNA 결합부위로써 나름 잘 알려진 구조들이다. 물론 이것 말고도 많다.

 

 그러나 DNA 결합부위와는 달리 활성화 부위는 정형화된 구조가 나타나지 않아 아직 밝혀진 바가 적다. 

 

 하지만 보편적으로 많이 나타나는 것 중 하나가 활성화 부위를 구성하는 아미노산들이 흔히 산성을 주로 띈다는 점이다.

(당연히 모든 활성화부위가 그런 것은 아니다)

 

 보통 활성인자의 다른 부위는 소수성을 띄지만, 활성화 자리는 강한 극성을 갖게 되어 다른 단백질과 쉽게 상호작용이 가능할 것이라 여겨진다.