Введение
Ген, кодирующий белок, у вида Homo sapiens.
TATA-связывающий белок (TBP) — это общий фактор транскрипции, который связывается с последовательностью ДНК, называемой TATA-боксом. Эта последовательность ДНК находится примерно в 30 парах оснований выше по течению от сайта начала транскрипции в некоторых промоторах генов эукариот.
Гены семейства TBP
TBP является членом небольшого семейства генов, кодирующих факторы, родственные TBP. Первый фактор, родственный TBP (TRF/TRF1), был идентифицирован у плодовой мушки Drosophila, однако, по всей видимости, он специфичен для мушек или насекомых. Впоследствии TBPL1/TRF2 был обнаружен в геномах многих метазоа, в то время как геномы позвоночных кодируют третьего члена семейства позвоночных, TBPL2/TRF3. В определенных типах клеток или на определенных промоторах TBP может замещаться одним из этих факторов, родственных TBP, некоторые из которых взаимодействуют с TATA-боксом подобно TBP.
Роль как фактор транскрипции
TBP является субъединицей эукариотического общего фактора транскрипции TFIID. TFIID – первый белок, связывающийся с ДНК при формировании преинициирующего комплекса транскрипции РНК-полимеразы II (РНК Pol II). Являясь одним из немногих белков в преинициирующем комплексе, который связывает ДНК специфически по последовательности, он помогает позиционировать РНК-полимеразу II над сайтом начала транскрипции гена. Однако, по оценкам, только 10–20% человеческих промоторов содержат TATA-боксы, а большинство человеческих промоторов являются TATA-независимыми промоторами генов домашнего хозяйства, поэтому TBP, вероятно, не единственный белок, участвующий в позиционировании РНК-полимеразы II. Связывание TBP с этими промоторами облегчается регуляторами генов домашнего хозяйства. Интересно, что транскрипция инициируется в узкой области примерно в 30 пар оснований ниже по течению от TATA-бокса на промоторах, содержащих TATA-бокс, в то время как сайты начала транскрипции TATA-независимых промоторов рассеяны в области 200 пар оснований. TBP участвует в расплетании ДНК (разделении двойной спирали) за счет изгиба ДНК на 80° (богатая AT-последовательность, к которой он связывается, облегчает расплетание). TBP – необычный белок, поскольку он связывается с малой бороздкой ДНК, используя β-лист. Еще одной отличительной особенностью TBP является длинная цепочка глутаминов в N-конце белка. Этот участок модулирует активность связывания ДНК C-концом, а модуляция связывания ДНК влияет на скорость формирования транскрипционного комплекса и инициирования транскрипции. Мутации, увеличивающие число CAG-повторов, кодирующих этот полиглутаминовый тракт, и, следовательно, увеличивающие длину полиглутаминовой цепочки, связаны со спиноцеребеллярной атаксией 17 – нейродегенеративным заболеванием, классифицируемым как полиглутаминовое заболевание.
Взаимодействие ДНК-белок
Когда TBP связывается с областью TATA в ДНК, она деформирует ДНК, вставляя боковые цепи аминокислот между парами оснований, частично раскручивая спираль и вызывая двойной изгиб. Деформация достигается за счет обширного поверхностного контакта между белком и ДНК. TBP связывается с отрицательно заряженными фосфатами в каркасе ДНК посредством положительно заряженных аминокислотных остатков лизина и аргинина. Резкий изгиб ДНК происходит за счет проецирования четырех объемных остатков фенилаланина в малую бороздку. По мере изгиба ДНК увеличивается ее контакт с TBP, что усиливает взаимодействие белок-ДНК. Напряжение, возникающее в результате этого взаимодействия, инициирует плавление или разделение цепей. Поскольку этот участок ДНК богат аденином и тимином, которые образуют только две водородные связи, цепи ДНК легче разделить. Разделение двух цепей обнажает основания и позволяет РНК-полимеразе II начать транскрипцию гена. C-терминальный домен TBP имеет спиральную форму, которая (неполностью) комплементарна области TATA ДНК. Эта неполнота позволяет ДНК пассивно изгибаться при связывании. Информацию об использовании TBP в клетках можно найти в статьях о РНК-полимеразе I, РНК-полимеразе II и РНК-полимеразе III.
Комплексная сборка
Белок, связывающий коробку TATA (TBP), необходим для инициации транскрипции РНК-полимеразами I, II и III с промоторов, содержащих или не содержащих коробку TATA. В случае промотора, не содержащего коробку TATA, TBP связывается при помощи факторов, ассоциированных с TBP (TAF). TBP взаимодействует с множеством факторов, включая общие факторы транскрипции TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE и TFIIH, для формирования крупных мультисубъединичных преинициационных комплексов на основном промоторе. Благодаря взаимодействию с различными факторами транскрипции, TBP может инициировать транскрипцию с участием разных РНК-полимераз. Существуют также родственные TBP белки, такие как TBP-подобные (TBPL) белки.
Структура
С-концевое ядро ТБП (около 180 аминокислотных остатков) высоко консервативно и содержит два 88-аминокислотных повтора, формирующих седловидную структуру, охватывающую ДНК. Этот участок связывается с TATA-боксом и взаимодействует с факторами транскрипции и регуляторными белками. В отличие от этого, N-концевая область варьирует как по длине, так и по аминокислотной последовательности.