《生物化學(xué)與分子生物學(xué)》 (二)反式作用因子(transactingfactors)

以反式作用影響轉(zhuǎn)錄的因子可統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)錄因子(transcription factors, TF)。RNA聚合酶是一種反式作用于轉(zhuǎn)錄的蛋白因子。在真核細(xì)胞中RNA聚合酶通常不能單獨(dú)發(fā)揮轉(zhuǎn)錄作用，而需要與其他轉(zhuǎn)錄因子共同協(xié)作。與RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子分別稱為TFⅠ、TFⅡ、TFⅢ，對(duì)TFⅡ研究最多。表19-2列出真核基因轉(zhuǎn)錄需要基本的TFⅡ。

表19-2　RNA聚合酶Ⅱ的基本轉(zhuǎn)錄因子

轉(zhuǎn)錄因子分子量（kD)功能TBP30與TATA盒結(jié)合TFⅡ-B33介導(dǎo)RNA聚合酶Ⅱ的結(jié)合TFⅡ-F30,74解旋酶TFⅡ-E34,37ATP酶TFⅡ-H62,89解旋酶TFⅡ-A12,19,35穩(wěn)定TFⅡ-D的結(jié)合TFⅡ-I120促進(jìn)TFⅡ-D的結(jié)合

以前認(rèn)為與TATA盒結(jié)合的蛋白因子是TFⅡ－D，后來(lái)發(fā)現(xiàn)TFⅡ－D實(shí)際包括兩類成分：與TATA盒結(jié)合的蛋白是TBP(TATAbox binding protein)，是唯一能識(shí)別TATA盒并與其結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子，是三種RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄時(shí)都需要的；其他稱為TBP相關(guān)因子(TBPassociated factors TAF)，至少包括8種能與TBP緊密結(jié)合的因子。轉(zhuǎn)錄前先是TFⅡ－D與TATA盒結(jié)合；繼而TFⅡ－B以其C端與TBP－DNA復(fù)合體結(jié)合，其N端則能與RNA聚合酶Ⅱ親和結(jié)合，接著由兩個(gè)亞基組成的TFⅡ－F加入裝配，TFⅡ－F能與RNA聚合酶形成復(fù)合體，還具有依賴于ATP供給能量的DNA解旋酶活性，能解開(kāi)前方的DNA雙螺旋，在轉(zhuǎn)錄鏈延伸中起作用。這樣，啟動(dòng)子序列就與TFⅡ－D、B、F及RNA聚合酶Ⅱ結(jié)合形成一個(gè)“最低限度”能有轉(zhuǎn)錄功能基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物(preintitiationcomplex, PIC)，能轉(zhuǎn)錄mRNA。TFⅡ－H是多亞基蛋白復(fù)合體，具有依賴于ATP供給能量的DNA解旋酶活性，在轉(zhuǎn)錄鏈延伸中發(fā)揮作用；TFⅡ－E是兩個(gè)亞基組成的四聚體，不直接與DNA結(jié)合而可能是與TFⅡ－B聯(lián)系，能提高ATP酶的活性；TFⅡ－E和TFⅡ－H的加入就形成完整的轉(zhuǎn)錄復(fù)合體(圖19?5)，能轉(zhuǎn)錄延伸生成長(zhǎng)鏈RNA，TFⅡ－A能穩(wěn)定TFⅡ－D與TATA盒的結(jié)合，提高轉(zhuǎn)錄效率，但不是轉(zhuǎn)錄復(fù)合體一定需要的。

圖19-15　RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄復(fù)合體的形成示意圖

以上所述是典型的啟動(dòng)子上轉(zhuǎn)錄復(fù)合體的形成，但有的真核啟動(dòng)子不含TATA盒或不通過(guò)TATA盒開(kāi)始轉(zhuǎn)錄。例如有的無(wú)TATA盒的啟動(dòng)子是靠TFⅡ－I和TFⅡ－D共同組成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合體開(kāi)始轉(zhuǎn)錄的。由此可以看到真核轉(zhuǎn)錄起始的復(fù)雜性。

不同基因由不同的上游啟動(dòng)子元件組成，能與不同的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，這些轉(zhuǎn)錄因子通過(guò)與基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)錄復(fù)合體作用而影響轉(zhuǎn)錄的效率?，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有許多不同的轉(zhuǎn)錄因子，看到的現(xiàn)象是：同一DNA序列可被不同的蛋白因子所識(shí)別；能直接結(jié)合DNA序列的蛋白因子是少數(shù)，但不同的蛋白因子間可以相互作用，因而多數(shù)轉(zhuǎn)錄因子是通過(guò)蛋白質(zhì)－蛋白質(zhì)間作用與DNA序列聯(lián)系并影響轉(zhuǎn)錄效率的(見(jiàn)圖19－16)。轉(zhuǎn)錄因子之間或轉(zhuǎn)錄因子與DNA的結(jié)合都會(huì)引起構(gòu)象的變化，從而影響轉(zhuǎn)錄的效率。

圖19-16　轉(zhuǎn)錄因子與轉(zhuǎn)錄復(fù)合體相互作用模式圖

圖19-１6所示，作為蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄因子從功能上分析其結(jié)構(gòu)可包含有不同區(qū)域，①DNA結(jié)合域(DNa binding domain)，多由60－100個(gè)氨基酸殘基組織的幾個(gè)亞區(qū)組成；②轉(zhuǎn)錄激活域(activating domain)，常由30－100氨基酸殘基組成，這結(jié)構(gòu)域有富含酸性氨基酸、富含谷氨酰胺、富含脯氨酸等不同種類，以酸性結(jié)構(gòu)域最多見(jiàn)；③連接區(qū)，即連接上兩個(gè)結(jié)構(gòu)域的部分。不與DNA直接結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子沒(méi)有DNA結(jié)合域，但能通過(guò)轉(zhuǎn)錄激活域直接或間接作用于轉(zhuǎn)錄復(fù)合體而影響轉(zhuǎn)錄效率。

與DNA結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子大多以二聚體形式起作用，與DNA結(jié)合的功能域常見(jiàn)有以下幾種：

圖19－17　HTH結(jié)構(gòu)及其與DNA的結(jié)合

①螺旋轉(zhuǎn)角螺旋(helixturnhelix, HTH)及螺旋-環(huán)-螺旋(helixloophelix,HLH)　這類結(jié)構(gòu)至少有兩個(gè)α螺旋，其間由短肽段形成的轉(zhuǎn)角或環(huán)連接，兩個(gè)這樣的motif結(jié)構(gòu)以二聚體形式相連，距離正好相當(dāng)于DNA一個(gè)螺距(3.4nm)，兩個(gè)α螺旋剛好分別嵌入DNA的深溝(圖19－17)。

圖19－18　蛋白質(zhì)的鋅指結(jié)構(gòu)

②鋅指(zinc finger)　其結(jié)構(gòu)如圖19－18所示，每個(gè)重復(fù)的“指”狀結(jié)構(gòu)約含23個(gè)氨基酸殘基，鋅以4個(gè)配價(jià)鍵與4個(gè)半胱氨酸、或2個(gè)半胱氨酸和2個(gè)組氨酸相結(jié)合。整個(gè)蛋白質(zhì)分子可有2?個(gè)這樣的鋅指重復(fù)單位。每一個(gè)單位可以其指部伸入DNA雙螺旋的深溝，接觸5個(gè)核苷酸。例如與GC盒結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子SP1中就有連續(xù)的3個(gè)鋅指重復(fù)結(jié)構(gòu)。

③堿性－亮氨酸拉鏈(basic leucine zipper, bZIP)，該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是蛋白質(zhì)分子的肽鏈上每隔6個(gè)氨基酸就有一個(gè)亮氨酸殘基，結(jié)果就導(dǎo)致這些亮氨酸殘基都在α螺旋的同一個(gè)方向出現(xiàn)。兩個(gè)相同結(jié)構(gòu)的兩排亮氨酸殘基就能以疏水鍵結(jié)合成二聚體，該二聚體的另一端的肽段富含堿性氨基酸殘基，借其正電荷與DNA雙螺旋鏈上帶負(fù)電荷的磷酸基團(tuán)結(jié)合。若不形成二聚體則對(duì)DNA的親和結(jié)合力明顯降低。在肝臟、小腸上皮、脂肪細(xì)胞和某些腦細(xì)胞中有稱為C/EBP家族的一大類蛋白質(zhì)能夠與CAAT盒和病毒增強(qiáng)子結(jié)合，其特征就是能形成bZIP二聚體結(jié)構(gòu)。

圖19－19　堿性亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)及其與DNA的結(jié)合

從上述可見(jiàn)：轉(zhuǎn)錄調(diào)控的實(shí)質(zhì)在于蛋白質(zhì)與DNA、蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間的相互作用，構(gòu)象的變化正是蛋白質(zhì)和核酸“活”的表現(xiàn)。但對(duì)生物大分子間的辨認(rèn)、相互作用、結(jié)構(gòu)上的變化及其在生命活動(dòng)中的意義，人們的認(rèn)識(shí)和研究還只在起步階段，其中許多內(nèi)容甚至重要的規(guī)律我們可能至今還一無(wú)所知，有待于努力探索。