真核生物的基因調控與表觀遺傳學

DNA結合域(DNA-binding domain)

想像一把鑰匙,被切削成只配得上千萬把鎖中的某一把。DNA結合域就是轉錄因子上那一塊,它成形之後能識別並抓住某一段特定的DNA字母序列,而對那個序列沒有出現的幾百萬個其它位置一概略過。這是蛋白質在一條長達幾十億個字母的染色體上找到正確地址的辦法。

從機制上說,DNA結合域是蛋白質上一塊緊湊、能獨立摺疊的部分——一個結構域——它把自身的一部分,通常是一段叫識別螺旋的短螺旋,插進雙螺旋的大溝裡。它在那裡讀取DNA,不是靠把它拉開,而是靠感覺朝溝外露出的鹼基對的化學邊緣。不同的鹼基呈現出不同的氫鍵供體與受體的圖案,再加上形狀以及偶爾的甲基凸起,而識別螺旋上的氨基酸側鏈做出互補的接觸——這裡一個氫鍵、那裡一處范德華契合——於是蛋白質只在序列相符的地方才緊緊結合。幾種被深入研究的摺疊反覆出現,因為它們把這個問題解得漂亮:螺旋-轉角-螺旋、鋅指(把許多小指頭串成一排)、亮氨酸拉鏈、以及螺旋-環-螺旋。

識別與行動被拆成分開的兩個域,為什麼重要?因為這讓進化變得模組化。DNA結合域決定一個因子在哪裡起作用;另一個分開的激活域或抑制域決定它在那裡幹什麼。換掉結合域,你就能把同一份激活力氣重新指向新的基因——這是研究者用來打造定製轉錄因子的把戲,也是一條讓細胞在成千上萬個不同靶點上重複使用同樣調控動詞的原理。這些域也有侷限:大多數只讀幾個鹼基對,所以在龐大的基因組裡,單一一個結合位點很少是獨一無二的,真正的特異性通常來自多個因子一起結合。

λ阻遏蛋白和許多細菌調控蛋白用的是螺旋-轉角-螺旋域;響應應激激素的人類糖皮質激素受體用的是一對鋅指。摺疊不同,任務相同:把一段識別螺旋放進大溝,讀出那些字母。

蛋白質「讀」DNA,靠的是觸碰大溝裡鹼基對露出的邊緣。

識別並不是像我們讀文字那樣「直接讀序列」——蛋白質從不正面看到那些字母;它感覺的是這些字母沿溝槽呈現出的化學圖案。形狀和間接讀取與直接的氫鍵同樣重要。

又稱
DBDDNA-recognition domainDNA结合结构域