真核生物的基因调控与表观遗传学

DNA结合域(DNA-binding domain)

想象一把钥匙,被切削成只配得上千万把锁中的某一把。DNA结合域就是转录因子上那一块,它成形之后能识别并抓住某一段特定的DNA字母序列,而对那个序列没有出现的几百万个其它位置一概略过。这是蛋白质在一条长达几十亿个字母的染色体上找到正确地址的办法。

从机制上说,DNA结合域是蛋白质上一块紧凑、能独立折叠的部分——一个结构域——它把自身的一部分,通常是一段叫识别螺旋的短螺旋,插进双螺旋的大沟里。它在那里读取DNA,不是靠把它拉开,而是靠感觉朝沟外露出的碱基对的化学边缘。不同的碱基呈现出不同的氢键供体与受体的图案,再加上形状以及偶尔的甲基凸起,而识别螺旋上的氨基酸侧链做出互补的接触——这里一个氢键、那里一处范德华契合——于是蛋白质只在序列相符的地方才紧紧结合。几种被深入研究的折叠反复出现,因为它们把这个问题解得漂亮:螺旋-转角-螺旋、锌指(把许多小指头串成一排)、亮氨酸拉链、以及螺旋-环-螺旋。

识别与行动被拆成分开的两个域,为什么重要?因为这让进化变得模块化。DNA结合域决定一个因子在哪里起作用;另一个分开的激活域或抑制域决定它在那里干什么。换掉结合域,你就能把同一份激活力气重新指向新的基因——这是研究者用来打造定制转录因子的把戏,也是一条让细胞在成千上万个不同靶点上重复使用同样调控动词的原理。这些域也有局限:大多数只读几个碱基对,所以在庞大的基因组里,单一一个结合位点很少是独一无二的,真正的特异性通常来自多个因子一起结合。

λ阻遏蛋白和许多细菌调控蛋白用的是螺旋-转角-螺旋域;响应应激激素的人类糖皮质激素受体用的是一对锌指。折叠不同,任务相同:把一段识别螺旋放进大沟,读出那些字母。

蛋白质“读”DNA,靠的是触碰大沟里碱基对露出的边缘。

识别并不是像我们读文字那样“直接读序列”——蛋白质从不正面看到那些字母;它感觉的是这些字母沿沟槽呈现出的化学图案。形状和间接读取与直接的氢键同样重要。

又称
DBDDNA-recognition domainDNA结合结构域