Białko wiążące element TATA (TATA-Binding Protein - TBP)

Polimeraza RNA wykonuje delikatne zadanie rozdzielenia dwóch nici DNA i przepisania informacji genetycznej na nić RNA. Lecz skąd wie gdzie ma zacząć? Nasze komórki zawierają 30 000 genów kodowanych przez miliony nukleotydów. W przypadku każdego genu, komórka musi być zdolna do rozpoczęcia transkrypcji we właściwym miejscu i o właściwym czasie.

Rozpoczynając

Specjalne sekwencje DNA, znajdujące się obok genów, nazywane promotorami, definiują prawidłowe miejsce startu i kierunek zachodzenia transkrypcji. Promotory różnią się sekwencją i umiejscowieniem pomiędzy organizmami. U bakterii typowe promotory zawierają dwa rejony, które oddziałują z podjednostką sigma polimerazy RNA. Podjednostka wiąże te sekwencje, asystuje podczas startu transkrypcji a następnie odłącza się od polimerazy, w miarę jak kontynuowana jest transkrypcja. Nasze komórki, używając dziesiątków różnych białek by zapewnić przyłączenie właściwej polimerazy RNA do każdego z genów, mają znacznie bardziej skomplikowany system promotorowy. Białko wiążące element TATA jest centralnym składnikiem tego układu.

Element TATA

Białko wiążące element TATANasze kodujące białka geny mają charakterystyczną sekwencję nukleotydów, nazywaną elementem TATA (ang. TATA box - dop. tłum.), która poprzedza miejsce startu transkrypcji. Typowa sekwencja jest jak T-A-T-A-a/t-A-a/t, gdzie a/t odnosi się do pozycji na której może występować zarówno A jak i T. Zadziwiająco wiele wariacji tego motywu także funkcjonuje i jednym z wyzwań w badaniach transkrypcji jest odkrycie dlaczego niektóre sekwencje działają a inne nie.
Białko wiążące element TATA (czasem określane jako TBP) rozpoznaje sekwencję TATA i wiąże ją, tworząc tym samym drogowskaz wskazujący miejsce startu transkrypcji. Kiedy zostały wyznaczone pierwsze struktury białka wiążącego element TATA, naukowcy odkryli, iż TBP nie jest łagodne wiążąc się do DNA. Zamiast tego, chwyta się sekwencji TATA i ostro ją zgina, jak pokazują rekordy PDB 1ytb, 1tgh i 1cdw.

Białko TATAPomocnicy

Białko wiążące element TATA działa jako część większego czynnika transkrypcyjnego, TFIID, który rozpoczyna proces transkrypcji. Po związaniu się do promotora, rekrutuje on kolejne czynniki transkrypcyjne. Pokazany u góry TFIIB, na podstawie rekordu PDB 1vol, wiąże się następny. Potem przyłącza się sznur innych czynników transkrypcyjnych, tworząc duży kompleks białkowy, który stanowi o rozpoczęciu lub nie transkrypcji. Zalicza się do nich aktywatory transkrypcji, jak TFIIA pokazany w środku na podstawie rekordu PDB 1ytf, który promuje inicjację transkrypcji.
Inne czynniki hamują start transkrypcji, tak jak transkrypcyjny regulator NC2 (negative cofactor 2), pokazany na dole na podstawie rekordu PDB 1jfi. Na każdym z rysunków, białko wiążące element TATA jest oznaczone na niebiesko, mały fragment DNA na czerwono a czynnik transkrypcyjny jest pokazany na zielono.

Odkrywanie struktury

Białko wiążące element TATA wykorzystuje dwa typy oddziaływań, by rozpoznać i przytrzymać sekwencję TATA, jak pokazane jest na tej strukturze z rekordu PDB 1ytb. Po pierwsze, jak widać u góry, posiada ono łańcuch lizyn i arginin (w kolorze ciemno niebieskim), które oddziałują z grupami fosforanowymi DNA (w kolorze jasno żółtym i czerwonym). To łączy białko do DNA. Po drugie, białko używa specyficznie umiejscowionych aminokwasów by oddziaływać z DNA. Jak jest pokazane na dolnym rysunku, cztery fenyloalaniny wciskają się w mniejszą bruzdę DNA i tworzą skręt który zgina DNA. Są także dwie symetrycznie umieszczone asparaginy, które tworzą wiązania wodorowe w samym centrum. Połączenia niezwykłej giętkości fragmentu TATA DNA, wraz ze specyficznymi wiązaniami wodorowymi, pozwalają białku TBP nawie symetryczne połowy. Ta symetria jest łatwo zauważalna po dwóch parach fenyloalanin i dwóch asparaginach pokazanych na dolnym rysunku. Uważa się, że zaszła dawno duplikacj rozpoznanie właściwej sekwencji.

TBPKiedy będziesz samemu oglądać te struktury zwróć uwagę, że białko TBP, mimo iż złożone z pojedynczego łańcucha peptydowego, ma da genu utworzyła to białko, poprzez połączenie dwóch kopii tego samego genu.
Więcej informacji na temat białka wiążącego element TATA, z punktu widzenia genomiki, można uzyskać na stronie Protein of the Month at the European Bioinformatics Institute.

Te obrazy zostały stworzone programem RasMol. Możesz sam stworzyć podobne klikając na kody struktury podane tutaj i wybierając jedną z opcji w panelu *View Structure*. Fenyloalaniny pokazane powyżej mają numery 99, 116, 190 i 207, a asparaginy numery 69 i 159.

Lista wpisów bazy PDB związanych z białkiem TBP wyznaczona przeszukiwaniem FASTA w dniu 28 czerwca 2005 jest dostępna tutaj. Po więcej informacji na temat białka wiążącego element TATA kliknij tutaj.

Oryginalna podstrona w "Molecule of the Month", by David S. Goodsell: TATA-Binding Protein.

Dodatkowe informacje na temat białka wiążącego element TATA:

[1] R. G. Roeder (1996) The role of general initiation factors in transcription by RNA polymerase II. Trends in Biochemical Sciences 21, 327-335.

[2] Z. S. Juo, T. K. Chiu, P. M. Leiberman, I. Baikalov, A. J. Berk and R. E. Dickerson (1996) How proteins recognize the TATA box. Journal of Molecular Biology 261, 239- 254.