Lec 7 chuong 3 protein binding DNA
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.98 MB, 41 trang )
VaitròcủacácDNA-bindingprotein
trongđiềuhòabiểuhiệngene
1
VaitròcủacácDNA-bindingprotein
trongđiềuhòabiểuhiệngene
• Khái niệm DNA-binding protein
• Các protein điều hòa nhận dạng và tương
tác với DNA
• Helix-Turn-Helix Motif
• Vai trò của Zinc finger
• Vai trò của Leucine Zipper Motif
2
Câu hỏi?
u Làm thế nào một tế bào xác định được gene nào cần phải phiên mã
trong số hàng nghìn gene?
Sự phiên mã của mỗi gene được điều khiển bởi một vùng điều hòa của DNA
gần vị trí phiên mã (vùng promoter).
u Điều khiển quá trình khởi đầu phiên mã liên quan đến hệ thống gồm 2
thành phần cơ bản:
(1) đoạn DNA ngắn trong vùng trình tự nhất định.
(2) các protein điều hòa gene (gene regulatory proteins) nhận ra và gắn với
các trình tự đó.
3
Vídụ1
• lambda repressor được mã hóa bởi virus xâm
nhiễm vi khuẩn.
• Chất ức chế này tắt các gene mã hóa cho
protein của virus à genome virus nằm im lặng
trong NST vi khuẩn, cùng sao chép với NST vi
khuẩn khi điều kiện thuận lợi cho sự sinh trưởng
của vi khuẩn.
4
5
Vídụ2
• Tắt các gene không cần thiết khi chưa cần
sử dụng.
• lac repressor, ức chế quá trình phiên mã
các gene trong operon lac khi lactose
vắng mặt trong môi trường.
6
Câu hỏi
• Tại sao các protein repressor lại
có thể nhận ra vùng trình tự
nhất định trên phân tử DNA?
• Thay đổi cấu trúc các phân tử
này à ảnh hưởng đến khả năng
tương tác với các vùng đó?
7
Xác định mô hình điều hòa biểu hiện gene?
• Phân lập các dạng đột biến mà không thể tắt những bộ
gene nhất định.
• Nguyên nhân không thể tắt được là do thiếu một số
protein hoạt động như chất ức chế (repressor).
• Do những protein ức chế thường có mặt với lượng rất
nhỏ à phân lập rất khó khăn.
• Khi đã phân lập à sử dụng kỹ thuật footprinting để phát
hiện các trình tự DNA có liên quan đến điều hòa biểu
hiện gene.
8
TươngtácgiữaproteinđiềuhòavàDNA
• Các protein điều hòa hoạt đông gene phải nhận ra một
trình tự nucleotide nhất định có trong trình tự DNA
(NST).
• Trước đây người ta nghĩ rằng những protein điều hòa
tương tác với các liên kết hydrogen giữa các cặp base
thông qua các liên kết hóa học.
• Hiên nay cho rằng trình tự DNA chứa những thông tin
cho phép các protein điều hòa có thể nhận ra mà không
cần phải can thiệp vào liên kết giữa 2 sợi DNA.
9
TươngtácgiữaproteinđiềuhòavàDNA
• Các protein điều hòa thường gắn vào rãnh
chính (major groove) trong cấu trúc DNA
(chứa 2 rãnh nhỏ và lớn).
• Tùy thuộc vào trình tự DNA mà cấu trúc của
vùng này khác nhau à protein có thể phân
biệt mà không cần phải tháo xoắn DNA.
10
CấutrúcphântửDNA
11
12
Tương tác giữa protein điều hòa và DNA
• Những trình tự nucleotide đặc biệt, có chiều dài thường
ngắn hơn 20 bp có chức năng như là vị trí gắn cho các
protein điều hòa.
• Hàng nghìn trình tự DNA đã được xác định, mỗi trình tự
chứa các vùng khác nhau được nhận ra bởi các protein
khác nhau.
• Một số protein bám với các trình tự này đã được xác định.
13
Một số
proteins và
trình tự DNA
tương ứng
14
Các protein điều hòa chứa các cấu trúc motif
có khả năng nhận diện trình tự DNA
• Nhận dạng phân tử dựa vào:
• Tương tác bề mặt giữa các phân tử
• Các liên kết hóa học tham gia: liên kết
hydrogen, ion, tương tác kị nước.
• Nhiều liên kết à tương tác ở mức độ tương
đối chặt à tương tác DNA và protein.
15
Tương tác giữa DNA và Protein
16
Tương tác protein với rãnh lớn DNA
Chỉ một tương tác được
minh hoạ. Cụ thể, nội
tương tác protein-DNA có
thể chứa từ 10 đến 20
tương tác, bao gồm các
amino acids, mỗi một sự
đóng góp vào độ mạnh
của phản ứng proteinDNA.
17
Tương tác giữa protein điều hòa và DNA
• Mỗi protein điều hòa nhận dạng 1 loại trình tự DNA.
• Các nghiên cứu x-ray crystallographic và NMR hàng
trăm protein à nhiều protein chứa 1 hoặc nhiều motif có
khả năng gắn với DNA.
• Các motif thường có dạng xoắn α hoặc phiến β để gắn
với rãnh lớn của DNA.
• Rãnh lớn chứa đủ thông tin để phân biệt giữa trình tự
DNA này và DNA khác.
18
DNA binding protein
• Các protein gắn DNA và liên quan đến quá trình sao chép hoặc phiên
mã đều phải nhận ra những trình tự đặc thù trên DNA.
• Có 3 đặc điểm chung với hầu hết các DNA binding protein:
• Rãnh lớn (major groove) là vị trí găn của các protein thông qua xoắn
alpha. Kích thước của rãnh lớn: 12Å rộng và 8Å sâu. Rãnh nhỏ (minor
groove) của dạng B-DNA là 5Å rộng, 8Å sâu à quá hẹp để gắn với
xoắn alpha nhưng lại được nhận ra bởi phiến beta của các protein gắn
hộp TATA.
• Các trình tự protein gắn DNA thường không phá vỡ liên kết giữa 2 sợi
DNA mà chúng làm thay đổi cấu hình của mạch liên kết
phosphodiester của chuỗi xoắn kép.
19
Các dạng protein gắn DNA
20
Helix-turn-helix
(prokaryotesystem)
• Cấutạogồm2chuỗixoắnαnốivớinhaubởi
mộtchuỗingắnaminoacidkéodàigọilà
“turn”
• Haichuỗixoắnalphađượcgiữcốđịnhởmột
gócnhờvàotươngtácgiữa2chuỗi.
21
Helix-turn-helixvàrãnhlớnDNA
22
Helix-turn-helix
• Motif đầu tiên của các protein thuộc nhóm “DNA-binding
protein” được nhận dạng là “helix-turn-helix”.
• Hiện nay hàng trăm protein có dạng motif này đã được xác
định ở cả prokaryote và eukaryote.
• Đầu C tận cùng của chuỗi xoắn helix được gọi là “recognition
helix” do nó có khả năng gắn đặc hiệu với rãnh lớn của DNA.
• Các chuỗi bên amino acid của cấu trúc này khác nhau ở các
protein khác nhau à vai trò quan trọng trong việc nhận diện
các trinh tự DNA đặc thù.
23
Tất cả các protens bám vào DNA như dimers trong đó hai bản sao của
helix nhận biết (màu đỏ) được phân tách một cách chính xác bởi một vòng
xoắn của DNA helix.
Một helix khác của helix-turn-helix motif được đánh dấu màu xanh nhạt.
Lambda repressor và Cro proteins điều khiển biểu hiện gene của
bacteriophage lambda
Tryptophan repressor và catabolite activator protein (CAP) điều khiển biểu
hiện gene của nhiều gene vi khuẩn E. coli
24
TrìnhtựDNAđặcthùđượcnhậnrabởi
lambdaCroprotein
25
