Экспрессия генов Патрушев

Классификация факторов транскрипции

Фактор транскрипции

Характеристика

Суперкласс 1: факторы с

основными доменами (basic

domains)

Класс 1.1: факторы с

К ДНК-связывающему участку полипептидной цепи, обогащенному основными аминокислотными

доменами типа "лейциновая

остатками, примыкает домен типа "лейциновая застежка", в котором каждым седьмым

застежка" (leucine zipper)

аминокислотным остатком является Leu. Этот домен обеспечивает димеризацию факторов,

(bZIP)

необходимую для их взаимодействия с ДНК. Все боковые остатки Leu выступают с одной стороны α-

спирали и при воздействии двух полипептидных цепей переплетаются друг с другом, как в застежке-

молнии, что обеспечивает специфичность димеризации. Во время взаимодействия димера с ДНК

основные участки полипептидных цепей также приобретают α-спиральную конформацию.

Предполагают, что два α-спиральных участка А и В, разделенные точкой перегиба, при связывании с

ДНК захватывают ее наподобие ножниц. При этом ДНК контактирует с полипептидными цепями своей

большой бороздкой на протяжении одного витка спирали.

В классе семь семейств: 1) AP-1-подобные факторы (включает семь подсемейств: Jun, Fos, Maf, NF-E2,

AP-1-подобные факторы грибов, CRE-BP/ATF и прочие факторы; всего 47 факторов); 2) CREB (CREB,

ATF-1, CREM, BBF-2, dCREB2, SCO1, HAC1, Pcr1; всего 31 фактор); 3) С/EBP-подобные факторы

(C/EBPα–ε, CHOP-10; всего 13 факторов); 4) bZIP/PAR (DBP, VBP, Hlf, TEF; всего четыре фактора); 5)

G-бокс-связывающие факторы растений (пять подсемейств: CPRF-2, EmBP-1, HBP-1a, TGA-1a, TGA-

1b; всего 24 фактора); 6) только ZIP (SWI6, STE4; всего пять факторов); 7) другие факторы bZIP (Giant,

OPI1). Общее число известных факторов в классе – 126.

Класс 1.2: факторы с

К ДНК-связывающему участку полипептидной цепи, обогащенному основными аминокислотными

доменами типа "спираль–

остатками, примыкают две амфипатические α-спирали (см. ниже), соединенные друг с другом

петля–спираль" (helix–loop–

полипептидными петлями разной длины. Мотив "спираль–петля–спираль" (HLH) обеспечивает

helix) (bHLH)

димеризацию факторов и их взаимодействие с ДНК, а область факторов, обогащенная основными

аминокислотами, определяет специфичность ДНК-белкового взаимодействия. Во время димеризации

α-спирализация полипептидных цепей факторов может значительно усиливаться, а после связывания

димеров с ДНК основные домены также α-спирализуются. В димере все четыре HLH-домена, по-

видимому, ориентированы параллельно друг другу.

В классе девять семейств: 1) повсеместно распространенные факторы (класс А) (E2A, HEB/SCBP,

Фактор транскрипции

Характеристика

Daughterless; всего девять факторов); 2) миогенные факторы транскрипции (MyoD, Myogenin, Myf-5;

всего восемь факторов); 3) Achaete–Scute (Scute, Achaete, MASH-1; всего девять факторов); 4)

Tal/Twist/Atonal/Hen (подсемейства: лимфоидные факторы, мезодермальные Twist-подобные факторы,

HEN, Atonal, панкреатические факторы; всего 27 факторов); 5) Hairy (подсемейства: Hairy, Esp,

регуляторы грибов; всего 12 факторов); 6) факторы с PAS-доменом (Ahr, Arnt; всего четыре фактора);

7) INO (INO2, INO4); 8) факторы, содержащие только HLH-домен (Emc, Id1, Olf-1;

всего девять факторов); 9) другие bHLH-факторы (Deliah, Lc, CBF1). Общее число известных факторов в

классе – 82.

Класс 1.3: факторы с

ДНК-связывающий участок обогащен остатками основных аминокислот, к которому примыкают две

двойными доменами

амфипатические α-спирали, соединенные полипептидной петлей, а также домен типа "лейциновая

спираль–петля–

застежка". HLH-мотив обеспечивает димеризацию факторов, необходимую для их взаимодействия с

спираль/лейциновая

ДНК. В димеризации также участвуют остатки Leu мотива "застежка". У факторов, связавшихся с ДНК,

застежка (bHLH–ZIP)

значительно усиливается α-спирализация полипептидных цепей. В димерах HLH-домены

ориентированы параллельно друг другу. Область, обогащенная основными аминокислотами,

обеспечивает специфичность взаимодействия факторов с ДНК.

В классе два семейства: 1) повсеместно распространенные факторы bHLH–ZIP (подсемейства: TFE3,

USF, SREBP, AP-4; всего 16 факторов); 2) факторы, контролирующие клеточный цикл (Myc, Mad/Max,

E2F, DRTF; всего 26 факторов). Общее число известных факторов в классе – 42.

Класс 1.4: NF-1

В классе одно семейство ядерных факторов NF-1 (22 фактора).

Класс 1.5: RF-X

Фактор RF-X1 идентифицирован как трансактиватор энхансера I вируса гепатита В, входит в состав

семейства гомодимерных и гетеродимерных факторов транскрипции.

В классе одно семейство RF-X, включающее 5 представителей: RF-X1–RF-X5

Класс 1.6: bHSH

В классе одно семейство AP-2 (AP-2α, AP-2β, AP-2γ). Общее число известных факторов в классе – семь.

Суперкласс 2: факторы с ДНК-

связывающими доменами,

содержащими ион цинка в

координационном центре

Класс 2.1: факторы типа

Все факторы содержат домен "цинковые пальцы", характерный для ядерных рецепторов. По два таких

264

Фактор транскрипции

Характеристика

содержащие

кластер

из

что две из шести SH-групп координируют по два иона Zn2+ каждая. Часто встречаются у грибов.

шести

остатков

Cys,

В классе одно

семейство: метаболические

регуляторы грибов (ARG RII, GAL4,

UGA3; всего 11

координирующих два

иона

факторов).

Zn2+

Класс

2.5: факторы,

В классе два семейства: 1) факторы с доменами типа "цинковые пальцы" Cx7Hx8Cx4 (BAF1); 2) факторы

содержащие

домены

типа

с доменами типа "цинковые пальцы" Cx2Hx4Hx4C (Bir3). Всего в классе два фактора.

"цинковые

пальцы"

переменного состава

Суперкласс 3: факторы с

доменами типа "спираль–

поворот–спираль"

Класс 3.1: факторы,

Все факторы содержат в полипептидных цепях три последовательно расположенных α-спиральных

содержащие гомеодомены

участка. Спираль 3 контактирует преимущественно с большой бороздкой ДНК, однако обнаружены

контакты и с малой бороздкой. Пространственное расположение спиралей 2 и 3 напоминает таковое у

регуляторов транскрипции прокариот.

В классе четыре семейства: 1) факторы, содержащие только гомеодомены (подсемейства: AbdB, Antp,

Cad, Cut, Dll, Ems, En, Eve, Prd, HD-ZIP, H2.0, HNF1, Lab, Msh, NK-2, Bcd, XANF, PBS, неопределенное;

всего 158 факторов); 2) факторы, содержащие POU-домены (подсемейства: I, II, III, IV, V, VI, другие

POU-факторы;

всего 58 факторов); 3)

факторы, содержащие гомеодомены

с LIM-областью

(подсемейства: факторы с гомеодоменами, содержащими LIM-область; (ко)факторы с гомеодоменами,

содержащими только LIM-область, всего 15 факторов); 4) факторы с гомеодоменами и мотивами типа

"цинковые пальцы" (представители: ATBF1, Zfh1; всего четыре фактора). Общее число известных

Класс 3.2: факторы,

факторов в классе – 235.

Все факторы содержат ДНК-связывающий домен длиной в 130 аминокислотных остатков. Как правило,

содержащие парный бокс

его N-концевая половина обогащена основными аминокислотами, а C-концевая половина сильно

поляризована. Домен, по-видимому, содержит три α-спиральных участка.

В классе два семейства: 1) факторы, содержащие парный бокс и гомеодомен (Prd, Pax-3; всего семь

факторов); 2) факторы, содержащие только парный бокс (Pax-1, Pax-2; всего девять факторов).

Класс 3.3: факторы,

Сгруппированы на основании гомологии с факторами транскрипции HNF-3 мышей и Fkh дрозофилы.

содержащие домены типа

Домен составлен из 110 аминокислотных остатков, которые компактно организованы в три α-

"Fork head/winged helix"

спиральных участка. Третья α-спираль контактирует с большой бороздкой ДНК. Домен образует также

Фактор транскрипции

Характеристика

несколько контактов с малой бороздкой. Взаимодействие факторов с ДНК приводит к ее изгибу под

углом 13°.

В классе три семейства: 1) регуляторы развития (представители: Fkh, Slp1, всего 11 факторов); 2)

тканеспецифические регуляторы (представители: HNF-3, SGF-1, всего пять факторов); 3) другие

регуляторы (представители: ILF, FKHR, HTLF, всего 26 факторов).

Класс 3.4: факторы

Взаимодействуют с ДНК, организованной в нуклеосомы, только в присутствии основного фактора

теплового шока

транскрипции TBP.

В классе одно семейство HSF (девять факторов).

Класс 3.5: факторы,

Полипептидные цепи факторов содержат кластеры смежных триптофановых остатков. Кластеры

содержащие кластеры Trp

разделены участками цепи длиной 12–21 остаток (в семействе Myb 19–21 остаток).

В классе три семейства: 1) Myb (Myb и Myb-подобные факторы соответственно 15 и пять факторов); 2)

факторы Ets-типа (c-Ets-1, Erg-1; всего 36 факторов); 3) факторы, регулируемые интерфероном (IRF-1,

Pip; всего семь факторов). Всего в классе 63 фактора.

Класс 3.6: факторы,

TEA-домен полипептидной цепи, содержит три α-спирали. Между спиралями 1 и 2 расположены 16–18

содержащие TEA-домены

остатков аминокислот, а между спиралями 2 и 3 – три–восемь остатков, с неупорядоченной

пространственной структурой. Установлено, что указанный домен фактора TEF-1 взаимодействует с

ДНК и, по крайней мере, еще два участка полипептидной цепи создают контакты фактора с матрицей.

В классе одно семейство TEA (представители: TEF-1, Sd, всего четыре фактора).

Суперкласс 4: факторы с

доменами β-Scaffold,

контактирующие с малой

бороздкой ДНК

ДНК-связывающий домен Rel-типа содержит два субдомена, каждый из которых организован в два β-

Класс 4.1: факторы,

содержащие RHR-домен

цилиндра с пятью петлями, участвующими в контактах с большой бороздкой ДНК. Наибольший вклад в

(Rel homology region)

специфичность взаимодействия вносит первая петля N-концевого субдомена, которая сильно

консервативна. Участие полипептидных петель в контактах белок–ДНК обеспечивает факторам

возможность взаимодействия с разными нуклеотидными последовательностями. Дополнительные

взаимодействия осуществляются через α-спиральные участки N-концевых частей факторов, которые

образуют прочные контакты с малой бороздкой ДНК. Второй C-концевой домен обеспечивает главным

образом димеризацию белков.

266

Фактор транскрипции

Характеристика

В классе 3 семейства: 1) Rel/ankyrin-факторы (NF-κB1, RelA; всего 11 факторов); 2) только ankyrin-

факторы (IκBα, Bcl-3; всего 8 факторов), 3) NF-AT (6 факторов). Общее число факторов – 25.

Класс 4.2: p53

ДНК-связывающий домен организован в виде β-сэндвича, который является остовом для двух больших

петель и мотива типа "петля–слой–спираль". N-Концевые участки трех петель (остатки 112–124)

образуют контакты с большой бороздкой ДНК в каноническом сайте связывания, тогда как C-концевая

петля (остатки 236–251) связывают малую бороздку в AT-богатом центре сайта связывания. Остаток

Arg-248 C-концевой части ДНК-связывающего домена, который чаще всего изменяется под действием

мутаций, образует дополнительные контакты с малой бороздкой. Ион Zn2+ связывается остатками Cys-

176 и His-179, находящимися в составе мотива "петля–спираль", а также остатками Cys-238 и Cys-242

(в составе С-концевой петли).

В классе одно семейство p53 (p53 и p53as).

Класс 4.3: факторы,

ДНК-сязывающие домены обеспечивают димеризацию факторов. В димере, связанном с ДНК, как это

содержащие MADS-бокс

показано для фактора SRF, две амфипатические α-спирали образуют соленоид (coiled coil) и

ориентированы вдоль малой бороздки ДНК. Эти спирали формируют контакты с большой и малой

бороздками. В месте изгиба ДНК обернута вокруг белка. В центре изгиба малая бороздка сжата, а по

бокам большие бороздки растянуты.

В классе три семейства: 1) регуляторы дифференцировки (подсемейства: MEF-2A-D, факторы

гомеотических генов, регуляторы дрожжей; всего 53 фактора); 2) респондеры внешних сигналов (два

представителя: SRF, RLM1); 3) регуляторы метаболизма (один представитель: ARG RI). Общее число

факторов – 57.

Класс 4.4: факторы,

В классе одно семейство E2 (E2 и EBNA-1).

содержащие β-цилиндр

(barrel) и α-спиральные

участки

Класс 4.5: TATA-

Для полипептидов характерны консервативный С-концевой и дивергировавший N-концевой участки.

связывающие белки

Последний необходим для взаимодействия с промоторами Pol II и Pol III, содержащими TATA-бокс, но

не с промоторами Pol I, в которых эта последовательность отсутствует. Может связывать ДНК в виде

мономера, сгибая молекулу; входит в состав различных TAF.

267

Фактор транскрипции

Характеристика

В классе одно семейство: TBP (с одним представителем TBP).

Класс 4.6: HMG-факторы

Белки этого класса обладают гомологией с хромосомными белками, принадлежащими к группе

негистоновых белков с высокой электрофоретической подвижностью (HMG). Участок гомологии

содержит ДНК-связывающий домен, который в одних случаях, как и у HMG1, обеспечивает белкам

неспецифическое взаимодействие с ДНК, а в других (например у фактора LEF-1) – сайт-

специфическое. Домен обнаруживает типичную конформацию в форме буквы L с тремя α-спиралями.

Третья спираль вместе с N-концевой частью спирали 1 далеко выдвинуты и образуют длинную часть L-

образного домена, а C-концевая часть спирали 1 и спираль 2 – короткую. Взаимодействие с малой

бороздкой ДНК вызывает резкий (более чем на 90°) ее изгиб в сторону от белка. Общая топология

комплекса напоминает таковую комплекса TBP–TATA-бокс.

В классе шесть семейств: 1) SOX (SRY, Sox; всего 15 факторов); 2) TCF-1 (всего 12 факторов); 3) HMG2-

подобные факторы (SSRP1, Ixr1; всего четыре фактора); 4) UBF (три фактора); 5) MATA (один фактор:

mat-Mc); 6) прочие факторы, содержащие HMG-бокс (всего три фактора). Общее число факторов – 38.

Класс 4.7: гетеромерные

Включает одно семейство: гетеромерные CCAAT-факторы (CP1A/HAP3, CBF-C/HAP-4). Общее число

CCAAT-факторы

факторов – шесть.

Класс 4.8: Grainyhead

Включает одно семейство Grainyhead. Всего в классе три фактора: CP2, LBP-1a и Grainyhead

Класс 4.9: факторы с

Обладают протамино-подобным доменом: последовательностью аминокислот с большим суммарным

доменом холодового шока

положительным зарядом, содержащей неупорядоченные остатки Pro.

Включает одно семейство csd с семью факторами (DbpA–B, FRG, YВ1–3 и др.).

Класс 4.10: Runt

Белки этого класса обладают гомологией с характерным участком полипептидной цепи белка Runt

дрозофилы. Домен Runt является частью ДНК-связывающего домена этих факторов. Он сформирован

в основном β-слоями, которые не содержат α-спиральных участков, и напоминает домен типа

пальмовой ветви, обнаруженный у ДНК-полимеразы β крыс.

В классе одно семейство: Runt. (PEBP2α, Runt; всего 15 факторов).

Суперкласс 0: прочие факторы

268

Фактор транскрипции

Характеристика

транскрипции

Класс 0.1: медь-

Медь-зависимый активатор гена металлотионеина (CUP1) у дрожжей. Не содержит доменов типа

связывающие белки

"цинковые пальцы".

В классе одно семейство: регуляторы грибов (всего два фактора: ACE1/CUP2 и AMT1).

Класс 0.2: HMGI(Y)

Вспомогательные факторы для других факторов транскрипции, таких как NF-κB или ATF-2. Облегчают

их включение в транскрипционный комплекс.

В классе одно семейство: HMGI (Y), включающее четыре фактора.

Класс 0.3: STAT

Содержат домен, подобный лейциновой застежке, а также ДНК-связывающий домен, определяющий

специфичность взаимодействия факторов с ДНК. Содержат домены SH2 и SH3, первый из которых

необходим для гомо- и гетеродимеризации факторов, фосфорилированных по остатку Tyr.

Опосредуют перенос сигналов фосфорилирования к генам, индуцируемым интерфероном.

В классе одно семейство: STAT, включающее восемь факторов.

Класс 0.4: факторы,

В классе два семейства: 1) Rb (Rb – продукт антионкогена ретинобластомы и p107); 2) CBP (один

содержащие домен Pocket

представитель).

Класс 0.5: E1A-подобные

В классе одно семейство: E1A (два представителя).

факторы

Класс 0.6: AP2/EREBP-

В классе три семейства: AP2 (четыре фактора); EREBP (ABI4, EBP, ERF1, TINI, всего 14

подобные факторы

представителей); AP2/B3 (RAV1 и RAV2).