KJB220

1

Protein-DNA interaksjon

Noen prinsipper

KJB220

2

Protein-DNA interaksjonBiologisk rolle

• Transkripsjon– Lesing av genomisk informasjon

• Replikasjon• Reparasjon

6-40 000 genes

KJB220

3

To språk i våre gener

• protein kodende informasjon - indirekte avlesning– DNA transkripsjon hnRNA splicing mRNA translasjon

protein

• regulatorisk informasjon - direkte avlesning– DNA binding av TF genaktivering

Indirekte avlesning via transkripsjon/translasjonDirekte avlesning via TFs

Cis Trans

Cis-elementenes funksjon: å være templater for assembly av multiprotein komplekser

KJB220

4

Utfordringen

Hvordan avlese info her?

Transkripsjons-faktorer

Mil etter mil….

KJB220

5

Hva kan gjenkjennes her?

Elektrostatiskinteraksjon

Hydrofobinteraksjon

Hydrogen-bindinger

Form/geometri

Fleksibilitetbøyelighet

KJB220

6

Direkte avlesning av DNA-sekvensPrinsipper• To nivåer av gjenkjenning

– Gjenkjenning av form + kjemisk gjenkjenning

• Gjenkjenning av form– Dimensjonen tilheliks passer dimensjonene

i major groove av B-DNA – Vanligste form for interaksjon– Multiple domener deltar gjerne i gjenkjenning

• dimerer av samme• tandem repetert motiv• samvirke av to ulike motiver

– Gjenkjenning: detaljert “fit” av komplementære flater• hydrering/vann inngår• sekv spes variasjon av DNA-struktur inngår

KJB220

7

Gjenkjenning via komplementære former

KJB220

8

Proteinets form - alfa-heliks mest brukt

• Dimensjonen tilheliks passer dimensjonene i major groove av B-DNA

• Sidegruppene peker utover og er gunstig poisjonert for hydrogenbindinger

KJB220

9

DNAs form:B-DNA mest brukt

DNA

B-form A-form

Major groove Minor groove Major groove Minor groove

Vid geometripasser -heliks

Hvert basepar med unikt H-bindings-

mønster

Dyp og trang geometri

Hvert baseparbinært H-bindings-

mønster

Dyp og trang geometri

Grunn og vid

KJB220

10

B- versus A-form DNA

B A

KJB220

11

Gjenkjenning via komplementære former

KJB220

12

De fleste bruker alfa-heliks

bHelix-Loop-Helix(Max)

Zinc finger

Leucine zipper(Gcn4p)

p53 DBD

NFB

STATdimer

KJB220

13

Hva kan gjenkjennes her?

Elektrostatiskinteraksjon

Hydrofobinteraksjon

Hydrogen-bindinger

Form/geometri

Fleksibilitetbøyelighet

KJB220

14

Neste nivå: kjemisk gjenkjenning Avlesning av sekvensinformasjon

• Kjemisk gjenkjenning– DNA: kontakt med baser + backbone

• Negativ ladet sukker-fosfat kjede basis for elektrostatisk interaksjon

• Lik overalt - ingen sekvens-gjenkjenning

• Likevel hovedbidrag til bindingsstyrke

KJB220

15

Elektrostatisk interaksjonEntropi-drevet binding

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

- ------

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

- ------Negativ fosfatkjededelvis nøytralisert avsky av motioner

Motioner frigittEntropi-drevet binding

KJB220

16

Likevekt med ionerAffinitet avtar med økende ionestyrke

Prot + DNA = Complex + n [Na+]

K = [Compl] [Na+]n

[Prot] [DNA] = Kapp [Na+]n

Affinitet

Ionestyre

KJB220

17

Hva kan gjenkjennes her?

Elektrostatiskinteraksjon

Hydrofobinteraksjon

Hydrogen-bindinger

Form/geometri

Fleksibilitetbøyelighet

KJB220

18

Gjenkjenning via Hydrogenbinding

• Hydrogen-binding er sentral for spesifikk gjenkjenning– 10-20 stk i kontaktflaten

• Baseparing ikke uttømt i dupleks DNA, ledige steder peker ut mot major groove

A

D A

KJB220

19

Ubrukte H-bindingsmuligheter i gropene

AT-basepar

GC-basepar

Peker utover i major groove

Peker utover i minor groove

Major groove

Major groove

Minor groove

Minor groove

KJB220

20

En ”strek-kode” i gropene

AT-basepar

GC-basepar

Unik ”strekkode” i major groove

DAA

A D A AT-basepar

Binær ”strekkode” i minor groove

AA

GC-basepar

AAD

AT-par [AD-A] ≠ TA-par [A-DA]GC-par [AA-D] ≠ CG-par [D-AA]

AT-par [A-A] = TA-par [A-A]GC-par [ADA] = CG-par [ADA]

Unik gjenkjenningav et basepar kreverTO hydrogenbindingeri major groove

KJB220

21

Protein sidekjede- DNA bp interaksjon

• Nærbilde– Aminosyrenes sidekjeder sentrale,

disse peker utover fra en -helix og er optimalt posisjonert for base-interaksjon

– Likevel ingen genetisk kode i form av sidekjede-base regler

– docking av hele proteinet bestemmer

KJB220

22

Ukens protein: c-Mybs DNA-bindende domene R2R3

KJB220

23

Ukens protein: c-Myb R2R3 dreiet

KJB220

24

DNA + c-Myb R2R3 - komplementære former

KJB220

25

Ukens protein: c-Myb R2R3 dreiet

KJB220

26

Ukens protein: c-Myb R2R3 med Asn markert lilla

KJB220

27

Ukens protein: c-Myb R2R3 - nærbilde

KJB220

28

Hva kan gjenkjennes her?

Elektrostatiskinteraksjon

Hydrofobinteraksjon

Hydrogen-bindinger

Form/geometri

Fleksibilitetbøyelighet

KJB220

29

Hydrofobe kontaktpunkter

Ile

KJB220

30

Hva kan gjenkjennes her?

Elektrostatiskinteraksjon

Hydrofobinteraksjon

Hydrogen-bindinger

Form/geometri

Fleksibilitetbøyelighet

KJB220

31

Indusert bøyning av DNA

• Arkitektoniske faktorer med bøyningsfunksjon– binder minor groove

– induserer bøyning av DNA

– har høy affinitet for sære DNA-strukturer

• DNAs bøyelighet varierer+