Αλληλεπιδράσεις μεταξύ βιομορίων

Transcript

1 Αλληλεπιδράσεις μεταξύ βιομορίων Το αντικείμενο των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των βιομορίων καλύπτει ένα τεράστιο σύνολο περιπτώσεων με αποτελέσματα από βιολογικές, βιοχημικές και βιοφυσικές μελέτες που δεν είναι δυνατόν να καλυφθεί πλήρως. Έτσι το κεφάλαιο που ακολουθεί θα εστιαστεί σε μερικές περιπτώσεις αλληλεπιδράσεων μεταξύ πρωτεϊνών και μεταξύ πρωτεϊνών και νουκλεϊνικών οξέων.

2 Αλληλεπιδράσεις μεταξύ βιομορίων Αρχικά θα αναπτυχθούν μερικές κατηγορίες αλληλεπιδράσεων πρωτεϊνών και οι δομικές ενότητες που συμμετέχουν σε αυτές, κυρίως όμο- και έτεροολιγομερή. Κατόπιν θα συζητηθούν οι δομικές ενότητες που συμμετέχουν στην αλληλεπίδραση πρωτεϊνών και νουκλεϊνικών οξέων.

3 Αλληλεπιδράσεις μεταξύ βιομορίων Οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των πρωτεϊνών συμβαίνουν σε κάθε επίπεδο λειτουργίας του κυττάρου, των ενδοκυττάριων οργανιδίων, τον μεταφορικό μηχανισμό διαφόρων βιολογικών μεμβρανών, την οργάνωση της χρωματίνης, τα μυϊκά κύτταρα, την μεταβίβαση σήματος, την ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης, και άλλα. Οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ πρωτεϊνών εμπλέκονται σε νευρολογικές ανωμαλίες όπως η ασθένειες Creutzfeld-Jacob και Alzheimer.

4 Αλληλεπιδράσεις μεταξύ βιομορίων Σε αυτό το κεφάλαιο κυρίως θα μελετηθούν τα μοριακά βιοχημικά χαρακτηριστικά εξειδικευμένων αλληλεπιδράσεων μεταξύ πρωτεϊνών που εμπλέκονται στην ρύθμιση της λειτουργίας των κυττάρων, δηλαδή πρωτεΐνες που συμμετέχουν στην μεταβίβαση σήματος και ρύθμιση της μεταγραφής των νουκλεϊνικών οξέων

5 Τα συστήματα αυτά, εξ αιτίας της σημαντικότητας τους για την ανάπτυξη και τις ασθένειες, μελετούνται εντατικά για πολλά χρόνια. Από τις μελέτες αυτές προκύπτει το συμπέρασμα, ότι η φύση πολλές φορές αναμιγνύει και ταιριάζει δομικές ενότητες που χαρακτηρίζουν συγκεκριμένες κατηγορίες πρωτεϊνών τροποποιώντας την αμινοξική ακολουθία για να πετύχει επιλεκτικότητα για συγκεκριμένες πρωτεΐνες στόχους. Η ρύθμιση της κυτταρικής λειτουργίας από τις πρωτεΐνες που αλληλεπιδρούν εξισορροπείται από την μεταξύ τους σχετική συνάφεια και την ρύθμιση της τελευταίας με την δέσμευση υποστρωμάτων, που μπορεί να είναι μικρά βιομόρια, άλλες πρωτεΐνες, πυρηνικά οξέα, ιόντα (όπως ασβεστίου, καλίου) και ομοιπολική τροποποίηση όπως επιλεκτική φωσφορυλίωση και ακετυλίωση.

6 Η επιλεκτικότητα και η ενίσχυση της μεταβίβασης σήματος εξαρτάται από την ακριβή αμινοξική ακολουθία των δομικών ενοτήτων που συμμετέχουν στην αλληλεπίδραση, και ο κύριος στόχος μελέτης είναι η σχέση μεταξύ ακολουθίας, στερεοδομής, δυναμικής ενέργειας του συστήματος και λειτουργίας. Για να επιτευχθεί αυτός ο στόχος απαιτείται ο δομικός χαρακτηρισμός των ενοτήτων, η θέση τους στην πρωτεΐνη που ανήκουν και στα σύμπλοκα των πρωτεϊνών που δημιουργούνται από την αλληλεπίδραση.

7 Η κατανόηση της επιλεκτικότητας σε αυτά τα συστήματα απαιτεί πολλές και προσεκτικές συγκριτικές μελέτες συγγενών συστημάτων ή ενοτήτων με μεταλλάξεις για να διερευνηθούν οι ενεργειακές ιδιότητες που συνδέονται με την συγκεκριμένη πρωτεϊνική ακολουθία και στερεοδομή. Αλλαγές της τάξης του 1kcal/mol στην ενέργεια αλληλεπίδρασης μεταξύ των πρωτεϊνών μπορούν να οδηγήσουν σε σημαντικές διαφορές στην λειτουργικότητα του συμπλόκου.

8 . Κατηγορίες αλληλεπιδράσεων μεταξύ πρωτεϊνών Ομο-ολιγομερισμός Ένας μεγάλος αριθμός ενζύμων, πρωτεϊνών μεταφοράς, παραγόντων ρύθμισης της μεταγραφής κλπ. δρουν ως ομο-ολιγομερή, δηλαδή η τεταρτοταγής δομή της πρωτεΐνης αποτελείται από δύο ή περισσότερες ομόλογες (ή όμοιες) αλυσίδες. Η ενσωμάτωση μη ομοιοπολικών αλληλεπιδράσεων στο επίπεδο της τεταρτοταγούς δομής προσφέρει πλεονεκτήματα, σε σχέση με λειτουργικές μονάδες που αποτελούνται από μία πολυπεπτιδική αλυσίδα, όσον αφορά τις πιθανότητες ρύθμισης.

9 Κατ αρχήν μπορεί να αποθηκεύεται ενέργεια στην περιοχή αλληλεπίδρασης που να χρησιμοποιείται στην δέσμευση υποστρώματος ή να τροποποιεί την πρωτεϊνική στερεοδομή με ερέθισμα από ρυθμιστικά υποστρώματα. Με αυτόν τον τρόπο η διαμόρφωση της συνάφειας των υπομονάδων δεν επηρεάζει την τριτοταγή δομή της πρωτεΐνης, αν και προσφέρει ενεργειακές δυνατότητες για την διαμόρφωση της ικανότητας δράσης. Ένα άλλο πλεονέκτημα της σύνδεσης ρυθμιστικών ιδιοτήτων και αλληλεπίδρασης πρωτεϊνικών υπομονάδων είναι ότι η δραστικότητα της πρωτεΐνης εξαρτάται από την συγκέντρωση της. Μία τέτοια ρύθμιση μπορεί να επηρεάζει την λειτουργία θετικά ή αρνητικά, με τα ολιγομερή ή τα μονομερή να επιδεικνύουν την μεγίστη δραστικότητα. Έτσι η λειτουργικότητα των ολιγομερών μπορεί να ρυθμίζεται επακριβώς με την συγκέντρωση υποστρωμάτων (συμπεριλαμβανομένων ιόντων, υποστρωμάτων αλλοστερικών υποστρωμάτων, πρωτονίων, κλπ.) και την συγκέντρωση της

10 Το τετραμερές της αιμοσφαιρίνης αποτελείται από 2 άλφα και 2 βήτα υπομονάδες), που επιδεικνύουν υψηλή ομολογία στις αμινοξικές τους ακολουθίες. Eίναι το κλασσικό παράδειγμα αλλοστερισμού και συνεργασίας στην δέσμευση υποστρώματος από ολιγομερείς πρωτεΐνες. Η αιμοσφαιρίνη

11 Αλλοστερισμός Εκτός από τις ιδιότητες συνέργιας που περιγράφονται στην προηγούμενη παράγραφο η δέσμευση του οξυγόνου από την αιμοσφαιρίνη βρίσκεται και κάτω από τον αλλοστερικό έλεγχο των πρωτονίων και των οργανικών φωσφορικών ενώσεων (όπως διφωσφορογλυκερόλη DPG και άλλα). Η δέσμευση πρωτονίων σε συγκεκριμένα σημεία της επιφάνειας διεπαφής μεταξύ υπομονάδων οδηγεί σε μία αύξηση των περιορισμών της δέσμευσης οξυγόνου. Αυτό το φαινόμενο Bohr είναι σημαντικό για την φυσιολογία της λειτουργίας της μεταφοράς του οξυγόνου επειδή επιτρέπει την απελευθέρωση του οξυγόνου από την αιμοσφαιρίνη προς την μυοσφαιρίνη στο όξινο περιβάλλον των μυϊκών ιστών όπου η παρουσία γαλακτικού οξέως και διοξειδίου του άνθρακα μειώνει το ph. Η μετακίνηση σε μεγάλα ύψη (δηλ. χαμηλή ατμοσφαιρική πίεση) έχει ως επακόλουθο την αύξηση της παραγωγής DPG που δεσμεύεται σε ένα άλλο σημείο της επιφάνειας διεπαφής μεταξύ των δύο β-υπομονάδων και ελαττώνει την συγγένεια της αιμοσφαιρίνης για οξυγόνο με αποτέλεσμα μία περισσότερο αποτελεσματική απελευθέρωση οξυγόνου στους ιστούς. Έτσι η συγκεκριμένη αμινοξική ακολουθία δεν κωδικοποιεί μόνο την στερεοδομή των υπομονάδων της πρωτεΐνης αλλά και τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των, που προσφέρουν τους ενεργειακούς συνδέσμους μεταξύ συγγένειας των υπομονάδων και δέσμευσης του υποστρώματος.

12 Αναπαράσταση των καμπυλών δέσμευσης οξυγόνου για την αιμοσφαιρίνη (ΗΒ) και την μυοσφαιρίνη (ΜΒ). Αυτό που είναι φανερό από αυτές τις καμπύλες είναι ότι η συγγένεια της μυοσφαιρίνης για το οξυγόνο είναι σημαντικά υψηλότερη από αυτή της αιμοσφαιρίνης ανεξαρτήτως ph. Επιπλέον η καμπύλη πρόσδεσης του οξυγόνου στην μυοσφαιρίνη είναι μία απλή υπερβολική καμπύλη ενώ της αιμοσφαιρίνης σιγμοειδής. Είναι επίσης γνωστό ότι η δέσμευση οξυγόνου από την αιμοσφαιρίνη έχει ως αποτέλεσμα την μείωση της συγγένειας μεταξύ των δύο αβ διμερών.

13 Αλληλεπιδράσεις μεταξύ ετερόλογων πρωτεϊνών Η επικοινωνία σε επίπεδο οργανισμού ή κυττάρου απαιτεί την αποκωδικοποίηση φυσικών ή χημικών σημάτων πληροφορίας, όπως η παρουσία συγκεκριμένων χημικών παραγόντων, η αλλαγή φωτισμού, η χημική τροποποίηση υπαρχόντων ουσιών, αλλαγή σε ph ή συγκέντρωση ιόντων από μία περιοχή σε άλλη. Κατά ένα μεγάλο μέρος η επικοινωνία βασίζεται σε εξειδικευμένες αλληλεπιδράσεις μεταξύ ετερόλογων πρωτεϊνών, με ερέθισμα συγκεκριμένα χημικά ή φυσικά σήματα. Ένα μικρό ποσοστό των μηχανισμών που ρυθμίζουν την επιλεκτικότητα των αλληλεπιδράσεων μεταξύ της πληθώρας των πρωτεϊνών που αλληλεπιδρούν και ρυθμίζουν τις κυτταρικές λειτουργίες έχει γίνει κατανοητό. Σε αυτό το κεφάλαιο περιγράφονται μερικές πρωτεϊνικές δομικές ενότητες που εμπλέκονται σε ετερόλογα πρωτεϊνικά σύμπλοκα. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται σε παραδείγματα από τρεις κατηγορίες αλληλεπιδράσεων μεταξύ των επιφανειών πρωτεϊνών: αυτών που εμπλέκονται στην μεταβίβαση σήματος, την ρύθμιση κυτταρικών λειτουργιών και μεταξύ των παραγόντων μεταγραφής.

14 Πρωτεϊνικές ενότητες που συμμετέχουν στην μεταβίβαση σήματος Οι ομόλογες του Src δομικές ενότητες 2 και 3 που συνήθως αναφέρονται ως SH2 και SH3 συναντώνται σε πρωτεΐνες που εμπλέκονται σε μεταβίβαση σήματος. Οι SH2 αναγνωρίζουν πρωτεΐνες με φωσφορυλιωμένη τυροσίνη και ειδικότερα αυτοφωσφορυλιωμένους παράγοντες ανάπτυξης (growth factors). Βρίσκονται σε πρωτεΐνες που δεσμεύουν παράγοντες ανάπτυξης και εμπλέκονται στην μεταβίβαση σήματος μετά την ενεργοποίηση του υποδοχέα από μία β-πτυχωτή επιφάνεια με τρεις κλώνους ανάμεσα από δύο α-έλικες. Η SH2 δομική ενότητα έχει μία βαθιά κοιλότητα δέσμευσης με υψηλή συγγένεια για φωσφοτυροσίνη αλλά όχι και για φωσφοσερίνη ή φωσφοθρεονίνη. Η επιλεκτικότητα της αλληλεπίδρασης οφείλεται στα αμινοξέα που προσδένονται στο καρβοξυλοτελικό άκρο της φωσφοτυροσίνης. Διαφορετικές κατηγορίες SH2 δομικών ενοτήτων αναγνωρίζουν διαφορετικές ακολουθίες καρβοξυλοτελικών τριπεπτιδίων. Η κατηγορία Ι SH2 αναγνωρίζει ακολουθίες του τύπου Π-Π-Φ όπου Π σημαίνει πολικό και Φ υδρόφοβο. Η κατηγορία ΙΙΙ SH2 αναγνωρίζει ακολουθίες του τύπου Φ-Χ-Φ όπου Χ οτιδήποτε. Η SH2 δομική ενότητα (Src homology domain).

15 Οι SH3 δομικές ενότητες δεσμεύονται σε πλούσιες σε προλίνη ακολουθίες στην πρωτεΐνη στόχο τους. Και οι SH3 συναντώνται σε πρωτεΐνες που εμπλέκονται σε μεταβίβαση σήματος όπως οι κινάσες της τυροσίνης. Αναγνωρίζουν έλικες πολυπρολίνης του τύπου Πρ-Χ-Χ-Πρ σε πρωτεΐνες κυτταρικών σημάτων. Η γενική αρχιτεκτονική των SH3 δομικών ενοτήτων αποτελείται από ένα β-κύλινδρο που σχηματίζεται από δύο ορθογώνιες β- αντιπαράλληλες πτυχωτές επιφάνειες με τρεις κλώνους. Οι περιοχές πολυπρολίνης της πρωτεΐνης στόχος αλληλεπιδρούν με τα αρωματικά αμινοξέα της SH3 δομικής ενότητας.

16 Μία άλλη κατηγορία δομικών ενοτήτων που εμπλέκονται με τα μονοπάτια κυτταρικού σήματος είναι η PDZ. Οι PDZ αναγνωρίζουν καρβοξυλοτελικά τριπεπτίδια του τύπου Σερίνη ή Θρεονίνη Οτιδήποτε Βαλίνη (S/T-X-V), άλλες PDZ δομικές ενότητες ή και LIM δομικές ενότητες. Η γενική αρχιτεκτονική των PDZ δομικών ενοτήτων μοιάζει με αυτή των SH2 και περιέχει ένα β- κύλινδρο ή δύο ορθογώνιες β- πτυχωτές επιφάνειες ανάμεσα σε δύο α-έλικες. Η PDZ δομική ενότητα (από τις PSD-95, DlgA, ZO-1 πρωτείνες)

17 Οι LIM είναι δομικές ενότητες με δακτύλους ψευδαργύρου με υψηλή περιεκτικότητα σε αμινοξικά κατάλοιπα κυστεΐνης. Βρίσκονται σε πρωτεΐνες που εμπλέκονται στην κυτταρική ανάπτυξη και τη διαφοροποίηση όπως και σε αλληλεπιδράσεις με τον κυτταροσκελετό. Αυτές αλληλεπιδρούν με PDZ δομικές ενότητες, άλλες LIM δομικές ενότητες, παράγοντες μεταγραφής bhlh και έτσι ρυθμίζουν πρωτεϊνικές αλληλεπιδράσεις σε σημαντικές κυτταρικές λειτουργίες. Η συνήθης ακολουθία είναι: CX2CX16-23HX2CX2CX2CX16-21CX2C/H/D (όπου C κυστεΐνη, Η ιστιδίνη, D ασπαρτικό οξύ και Χ οτιδήποτε) και έχει παρατηρηθεί σε περισσότερες από 35 πρωτεΐνες. Η LIM δομική ενότητα (από τους παράγοντες μεταγραφής (Lin11, is11, και mec3)

18 Ο κατάλογος των αναγνωρίσιμων πρωτεϊνικών δομικών ενοτήτων αυξάνει συνεχώς και όσων η στερεοδομή τους είναι γνωστή χρησιμεύει ως οδηγός για την αναγνώριση και επεξήγηση των εξειδικευμένων λειτουργιών των συστημάτων που συμμετέχουν. Η κατανόηση αυτών των λειτουργιών οδηγεί στην κατανόηση της ανάπτυξης και διαφοροποίησης των κυττάρων και θα χρησιμεύσει στον σχεδιασμό θεραπευτικών στρατηγικών για ασθένειες όπου αυτές οι πρωτεΐνες εμπλέκονται.

19 Κατηγορίες αλληλεπιδράσεων μεταξύ πρωτεϊνών και νουκλεϊνικών οξέων Μηχανισμοί αλληλεπίδρασης νουκλεϊνικών οξέων και πρωτεϊνών. Πως ένα μεγάλο και εύκαμπτο μόριο αλληλεπιδρά με μια πρωτεΐνη; Αν αυτό γινόταν με δοκιμή όλων των δυνατών στερεοδομών θα έπρεπε να διερευνηθούν δισεκατομμύρια δισεκατομμυρίων δυνατές στερεοδομές και τρόποι προσέγγισης. Αυτό όμως που συμβαίνει είναι το κατευθυνόμενο ταίριασμα (induced fit). Κάποια ομάδα αλληλεπιδρά πρώτη. Η ενέργεια αλληλεπίδρασης θα είναι βέβαια μικρή (π.χ. 1 Kcal/mole) και το σύμπλοκο μη σταθερό ( περίπου 10-7 δευτερόλεπτα). Όμως οι περιστροφές γύρω από ένα απλό δεσμό είναι της τάξεως του δευτερόλεπτα αφήνοντας στις γειτονικές ομάδες αρκετό χρόνο να επαναπροσανατολιστούν προς την σωστή στερεοδομή αλληλεπίδρασης.

20 Οι αλλαγές που παρατηρούνται στην δομή του DNA κατά την δέσμευση ενός καταστολέα. Α. Η κανονική δομή του DNA. Β. Η δομή μετά την δέσμευση του 434Cro και του 434 καταστολέα. Η δέσμευση του μοτίφ α-έλικα στροφή α-έλικα του καταστολέα 434 από το DNA. A. Το διμερές σχηματίζεται με την αλληλεπίδραση δύο α-ελίκων.

21 Δάκτυλοι ψευδαργύρου (Zinc fingers) Τέτοιοι μηχανισμοί παρατηρούνται στις πρωτεΐνες που αλληλεπιδρούν με τα νουκλεϊνικά οξέα και υποβοηθούνται από δομικές ενότητες σχεδιασμένες να ταιριάζουν γεωμετρικά με τα χαρακτηριστικά των νουκλεοτιδικών αλυσίδων. Τέτοιες δομικές ενότητες είναι οι δάκτυλοι ψευδαργύρου (zinc fingers) και τα αυτόκλειστα λευκίνης (leucine zippers). Περισσότεροι από χίλιοι διαφορετικοί παράγοντες μεταγραφής περιέχουν ψευδάργυρο σαν ένα βασικό στοιχείο των δομικών ενοτήτων τους που δεσμεύουν DNA (εικόνα 4.10). Σχηματικό διάγραμμα της δέσμευσης του DNA από δακτύλους ψευδαργύρου στις κύριες εσοχές του DNA.

22 Οι δάκτυλοι ψευδαργύρου Το μήκος της πολυπεπτιδικής αλυσίδας αυτών των δομικών ενοτήτων που περιέχουν τον ψευδάργυρο είναι περίπου αμινοξικά κατάλοιπα με κανονική επανάληψη κυστεϊνών και / ή ιστιδινών κατά μήκος της αλυσίδας. Αυτά τα αμινοξέα συνδέονται ομοιοπολικά με τον ψευδάργυρο δημιουργώντας μία συμπαγή δομική ενότητα που ονομάζεται δάκτυλος ψευδαργύρου (zinc finger). Η εξειδίκευση της αναγνώρισης των νουκλεϊνικών οξέων επιτυγχάνεται με τις περιοχές της πολυπεπτιδικής αλυσίδας που συνδέουν τις κυστεΐνες και τις ιστιδίνες. Σχηματικό διάγραμμα δύο δακτύλων ψευδαργύρου με τα σημεία αλληλεπίδρασης με το DNA να υποδεικνύονται με μαύρους κλειστούς κύκλους.

23 Η κλασσική μορφή του δάκτυλου ψευδαργύρου αποτελείται από 30 αμινοξέα με δύο κυστείνες και δύο ιστιδίνες που δεσμεύονται στον τετραεδρικό ψευδάργυρο. Το μοτίφ του δακτύλου ψευδαργύρου και οι θέσεις των κυστεϊνών και ιστιδινών στην αμινοξική ακολουθία.

24 Είδη δακτύλων ψευδαργύρου Παρά τα κοινά χαρακτηριστικά τους όπως η έλικα αναγνώρισης και ο τετραεδρικός ψευδάργυρος οι δάκτυλοι ψευδαργύρου παρουσιάζονται με διαφορετικές τοπολογίες όπως α-έλικα στροφή β-κλώνος, α-έλικα στροφή εκτεταμένη μη κανονική στερεοδομή και β-κλώνος στροφή β-κλώνος. Στην εικόνα παρουσιάζονται μερικές τοπολογίες δακτύλων ψευδαργύρου.

25 Στην τοπολογία δακτύλων ψευδαργύρου 2cys-2his, των πρωτεϊνών που δεσμεύουν DNA, τα άτομα ψευδαργύρου συνδέονται με δύο κυστείνες και δύο ιστιδίνες και ο κάθε δάκτυλος έχει περίπου 30 αμινοξέα. Η περιοχή αλληλεπίδρασης/αναγνώρισης του DNA βρίσκεται στην στροφή των περιοχών των δακτύλων ψευδαργύρου. Σε αντίθεση με τους δακτύλους ψευδαργύρου που συζητήθηκαν με ένα άτομο ψευδαργύρου, υπάρχει μία οικογένεια παραγόντων μεταγραφής η GAL4 όπου η ενότητα αλληλεπίδρασης με το DNA περιέχει 2 άτομα ψευδαργύρου που συνδέονται ομοιοπολικά με έξη κατάλοιπα κυστείνης. Το ιδιαίτερα ενδιαφέρον είναι ότι δύο από τις κυστείνες συνδέονται και με τα δύο άτομα ψευδαργύρου σχηματίζοντας δύο γέφυρες μεταξύ τους. Ο σκοπός των δύο μετάλλων είναι η δημιουργία της σωστής στερεοδομής της περιοχής επαφής με το DNA.

26 Αυτόκλειστα λευκίνης (Leucine zippers) Η δομική ενότητα που ονομάζεται αυτόκλειστο λευκίνης αποτελείται από δύο παράλληλες ή αντιπαράλληλες α-έλικες με την ιδιαιτερότητα να έχουν το αμινοξύ λευκίνη στην ν+3 ή ν+4 θέση σε κάθε στροφή της α-έλικας.

27 Όταν οι αμινοξικές ακολουθίες τοποθετηθούν σε κύκλο με περίοδο 3.5 αμινοξέα ανά στροφή (αυτή δηλαδή της περιόδου της α-έλικας) τότε οι λευκίνες τοποθετούνται στην ίδια πλευρά των ομόκεντρων κύκλων με περιοδικότητα 7. Αμινοξικές ακολουθίες δομικών ενοτήτων που δεσμεύουν DNA σε αναπαράσταση τροχών α-έλικας. Κάθε ομοκεντρικός κύκλος αναπαριστά μία στροφή α-έλικας.

28 Έτσι δημιουργείται από μία υδρόφοβη επιφάνεια στις δύο γειτονικές α-έλικες με εσοχές και εξογκώματα (τις πλευρικές αλυσίδες της λευκίνης) που «κλειδώνουν» η μία δίπλα στην άλλη όπως τα αυτόκλειστα ή φερμουάρ (zippers). Στην περίπτωση των πρωτεϊνών που δεσμεύουν DNA το μοτίφ των αυτόκλειστων λευκίνης είναι υπεύθυνο για των διμερισμό αυτών των πρωτεϊνών. Οι α-έλικες που σχηματίζουν το αυτόκλειστο μπορούν να συμμετέχουν απευθείας στην αλληλεπίδραση με το DNA είτε να συγκρατούν τα στοιχεία δευτεροταγούς δομής που αλληλεπιδρούν με το DNA. Στην δεύτερη περίπτωση μία γειτονική θετικά φορτισμένη α-έλικα αλληλεπιδρά με το DNA.

29 Η δυνατότητα των πρωτεϊνών που έχουν αυτόκλειστα λευκίνης να σχηματίζουν ομοδιμερή αλλά και ετεροδιμερή επεκτείνει την ποικιλομορφία της εξειδίκευσης της δέσμευσης διαφορετικών ακολουθιών Η δημιουργία ομοδιμερών και ετεροδιμερών αυξάνει την δυνατότητα αναγνώρισης πολλών νουκλεοτιδικών ακολουθιών. Η αλλαγή της διεύθυνσης της φορτισμένης α-έλικας που αλληλεπιδρά με το DNA κάνει το διμερές να αναγνωρίζει παλίνδρομες ακολουθίες νουκλεοτιδικών βάσεων.του DNA.

30 Πρωτεϊνικές ενότητες που συμμετέχουν στην ρύθμιση της μεταγραφής νουκλεϊνικών οξέων. Ένα σημαντικό ρόλο στον έλεγχο της διαφοροποίησης και της αύξησης παίζει η μεταγραφή του DNA σε mrna. Η διεργασία αυτή ρυθμίζεται από μία πληθώρα συμπλόκων πρωτεϊνών με πρωτεΐνες και πρωτεϊνών με DNA πέρα από την αλληλεπίδραση της πολυμεράσης του RNA με το γονίδιο και το προϊόν της μεταγραφής. Οι πρωτείνες που ρυθμίζουν την μεταγραφή των γονιδίων λέγονται παράγοντες μεταγραφής και εμπίπτουν σε τρεις μεγάλες ομάδες. Τους γενικούς παράγοντες μεταγραφής, αυτούς που εμπλέκονται απευθείας στην μεταγραφή και τους παράγοντες που αναγνωρίζουν ακολουθίες ελέγχου (ρυθμιστικές ακολουθίες) του DNA. Η ρύθμιση της έκφρασης των γονιδίων επιτυγχάνεται με την ικανότητα των παραγόντων μεταγραφής να ενεργοποιούν ή απενεργοποιούν τις πρωτεΐνες που εμπλέκονται στην μεταγραφή. Ήδη έχουν αναγνωριστεί πολλοί προκαρυωτικοί και ευκαρυωτικοί παράγοντες μεταγραφής και κατηγοριοποιούνται ανάλογα με την λειτουργία ή την αμινοξική τους ακολουθία. Μία σημαντική οικογένεια παραγόντων μεταγραφής είναι αυτή των bhlh που περιέχουν ένα μοτίφ του τύπου α-έλικα στροφή α-έλικα που συμμετέχει στον διμερισμό των. Έτσι σχηματίζεται μία δέσμη τεσσάρων ελίκων με δύο από κάθε μονομερές.

31 Μία άλλη πολύ σημαντική κατηγορία περιέχει παράγοντες μεταγραφής με αυτόκλειστα λευκίνης. Σε αυτές αμινοξικά κατάλοιπα λευκίνης που βρίσκονται σε κάθε στροφή της α-έλικας σχηματίζουν μία υδρόφοβη επιφάνεια διεπαφής για την αλληλεπίδραση μεταξύ των πρωτεϊνών. Στο αμινοτελικό άκρο του αυτόκλειστου λευκίνης βρίσκεται μία βασική περιοχή υπεύθυνη για την αναγνώριση και την δέσμευση σε συγκεκριμένες ακολουθίες DNA. Αυτοί οι παράγοντες μπορούν και σχηματίζουν όμο- και ετεροδιμερή τροποποιώντας έτσι την εξειδίκευση και την ικανότητα ενεργοποίησης. Η κατηγορία RHR εμπλέκεται στους μηχανισμούς άμυνας των κυττάρων ρυθμίζοντας την έκφραση πληθώρας γονιδίων που εκφράζουν πρωτείνες κυτταρικών αντιδράσεων σε λοιμώξεις. Είναι όμο- ή ετεροδιμερή και δομικά μοιάζουν με τις ανοσοσφαιρίνες έχοντας δύο δομικές ενότητες με κάθε μία να αποτελείται από μία β-πιεσμένη (sandwich) πτυχωτή επιφάνεια όπως αυτή των ανοσοσφαιρινών των οποίων ρυθμίζουν την μεταγραφή.

32 Η κατηγορία παραγόντων μεταγραφής που ονομάστηκε επανάληψη αγκυρίνης παρατηρείται σε τουλάχιστον 100 διαφορετικές πρωτεΐνες με πολύ διαφορετικές λειτουργίες όπως ένζυμα, αναστολείς ενζύμων, παράγοντες μεταγραφής, και αναστολείς παραγόντων μεταγραφής. Οι επαναλήψεις αγκυρίνης είναι αμινοξικές ακολουθίες αμινοξέων, που αρχικά εντοπίστηκαν στην πρωτεΐνη αγκυρίνη και εμπλέκονται σε αλληλεπιδράσεις μεταξύ πρωτεϊνών. Ο αριθμός των επαναλήψεων είναι τουλάχιστον τέσσερις. Κάθε ακολουθία δομικά αποτελείται από ένα β-κλώνο, ένα μοτίφ α-έλικα - στροφή α-έλικα, μία εκτεταμένη δομή και άλλο ένα β-κλώνο. Οι έλικες και οι β-κλώνοι είναι αντιπαράλληλοι μεταξύ των και το επίπεδο των β-κλώνων κάθετο στον άξονα των α-ελίκων. Η αμινοξική ακολουθία είναι της μορφής: G-TPLHLAAR-GHVEVEVVKLLLD-GADVNA-TK A I SQ NNLD I AEV K NPD D V K T M R Q S I N E Οι γλυκίνες στις θέσεις 2, 13 και 25 βρίσκονται σε απότομες στροφές της πολυπεπτιδικής αλυσίδας ενώ τα διατηρητέα υδρόφοβα αμινοξέα στις θέσεις 5,10,17,20 και 21 εμπλέκονται σε αλληλεπιδράσεις μεταξύ των επαναλήψεων.

33 Μία μεγάλη οικογένεια παραγόντων μεταγραφής που ενεργοποιούνται από μικρούς υποκαταστάτες (ligands) είναι αυτή των στεροειδών /πυρηνικών υποδοχέων. Στην οικογένεια αυτή ανήκουν οι υποδοχείς στεροειδών ορμονών, ο γλυκοκορτικοειδής υποδοχέας, οι υποδοχείς ανδρογόνων, λιπόφιλων ορμονών, βιταμίνης D, ρετινοϊκού οξέος και θυροειδών ορμονών. Όλοι αυτοί οι υποδοχείς έχουν μία ομόλογη αρχιτεκτονική στις δομικές τους ενότητες με την αμινοτελική περιοχή να ποικίλλει ανάλογα με τον ιστό και την λειτουργία και να περιέχει περιοχές διμερισμού και πρόσδεσης στο DNA και την καρβοξυλοτελική περιοχή να περιέχει την περιοχή πρόσδεσης του υποκαταστάτη και ρύθμισης της ενεργοποίησης μεταγραφής. Η περιοχή πρόσδεσης στο DNA αποτελείται από δύο πολύ καλά συντηρημένους δακτύλους ψευδαργύρου όπου ο ένας οριοθετεί την έλικα αναγνώρισης του DNA και ο άλλος συμμετέχει στον διμερισμό. Η περιοχή πρόσδεσης του υποκαταστάτη είναι διμερή με ελικοειδείς δομές και μία μεγάλη κοιλότητα όπου γίνεται η επιλεκτική πρόσδεση του υποστρώματος.