Protein-DNA interaksjon Noen prinsipper

Protein-DNA interaksjon Biologisk rolle Transkripsjon Lesing av genomisk informasjon Replikasjon Reparasjon 6-40 000 genes

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/translasjon Direkte avlesning via TFs Cis  Trans  Cis-elementenes funksjon: å være templater for assembly av multiprotein komplekser

Utfordringen Hvordan avlese info her? Mil etter mil…. Transkripsjons- faktorer Mil etter mil….

Hva kan gjenkjennes her? Elektrostatisk interaksjon Form/ geometri Hydrogen- bindinger Fleksibilitet bøyelighet Hydrofob interaksjon

Direkte avlesning av DNA-sekvens Prinsipper To nivåer av gjenkjenning Gjenkjenning av form + kjemisk gjenkjenning Gjenkjenning av form Dimensjonen tilheliks 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

Gjenkjenning via komplementære former

Proteinets form - alfa-heliks mest brukt Dimensjonen tilheliks passer dimensjonene i major groove av B-DNA Sidegruppene peker utover og er gunstig poisjonert for hydrogenbindinger

DNAs form: B-DNA mest brukt B-form A-form Major groove Minor groove Major groove Minor groove Vid geometri passer a-heliks Hvert basepar med unikt H-bindings- mønster Dyp og trang geometri Hvert basepar binært H-bindings- mønster Dyp og trang geometri Grunn og vid

B- versus A-form DNA B A

Gjenkjenning via komplementære former

De fleste bruker alfa-heliks Zinc finger bHelix-Loop-Helix (Max) STAT dimer Leucine zipper (Gcn4p) p53 DBD NFkB

Hva kan gjenkjennes her? Elektrostatisk interaksjon Form/ geometri Hydrogen- bindinger Fleksibilitet bøyelighet Hydrofob interaksjon

Neste nivå: kjemisk gjenkjenning Avlesning av sekvensinformasjon DNA: kontakt med baser + backbone Negativ ladet sukker-fosfat kjede basis for elektrostatisk interaksjon Lik overalt - ingen sekvens-gjenkjenning Likevel hovedbidrag til bindingsstyrke

Elektrostatisk interaksjon Entropi-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+ Negativ fosfatkjede delvis nøytralisert av sky av motioner Na+ Na+ Na+ Motioner frigitt Entropi-drevet binding Na+

Likevekt med ioner Affinitet avtar med økende ionestyrke Prot + DNA = Complex + n [Na+] [Compl] [Na+]n K = = Kapp [Na+]n [Prot] [DNA] Affinitet Ionestyre

Hva kan gjenkjennes her? Elektrostatisk interaksjon Form/ geometri Hydrogen- bindinger Fleksibilitet bøyelighet Hydrofob interaksjon

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 D A A

Ubrukte H-bindingsmuligheter i gropene Major groove Peker utover i major groove Peker utover i minor groove Minor groove AT-basepar Major groove GC-basepar Minor groove

En ”strek-kode” i gropene Unik ”strekkode” i major groove Binær ”strekkode” i minor groove A D A AT-basepar A AT-basepar A D A A GC-basepar Unik gjenkjenning av et basepar krever TO hydrogenbindinger i major groove A GC-basepar A D 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]

Protein sidekjede- DNA bp interaksjon Nærbilde Aminosyrenes sidekjeder sentrale, disse peker utover fra en a-helix og er optimalt posisjonert for base-interaksjon Likevel ingen genetisk kode i form av sidekjede-base regler docking av hele proteinet bestemmer

Ukens protein: c-Mybs DNA-bindende domene R2R3

Ukens protein: c-Myb R2R3 dreiet

DNA + c-Myb R2R3 - komplementære former

Ukens protein: c-Myb R2R3 dreiet

Ukens protein: c-Myb R2R3 med Asn markert lilla

Ukens protein: c-Myb R2R3 - nærbilde

Hva kan gjenkjennes her? Elektrostatisk interaksjon Form/ geometri Hydrogen- bindinger Fleksibilitet bøyelighet Hydrofob interaksjon

Hydrofobe kontaktpunkter Ile

Hva kan gjenkjennes her? Elektrostatisk interaksjon Form/ geometri Hydrogen- bindinger Fleksibilitet bøyelighet Hydrofob interaksjon

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 +