11.4 : Cooperative Binding of Transcription Regulators

Регуляторы транскрипции связываются со специфическими цис-регуляторными последовательностями вДНК для регулирования транскрипции генов. Эти цис-регуляторные последовательности очень короткие, обычно меньше десяти пар нуклеотидов длиной. Короткая длина означает, что существует высокая вероятность того, что та же самая последовательность случайным образом встречается по всему геному. Поскольку регуляторы также могут связываться с группами схожих последовательностей, это еще больше увеличивает шансы случайного связывания. Регуляторы транскрипции образуют димеры, которые связываются с последовательностью в два раза длиннее, чем связывается мономер, что увеличивает последовательности и снижает вероятность случайного связывания. Димеры регуляторов транскрипции могут быть гомодимерами или гетеродимерами. В растворе эти кооперативные регуляторы существуют либо в виде мономеров, либо в форме слабо связанных димеров. Однако, когда эти мономеры связываются с расширенной цис-регуляторной последовательностью на ДНК, они образуют стабильные димеры.

Кооперативность - это явление, при котором связывание мономерного белка вызывает структурные изменения ДНК и увеличивает сродство регуляторных сайтов к другим мономерам. Это позволяет мономерам связываться с цис-регуляторной последовательностью в виде димеров. Это явление также помогает регуляторам получить доступ к сайтам, расположенным на ДНК, прочно связанной с гистоновыми белками в нуклеосоме, которые в противном случае были бы недоступны. Первое связывание обычно происходит с ДНК на конце нуклеосомы, где она не прочно связана. Связывание в этом сайте приводит к тому, что ДНК отделяется от гистонов, что приводит к распаковке нуклеосомы. Эта распаковка увеличивает доступ к другим регуляторным сайтам. У эукариот связывание факторов транскрипции преимущественно полагается на кооперативность. Хотя кооперативность может происходить в некоторых случаях, большая часть связывания регуляторов транскрипции у прокариот не кооперативна. В таких случаях регуляторы существуют в виде стабильных димеров, удерживаемых вместе несколькими нековалентными взаимодействиями.

Связывается ли неизвестный регулятор кооперативно или некооперативно, можно определить, построив график зависимости числа занятых участков связывания на ДНК от концентрации белка. Если график представляет собой S-образную кривую, это указывает на то, что регулятор связывается с сайтами связывания кооперативно. Если кривая равномерно идет вверх пока не выравняется при полной занятости сайтов связывания, это указывает на то, что связывание не кооперативно.