转录激活蛋白的分子结构
出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第907页（4024字）
基因表达的调控是真核细胞分子生物学研究的前沿领域，其中转录水平的调控占主要地位。
转录调节的基本环节是调节蛋白与特异DNA序列的相互作用，因而调节蛋白的性质，结构是分子生物学研究的重要内容；对转录激活蛋白的大量研究将为阐明真核基因转录的调控机制提供重要的线索。
在转录激活蛋白分子中，DNA结合区和转录激活区分别位于两个结构域中。DNA结合区有3种基本结构：在细菌基因活化子和阻遏子中首先发现的螺旋一转折一螺旋结构；在真核基因调节蛋白中发现的锌指结构和亮氨酸拉链结构DNA结合区的结构特征决定着DNA－蛋白质相互作用的特异性。转录激活区为带负电的亲水性α－螺旋结构，激活作用的强弱取决于激活区的负电性和空间结构。
转录激活蛋白是调节基因转录水平的反式作用子。它和位于基因调控区的顺式作用因子结合，便可作用于转录起始复合物，从而激活基因的转录。某种转录激活蛋白吸能和相应的顺式调控区结合，激活特定的基因转录。因此，激活蛋白分子必须具有两个功能位点－特异的DNA结合位点和转录激活位点。
1988年布西曼(A．Bushman)通过实验证明，原核生物的入抑制子的DNA结合位点与转录激活位点是处于同一结构域内，但这种情况仅限于原核生物。大量的研究表明。在真核生物中DNA结合位点和转录激活位点是位于同一分子的不同结构域中，并可以用基因重组的方法使这两个区彼此分开而不影响各自的功能。1987年马(J、Ma)等在研究酵母半乳糖代谢中发现一种称为GAL4的调节蛋白，对半乳糖代谢酶的表达起转录激活作用；GA的DNA结合区位于肽链的氨基末端，该区具有特异的结合DNA的能力，但无转录激活作用。
1985年布伦特(RBrent)等将GAL4和GCN4(另一种酵母转录激活蛋白)分别和来源于细菌LesA蛋白的DNA结合区融合，得到的融合蛋白能在酵母细胞中识到和结合LexA特异的DNA位点，并激活转录。1988年韦伯斯特(N．Webster)等则将GAL4和GCN4的转录激活区分别与雌激素受体的DNA结合区融合，这类激活蛋白便能识别雌激素受体特异的DNA顺序，激活受雌激素调节的基因转录。
这些实验都表明，真核生物的转录激活蛋白的转录激活区与DNA结合区是彼此分开的。转录激活蛋白作用的特异性是由DNA结合区作用的特异性决定的，而转录激活区的作用是非特异性的。
转录激活蛋白和特定的DNA调控区相互识别和结合的过程是真核基因组织特异表达性的基础；因此转录激活蛋白的DNA结合区是关键的一环。1986年罗宾(P．W．Robin)等通过X线晶体衍射分析首先证实了原核生物的λ抑制子、Cro蛋白和CAL4P(降解物激活蛋白)等调控蛋白的DNA结合区可以形成两个串联的α－螺旋结构，即螺旋－转折－螺旋结构。
组成螺旋－转折－螺旋结构肽链的保守氨基酸包括：GIn(1位)、Ala／Gly(5位)－螺旋1、Gly(9位)一转折，Val／Ile(15位)－螺旋2。随后波特(M，Porter)等人发现这种结构也存在于真核生物。
如酵母的MATa2调节蛋白和高等动物的Homeo盒蛋白家族。
这类激活蛋白以二聚体的形式存在。在DNA－蛋白质复合物中，其中一个α－螺旋(“识别”螺旋)的氨基酸侧链与DNA碱基对发生顺序特异性结合。位于另一α－螺旋中的氨基酸和DNA中的磷酸戊糖骨架发生非特异性结合。
另一种真核基因的转录激活蛋白的DNA结合区则锌指结构。锌指结构1985年由米勒(Miller)提出，以后柏克(Berg)又进一步完善。锌指结构可分为两类，一类是以TFⅢA(RNA聚合酶Ⅱ转录因子A)为代表的C2H2结构，即两个相邻的半胱氨酸残基和两个相邻的组氨酸残基之间相隔12个氨基酸残基，在锌离子作用下形成指状结构伸出到蛋白分子表面。另一类型是Cx锌指结构，即分子中具有两个以上的重复半胱氨酸残基供锌离子结合。体内外实验均证实，锌指结构和DNA的结合有密切关系。发生在GAL4锌指区的点突变可以导致GAL4功能的丧失，在体外不再结合DNA。
还有人用糖皮质激素的锌指区代替雌激素受体的锌指区，可使这种杂合蛋白获得糖皮质激素受体特异的DNA结合能力。各种具有锌指结构的转录激活蛋白和DNA结合的情况多不相同。
如TF Ⅲ A蛋白有9个锌指结构，与5sRNA基因的调控区(约50bp)结构，调节5SRNA的转录；TF Ⅲ A的每个锌指结构和DNA双螺旋大沟内约5个核苷酸结合。ADR1(Z醇脱氢酶基因的调节蛋白)有两个锌指结构，它以二聚体形式识别并结合22bp组成的回文结构。进一步确定锌指数、识别的核苷酸与亲和力的关系具有十分重要的意义。1988年，蓝德夏尔斯(W．H．Landschalz)等研究CyCs(细胞色素C基因调节蛋白)和癌基因产物Myc、V－jun、V－fos以及CBP(CAAT盒结合蛋白)的氨基酸顺序发现了第3种DNA结合区的结构，即亮氨酸拉链结构。
在此结构中，每隔6个氨基酸出现一个亮氨酸。该区形成一个α－螺旋结构；亮氨酸位于螺旋的一侧，形成一个疏水面，象一个拉链。两个相同或不同的激活蛋白分子均可通过亮氨酸拉链形成二聚体。一些带相反电荷的氨基酸或疏水氨基酸形成盐桥或疏水键稳定a－螺旋结构。
1988年舒尔曼(M．Schuermann)等发现fos蛋白和jun蛋白可以通过亮氨酸拉链形成异源二聚体，这种杂合分子具有更强的DNA结合能力；如果取代jun分子中亮氨酸拉链结构中的亮氨酸残基，jun便失去结合fos的能力。1988年路易斯(A．C．Lewis)证明CBP同样是以异源二聚体的形式存在，而且为其结合DNA所必须。
就转录激活蛋白的DNA结合区而言，转录激活区的结构却具有很大的共性。一种转录激活蛋白的激活区可以被另一种转录激活蛋白的激活区所代替，而不影响其激活功能。那么，是什么决定了激活区的功能呢?首先，激活区的强弱和激活区的负电性有关。
1986年霍普(I．A．Hope)通过体外缺失分析表明，GCN4的激活区由分布在60个氨基酸范围内的负电区构成。1987年马等人则发现GAL4的激活区较分散，由两个负电区组成，其中每一负电区和GAL4DNA结合区融合后，都能象完整的GAL4一样有效地激活转录。突变造成GAL4激活区的负电性增加可以导致激活功能的增强。
因此，转录激活区都具有负电性特性。尽管如此，激活区的空间结构即α－螺旋结构也是激活功能发挥所必须的。1987年珍尼吉尔(E．Giniger)等发现所有的转录激活蛋白激活区都可以形成亲水性－螺旋；螺旋的一面是酸性氨基酸残基，另一面是疏水氨基酸残基。他们按照带负电的亲水α－螺旋结构特征成功地人工设计了有功能的转录激活区，而具有相同氨基酸组成但不能形成α－螺旋结构的肽链则不具有转录激活功能。
1988年赖基(K．Lech)等还发现，磷酸化作用可通过增加转录激活区的负电性来增强激活功能：这种调节方式为环境信号影响转录蛋白的功能，进而调节基因的表达提供了一种途径。综上所述，激活区具有共同的靶位点，即某些共同的转录因子、RNA聚合酶等。
支持这一结论的依据还有：RNA聚合酶Ⅱ的大亚基C端重复7肽结构(CT7n)可以形成富含羟基的亲水性；1988年保罗(B．S．Paul)等证明CT7n的MAb可以阻断转录起始，GCN4可以直接和RNA聚合酶Ⅱ发生结合等。
转录激活蛋白和DNA的特异性识别与结合是转录调控的重要环节。
对于一种转录激活蛋白而言，其DNA结合区只具备3种结构的一种：而具有同一种结构的不同激活蛋白之间在细微结构上存在着差异，这种差异决定了各自结合DNA特异性。
DNA结合区为什么会存在三大类型?是否具有第4种结构?这些问题以及转录激活蛋白激活蛋白激活转录的具体机制尚有待于进一步研究。此外，各类结构的功能不同。尤其是亮氨酸拉链存在于癌基因产物jun、fos、myc中并与细胞转化作用有关，因此应用3类结构来分析真核基因调控与生物分化、发育、转化等生命现象的联系将是一个非常有意义的课题。
。【参考文献】：1 陈红清．核酸结合蛋白的“亮氨酸拉链”结构．国外医学分子生物不分册，1980，12(3)∶103～106
2 evans R M，Hollenberg S，MZinc fingergilt by assoction， Cell，1988，52～1～3
3 冯博．Ⅱ类真核基因转录调控的研究进展．国外医学全子生物学分册，1980，12(3)∶107～110
4 冯博．转录激活蛋白的分子结构研究进展．生物化学与生物物理进展，1981，18(1)∶11～15
5 Paul B S．Transcriptional activation：acid blobs and negativve noodles Nature，1988，(19)∶210～212
6 Robin P W．ptashne M An a-belix determiines the DNAbinding specificty of a repressor，TIBS，1986，11∶71～73
(同济医科大学医学分子生物学室张大军、冯博撰；皇甫永穆教授审)