螺旋－环区－螺旋蛋白质－DNA结合蛋白的新类型

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838页（4094字）

关于DNA结合蛋白的研究已成为分子生物学的热点。

DBP可结合在DNA的某一特定部位，它不仅可以调节DNA的复制、重组和转录，还在染色质的解旋、盘绕和折叠过程中起重要作用。基因的活化蛋白和阻遏蛋白分子有以下几种特殊结构：螺旋－转折－螺旋(HTH)结构，它最初是在细菌的蛋白质中发现(W．H．Landschuiz等1988)；锌指结构，含有此结构的蛋白质是一类真核结构基因的调节因子(J．M．Bery，1986)，TFⅢA中有9个锌指结构；亮氨酸拉链(LZ)结构；存在于fos，Jun，mys基因编码的蛋白质中(W．H．Landschuiz等，1988)；螺旋－环区－螺旋结构(J．Visvader等，1991)。本文主要介绍HLH结构。

HLH结构由3部分组成，两端为α－螺旋，中间是由一个或几个β－转角组成的环区，大约有60个氨基酸残基(P．Henlhion等，1990)。

两个α－螺旋含有许多高度保守的疏水氨基酸。α－helix中有12个疏水氨基酸残基，在α－螺旋的疏水侧，Leu和Phe具有高度的保守性，与它们相连的氨基酸残基也是疏水氨基酸。

α－heixlI中有13个疏水氨基酸，基中有5个具有高度保守性(C．Murre等，1989)。中间的环区一般含有多个阻碍α螺旋形成的氨基酸残基，多和Giy、Pro、Asp、Asn和Ser连接而成，如c－myc癌基因编码的蛋白质，其环区的氨基酸序列为Pro－Glu－LeuGlu－Asn－Glu，这种序列同样也存在于E12以及MyoD基因编码的蛋白质中(C．Murre等，1989)。

同族的HLH结构蛋白的环区大小和组成在不同种属是相同的，但不同族的就有很大的差异(J．Visvader等，1991)。一般在HLH结构的上游有富含碱性氨基酸的区域(BR)，大约有10～20个氨基酸组成，它可分为3个碱性氨基酸聚集片段：B₁，B₂，B₃，这种结构特点在MyoD，Myogenin和Myf－5基因编码的蛋白质中都是高度保守的(R．Dawis等，1990)。近又发现BR缺乏或中断的一些HLH结构蛋白，它们是基因转录的负调节因子(R．Beueira等，N．J．ones等1990；C．Murre等，1989)。HLH的存在是从氨基酸序列特征推断的，仍没有真正的结构数据发表。

HLH结构蛋白质能与同家族的其它蛋白质分子结合形成同源的或异源的二聚体，同源二聚体与相应基因结合的能力比异源二聚体弱(C．Murre等，1989)。HLH蛋白质可分为3类：A类为分布广泛的HLH蛋白，如E12、E47；B类是具有组织特异性的蛋白质，如MyoD的蛋白质产物；C类主要指myc编码的蛋白质。

A类的与B类的可形成异源二聚体，而C类的则不能与A、B类的HLH蛋白结合成异源二聚体。1991年Wood和Eisenman利用含有c－myc编码蛋白的C末端的标记融合蛋白分离出一种蛋白质，被命名为Max(M．D．Cok，1991)。Max也含有BR区、HLH和LZ结构，它可与3类myc基因编码的蛋白质结合，但不能与其它的HLH结构蛋白结合，在不表达c－myc的细胞中也有Max的存在，可见Max还可能行使不依赖于c－myc的功能，或许Max可与其它未知蛋白质相结合，来拮抗myc－Max异源二聚体的基因激活作用(M．D．Cok，1991)。1989年C．Murre等通过对E12与MyoD编码蛋白质结合的研究发现，α螺旋直接参与HLH蛋白二聚体的形成，他们的实验资料证明，E12的编码基因发生Bal 31区带缺失时，E12的α－helix Ⅰ Ⅰ的C末端就不能形成，MyoD／E12异源二聚体也就不能形成；同样，α－helix Ⅰ的编码基因的Bal 14区带缺失后，也会影响二聚体的形式。两个HLH蛋白质分子的α螺旋上的疏水氨基酸残基相互靠近，形成疏水键，从而形成二聚体。

Lesczynski和Rose认为HLH蛋白的α螺旋参与二聚体的形成，而环区保守性差，他们认为环区是HLH蛋白的DNA结合部位。

Murre认为α－螺旋在HLH蛋白的DNA结合部位，而Murre认为α－螺旋在HLH蛋白与DNA结合的过程中起重要的作用。

1990年Davis等通过基因定位突变的研究，表明BR才是HLH结构蛋白质的DNA结合区，与DNA的结合之所以需要HLH结构，是因为HLH蛋白质只有形成二聚体之后才能与DNA结合、HLH结构区与BR的关系十分密切，只要在两者的交接处插入几个氨基酸残基，就会影响二聚体的形成以及与DNA的结合，如果环区的长度和氨基酸序列发生变化，也会影响与DNA的结合能力。

HLH结构蛋白质的碱性区带有大量的正电荷，在溶液中不能形成稳定的α－螺旋结构。当与DNA相靠近时，其正电荷被DNA的磷酸根离子所中和，从而形成稳定的α－螺旋结构，然后与DNA双螺旋的大沟相结合。

许多HLH蛋白的异源二聚体可与DNA上的E“Box”(CACGTG序列)相结合，在免疫球蛋白的重链基因、轻链基因和胰岛素基因的增强子上都含有E“Box”，它还存在于肌肉肌酸激酶基因的启动子上。HLH结构蛋白作为一类转录调节因子，它不仅含有与DNA相结合的区域，还应含有转录激活区。myc基因的编码蛋白质是通过HLH结构区与Max形成异源二聚体的，二聚体又通过BR与DNA的特定区域相结合，而其转录激活作用完全取决于myc编码的蛋白质的N末端序列(M．D．Cole等，1991)。N末端序列只有与其它部分相连时才有细胞转化和转录激活作用，可见HLH结构蛋白的DNA结合区和激活区是密切相关的。

在原核生物中，有4种具有HLH结构的蛋白质对基因转录起调控作用。λ阻遏蛋白和C_ro蛋白可调节噬菌体的λ基因的表达；CAP在缺乏葡萄糖的情况下可激活大肠杆菌的乳糖操纵子的结构基因；还有色氨酸操纵子阻遏蛋白也含有HLH结构。

在真核细胞中，myc基因编码的蛋白质以及Id蛋白(R．Beueira等，1990；BR缺失的一种HLH结构蛋白质)对基因表达的调控作用研究较深入。Id蛋白是由一类cDNA编码的具有HLH结构的DNA结合蛋白质，它不具有碱性区。

Robert和Davis证明，在体外Id至少可与3种HLH蛋白结合(E12 E47和MyoD的编码蛋白质)，从而影响它们与DNA结合的能力。

Id是肌肉肌酸激酶基因表达的负调节因子(R．Beuerra等，1990)。

此外，Id在红细胞系、肌细胞以及网织红细胞系的分化过程中都处于低表达状态。Id可能对各类细胞系的其它HLH蛋白的基因激活作用起拮抗效应。

在果蝇emc编码的HLH蛋白没有BR。hairy编码的蛋白质由于Pro的存在，BR出现中断，它们都对achaete-scute基因有负调节作用(J．Visader等，1991)。可见BR缺失或中断的HLH蛋白可形成无功能的异源二聚体，从而对其它的HLH蛋白激活的基因起抑制作用。

人的c－myc基因的编码产物是一种分子量为65kD的DNA结合蛋白(P65^c－myc)(H．Persscm等，1984)。

在转录水平和转录过程之后，它都对基因的表达起调控作用，并且对不同的基因作用不同(F．Grignani等，1990)。P65^c－myc对成纤维细胞的血纤溶酶原激活因子I(PA1－1)编码基因起激活作用(G．C．Prenderya等．1990)，而对神经母细胞瘤和黑色素瘤细胞的HLA基因起阻遏作用(R．Verteeg等，1988)，P65^c－myc对PA1－1编码基因的调节主要发生在转录之后(F．Grignani等，1990)。此外，在一些非肿瘤细胞，如正常的淋巴细胞和成纤维细胞，c－myc的编码产物对于c－myc基因可产生自身反馈抑制，这种自身调节发生在转录起始水平，并且至少需要一种中介物或辅助因子来介导，但在肿瘤细胞中不存在这种自身负反馈。1989年H．Ariga等研究资料表明，c－myc基因的编码蛋白可促进肿瘤细胞c－myc基因的复制和转录的起始，可见c－myc编码蛋白对不同基因的作用方式和作用时间有所不同，这可能由于c－myc编码蛋白具有多种功能，也可能由于所参与的中介物和辅助因子不同。

HLH结构蛋白既能形成两种二聚体，又可在不同的时间对不同的基因表达产生正负调节作用，从而形成真核细胞基因表达的调控系统。

在Burkitt’s淋巴瘤和其它B淋巴细胞肿瘤中，c－myc原癌基因可易位到免疫球蛋白的重链或轻链的调控区附近(J．Visrader等，1991)，这种易位并不改变c－myc的编码潜能。

由于c－myc的编码蛋白可结合于Ig的重链基因的及轻链基因的增强子上的E“Box”上，同时由于c－myc的直接损伤，其自身反馈调节作用丧失，最终导致c－myc的高表达。在Burkitt’s淋巴瘤细胞中还发现，c－myc基因的第1个内含子的点突变，在肿瘤细胞，cmyc的编码产物可以促进c－myc基因的复制，因而在小细胞肺癌和前髓细胞白血病可见到c－myc基因的扩增和高表达，其他HLH结构蛋白的编码基因(SCL，LYL－1，E2A)的易位也与肿瘤的发生有关。

正常的HLH结构蛋白参与多种基因的调节作用，从而维持细胞正常的增殖、分化。当HLH基因发生突变、易位和扩增时，就可能导致肿瘤的发生。

在myc编码的蛋白质中既有HLH结构，又有LZ结构，二者的关系还不清楚，HLH结构蛋白对正常细胞的基因表达的调控还应更深入地研究。

(北京医科大学李建义、童坦君撰)