Войти
Аннотированная кристаллическая структура димерного LacI . Два мономера (всего четыре) взаимодействуют для связывания каждой последовательности ДНК-оператора. Мономеры (красный и синий) содержат ДНК-связывающие и коровые домены (помечены), которые связаны линкером (помечены). Спираль тетрамеризации с С-концом не показана. Репрессор показан в комплексе с операторной ДНК (золото) и ONPF (зеленый), лигандом антииндуктора (т.е. стабилизатором связывания ДНК) lac-репрессор представляет собой ДНК-связывающий белок, который ингибирует экспрессию генов, кодирующих белки, участвующие в метаболизме лактозы у бактерий. Эти гены подавляются, когда лактоза недоступна для клетки, что гарантирует, что бактерия инвестирует энергию только в производство механизмов, необходимых для поглощения и использования лактозы, когда лактоза присутствует. Когда лактоза становится доступной, она превращается в аллолактозу, которая ингибирует способность связывания ДНК lac-репрессора, тем самым увеличивая экспрессию генов.
Репрессор lac (LacI) действует посредством мотива спираль-поворот-спираль в своем ДНК-связывающем домене, специфически связываясь с большой бороздкой операторной области lac оперона, с основными контактами, также образованными остатками связанных с симметрией альфа-спиралей, «шарнирных» спиралей, которые глубоко связываются в малой бороздке. Этот связанный репрессор может снижать транскрипцию белков Lac, блокируя сайт связывания РНК-полимеразы или вызывая образование петли ДНК. Когда присутствует лактоза, аллолактоза связывается с лактозным репрессором, вызывая аллостерическое изменение его формы. В своем измененном состоянии lac-репрессор не может прочно связываться со своим родственным ему оператором. Таким образом, ген в основном выключен в отсутствие индуктора и в основном включен в присутствии индуктора, хотя степень экспрессии гена зависит от количества репрессоров в клетке и от сродства репрессора к связыванию ДНК. Изопропил β -D-1-тиогалактопиранозид (IPTG) представляет собой широко используемый имитатор аллолактозы, который можно использовать для индукции транскрипции генов, регулируемых lac-репрессором.
Тетрамерный LacI связывает две операторные последовательности и индуцирует образование петли ДНК. Две димерные функциональные субъединицы LacI (красный + синий и зеленый + оранжевый) каждая связывают последовательность оператора ДНК (помечена). Эти две функциональные субъединицы связаны в области тетрамеризации (помечены); таким образом, тетрамерный LacI связывает две операторные последовательности. Это позволяет тетрамерному LacI индуцировать образование петли ДНК. Структурно белок-репрессор lac представляет собой гомотетрамер. Точнее, тетрамер содержит две ДНК-связывающие субъединицы, состоящие из двух мономеров каждая (димер димеров). Каждый мономер состоит из четырех отдельных областей:
Связывание ДНК происходит через N-концевую спираль -turn-helix структурный мотив и нацелен на одну из нескольких операторных последовательностей ДНК (известных как O 1, O 2 и O 3). Последовательность оператора O 1 слегка перекрывается с промотором, что увеличивает сродство РНК-полимеразы к промоторной последовательности, так что она не может вступать в элонгацию и остается в прерванной инициации. Кроме того, поскольку каждый тетрамер содержит две ДНК-связывающие субъединицы, связывание нескольких последовательностей операторов одним тетрамером вызывает образование петли ДНК.
Предполагается, что lacI и другие факторов транскрипции (TF) находят свои сайты связывания за счет облегченной диффузии, комбинации свободной диффузии в 3D и 1D-скольжения по ДНК. Во время скольжения репрессор находится в постоянном контакте со спиралью ДНК, скользя по ней, тем самым облегчая процесс поиска за счет уменьшения размерности. После зондирования в среднем 45 п.н. скольжением, TF спонтанно отсоединяется и возобновляет исследование генома в 3D. Считается, что во время скольжения LacI несколько раз скользит по оператору O 1, прежде чем он свяжется, что предполагает компромисс между быстрым поиском по неспецифическим и связыванием с конкретными последовательностями. Скольжение lac-репрессора на ДНК невозможно наблюдать с помощью флуоресцентной микроскопии, но моделирование полностью атомной молекулярной динамики предполагает, что фактор транскрипции встречает барьер 1 kBT для скольжения. и 12 k B T для диссоциации, подразумевая, что репрессор перед диссоциацией будет скользить в среднем более 8 п.н. Модель поиска lac-репрессора in vivo включает межсегментный перенос и перескок, а также скопление другими белками, которые делают геном в клетках E.coli менее доступным для репрессора.
lac-репрессор был впервые изолирован Вальтером Гилбертом и Бенно Мюллер-Хилл в 1966 году. Они показали, что in vitro белок, связанный с ДНК, содержащей lac-оперон, и высвобождает ДНК при добавлении IPTG (аналог аллолактозы).
