ГЕНЕТИКА, 2007, том 43, № 3, с. 317-322
ОБЗОРНЫЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СТАТЬИ
УДК 575.22:595.773.4
СЕМЕЙСТВО БЕЛКОВ TRF (TBP-ПОДОБНЫХ ФАКТОРОВ)
© 2007 г. Д. В. Копытова1, А. Н. Краснов1' 2
1 Институт биологии гена Российской академии наук, Москва 119334; факс: (095) 135-41-05; e-mail: krasnov@go.ru 2 Университет г. Осло, Центр медицинских исследований в России, Москва 119334
Поступила в редакцию 03.05.2006 г.
В обзоре дается характеристика белков - представителей TRF-семейства. Приводятся результаты исследований, которые позволили изучить строение TRF, их экспрессию, а также выявить биологическую функцию и участие в транскрипции.
Ранее считалось, что TBP (TBP - ТАТА-связы-вающий белок) является универсальным и единственным транскрипционным фактором, необходимым всем трем РНК-полимеразам для распознавания промоторов и инициации транскрипции у эукариот [1-3]. К молекулярно-биологическим процессам, в которых участвует TBP, относятся: транскрипция генов, кодирующих белки, осуществляемая РНК-полимеразой II, а также транскрипция генов, кодирующих рибосомные РНК и малые ядерные РНК, которые транскрибируются РНК-полимеразой I и РНК-полимеразой III соответственно. Кроме того, у всех эукариот TBP является компонентом трех различных мульти-субъединичных комплексов инициации транскрипции - SL1, TFIID и TFIIIB, вовлеченных в транскрипцию РНК-полимеразами I, II, III [1, 2, 4-6]. В каждом классе инициаторных комплексов TBP специфически взаимодействует с ассоциированными белками и/или промоторной областью гена и является основой для образования преини-циаторного комплекса (PIC) РНК-полимераз. В случае РНК-полимеразы II TBP наряду с белками TAF (TBP associated factor) входит в состав TFIID-комплекса, который может связываться со специфичными промоторными элементами, такими как TATA-бокс, инициатор (Inr) и DPE, для формирования активного PIC, содержащего РНК-по-лимеразу II и общие транскрипционные факторы TFIIB, TFIIE, TFIIF, TFIIH и TFIIA [7]. В настоящее время известно, что взаимодействия между общими факторами транскрипции и различными элементами промотора определяют сайт старта транскрипции [8]. Таким образом, TBP играет важную роль в транскрипции. У Drosophila melan-ogaster был обнаружен ген, кодирующий белок, близко родственный TBP, но отличающийся от него. Этот белок был назван TRF1 (TBP-related factor 1) [9].
TRF1
Как оказалось, TRF1 может выполнять функции TBP в процессе транскрипции определенного набора генов, не регулируемых TBP. Гибридизация in situ эмбрионов дрозофилы показала, что наиболее высокий уровень транскрипции TRF1 детектируется в клетках нервной системы и гонадах [9, 10]. Биохимическими исследованиями подтверждено, что TRF1, как и TBP, может специфически взаимодействовать с TFIIA и TFIIB, связываться с TATA-боксом промотора и осуществлять транскрипцию РНК-полимеразой II in vitro [10]. Как и TBP, TRF1 является частью большого мультисубъединичного комплекса. Иммуноокра-шивание политенных хромосом выявило, что в отличие от TBP TRF1 ассоциирован с локусами политенных хромосом, которые содержат гены, мутации в которых приводят к стерильности самцов и нарушению строения нервной системы. Однако сайты локализации TRF1 были обнаружены также в локусах, содержащих гены, кодирующие тРНК и 5S РНК [10]. Эти данные, а также ткане-специфичное распределение TRF1 позволили предположить, что TRF1 может быть функциональным гомологом транскрипционного фактора TBP и, возможно, необходим для тканеспецифич-ной или генно-специфичной транскрипции у D. melanogaster. В экспериментах было показано, что, возможно, TRF1, а не TBP ответственен за транскрипцию РНК-полимеразой III. Эксперименты по иммунопреципитации хроматина (ChIP) идентифицировали несколько генов дрозофилы, с промоторами которых связывается TRF1 [11]. TRF1 предпочтительно связывается и направляет транскрипцию с одного или двух тандемно расположенных промоторов гена tudor, который вовлечен в регуляцию фертильности самцов дрозофилы. При этом TRF1 связывается с TC-богатой областью (TC-бокс) [11]. Было также обнаруже-
173 353
198 379
TRF2
Рис. 1. Схематичное изображение структуры белков ТВР, TRF1 и TRF2 у Drosophila melanogaster [14]. Серым цветом выделена область гомологии.
но, что ген tudor имеет и TBP/TFIID-зависимый промотор, с которым TRF1 не связывается.
TRF1 был изолирован в комплексе с другими белками (предполагаемыми TRFl-ассоциирован-ными факторами). Вероятно, промоторная специфичность TRF1 значительно зависит от ассоциированных с ним субъединиц. Поскольку TRF1 локализован на политенных хромосомах в локу-сах, содержащих гены, кодирующие тРНК и 5S РНК, возможно, TRF1, как и TBP, у D. melano-gaster участвует в регуляции транскрипции, осуществляемой и РНК-полимеразой II, и РНК-по-лимеразой III. Эксперименты в транскрипционной системе in vitro РНК-полимеразы Ш дрозофилы подтвердили, что TRF1 играет главную роль в транскрипции, осуществляемой РНК-полимеразой III [12]. Полученные результаты были неожиданными, так как у человека, дрожжей и у большинства других эукариот для инициации транскрипции РНК-полимеразой III необходимы TBP и BRF (TFIIB-related factor) [13]. Последующие эксперименты показали, что BRF является фактором, ассоциированным с TRF1, который регулирует транскрипцию, осуществляемую РНК-полимеразой III в клетках дрозофилы. Комплекс TRF1/BRF in vitro участвует в регуляции транскрипции генов тРНК, 5S и U6 РНК. In vivo TRF1 в большинстве случаев связан с BRF: эти два белка колокализуются во многих сайтах политенных хромосом, содержащих гены, транскрибируемые РНК-полимеразой III [12]. Однако количество TRF1, связанного с BRF, в развивающихся эмбрионах дрозофилы и в SL2 клетках дрозофилы различно. Можно предположить, что TRF1 может работать как промотор-селективный регулятор транскрипции РНК-полимеразой II [11]. Двойная функция TRF1, вероятно, зависит от его ассоциации с различными субъединицами, влияющими на свойства этого общего транскрипционного фактора. Таким образом, многоклеточные организмы, например D. melano-
gaster, могут использовать TRF1 - гомолог основного транскрипционного фактора ТВР -для тканеспецифичной и/или генно-специфичной транскрипции.
TRF2/TLF/TLP
Анализ экспрессирующихся последовательностей (EST) привел к открытию еще одного члена семейства TRF - TRF2 (TBP-related factor 2). Этот фактор был найден у человека, мыши, дрозофилы, крысы, лягушки и нематоды [14, 15], но не был обнаружен у дрожжей. Поскольку TRF2 был выделен из различных организмов, этот фактор имеет несколько названий: TBP-related factor 2 (TRF2) [16], TBP-like factor (TLF) [15, 17, 18], TBP-like protein (TLP) [19, 20]. Первичная структура этого белка варьирует у различных видов, но все они содержат консервативный домен, состоящий из двух повторов, который является общим для белков - представителей семейства TBP-подоб-ных факторов. У TRF2 дрозофилы этот домен имеет 39% идентичных аминокислот с доменом TBP (рис. 1) [21]. Однако, несмотря на то, что ДНК-связывающий домен у всего семейства TBP-подобных белков высококонсервативен (около 50% идентичности), детальное сравнение последовательностей TBP и TRF2 показало, что ключевые аминокислоты, необходимые для взаимодействия TBP с ТАТА-боксом, у TRF2 заменены на другие [21, 22]. Эти данные подтверждаются и тем фактом, что рекомбинантный TRF2 не связывает канонический TATA-бокс [14, 23, 24]. Хотя у TRF2 дрозофилы основной домен гомологии с TBP только на 39% идентичен, основания, ответственные за связывание с общими транскрипционными факторами TFIIA и TFIIB, гомологичны на 60 и 75% соответственно. Таким образом, вероятно, TRF2 может взаимодействовать с этими компонентами PIC [14, 22] и принимать участие в инициации транскрипции РНК-полимеразой II.
Интересно, что когда было создано эволюционное древо TBP-подобных факторов, все TLF образовали семейство, отличное от TBP. Некоторые виды имеют более одного гена, кодирующего TBP. Например, Archea имеют три гена, а многие растения - два гена, кодирующие TBP. Оказалось, что многоклеточные также синтезируют, по крайней мере, три различных фактора TLF. D. melanogaster является единственным известным в настоящее время организмом, имеющим TBP, TRF1 и TRF2.
Сравнение трех членов TBP-семейства (TBP, TRF1, TRF2) показало, что TBP и TRF1 имеют большее сходство между собой, чем c TRF2, а TRF2 имеет большую гомологию с TBP, чем с TRF1. Исходя из этих данных, можно предположить, что TRF2 дивергировал от TBP раньше, чем
TRF1. В пользу этой гипотезы говорит и тот факт, что у дрожжей обнаружен только ТВР, в то время как С. elegans содержит ТВР и TRF2, а D. melanogaster - все три члена семейства ТВР.
Хотя TRF2 человека и дрозофилы содержат основной консервативный домен, они имеют различные размеры и доменную структуру. TRF2 человека имеет только основной домен, в то время как TRF2 дрозофилы имеет еще N и С-концевые домены. Основной повтор ТОР2 у человека и дрозофилы имеет 55% идентичности. Несколько аминокислотных оснований, которые консервативны у всех белков ТОР2, отличаются от консенсусной последовательности ТВР. Наиболее значимыми являются последовательности DIXIXNVVC и TGSX-ТУТ, располагающиеся соответственно около N и С- концов основного повтора. Эти области участвуют в активации транскрипции у дрожжей.
TRF2 необходим для эмбрионального развития и дифференцировки
Изучение TRF2 у С. elegans и Хепорш позволило выявить его биологическую функциию [17, 18, 22]. Нокаут гена trf2 у С. elegans и Хепорш приводит к гибели организма на ранней стадии эмбрионального развития. Анализ паттерна экспрессии генов показал, что эти эмбрионы не способны экспрес-сировать гены, необходимые для развития, и общий уровень транскрипции РНК-полимеразой II у них снижается. Интересно, что нарушение регуляции генов, участвующих в развитии на ранних стадиях эмбриогенеза, также приводит к уменьшению экспрессии trf2 [22]. Было также показано, что у Хепорш и zebrafish ТВР и TRF2 необходимы для экспрессии различного набора генов. Эти данные подтверждают, что ТВР и TRF2 контролируют транскрипцию специфичного набора генов
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.