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Protein-DNA-Wechselwirkungen

Das TATA-Box-Bindeprotein (TBP)

Der eukaryontische Promotor unterscheidet sich erheblich von den Promotoren der Prokaryonten. Er umfasst eine TATA-Box, eine GC-Box, eine CCAAT-Box sowie ein weiteres typisches Sequenzelement. Die TATA-Box stellt einen AT-reichen Abschnitt der Länge von 29-34 bp dar und hilft als Ansatzstelle für bestimmte Transkriptionsfaktoren den Startpunkt des zu transkribierenden Gens zu finden. Proteine, die an diesem DNA-Abschnitt binden, nennt man TATA-Box-bindende Proteine (TATA-box binding proteins oder TBP).

Die TATA-Box-bindenden Proteine unterscheiden sich in Aufbau und Arbeitsweise von den herkömmlichen bakteriellen Transkriptionsfaktoren. Am C-Terminus befinden sich zwei homologe, 88 Aminosäuren umfassende Abschnitte, die für die starke Bindung des Transkriptionsfaktors an die DNA verantwortlich sind. Beide Aminosäure-Sequenzen nehmen jeweils eine α-Helix und eine 5-strängige antiparallele β-Faltblatt-Struktur ein, wobei sich die zwei Faltblätter zu einem 10-strängigen β-Faltblatt anordnen. Dieser Proteinteil nimmt die Form eines Sattels an, dessen DNA-bindende, konkave Unterseite aus dem β-Faltblatt hervorgeht. Die auf der Oberseite gelegenen Helices nehmen nicht an Protein-DNA-Wechselwirkungen teil. Bei Interaktionen zwischen Protein und DNA legt sich der Sattel über die kleine und große Furche der TATA-Box-Sequenz und biegt den Nucleinsäure-Strang zu einem 100°-spitzen Knick. Die DNA-Helix entwindet sich dabei und bettet sich nun eng in den Sattel ein. Um das Rückwinden der DNA durch eine stabilisierende Stapelung der Nucleotidbasen zu unterbinden, wird zwischen den ersten und letzen Basenpaaren der TATA-Box je ein Phenylalanin-Rest eingeschoben.

Die Wechselwirkungen zwischen TBP und der DNA sind hauptsächlich hydrophober Art und treten zwischen 15 Aminosäuren der β-Faltblätter und den Zuckerkomponenten der Nucleotidbasen in Kraft. Nur an den Enden des gebundenen DNA-Abschnitts werden zwischen dem phosphathaltigen Rückgrat der TATA-Box und den Lysin- und Arginin-Seitenketten Wasserstoff-Brücken ausgebildet. So ist es nicht verwunderlich, dass sich keine Wasser-Moleküle zwischen TBP und DNA befinden, die aber bei anderen Protein-DNA-Wechselwirkungen eine wichtige Rolle spielen können.

Ein TBP erlangt seine Spezifität nicht über den Proteinabschnitt, der sich über die kleine Furche der DNA legt. Hier auftretende Wechselwirkungen identifizieren lediglich die DNA als Bindungspartner. Hingegen sind die Interaktionen mit dem in der großen Furche gelegenen TATA-Box-Zentrum sequenzspezifisch. Dabei bilden zwei Asparagine und zwei Tryptophane Wasserstoff-Brückenbindungen aus. Die vier Aminosäuren sind auf zwei sich palindromisch gegenüberstehende Domänen aufgeteilt und vermögen daher gut mit den quasi-palindromisch angeordneten Basenpaaren des DNA-Doppelstrangs zu interagieren.

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Abb.1
Das TATA-Box-bindendes Protein TBP
Abb.2
TBP an DNA als Modell

Das TBP liegt wie ein Sattel über dem DNA-Strang.

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