Molecola del Mese
di David S. Goodsell
trad di Mauro Tonellato

Proteina TATA-legante


Molecola del Mese di Luglio 2005

Proteina TATA-legante
L'enzima RNA polimerasi ha il compito delicato di svolgere i due filamenti di DNA e di usarne uno come stampo per trascrivere le informazioni genetiche su un nuovo filamento di RNA. Ma come fa a sapere da quale punto del DNA cominciare? Le nostre cellule contengono oltre 30.000 geni che sono formati da miliardi di nucleotidi. Per ogni gene, la cellula deve essere in grado di avviare la trascrizione nel punto giusto e al momento giusto.

Iniziare la Trascrizione
A monte di ogni gene, esistono delle sequenze di DNA specializzate, chiamate promotori, che definiscono il punto esatto di inizio e la direzione della trascrizione. I promotori variano per sequenza e ubicazione da organismo a organismo.
Nei batteri, i promotori contengono due regioni che interagiscono con la subunità sigma della loro RNA polimerasi. La subunità sigma si lega a queste sequenze di DNA, aiuta l'inizio della trascrizione e poi si separa dal resto della polimerasi che continua la trascrizione lungo il gene.
Le nostre cellule hanno un sistema promotore molto più complesso che usa decine di proteine diverse per garantire che la RNA polimerasi si sia legata sul giusto gene in modo corretto.
La proteina TATA-legante è l'elemento centrale di questo sistema.

Il TATA Box
I nostri geni che codificano per proteine hanno una sequenza caratteristica di nucleotidi, chiamata TATA box, che si trova qualche nucleotide prima del punto di inizio della trascrizione. La sequenza tipica è T-A-T-A-a/t-A-a/t, dove a/t si riferisce a posizioni che possono contenere A o T. Sorprendentemente anche molte variazioni su questo tema funzionano, ed una delle sfide nello studio della trascrizione è scoprire perché alcune sequenze funzionano e altre no. La proteina TATA-legante (TBP, TATA-binding protein) riconosce la sequenza TATA e vi si lega, questo costituisce un segnale che indica il punto di inizio della trascrizione. Quando sono state determinate le prime strutture di proteine TATA-leganti, i ricercatori hanno scoperto che la proteina TATA-legante non lega il DNA in modo delicato. Al contrario, afferra la sequenza TATA e la piega fortemente, come si può vedere nella figura qui sopra (file PDB 1cdw) e anche nelle strutture dei file PDB 1ytb e 1tgh.

Helpers
La proteina TATA-legante, blu nelle figure qui a destra, fa parte di un più grande fattore di trascrizione, chiamato TF-IID che avvia il processo della trascrizione, ma che qui non è mostrato.
Dopo che si è legata al promotore, la proteina TATA-legante coinvolge anche altri fattori di trascrizione.
Dapprima lega TF-IIB, verde nella prima figura qui a destra (file PDB 1vol).
Poi si legano ulteriori fattori di trascrizione come TF-IIA, verde nella seconda figura (file PDB 1ytf). Si forma così un grande complesso proteico che induce l'inizio della trascrizione.
Altri fattori invece inibiscono l'inizio della trascrizione, come il regolatore di trascrizione NC2 (cofattore 2 negativo), verde nella terza figura (file PDB 1jfi).
In ognuna di queste figure, la proteina TATA-legante è blu, il piccolo pezzo di DNA è rosso, mentre il fattore di trascrizione è verde.






























Esplorando la Struttura
La proteina TATA-legante usa due tipi di interazioni per riconoscere, legare e piegare la sequenza TATA, come si può vedere nella figura qui a fianco (file PDB 1ytb).
La prima, mostrata in alto, è realizzata da una serie di amminoacidi basici di lisina e arginina (blu scuro) che interagiscono coi gruppi fosfato del DNA (gialli e rossi). In questo modo la proteina si lega al DNA.
La seconda, mostrata in basso, è realizzata da alcuni amminoacidi collocati in punti strategici per interagire con le basi del DNA. Si vedono quattro amminoacidi di fenilalanina, due a destra e due a sinistra, che entrano nella scanalatura minore del DNA e riconoscono la sequenza di basi TATA, vi si legano e provocano la torsione che piega il DNA. Ci sono anche due amminoacidi simmetrici di asparagina che formano legami idrogeno nel centro.
La combinazione della particolare flessibilità della sequenza TATA del DNA e di questi specifici legami idrogeno permette alla proteina TATA-legante di riconoscere la sequenza corretta e di piegare il DNA in quel punto.

Osservando queste strutture, si nota che la proteina TATA-legante, anche se è formata da una singola catena proteica, è composta di due metà simmetriche. Questa simmetria diventa evidente osservando le due coppie di fenilalanina e le due asparagine nella figura in basso. Si pensa che un'antica duplicazione genetica abbia creato questa proteina combinando insieme due copie dello stesso gene.















Bibliografia

R. G. Roeder (1996) The role of general initiation factors in transcription by RNA polymerase II. Trends in Biochemical Sciences 21, 327-335.

Z. S. Juo, T. K. Chiu, P. M. Leiberman, I. Baikalov, A. J. Berk and R. E. Dickerson (1996) How proteins recognize the TATA box. Journal of Molecular Biology 261, 239- 254.