[분자생물학] 12.2 : DNA-binding motif의 구조 - 2

 

 

이번 포스트에서는 homeodomain, 그리고 bZIP, bHLH domain의 구조와 기능에 대해 알아보자.

 

 

 

homeodomain

 

homeodomain이 포함된 단백질을 encoding하고 있는 gene 부위를 homeobox라고 부름. 이 homeobox에 mutation이 일어나게 되면 초파리의 발생 과정에서 이상이 일어나게 되고, 아래와 같은 괴기스러운 표현형이 나타나게 됨.

 

 

 

 

위 표현형은 더듬이가 자라야 할 곳에 다리가 자라는 돌연변이형임. 이와 관련된 자세한 내용은 발생생물학 포스트에서 다루어보도록 하자.

 

 

이런 homeodomain 내에는 DNA-binding motif가 포함되어 있으며, 이 DNA-binding motif는 typical하게 helix-turn-helix 구조로 나타남.

 

 

 

 

그 구조가 위 그림에 제시되어 있음. 보면 3개의 helix가 관찰됨. 이 때 2, 3번 helix가 helix-turn-helix를 이루게 되고 3번 helix가 DNA의 major groove와 상호작용하여 DNA를 인식하게 됨. (참고로 1번 helix terminal 부분도 unstructured loop의 형태로 튀어나와서 minor groove와 interaction할 수 있음)

 

 

 

 

bZIP and bHLH domains

 

우선 bZIP domain에 대해 먼저 알아보자.

 

 

 

 

 

위 그림은 DNA가 없는 상황에서의 bZIP 구조 일부임. 보면 이 경우에도 alpha-helix들끼리 다시 한 번 더 꼬여서 만들어진 coiled coil이 관찰됨. 이 경우에는 특히 이런 꼬인 구조를 leucine-zipper motif로 부르게 됨. 그 이유는 아래 그림을 보면 더 잘 이해할 수 있음.

 

 

 

 

 

위 그림은 앞서 본 coiled coil을 위에서 내려다 본 것인데, 이 때 가운데 부분에 leucine을 포함한 hydrophobic한 amino acid들이 옹기종기 모여 있음. 이에 따라 가운데 부분에서 hydrophobic interaction이 일어나게 될 것이고 결과적으로 이 interaction이 dimer를 쉽게 형성하게끔 해줌. (이런 식으로 dimer가 잘 형성될 수 있게끔 해주는 부분이 bZIP 중에서도 ZIP domain임)

 

 

 

 

한편 bZIP 중에서 basic한 부분은 위 그림 아래에 나와있는 것과 같이 DNA와 상호작용함. 특히 이 경우 DNA를 집게처럼 꽉 붙잡고 있는 모양새여서 DNA와의 단단한 상호작용을 가능케 해줌.

 

 

(참고로 이런 bZIP domain을 가지고 있는 대표적인 단백질 중 하나가 GCN4임)

 

 

 

다음으로 bHLH domain에 대해 살펴보자.

 

 

 

 

bHLH는 위 그림과 같이 생김. 이 때 노란색으로 표현된 basic region(b)의 경우에는 앞서와 마찬가지로 DNA와 interaction을 수행함. 한편 붉은색으로 표시된 것이 helix-loop-helix(HLH)인데, HLH라는 motif가 앞서 bZIP에서의 ZIP과 유사한 역할을 해 단백질을 dimerize시켜주게 됨.

 

 

 

한편 basic한 motif와 함께 HLH, ZIP motif를 동시에 가지는 경우도 있는데, 이 경우 bHLH-ZIP domain으로 불러줌. 이들을 가지고 있는 단백질들은 dimerize를 유발하는 HLH, ZIP motif가 모두 존재하므로 bHLH, bZIP domain을 가진 단백질들보다도 훨씬 더 강하게 dimerize되는 경향이 있음. (즉, 높은 dimerization potential을 가지고 있음)

 

 

 

 

다음 포스트에서는 activator의 각 domain에 대한 기능적인 부분에 초점을 맞추어 알아보도록 하자.