TFIIDサブユニット TAF は擬態により転写を抑制する

TFIIDサ
ブユニットTAFは
擬態により転写を抑制する
白川昌宏
基本転写 因子TFIIDの サブユ ニ ッ トであ るTAF(TBP-associated factor)は 転写 活性
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化,転 写 抑制 などの転 写調 節 に主要 な役 割を 果た す分子 群で ある。最 近,核 磁 気 共鳴 法
(NMR)に
よ り,TBP(TATA box-binding protein)のDNA結
合 を阻害するTAFⅡ230
のN末 端 ドメインとTBPの 複合体 の立体構 造が決定され,TAFに
よる転写抑 制の機 構が原
子レベルで判明 した。興 味深 いことに複合体 中のTAFⅡ230の 構 造と表面 電荷はTBP-DNA
複 合体中の変 形 したDNAと
高 い類似性 を示 し,TAFが
分子擬態 によってTBPに
結合 して
いることがわ かった。転 写調節 の構造研 究の流 れと転写 活性化の機構 を概 観する 。
【
遺 伝子 転写 】 【立体 構造 解析 】 【分子擬 態】 【立体構 造変 化 】
【蛋 白質-蛋 白質相 互作 用】
中
一 ジCro蛋
白 質2),大 腸 菌CRP蛋
ョウ ジ ョウ バ エ の 基 本 転 写
って,80年
代 後 半 か ら90年
は じめ に トロ ン ト大 学 の 伊 倉 の グル ー プ とNIHの
谷 の グ ル ー プ に よ っ て,シ
因 子TFIIDの
(TATA のZnフ
サ ブ ユ ニ ッ トdTAFⅡ23011-77とTBP
box-binding protein)の
決 定 さ れ,TAFⅡ230に
複合 体 の立体 構 造 が
よる転 写 抑 制 の機 構 が 原 子 レベ
ィ ンガ ー構 造4),ホ メ オ ドメ イ ン5),核 内 レセ プ
ター のDNA結
合 ドメ イ ン6∼8),bZIP構
造10，11),folk-headド
造9),bHLH構
メ イ ン12)な どが 次 々 と解 析 され て
ル で 明 ら か に さ れ た1)。 これ は ア クチ ベ ー タ ー に よ る転
い る 。 そ の 結 果,現
写 活 性 化 の 機 構 に つ い て も多 くの 知 見 を与 え,基
わ ず頻 繁 に見つ か る主 要 なDNA結
本転
白 質3)の 解 析 に始 ま
代 初 め に か け て は真 核 生 物
在 ま で に 原 核 生 物,真
核 生物 を問
合 モ チ ー フ立 体 構 造
写 研 究 の ブ レ イ ク ス ル ー に な り う る。 構 造 生 物 学 の 立
やDNA認
場 か ら もdTAFⅡ23011-77のDNAの
細 は い くつ か の総 説 を 参 照 さ れ た い13∼15)。
分 子 擬 態,TBP
結 合 に 伴 う フ ォ ー ル デ ィ ング な ど,興 味 深 い 点 が 多 い。
本 稿 で は転 写 の構 造 学 的 研 究 の 流 れ を 概 観 し,今
dTAFⅡ23011-77-TBPの
回の
構 造 解 析 を紹 介 した い 。
識 につ い て多 くの 情 報 が蓄 積 され て い る。 詳
基 本 転 写 因 子 に 関 し て もTBP単
TAボ
ッ ク スDNAの
TBP-TATAボ
複 合 体17，18),TFⅡB単
ッ ク スDNA-TFⅡBの
さ ら にTBP-TATAボ
Ⅰ
.基 本転写因子の立体構造解析
立体 構造 解析 の転写 研究 に対 す る寄 与 は大 きい。転
Shirakawa,奈
230 Regulates TFⅡAが
Institute of Science い る 。 ま たRichmondら
Transcription by Molecular and Technology,Ikoma,Nara Mimicry of the TATA ッ ク ス にTBP,TFⅡB,
結 合 す る様 子 が 原 子 レベ ル で 明 らか に され て
良 先 端 科 学 技 術 大 学 院 大 学 バ イ オ サ イ エ ン ス 研 究 科(〒630-0101生
Sciences,Nara 者複 合
体21，22)と
初 期 転 写 の 立 役 者 と そ れ ら の複 合 体 の立 体 構
写 調節 因子 の立体 構造 については80年 代 初 めの λ ファ
of Biological 独19),
三 者 複 合 体20),
ツク スDNA-TFⅡA三
造 解 析 が 行 な わ れ,TATAボ
Masahiro 独16),TBP-TA-
に よ る ヌ ク レ オ ソー ム コ ア の
駒 市 高 山 町8916-5)[GraduateSchool
630-0101,Japan]
Box
TAF11 123
24
蛋 白 質 核 酸 酵 素 Vol.44 No.2(1999)
立 体 構 造 決 定 も また 真 核 生 物 の転 写 調 節 研 究 に膨 大 な
知 見 を与 えた23)。その 反 面,転
素 で あ るRNAポ
写 反 応 そ の もの を担 う酵
リメラ ーゼ の 立 体 構 造 解 析 はあ ま り進
ん で お らず,T7フ
ァー ジ のRNAポ
リメ ラー ゼ24)と,
比 較 的 最 近 にな っ て大 腸 菌 のRNAポ
リメ ラ ーゼ の α サ
ブユ ニ ッ ト25，26),σ70サブ ユ ニ ッ ト27)が解 析 され て い る
の み で,真 核 生 物 のRNAポ
リメ ラー ゼ の立 体 構 造 解 析
の報 告 は まだな い。
Ⅱ.転 写の活性化と抑制
で は こ ういった立体 構造 解析 に よって転 写 の活性 化
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や 抑 制 とい っ た 転 写 制 御 の 機 構 が 理 解 で き た で あ ろ う
か 。 原 核 生 物 の 転 写 制 御 に つ い て は,た
とえ ば λ フ ァ
ー ジ の 初 期 遺 伝 子 群 の転 写 ス イ ッチ の よ う に,Croリ
レ ッサ ー 分 子 の オ ペ レ ー タ ー 結 合 に よ りRNAポ
ー ゼ の プ ロ モ ー タ ー結 合 へ の 阻 害 や
のDNA結
合 ドメ イ ンのRNAポ
よ る活 性 化 の 機 構 が,立
,λ
リプ レ ッ サ ー
図1 真核 生 物 に お け る転 写 活 性化 と抑 制(文 献38よ り改
変)
リメ ラ ーゼ との 接 触 に
ン ド結 合 ドメ イ ン の 解 析36)以外 は ほ とん ど報 告 されて い
体構 造 決定 の成 果 を基 に比較
な い 。 これ は 原 核 生 物 で は ア ク チ ベ ー タ ー の 転 写 活 性
的 早 く解 明 され て い る28)。ま たCRP(cAMP protein)29),PhoB30)な
プ
リメ ラ
receptor
ど多 くの ア ク チベ ー ター とRNA
化 は安 定 な立 体 構 造 を もつDNA結
る こ とが あ る の に対 し て,真
合 ドメ イ ンに 担 わ れ
核 生物 のア クチベ ー ター
ポ リ メ ラ ー ゼ との 相 互 作 用 部 位 の 同 定 も行 な わ れ て お
は独 立 した 転 写 活 性 化 ドメ イ ン を も ち,こ
り,転 写 活 性 化 の モ デ ル が 提 唱 さ れ て い る。 こ れ ら の
ん どの 場 合,単
成果 も多か れ少 なかれ ア クチベ ー ター蛋 白質 の立 体構
で あ る37)。
れ らは ほ と
独 で は安 定 な 立 体 構 造 を もた な い か ら
造 解 析 が 基 に な っ て い る。 ポ リメ ラ ー ゼ 側 に つ い て も
多 くの ア ク チ ベ ー タ ー 分 子 が 結 合 す る α サ ブ ユ ニ ッ
Ⅲ
.ピ ス トン様TAFの 構造解析
ト25，26),σ70サブ ユ ニ ッ ト27)の立 体 構 造 解 析 が行 な われ
て お り,ア クチ ベ ー ター とのDNA鎖
上 で の相 互 作 用 の
モ デ ル が 提 唱 さ れ て い る31，32)。RNAポ
C末 端 ドメ イ ン はCRP,OmpR,OxyRと
リメ ラー ゼ α の
見 か け の 転 写 の 活 性 化 は,真
抑 制 の 解 除 の2つ
の 活 性 化 の 部 分 と転 写
に 分 け て 考 え る こ とが で き る(図
いった アク
1)38，39)6もち ろん これ は便 宜 上 の もの で 両 者 は厳 密 に 区
チ ベ ー タ ー との 結 合 活 性 の み な らず 塩 基 配 列 特 異 的 な
別 で き る もの で は な い 。 前 述 の とお り真 核 生 物 に お い
DNA結
て は ア ク チ ベ ー タ ー の 立 体 構 造 が わ か っ て い な い の で,
合 活 性 が あ り,そ のDNA結
合 部 位 の立 体 構 造
上 へ の 同 定 も行 なわ れ て い る25，31)。
またCRPな
子 に よるDNA湾
どの 因
曲 によ る転 写 の活 性 化 機 構 の発 見33)も
立 体 構 造 解 析 を踏 ま えて 理 解 され て い る34)。こう して 概
観 す る と,立 体 構 造 解 析 は 原 核 生 物 に お け る転 写 活 性
化,抑
制 機 構 の 解 明 に 大 きな 寄 与 を し た とい え よ う。
で は真核 生物 の転 写活性 化 につ いて は ど うで あ ろう
ア クチベ ーター に よる転写 活性 化 の構 造 学的知 見 は ま
だ 乏 しい が,転
写 抑 制 と そ の 解 除 に つ い て は い くつ か
の 重 要 な知 見 が 得 られ て い る 。
真 核 生 物 で は蛋 白 質 を コ ー ドす る遺 伝 子 の ほ と ん ど
は 強 い抑 制 を 受 け,転
写 され な い。 こうい った抑制 の
最 大 の 要 因 の 一 つ が ク ロ マ チ ン構 造 で あ る 。TFⅡDと
か 。 古 くか ら酸 性 残 基 に富 む 部 分 が ヘ リ ッ ク ス を形 成
ピス トンは拮 抗 してDNAに
し,転 写 の 活 性 化 を行 な う と い う モ デ ル が 提 唱 さ れ て
TFHDが
い た が35),そ の 後 の10年
ン構 造 が ほ どか れ な けれ ば な らな い 。 最 近 の研 究 か ら,
間 に真 核 生 物 の ア ク チベ ー タ
ー の 転 写 活 性 化 ドメ イ ン の 立 体 構 造 はRXR-α
124
の リガ
結 合 す る と考 え られ て お り,
結 合 し転 写 が 開 始 す る に は効 率 よ くク ロ マ チ
ク ロ マ チ ン の構 造 変 化 の 少 な く と も一 部 分 は,コ
アク
TFⅡDの サブユニ ットTAFは 擬態によ り転写抑制を行な う
チ ベ ー タ ー の 酵 素 活 性,ま
た はコア クチベ ー ター によ
母 で はyTAFⅡ
っ て 転 写 装 置 に 導 入 さ れ る ヒス トン ア セ チ ル 化 酵 素 に
145)に
よ り ピ ス トン が ア セ チ ル 化 さ れ る こ と に よ っ て 行 な わ
がTBPと
れ て い る と考 え ら れ て い る40)。
阻 害 を担 っ てい る こ とが 示 され た49)。今 回,伊 倉 ・中谷
TFⅡDの
サ ブ ユ ニ ッ トで あ るTAFの
い くつ か は ピス
よ る こ と46∼48),dTAFⅡ230のN末
ョウ バ エ のdTAFⅡ42(ヒ
端 部 分(以 下,dTAFⅡ23011-77)と
ス ト ンH4に
似 た 配 列 を も ち,シ
dTAFⅡ30α
ス トンH2Bと
似 てい
端 部 分 は,ピ ス トン8量 体 中 で
驚 くほ ど よ く似 た ヘ テ ロ2量 体
を形 成 す る こ とが わ か った41)。 またRoederた
ス ト ンH2Bホ
ちのグル
酵 母TBPと
V.dTAFⅡ123011-77の
の複合
構造
ピ ス トンH3とH4に,そ
してH3ホ
モロ
モ ロ グ のhTAFⅡ
それ ぞ れH4,H3とH2Bに
TBPと
の 複 合 体 中 で のdTAFⅡ23011-77はN末
らヘ リ ッ クス1β
と,3本
ヘ ア ピ ン-ヘ リ ッ ク ス2-ヘ
端か
リッ ク ス3
のヘ リ ックス と1つ の β ヘ ア ピン構 造 を もつ(図
2)1)。 疎 水 性 残 基 を多 くもつN末
モ ロ グ で あ るhTAFⅡ20/
グ のhTAFⅡ31/dTAFⅡ42と,H4ホ
80/dTAFⅡ62は
あ た るN末
に よ る構 造 解 析 の 結 果,dTAFⅡ
の ピ ス トンH3とH4と
dTAFⅡ30は
残 基11-77に
体 で あ る1)。
42とdTAFⅡ62のN末
ー プ は,ピ
ッ ク スへ の 結 合
ョウ ジ ョウバ エ の
とヒ トhTAFⅡ20はヒ
る。 実 際 にBurleyら
対 応)は
トで はhTAFⅡ80)はヒ
ヒ
基
ら の グ ル ー プ に よ っ て 立 体 構 造 が 解 析 さ れ た の は,シ
ョ ウ ジ ョウバ エdTAFⅡ230の
トで はhTAFⅡ31に
端156残
の 結 合 とTBPのTATAボ
トン蛋 白質 とア ミノ 酸 配 列 の相 同 性 を示 す 。 シ ョウ ジ
ス トンH3に,dTAFH62(ヒ
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(シ ョ ウ ジ ョ ウバ エ で はdTAFⅡ230,酵
25
央 に 位 置 し,他
の2本
端 のヘ リッ クス1が 中
の ヘ リ ッ ク ス や β ヘ ア ピ ン との
間 に 多 くの 疎 水 性 相 互 作 用 を も ち,dTAFⅡ23011-77の
特 異的 に
疎 水 性 コア を形 成 す る役 割 を 担 う。 ヘ リ ックス1と
βヘ
結 合 す る こ とを 示 した42)。す な わ ち,こ れ らのTAFは
ア ピ ン 間 の リンカ ー に はp27KIp1な
どのCdkイ
ン ヒビ タ
そ れ ぞ れ の ホ モ ロ グ で あ るヒ ス トン と同 様 な 特 異 性 で
ー に 保 存 さ れ て い るLFG(Leu24-Phe25-Gly26)モ
チ
他 のヒ ス トン と相 互 作 用 す る。 した が っ て,ヒ
ー フ を もつ50)。dTAFⅡ23011-77に
様TAFは
ス トン
転 写 が起 こ りや す い よ う に ク ロ マチ ン構 造 を
改 変 した り,オ
ー プ ン構 造 を 安 定 化 す る た め に,ヒ
トン の 擬 態(mimicry)を
し て い る可 能 性 が あ る。 最 近
に な っ て,hTAFⅡ180/dTAFⅡ62ヘ
造 が 報 告 さ れ,や
ス
テ ロ2量 体 の立 体 構
は りヒ ス トン ・フ ォ ー ル ド を もつ こ
とが 示 さ れ た43)。
お いて はLFGモ
フ は β ヘ ア ピ ン のIle28,Leu34,ヘ
Phe48,Leu52な
どの 残 基 と疎 水 性 コア を形 成 す る とと
もに,分 子 表 面 にTBPと
の 主 要 な相 互 作 用 面 で あ る大
規 模 な疎 水 性 パ ッ チ を 形 成 し て い る(図2)。dTAFⅡ
23011-77は 単 独 で は水 溶 液 中 で 安 定 な立 体 構 造 を もた な
い こ とがNMRス
ペ ク トル の 解 析 か ら 明 ら か に な っ て
い る1)。つ ま りdTAFⅡ23011-77はTBPと
Ⅳ
,dTAFⅡ230に
よる 転写 阻 害
チー
リ ッ ク ス2の
し,unfold→foldの
の結 合 に際
誘 導 適 合 をす る。
疎 水 性 パ ッ チ の 周 囲 に い くつ か の 酸 性 ア ミノ 酸 が 存
TAFは
この よ うに ク ロマ チ ン構 造 に よ る転 写 抑 制 の
解 除 や,PC4な
ど 多 くの転 写 活 性 化 因 子 や 転 写 の コ ア
在 す る。 β ヘ ア ピ ン の ル ー プ と そ の 近 傍 のAsp29,
Glu31,Asp37,ヘ
リ ッ クス2のN末
端 近 傍 のAsp49,
ら に ヘ リ ッ ク ス3のC末
端 付 近 のAsp70,
ク チベ ー ター との 相 互 作 用37),ヒ ス トンア セ チル 化 酵 素
Glu51,さ
の制 御44)な ど転 写 の 正 の 調 節 に か か わ る 多 くの 機 能 を
Glu76,Glu76の
もっ39)。加 え てTAFは,TFⅡDのTATAボ
パ ッ チ を上 下 か ら挟 む よ う に 配 置 さ れ て い る。
DNAへ
の 結 合 阻 害,あ
ックス
ク ス を 含 む プ ロ モ ー タ ーDNAに
含 むTFⅡD複
Ⅵ
.dTAFⅡ23011-77-TBP相
互作用
強 く結 合 す るの に 対 し
りか な り弱 い とい う比
較 的 初 期 の 実 験 に よって 示 され た45)。そ の後,こ
ツ ク スDNAへ
ッ
合 体 の あ る種 のプ ロモ ー ター
配 列 へ の 結 合 は,単 独 のTBPよ
のTATAボ
示 され る疎 水性
るい は不 安 定 化 とい っ た 負 の 転
写 調 節 機 構 も もつ 。 これ は 単 独 のTBPがTATAボ
て,TAFを
側 鎖 の 負 電 荷 が 図2で
のTBP
の 結 合 阻 害 はhTAFⅡ250
dTAFⅡ23011-77はLFGモ
チ ー フ を 中 心 とした広 い疎
水 性 表 面 で 鞍 状 構 造 を したTBPの
(図3)。TBPの
凹 面 と接 触 してい る
凹 面 は疎 水 性 の ア ミノ酸 に富 み,酵 母 や
植 物(Arabidopsis thaliana)のTBPとTATAボ
ック
125
26
蛋 白質 核 酸 酵 素 Vol.44 No.2(1999)
は 見 られ な い 。TBPはN末
端 側 の モ チ ー フ にLys97,
Arg98,Thr112を
もち,C末
端 側 の モ チ ー フ は対 応 す る位
置 にGlu,Leu,Va1を
そ海 そ
れ も つ。 こ う したN末
端側 と
C末 端 側 の モ チ ー フ間 の 電 荷
や 疎 水 性 の わ ず か な違 い を認
識 してdTAFⅡ123011-77が
性 を もってTBPに
方向
結 合 して い
る と 思 わ れ る。
dTAFⅡ23011-77のTBP結
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図2 dTAFⅡ23011-77の
立 体 構 造(ス
分 子 表 面 に大 き な疎 水性 パ ッ チ(青
テ レ オ 図)1)
で 表 示)が
合 に 伴 な うunfold→foldの
形 成 され て い る 。
誘 導 適 合 と よ く似 た 現 象 は
VP16のTAFへ
CREBの
の 結 合37),
コ ア クチ ベ ー タ ー
CBPのKIXド
メ イ ンへ の 結
合51)に も見 られ る。 また転 写
因 子 のDNAへ
の結合 にお い
て も 頻 繁 に 見 ら れ52),詳 細 な
熱 力 学 的 解 析 も行 な わ れ て い
る53)。
図3 dTAFⅡ2301177-TBP複
鞍 状 のTBPの
スDNAと
DNAへ
結 合 して い る。 右 の 図 は左 の 図 を下 か ら見 た も の。
の 複 合 体 の 解 析 か ら明 らか に な っ た よ うに,
の 結 合 面 と な っ て い る17,18)。TBPは
を使 っ てDNA副
作 用 面 の74%は
この 凹 面
溝 を押 し広 げて 副 溝 内 の塩 基,糖
い 疎 水 性 相 互 作 用 を す る 。TBP-DNA複
TBP相
Ⅶ
.dTAFⅡ23011-77の
合 体 の 構 造1)
凹 面 にTAFⅡ230が
と強
合 体 での 相 互
疎 水 的 で あ る17)。dTAFⅡ23011-77-
互 作 用 もお も に疎 水 的 で あ る。1,475?2に
ぶ相 互 作 用 面 の 約70%は
この 大 き な 疎 水 性 結 合 面 が 解 離 定 数 が10-9Mに
dTAFⅡ23011-77-TBP間
も及
疎 水 性 相 互 作 用 となっ ている。
及ぶ
の 強 い 結 合 を もた らす ので あ ろ
う。 前 述 の とお り結 合 に 伴 いdTAFⅡ23011-77が
誘 導適
分 子
擬態
dTAFⅡ23011-77,,はTBPの
凹 面 に結 合 す る。 お もに疎
水 性 相 互 作 用 に よ る とい っ た 点 で,TBP-TATAボ
ク ス 相 互 作 用 と共 通 点 を もつ 。TBPと
dTAFⅡ23011-77の
複 合 体 中 のTATAボ
分 子 表 面 は,TBP-TATAボ
ック スDNAの
ッ
の 複合 体 で の
ックス
副 溝 を広 げて激 し
く湾 曲 し た 構 造 と よ く似 て い る(図4)。
また,dTAFⅡ
23011-77のAsp29,Glu31,Glu51,Glu70,Asp73と
い っ た疎 水 面 を 挟 む よ う に位 置 す る 酸 性 残 基 側 鎖 の 負
電 荷 は,複 合 体 中 でTATAボ
ッ クスDNAの
リン酸 骨
格 中 の リ ン原 子 の 位 置 と似 通 った と ころ に存 在 す る(図
合 に よ り大 き な 構 造 変 化 を示 す の に対 し て,複 合 体 中
2,4)。
複 合 体 中 のTATAボ
のTBPの
TBPと
同 様 に 対 称 性 が 高 い の に 対 し て,dTAFⅡ
立 体 構 造 は単 独 の 場 合 やDNAと
の複合体 中
鞍 状 構 造 は2つ の よ く似 た α/β構 造 のモ チー
フ か ら な り,分 子 内 に 疑 似 の2回
対 して,dTAFⅡ23011-77の
126
構造 は
23011-77の 立 体 構 造 は対 称 性 が 低 い とい う差 異 はあるが,
の もの と大 き く は変 わ ら な い 。
TBPの
ッ ク スDNAの
対 称 軸 を もつ16)の に
複 合 体 中 の 構 造 に は対 称 性
dTAFⅡ23011-77は
非 常 に巧 妙 にTATAボ
ッ クスDNA
を分 子 擬 態 し て い る 。 これ ま で 構 造 解 析 され た い くつ
かのTBP-TATAボ
ッ クスDNA複
合 体 で の,TATA
TFⅡDの サブユニットTAFは 擬態 により転写抑制を行なう
込 み,ATP-Cdk2に
27
見 られ る
の とよ く似 た相 互 作 用 をCdk2
と行 な って い る50)。ATPの
分
子 擬 態 を行 な っ て い る わ け で
あ る。 こ う し て み る と蛋 白質
が分 子擬 態 によ って さま ざ ま
な種 類 の イ ン ヒビター として
働 くの は,広
く見 られ る 現 象
で あ る こ と が わ か る。 し か し
これ ら の 例 で 分 子 全 体 の 形 状
と分 子 間 相 互 作 用 が と も に 高
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い 類 似 性 を示 す の はRNAの
分 子 擬 態 を す るEF-Gと
DNAの
分 子 擬態
dTAFⅡ23011-77の
を す る
みで ある。
Ⅷ転写抑制の解除
そ れ で はdTAFⅡ230に
TBPのDNA結
よる
合の抑 制 の
解 除 は ど の よ う に して 起 こ る
図4 dTAFⅡ23011-77の
ク ス 複 合 体 。TATAボ
合 体 。dTAFⅡ23011-77は
ッ ク スDNAは
の 正 の 荷 電 子 を 青,負
の で あ ろ うか 。dTAFⅡ230の
分 子 擬 態1)
(A,C).dTAFⅡ23011-77-TBP複
分 子 表 面 を 表 示,,(B,D)TBP-TATAボ
分 子 表 面 を 表 示,、dTAFⅡ230,TATAボ
の 荷 電 子 赤 で 示 す.C,DはA,Bを
の 分 子 表 面 の 形 状 や 荷 電 分 布 がTATAボ
ッ
ッ クスの 分 子 表 面 で
そ れ ぞ れ 横 か ら 見 た も の で あ る 。TAFⅡ230
C末 端 部 分 がN末
る抑 制 解 除 を行 な って い る こ
と が 示 さ れ て い る47)。ま た
ッ ク ス と似 て い る 。
TBPは
ボ ックスDNAの
列 やTBPの
立 体 構 造 は よ く似 通 って お り,塩 基 配
生 物 種 に 大 き く依 存 しな い 。 した が っ て,
今 回 見 られ たdTAFⅡ23011-77の
のDNA結
分 子 擬 態 に よ るTBP
合 抑 制 は一 般 的 な も の で あ ろ う38)。
蛋 白質 の 分 子 擬 態 に はい くつ か の例 が 知 ら れ て い る。
Thermus aquaticusの
GTPと
複 製 伸 長 因 子EF-GはEF-Tu-
結 合 す る と きにEF-Tu-GTPと
のtRNAと
の 複合 体 中で
そ っ くりの全 体 構 造 を とる54，55)。
またDNA
修 復 酵 素 の1つ
で あ る ウ ラ シ ルDNAグ
リコシ ダ ーゼ と
その イ ン ヒ ビ タ ー 蛋 白 質 との 複 合 体 で は,イ
ン ヒ ビタ
結 合 面 と同 じ,TBPの
に結 合 す る こ とが,TBPの
230のTBP結
変 異 体 の 実 験 な どか ら示 さ
合 を 競 争 阻 害 す る こ とに よ って 転 写 活 性
化 を行 なって い るこ とを示 唆 す る(図5)。GAL4,GCN4
な ど多 くの ア ク チ ベ ー タ ー ドメ イ ン は 酸性 残 基 を 多 く
も ち,dTAFⅡ23011-77やVP16と
同 様 に 負 電 荷 を分 子
表 面 に もつ と思 わ れ る。 これ ら の 酸 性 ア ク チ ベ ー タ ー
の 多 くもTBPの
凹 面 と相 互 作 用 す る こ とに よ りdTAFⅡ
230のTBP結
って い る と考 え られ る。
合 を競 争 阻 害 し,転 写 抑 制 の解 除 を行 な
い る56∼58)。
た だ しイ ン ヒ ビ ター は グ リ コ シダ ー ゼの ウ ラ
dTAFⅡ2302-81(図5の
シル 特 異 的 ポ ケ ッ トに は 入 り込 ん で い な い 。 サ イ ク リ
dTAFⅡ230,2-156(図5の
ンA-Cdk2-p27KiPE複
い る49,60)。
領 域Ⅱ は基 本 転 写 因 子TFⅡAの
合 体 に お い て もp27Kip1のTyrの
側 鎖 芳 香 環 を含 む 部 分 がCdk2のATP結
合 部位 に入 り
凹 面 に競 争 的
れ て い る49,39)。
これ らの 実 験 の 結 果 は,VP16はdTAFⅡ
ゼ のDNA結
擬 態 を して
多 くの 転 写 活 性 化 ドメ
イ ン の タ ー ゲ ッ ト と な っ て い る 。VP16はDNAや
dTAFⅡ23011-77の
ー の ロ イ シ ン な ど を含 む β ス トラ ン ドが グ リコ シ ダ ー
合 部 位 に入 り込 み,DNAの
端部 分 によ
もあ るTBP上
領 域1)のTBPへ
の結合 は
領 域Ⅱ)に よ って 安 定 化 され て
部(凸 面)の ヘ リ ッ ク スH2付
結 合部 位で
近 に結 合
127
28
蛋 白質 核 酸 酵 素 す
る と 考
え ら れ て お
Vol.44 NO.2(1999)
り,
dTAFⅡ230はTFⅡAのTBP
へ の 結 合 を 阻 害 す る60)。 こ れ
はdTAFⅡ230のN末
端 の2
つ の 領 域,Ⅰ,Ⅱ
下
を 押
でTBPの
上
さ え 込 み,TFⅡA,
TATAボ
ッ ク スDNAへ
の双
方 の 結 合 を阻 害 して い る こ と
を 示 し,“hand-off”
モ デル と
図5 よ ば れ て い る(図5)38,48,49)。in
vivoで
は こ のdTAFⅡ230-
TBP,あ
端 の領 域1(2∼81)と
領 域Ⅱ(82∼156)はTBPの2力
り転 写 抑 制 を行 な う。 ア クチ ベ ー タ ー やTFⅡAの
所 に 結合 す る こ とに よ
結 合 に よ り転 写抑 制 は解 除 され る。
る い はyTAFⅡ145-
TBP間
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“hand-off” モ デ ル に よ る転 写 抑 制 と 活 性 化 の機構48,691
dTAFⅡ230のN末
の2つ の 相 互 作 用 は単 独 で は安 定 で な く,両 方
Ikura,M.:Cell,94,573-583(1998)
揃 っ て 初 め て安 定 で あ る と考 え られ て い る 。 し た が っ
て,ア
ク チベ ー タ ー や コ ア ク チベ ー ター がTBPの
ら か 一 方 のTAFⅡ230結
230のTBP結
TBPか
どち
Matthews,B.W.:Nature,290,718-723(1981)
3)McKay,D.B.,Steitz,T.A.:Nature,290,744-749
合 部 位 と 結 合 し,dTAFⅡ
(1981)
合 を 競 争 祖 害 す れ ば,dTAFⅡ230は
ら離 れ,DNAやTFⅡAと
2)Anderson,W.F.,Ohlendorf,D.H.,Takeda,Y.,
4)Lee,M.S.,Gippert,P.,Soman,K.V.,Case,D.A.,
Wright,P.E.:Science,245,635-637(1989)
置 き換 わ って転 写 抑
5)Kissinger,C.R.,Liu,B.S.,Martin-Blanco,E.,
制 の 解 除 が 行 な わ れ る とい うモ デ ル が 考 え られ て い る
Kornberg,T.B.,Pabo,C.0.:Cell,63,579-590
(1990)
(図5)。
6)Luisi,B.F.,Xu,W.X.,Otwinowski,Z.,Freedman,
L.P.,Yamamoto,K.R.,Sigler,P.B.:Nature,352,
497-505(1991)
お わ り に 今 回 のdTAFⅡ230-TBPの
っ てTAFに
複 合体 解析 によ
よ る転 写 抑 制 の “hand-off”機 構 が 示 さ れ,
7)Lee,M.S.,Kliewer,S.A.,Provencal,J.,Wright,
P.E.,Evans,R.M.:Science,260,1117-1121(1993)
8)Schwabe,J.W.,Chapman,L.,Finch,J.T.,
Rhodes,D.:Cell,75,567-578(1993)
ア ク チ ベ ー タ ー に よ る転 写 活 性 化 の 研 究 に 強 力 な 指 針
9)Ellenberger,T.E.,Brand1,C.J.,Struhl,K.,Har-
を与 え た 。 こ の 知 見 は真 核 生 物 の 転 写 の 活 性 化,抑
制
の分 子 機 構 の研 究 に 大 き く寄 与 す る 。 またdTAF11230
のTATAボ
ッ ク スDNAの
分 子 擬 態 は,こ れ まで 見 ら
れ な か っ た 種 類 の もの で あ りEF-Gの
Burley,S.K.:Nature,363,38-45(1993)
--)Ferre-D'Amare,A.R.,Pognonec,P.,Roeder,R.
分子 擬態 ととも
に 構 造 生 物 学 研 究 に 重 要 な 知 見 を 与 え る。unfold→
fold遷 移 も転 写 因 子 間 の 複 合 体 形 成 に 多 く見 られ る も
の で あ る が,原
rison,S.C.:Cell,71,1223-1237(1992)
10)Ferre-D'Amare,A.R.,Prendergast,G.,Ziff,E.B.,
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12)Clark,K.L.,Halay.E.D.,Lai,E.,Burley,S.K.:
Nature,364,412-420(1993)
13)BioScience用
梅 園 和 彦
子 レベ ル で 議 論 で き る 最 初 の デ ー タ の
語 ラ イ ブ ラ リ ー 転 写 因 子(田
編),羊土
14)Shirakawa,M.:蛋
1つ で あ る。 今 後 の ア クチベ ー ター に よ るdTAF11230の
TBP結
合 阻 害 解 除 の 機 構 の 原 子 レベ ル での 解 明 が待 た
白 質
核 酸
15)白
川 昌 宏
・ 中 西 義 信:積
図 を提 供 して くだ さ った トロ ン ト大学 伊 倉 光 彦 博 士,図
の提 供
論 を して くだ さ った 奈 良 先 端 科 学 技 術 大 学 院 大 学 古 久
立 出 版(1996)
Hoffmann,A.,Horikoshi,M.,Chua,N.H.,
Roeder,R.G.,Burley,S.K.:Nature,360,40-46
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保 哲 朗 博 士 に感 謝 す る。
l7)Kim,J.L.,Nikolov,D.B.,Burley,S.K.:Nature,
365,520-527(1993)
18)Kim,Y.,Geiger,J.H.,Hahn,S.,Sigler,P.B.:
文
献
)Liu,D.,Ishima,R.,Tong,K.I.,Bagby,S.,Kokubo,
1
T.,Muhandiram,D.R.,Kay,L.E,.Nakatani,Y.,
128
酵 素,41,1306-1319
み 木 細 工 の 生 物 学(永
・ 白川 編),pp,9-38,共
16)Nikolov,D.B.,Hu,S.H.,Lin,J.,Gasch,A.,
と査 読,議
・
(1996)
中 西
れ る。
村 隆 明
社(1995)
Natrare,365,512-520(1993)
19)Bagby,S.,Kim,S.,Maldonado,E.,Tong,K.I.,
Reinberg,D.,Ikura,M.:Cell,82,857-867(1995)
田
・
TFⅡDの サブユニットTAFは 擬態 により転写抑制を行なう
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129