DNA鍵結區域(DNA-binding domain)

調控轉錄的調控蛋白(Transcriptional factor, TF)大部份都有 DNA 結合區（DNA-binding domain），可以「讀取」（辨識）特定的 DNA 序列，也就是 DNA雙螺旋的外側（表面）的大凹槽與小凹槽（圖 6-2，6-3）。

資料來源：國家衛生研究院
通常被較大電負度原子鍵結的氫（例如OH的H），被稱為氫鍵提供者（hydrogen donor），而電負度較大的原子（例如O、N），被稱為氫鍵接收者（hydrogen acceptor）。DNA結合區中的氨基酸（一般是Asn、Glu、Gln、Lys、Arg）的側鏈上的O、N原子（氫鍵接受者），會與DNA鹼基上與O、N鍵結的H（氫鍵提供者），形成氫鍵（例O…H－N，…為氫鍵）；反之，側鏈上的氫鍵提供者也可以與鹼基上的氫鍵接受者形成氫鍵。例如，Asn、Gln 會和A=T的A上N 6 或N-7 形成氫鍵（圖 6-4），而Gln、Lys、Arg會和G≣C上的G上的N-7 與O 6 形成氫鍵（圖 6-4、6-5）

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調控基因表現的因素包含了一段短的 DNA 序列（約小於 20bp，參考表 6-1），和含有特殊結構能夠辨識 DNA 序列的蛋白質，例如螺旋- 轉-螺旋（helix-turn-helix）、鋅指（Zinc finger），以及一些蛋白質與蛋白質之間的交戶作用白氨酸拉鏈（Leucinezipper）、螺旋-圈環-螺旋結構（helix-loop-helix）。
1.在原核與真核中，蛋白質最普遍的結合結構是螺旋-轉-螺旋（圖 6-6），較 C端的螺旋稱為辨識螺旋（recognition helix）因為它主要是填入 DNA 的大凹槽中，螺旋上的氨基酸支鏈可以幫助專一性的辨識。且螺旋-轉-螺旋通常都是以二聚體的型式與 DNA 結合（圖 6-7），兩個單元聚體都結合在非常相似的 DNA 序列上，如此可增加結合親合力。

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2.另一種 DNA 結合結構是鋅指（Zinc finger），有兩種型式
a.一種是 C2H2，C指的是Cys（Cysteine），H 是His（Histidine），在此結合結構中，鋅會與兩個 C 與兩個 H 形成鍵結，鋅將α螺旋及β平板抓在一起（參考圖 6-8）所示，這種鋅指常常叢集，幾個鋅指的α螺旋一起結合在 DNA 的大凹槽中（圖 6-9）。

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b.另一種形式常見於細胞間的受體蛋白質的結合結構是，C4 型式，在此結合結構中，鋅藉與四個 C 的鍵結，使得兩個α螺旋聚在一起（圖 6-10）為兩個 C4 鋅指辨識 DNA序列）。除了以上結合結構是以α螺旋辨識 DNA 之外，β平板也可以用來辨識 DNA（圖 6-11）。

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3.另一種白氨酸拉鍊結構（Leucine zipper），由一側每七個氨基酸出現一次的Leu 的疏水性使兩個迴圈（coil）靠近（形成螺旋中有螺旋的結構），它的 DNA結合結構含有一些鹼性殘基，可以和大凹槽鍵結。也可能兩種相異的結合結構一起辨識一段 DNA，因為此種辨識通常是來自兩個不同蛋白質，所以又稱為異聚體（heterodimer）（圖 6-13），不同蛋白質參與同一個基因的調控，又被稱為結合調控，combinatorial control。這種簡單的結合調控經過演化後，已產生同一個蛋白質提供兩種不同的 DNA 結合結構（圖 6-14）。與白氨酸拉鍊相似的螺旋-環-螺旋（helix-loop-helix，HLH，圖 6-15）結合結構，是以一個較短的α螺旋，以一個環連結到一個較長的α螺旋上。很多 HLH蛋白質缺乏可供鍵結 DNA 的延展性的α螺旋，因此與 DNA 的結合強度不高；這些蛋白質可藉由與含全長的 HLH 蛋白質異聚合，以與 DNA 緊密結合，但強度仍只有結合必需的一半，因此，異聚體也可用來抑制特定的基因調控蛋白（圖 6-16）。

異聚體（heterodimer）
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6-14

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6-15

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雖然某種形式的氨基酸-鹼基對的結合特別的常見（圖 6-17），但目前還沒有辦法精確預測所有基因調控蛋白質會辨讀的序列，相同的鹼基對可以被不同的方式（氨基酸）辨認，因此辨識是視前後的序列（context）而定（圖 6-18）。
一些鑑定基因調節蛋白質與調控序列的實驗，如圖 6-19，Gel-mobility shiftassay可供偵測出會與特定序列結合的DNA結合蛋白質。圖 6-20，DNA親合力分析（DNA Affinity Chromatography）可以方便過濾出純化的、與特定序列結合的DNA結合蛋白質。圖 6-21 可以利用已知的基因調節蛋白質定出蛋白質所辨認（結合）的精確序列。圖 6-22，染色質免疫沉澱技術（Chromatin ImmunoprecipitationTechnique）則可以定出被細胞中的基因調結蛋白質所調控序列的位置。
資料來源：國立交通大學

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