Белок p53 является сиквенс-специфическим транскрипционным фактором, который играет существенную роль в раковых опухолях человека. Он является опухолевым супрессором, который регулирует ход клеточного цикла, апоптоз, репарацию ДНК, старение, клеточный метаболизм или аутофагию в ответ на некоторые клеточные стрессовые сигналы, такие как повреждения ДНК, аномальные онкогенные события, эрозия теломер и гипоксия (Dai and Gu, 2010). P53 также участвует в независимых от транскрипции стрессовых реакциях в цитозоле (Dai and Gu, 2010). Для примерно половины из всех случаев рака у человека ген p53 содержит мутации, которые нарушают функцию белка p53; большинство из них миссенс-мутации в ДНК-связывающем домене, которые меняют конформацию и снижают связывание с ДНК (Dai and Gu, 2010). В остальных случаях нарушаются др. компоненты пути p53 (Dai and Gu, 2010).

Полной длины p53 имеет 4 домена: (1) N-терминальный трансактивации, (2) богатый пролином, центральный ДНК-связывающий стержень, (3) тетрамеризации, и (4) C-терминальный регуляторный (Dai and Gu, 2010). ДНК-связывающий и тетрамеризации домены определенно упакованы, тогда как остальная часть p53 неструктуирована (Joerger and Fersht, 2008). Хотя некоторые p53 ДНК-связывающие доменовые структуры описаны в присутствии и отсутствии ДНК, все они являются только ДНК-связывающим доменом и ни один не обнаруживает конформационных изменений или внутри ДНК-связывающего домена или связанной ДНК, как это наблюдается для большинства др. охарактеризованных сиквенс-специфических ДНК-связывающих белков. Это наблюдение привело Petty et al (2011), в данном номере The EMBO Journal, задать ключевые вопросы: почему существующие такие конформационые изменения не наблюдаются в p53, могут ли такие конформационные изменения наблюдаться в p53 структурах, содержащих как ДНК-связывающий, так и олигомеризационный домены и каково значение этого потенциального конформационного изменения, поскольку оно появляется во всех др. охарактеризованных сиквенс-специфических ДНК-связывающих белках?

Чтобы выяснить эти ключевые вопросы, Petty et al (2011) использовали комбинированный экспериментальный подход. Определение рентгеновской кристаллографической структуры и сравнение сначала свободных от ДНК и связанных с ней структур p53, содержащих как ДНК-связывающий, так и олигомеризационный домены, и впервые показали существование ДНК-связыванием обеспечиваемое переключение петли L1 ДНК-связывающего домена из утопленной (recessed) в расправленную конформацию, соотв. Связанная с ДНК расправленная конформация делает возможными непосредственные контакты с ДНК и способствует сдвигу 3-A спиральной оси ДНК к центру сайта связывания, чтобы приспособить эту петлю к большой борозде. Флюоресцентная анизотропия выявила неожиданно более значительные различия в off-rates скорее, чем в сродстве к специфической в противовес неспецифической ДНК. Вспомогательный мутационный анализ показал, что наблюдаются ещё более высокие константы off-rate для мутантов с заменами, облегчающими конформационные переходы петли L1, чем у дикого типа p53. Итак, эти результаты указывают на конформационное переключение петли L1, регулирующее индуцированный соотв. механизм, чтобы передавать специфичность связывания ДНК путем регуляции off-rates связывания ДНК независимо от сродства.

Petty et al (2011) отметили, что конформационное изменение регулирует off-rates связывания ДНК скорее, чем сродство и тем самым дает общее объяснение для универсального предпочтения конформационных переходов в сиквенс-специфических, ДНК-связывающих взаимодействиях между белком и ДНК (see Figure 1). Далее они предположили, что более крупные различия в off-rates связывания ДНК скорее, чем сродство, как предполагалось ранее, может объяснить, как эти белки распознают свои сайты мишени связывания среди огромного избытка геномной ДНК. Эти идеи привнесли новое дуновение в данный неразрешимый вопрос, как эти белки находят ДНК мишень in vivo и имеют значение для др. ДНК-связывающих белковых систем. Напр., сходная петля конформационных переключений наблюдается во многих прототипических белках репарации ДНК, которые распознают повреждения ДНК скорее, чем специфические последовательности. При репарационной эксцизии оснований ДНК ДНК-связывающие свойства для структурно охарактеризованных энзимов млекопитающих, таких как uracil-DNA glycosylase (Slupphaug et al, 1996) и apurinic/apyrimidinic endonuclease (Mol et al, 2000), напоминают таковые для сиквенс-специфических ДНК-связывающих белков, включая консервативные, электоростатически позитивные поверхностные гиды инициального связывания ДНК; снабженные желобком вспомогательные поверхности изгибания и позиционирования ДНК; энзимные петли, контактирующие с phosphodiester остовом ДНК; и изменения энзимов из открытой, несвязанной конформации в закрытую, связанную конформацию для успешного катализа и задержки высвобождения продукта (Parikh et al, 1999). При ДНК репарации O₆-alkylguanine повреждений, alkyltransferase-подобный белок использует связывающую повреждение полость конформационной пластичности и связанную с повреждением ДНК-обеспечивающее конформационное переключение открытой-к-закрытой петле, чтобы сохранить связанный с повреждением и непосредственно репарирующий один из двух самостоятельных путей репарации ДНК, управляет репарацией оснований или эксцизионной репарацией нуклеотидов (Mazon et al, 2009; Tubbs et al, 2009; Aramini et al, 2010; Tubbs and Tainer, 2010). Т.о., конформационные переключения могут выполнять далеко идущие роли в критических процессах ДНК, от выбора последовательности и распознавания мишени для пути репарации ДНК (Figure 1). В самом деле, структурный анализ белков и нуклеиновых кислот в растворе, включая p53 с использованием методов, таких как под малым углом рассеивание рентгеновских лучей, подтверждает, что конформационную изменчивость является общим функциональным признаком макромолекул (Rambo and Tainer, 2010). Итак, данные от Petty et al (2011) по p53 могут в целом информировать нас о специфичности макромолекулярных трансакций.