酵母GCN4のロイシンジッパージマー化モチーフにおける保存されたロイシンの役割

酵母GCN4は、コイルドコイルに構造的に似ているロイシンジッパーモチーフを介してBZIP DNA結合ドメインが二量体化する真核生物転写因子のクラスに属します。ロイシンジッパーには、タンパク質モノマー間のアルファヘリカル疎水性界面内にあるまさに7つの残基間隔の4〜5の高度に保存されたロイシン残基が含まれています。ここでは、in vivoで転写を活性化し、in vitroでDNAを結合する能力について一連の変異誘導体を分析することにより、GCN4ロイシンジッパーにおける4つの標準的なロイシンの役割を調査します。GCN4ロイシンジッパーは、驚くほど変異に耐性があり、野生型GCN4と区別できない塩基性および酸性アミノ酸を含む4人のロシンのいずれかに多種多様な単一置換があります。さらに、2つのロイシン置換を含むいくつかの誘導体は、機能の低下であるが検出可能なものを示しています。これらの結果は、コイルドコイル内の他の残基が効率的な二量体化に重要であることを示しており、保存されたロイシン繰り返しを欠くいくつかの真核生物の転写調節タンパク質が、構造的に相同性のモチーフを介して二量体になることを示唆しています。興味深いことに、我々の結果は、ラムダリプレッサーGCN4ジッパーハイブリッドタンパク質のコンテキストでGCN4ロイシンジッパーの変異を分析することによって得られたものといくつかの点で異なります。これらの明らかな違いは、BZIPタンパク質によるDNA結合のためのロイシンジッパーと基本領域のサブドメインとの間の機能的な相互関係を反映している可能性があります。

Yeast GCN4 belongs to the class of eukaryotic transcription factors whose bZIP DNA-binding domains dimerize via a leucine zipper motif that structurally resembles a coiled coil. The leucine zipper contains 4-5 highly conserved leucine residues spaced exactly 7 residues apart that are located within the alpha-helical hydrophobic interface between protein monomers. Here, we investigate the role of the four canonical leucines in the GCN4 leucine zipper by analyzing a series of mutated derivatives for their ability to activate transcription in vivo and to bind DNA in vitro. The GCN4 leucine zipper is surprisingly tolerant of mutations, with a wide variety of single substitutions at any of the four leucines including basic and acidic amino acids behaving indistinguishably from wild-type GCN4. Moreover, some derivatives containing two leucine substitutions display detectable though reduced function. These results indicate that other residues within the coiled coil are crucial for efficient dimerization, and they suggest that some eukaryotic transcriptional regulatory proteins lacking the conserved leucine repeat will dimerize through a structurally homologous motif. Interestingly, our results differ in several respects from those obtained by analyzing mutations in the GCN4 leucine zipper in the context of a lambda repressor-GCN4 zipper hybrid protein. These apparent differences may reflect a functional interrelationship between the leucine zipper and basic region subdomains for DNA-binding by bZIP proteins.