54 www.postepybiochemii.pl Białka z rodziny MAdS — kombinatoryczne regulatory transkrypcji u grzybów, zwierząt i roślin Łukasz Szafron 1 Tomasz Jagielski 2 Agnieszka dzikowska 3,4, 1 Zakład Patologii Molekularnej, Centrum On- kologii – Instytut im. Marii Skłodowskiej-Cu- rie, Warszawa 2 Zakład Mikrobiologii, Instytut Gruźlicy i Cho- rób Płuc, Warszawa  Instytut Genetyki i Biotechnologii, Wydział Biologii, Uniwersytet Warszawski, Warszawa 4 Instytut Biochemii i Bioizyki PAN, Warsza- wa  Instytut Genetyki i Biotechnologii, Wydział Biologii, Uniwersytet Warszawski Pawińskie- go 5A, 02-106 Warszawa; tel.: (022) 592 22 42, e-mail: adzik@ibb.waw.pl Artykuł otrzymano 24 listopada 2008 r. Artykuł zaakceptowano 6 stycznia 2009 r. Słowa kluczowe: czynniki transkrypcyjne, domena MADS, SRF, MEF2, Mcm1p, rozwój kwiatu Wykaz skrótów: ARC (ang. arginine control element) — sekwencja rozpoznawana przez kompleks białek ArgRp i Mcm1p; CaMK (ang. calcium / calmodulin dependent protein kinase) — kinaza białkowa zależna od wapnia i kalmodu- liny; HAT (ang. histone acetyltransferase) - ace- tylotransferaza histonów; HDAC (ang. histone deacetylase) — deacetylaza histonów; MAPK (ang. mitogen activated protein kinase) — kinaza białkowa aktywowana przez mitogeny, kinaza MAP; PRE (ang. pheromone response element) — sekwencja rozpoznawana przez Ste12p; SRE (ang. serum response element) — sekwencja DNA rozpoznawana przez SRF; SRF (ang. se- rum response factor) — czynnik odpowiedzi na surowicę krwi STRESZCZEnIE S trukturalne i funkcjonalne zróżnicowanie komórek wynika głównie z kombinatorycz- nej regulacji ekspresji genów, w której czynniki transkrypcyjne w różny sposób i w od- miennych kombinacjach oddziałują ze sobą w odpowiedzi na sygnały przekazywane przez odpowiednie ścieżki przekazywania sygnałów. Występujące we wszystkich królestwach eukariotycznych czynniki transkrypcyjne z rodziny MAdS pełnią kluczową funkcję w prze- kazywaniu sygnałów do genomu. Białka MAdS oddziałują z innymi regulatorami, tworząc kompleksy aktywujące lub hamujące transkrypcję. W wielu przypadkach te dodatkowe biał- ka wpływają na powinowactwo i specyiczność kompleksu w stosunku do sekwencji doce- lowej, wpływają na strukturę chromatyny oraz decydują o tym, które grupy genów i w jaki sposób podlegają regulacji. Charakterystyczną cechą białek MAdS jest obecność zachowa- nej w ewolucji domeny MAdS, niezbędnej do wiązania i zaginania dnA, dimeryzacji oraz oddziaływania z innymi białkami. Zwierzęce białka MAdS biorą udział w regulacji proce- sów wzrostu i różnicowania komórek, morfogenezy i embriogenezy; w komórkach drożdży uczestniczą w kontroli cyklu komórkowego, regulacji ekspresji genów specyicznych dla typu płciowego, metabolizmu argininy, biosyntezy ściany komórkowej i odpowiedzi ko- mórki na stres osmotyczny; u roślin pełnią funkcje homeotyczne, regulując proces rozwoju kwiatów. W niniejszej pracy przedstawiono charakterystykę białek MAdS z punktu widze- nia ich oddziaływań z innymi białkami oraz mechanizmu ich aktywacji przez różne ścieżki przekazywania sygnału oraz podsumowano teorie dotyczące ewolucji tej rodziny eukario- tycznych czynników transkrypcyjnych. WPROWAdZEnIE Białka z rodziny MADS stanowią liczną rodzinę czynników transkrypcyjnych biorących udział w kontroli podstawowych procesów metabolicznych i rozwoju oraz przekazywaniu sygnałów w komórkach eukariotycznych. Białka te są sze- roko rozpowszechnione u Eucaryota, zidentyikowano je u grzybów, zwierząt oraz roślin. Domena MADS (ang. MADS-box) jest kluczowa dla funkcji białka, a jej sekwencja aminokwasowa jest zachowana w ewolucji [1,2]. W zależności od niewielkich różnic w sekwencji aminokwasowej domeny MADS oraz od obec- ności dodatkowych domen w białku, czynniki transkrypcyjne z rodziny MADS dzieli się na dwie odrębne klasy. Pierwszą tworzą czynniki MADS typu I (po- dobne do SRF), do których zalicza się m.in. SRF - czynnik odpowiedzi na suro- wicę krwi u człowieka, Mcm1p i ArgRIp z Saccharomyces cerevisiae, a także nie- które roślinne białka MADS, jak AGL34-like, AGL30, czy AGL33 z rzodkiewnika (Arabidopsis thaliana). Drugą klasę stanowią czynniki MADS typu II (podobne do MEF2). Należą do niej regulatory MEF2 zwierząt, białka Rlm grzybów, a także większość białek MADS roślin. Niektóre czynniki transkrypcyjne zawierające domenę MADS trudno jest zaklasyikować do I lub II typu [1,3]. BUdOWA CZynnIKóW TRAnSKRyPCyJnyCH Z ROdZIny MAdS Nazwa domeny MADS pochodzi od nazw 4 najwcześniej zidentyikowanych białek posiadających tę domenę: drożdżowego Mcm1p, roślinnych AGAMOUS i DEFICIENS oraz zwierzęcego SRF [2]. Budowę białek z tej rodziny przedsta- wiono schematycznie na rycinie 1. Trzeciorzędowa struktura domeny MADS jest dobrze poznana [4-6], a białka ją zawierające wiążą się z DNA jako homo- lub heterodimery. Domena MADS składa się z 56. konserwowanych aminokwa- sów odpowiedzialnych za oddziaływania z DNA i dimeryzację. W jej obrębie można wyróżnić dwa regiony o odmiennych funkcjach (Ryc. 1a). Hydroilowy N-końcowy region domeny, zawierający stosunkowo dużo aminokwasów za- sadowych, ma budowę α-helikalną i odpowiada za specyiczne wiązanie białka z DNA. Natomiast region położony bliżej końca C domeny jest zbudowany z dwóch hydrofobowych struktur β biorących udział w dimeryzacji, między któ- rymi znajduje się pętla β. Domeny MADS w białkach typu I i II nieco różnią się sekwencją najwyższej zgodności i dlatego wyróżnia się domenę MADS typu SRF (w białkach typu I) oraz domenę typu MEF2 (w białkach typu II). Lokaliza-