Una cremallera de leucina (o tijeras de leucina [1] ) es un motivo estructural tridimensional común en las proteínas. Fueron descritas por primera vez por Landschulz y colaboradores en 1988 [2] cuando descubrieron que una proteína de unión a potenciador tenía un segmento de 30 aminoácidos muy característico y la presentación de estas secuencias de aminoácidos en una hélice alfa idealizada reveló una repetición periódica de residuos de leucina en cada séptima posición a lo largo de una distancia que abarca ocho vueltas helicoidales. Se propuso que los segmentos polipeptídicos que contienen estas matrices periódicas de residuos de leucina existieran en una conformación alfa-helicoidal y que las cadenas laterales de leucina de una hélice alfa se entrelazaran con las de la hélice alfa de un segundo polipéptido, lo que facilita la dimerización.
Las cremalleras de leucina son un motivo de dimerización de la clase bZIP (cremallera de leucina de región básica) de factores de transcripción eucariotas . [3] El dominio bZIP tiene una longitud de 60 a 80 aminoácidos con una región básica de unión al ADN altamente conservada y una región de dimerización de cremallera de leucina más diversificada. [4] La localización de las leucinas es fundamental para la unión del ADN a las proteínas. Las cremalleras de leucina están presentes tanto en proteínas reguladoras eucariotas como procariotas, pero son principalmente una característica de los eucariotas. También se pueden anotar simplemente como ZIP, y se han encontrado motivos similares a ZIP en proteínas distintas de los factores de transcripción y se cree que son uno de los módulos proteicos generales para las interacciones proteína-proteína . [5]
La cremallera de leucina se crea por la dimerización de dos monómeros de hélice alfa específicos unidos al ADN. La cremallera de leucina se forma por interacción anfipática entre dos dominios ZIP. El dominio ZIP se encuentra en la hélice alfa de cada monómero y contiene leucinas o aminoácidos similares a la leucina. Estos aminoácidos están espaciados en la secuencia polipeptídica de cada región de tal manera que cuando la secuencia se enrolla en una hélice alfa 3D, los residuos de leucina se alinean en el mismo lado de la hélice. Esta región de la hélice alfa, que contiene las leucinas que se alinean, se llama dominio ZIP, y las leucinas de cada dominio ZIP pueden interactuar débilmente con las leucinas de otros dominios ZIP, manteniendo unidas de forma reversible sus hélices alfa (dimerización). Cuando estas hélices alfa se dimerizan, se forma la cremallera. El lado hidrófobo de la hélice forma un dímero consigo mismo o con otra hélice similar, enterrando los aminoácidos no polares lejos del solvente . El lado hidrófilo de la hélice interactúa con el agua en el solvente.
Los motivos de cremallera de leucina se consideran un subtipo de espirales enrolladas , que están formadas por dos o más hélices alfa que se enrollan una alrededor de la otra para formar una superenrollación . Las espirales enrolladas contienen repeticiones de 3 y 4 residuos cuyo patrón de hidrofobicidad y composición de residuos es compatible con la estructura de las hélices alfa anfipáticas. Los elementos de secuencia alternados de tres y cuatro residuos constituyen repeticiones de heptada en las que los aminoácidos se designan de a' a g'. [6] Mientras que los residuos en las posiciones a y d son generalmente hidrófobos y forman un patrón en zigzag de protuberancias y agujeros que se entrelazan con un patrón similar en otra hebra para formar un núcleo hidrófobo de ajuste apretado, [7] los residuos en las posiciones e y g son residuos cargados que contribuyen a la interacción electrostática. [8]
En el caso de las cremalleras de leucina, las leucinas predominan en la posición d de la repetición de heptada. Estos residuos se apiñan entre sí cada segundo giro de las hélices alfa, y la región hidrofóbica entre dos hélices se completa con residuos en las posiciones a, que también son frecuentemente hidrofóbicos. Se las denomina espirales superenrolladas a menos que se demuestre que son importantes para la función de la proteína. Si ese es el caso, se las anota en la subsección de “dominio”, que sería el dominio bZIP. [9]
Dos tipos diferentes de tales hélices α pueden aparearse para formar una cremallera de leucina heterodímera. Con residuos de aminoácidos apolares en la posición e o g, se puede generar in vitro un heterotetrámero que consta de dos cremalleras de leucina diferentes, lo que implica que la hidrofobicidad general de la superficie de interacción y la interacción de van der Waals pueden alterar la organización de las espirales enrolladas y desempeñar un papel en la formación del heterodímero de la cremallera de leucina. [10]
El bZIP interactúa con el ADN a través de residuos básicos de amina (ver aminoácidos básicos en ( tabla proporcionada (ordenar por pH)) de ciertos aminoácidos en el dominio "básico", como lisinas y argininas . Estos residuos básicos interactúan en el surco mayor del ADN, formando interacciones específicas de secuencia. El mecanismo de regulación transcripcional por las proteínas bZIP se ha estudiado en detalle. La mayoría de las proteínas bZIP muestran una alta afinidad de unión por los motivos ACGT, que incluyen CACGTG (caja G), GACGTC (caja C), TACGTA (caja A), AACGTT (caja T) y un motivo GCN4, concretamente TGA(G/C)TCA. [2] [4] [11] Los heterodímeros bZIP existen en una variedad de eucariotas y son más comunes en organismos con mayor complejidad evolutiva. [12] Las proteínas bZIP heterodímeras difieren de las bZIP homodímeras y entre sí en la afinidad de interacción proteína-proteína. [13] Estos heterodímeros exhiben ADN complejo . especificidad de unión . Cuando se combinan con un socio diferente, la mayoría de los pares bZIP se unen a secuencias de ADN que cada socio individual prefiere. En algunos casos, la dimerización de diferentes socios bZIP puede cambiar la secuencia de ADN a la que se dirige el par de una manera que no podría haberse predicho basándose en las preferencias de cada socio solo. Esto sugiere que, como heterodímeros, los factores de transcripción bZIP pueden cambiar sus preferencias sobre la ubicación a la que se dirigen en el ADN. La capacidad de los dominios bZIP para formar dímeros con diferentes socios amplía en gran medida las ubicaciones en el genoma a las que los factores de transcripción bZIP pueden unirse y desde las que pueden regular la expresión génica. [13]
Un pequeño número de factores bZIP, como OsOBF1, también pueden reconocer secuencias palindrómicas . [14] Sin embargo, los demás, incluidos LIP19, OsZIP-2a y OsZIP-2b, no se unen a secuencias de ADN. En cambio, estas proteínas bZIP forman heterodímeros con otros bZIP para regular las actividades transcripcionales . [14] [15]
Las proteínas reguladoras de la cremallera de leucina incluyen c-fos y c-jun (el factor de transcripción AP1), importantes reguladores del desarrollo normal, [16] así como miembros de la familia myc, incluidos myc , max y mxd1 . Si se producen en exceso o mutan en un área vital, pueden causar cáncer . [16]
La proteína regulada por interleucina 3 del factor nuclear que contiene bZIP ( NFIL3 ) es un represor de la transcripción que desempeña múltiples funciones en la regulación de varios procesos biológicos. La proteína NFIL3 tiene 462 aminoácidos, incluido un dominio b-ZIP. La porción N-terminal del dominio contiene el motivo básico, que se une directamente al ADN. La porción C-terminal del dominio b-ZIP contiene una región de cremallera de leucina anfipática, que media la homo- y hetero- dimerización.
La expresión del gen Nfil3 cambia junto con el ciclo circadiano y el NFIL3, como factor de represión, regula el ritmo circadiano. El NFIL3 compite con la proteína de unión al promotor de la albúmina del sitio D del activador de la transcripción ( DBP ) en la unión con los elementos de la caja D en el ADN, que es uno de los sitios de consenso del factor de transcripción circadiano. DBP es otra proteína bZIP y muestra una cartera opuesta de nivel de expresión al de NFIL3. Cuando el nivel de NFIL3 es alto, los genes bajo el control de los elementos de la caja D serán reprimidos. La sobreexpresión de Nfil3 acorta el ciclo circadiano.
El NFIL3 influye en la supervivencia celular e interviene en la oncogénesis. Se ha demostrado que el NFIL3 es un factor de supervivencia que impide la muerte celular apoptótica en numerosos tipos de células y conduce a la oncogénesis. Se ha demostrado que un alto nivel de expresión de NFIL3 se asocia con el cáncer de mama. En las células cancerosas, el NFIL3 se asocia con la histona desacetilasa 2 ( HDAC2 ) y reprime genes proapoptóticos como el miembro 10 de la superfamilia del ligando del factor de necrosis tumoral ( TRAIL ) y el miembro 6 de la superfamilia del receptor de TNF (FAS) para prevenir la apoptosis. El NFIL3 también puede obstaculizar la apoptosis en las células cancerosas uniéndose al ADN y bloqueando el acceso del factor de transcripción Forkhead box O1 ( FOXO1 ) a los genes de muerte celular, lo que socava el ciclo celular y promueve la oncogénesis. En el cáncer de colon, el NFIL3 también puede bloquear el reclutamiento de otro tipo de factores de transcripción, las proteínas ricas en ácido prolinico (PAR).
El NFIL3 funciona como un represor de los genes asociados a la regeneración neuronal. El Nfil3 se expresa en células neuronales con potencial de regeneración para mantener el crecimiento celular bajo control. La expresión de Nfil3 es inducida por la proteína de unión al elemento de respuesta al AMPc fosforilada ( CREB ), y la proteína NFIL3 a su vez compite por los sitios de unión compartidos con CREB y la proteína de unión al potenciador/CCAAT ( CEBP ), que regula a la baja los genes diana de CREB y CEBP para contrarrestar el efecto de la señalización del AMPc. Mientras tanto, el NFIL3 se une a su propio promotor para reprimir su propia expresión, creando una regulación de retroalimentación negativa de la regeneración neuronal.
También se ha descubierto que el NFIL3 es importante en inmunología. Es necesario para las células asesinas naturales y es vital para el desarrollo y el funcionamiento de otras células inmunitarias, incluidas, entre otras, la respuesta antiinflamatoria en las células T colaboradoras , la producción de IgE a partir de las células B, la maduración de las células dendríticas CD8a y la preparación de las células T CD8+. [17]