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ロイシンジッパー（またはロイシンはさみ[ 1 ]）は、タンパク質によく見られる三次元構造モチーフです。これは、1988年にLandschulzらがエンハンサー結合タンパク質に非常に特徴的な30アミノ酸セグメントがあることを発見し[ 2 ] 、理想化されたαヘリックス上にこれらのアミノ酸配列を表示すると、8ヘリックス回転にわたる距離で7番目の位置にロイシン残基が周期的に繰り返されることが明らかになったことから初めて記述されました。これらの周期的なロイシン残基配列を含むポリペプチドセグメントはαヘリックス構造で存在し、1つのαヘリックスのロイシン側鎖が2番目のポリペプチドのαヘリックスのロイシン側鎖と相互に噛み合い、二量体化を促進すると考えられています。
ロイシンジッパーは、真核生物転写因子のbZIP（基本領域ロイシンジッパー）クラスの二量体化モチーフです。[ 3 ] bZIPドメインは60～80 アミノ酸長で、高度に保存されたDNA結合基本領域と、より多様なロイシンジッパー二量体化領域を有しています。[ 4 ]ロイシンジッパーは、タンパク質工学において人工的な二量体化を引き起こすためによく用いられます。ロイシンの位置は、タンパク質へのDNA結合に重要です。ロイシンジッパーは、真核生物と原核生物の両方の調節タンパク質に存在しますが、主に真核生物の特徴です。単にZIPと表記されることもあり、ZIP様モチーフは転写因子以外のタンパク質にも見られ、タンパク質間相互作用のための一般的なタンパク質モジュールの1つと考えられています。[ 5 ]
ロイシンジッパーは、DNAに結合した2つの特定のαヘリックスモノマーの二量体化によって形成されます。ロイシンジッパーは、2つのZIPドメイン間の両親媒性相互作用によって形成されます。ZIPドメインは各モノマーのαヘリックス内に存在し、ロイシンまたはロイシン様アミノ酸を含んでいます。これらのアミノ酸は、各領域のポリペプチド配列中に、配列が3次元のαヘリックスに巻き込まれたときにロイシン残基がヘリックスの同じ側に並ぶように配置されています。この、ロイシンが並ぶαヘリックスの領域はZIPドメインと呼ばれ、各ZIPドメインのロイシンは他のZIPドメインのロイシンと弱く相互作用し、可逆的にαヘリックスを結合させます（二量体化）。これらのαヘリックスが二量体化すると、ジッパーが形成されます。らせん構造の疎水性側は、自身または別の類似のらせん構造と二量体を形成し、非極性アミノ酸を溶媒から遠ざけるように埋め込む。らせん構造の親水性側は、溶媒中の水と相互作用する。
ロイシンジッパーモチーフは、2つ以上のαヘリックスが互いに巻き付いて超らせんを形成するコイルドコイルのサブタイプと考えられています。コイルドコイルには、疎水性パターンと残基組成が両親媒性αヘリックスの構造と適合する3残基および4残基の繰り返しが含まれています。交互に現れる3残基および4残基の配列要素は、アミノ酸がa'からg'と指定されるヘプタッド繰り返しを構成します。 [ 6 ]位置aおよびdの残基は一般的に疎水性で、ノブと穴のジグザグパターンを形成し、別のストランド上の同様のパターンと相互にかみ合ってぴったりとフィットする疎水性コアを形成しますが、[ 7 ]位置eおよびgの残基は静電相互作用に寄与する荷電残基です。[ 8 ]
ロイシンジッパーの場合、ヘプタッドリピートのd位置にはロイシンが優勢である。これらの残基はαヘリックスの2回転ごとに互いに密に詰め込まれ、2つのヘリックス間の疎水性領域は、a位置の残基によって完成される。これらの残基もまた、しばしば疎水性である。タンパク質の機能にとって重要であることが証明されない限り、これらはコイルドコイルと呼ばれる。もしそうであれば、それらは「ドメイン」サブセクションに注釈付けされ、それはbZIPドメインとなる。[ 9 ]
このようなαヘリックスの2つの異なるタイプが対になってヘテロ二量体ロイシンジッパーを形成することができる。eまたはgの位置に非極性アミノ酸残基がある場合、2つの異なるロイシンジッパーからなるヘテロ四量体が試験管内で生成される可能性があり、これは相互作用面の全体的な疎水性とファンデルワールス相互作用がコイルドコイルの組織を変化させ、ロイシンジッパーヘテロ二量体の形成に役割を果たしている可能性があることを示唆している。[ 10 ]
bZIPは、リジンやアルギニンなどの「塩基性」ドメインの特定のアミノ酸の塩基性アミン残基（(提供された表(pH順にソート)の塩基性アミノ酸を参照）を介してDNAと相互作用します。これらの塩基性残基はDNAの主溝で相互作用し、配列特異的な相互作用を形成します。bZIPタンパク質による転写調節のメカニズムは詳細に研究されています。ほとんどのbZIPタンパク質は、CACGTG(Gボックス)、GACGTC(Cボックス)、TACGTA(Aボックス)、AACGTT(Tボックス)、およびGCN4モチーフ、すなわちTGA(G/C)TCAを含むACGTモチーフに対して高い結合親和性を示します。[ 2 ] [ 4 ] [ 11 ] bZIPヘテロ二量体はさまざまな真核生物に存在し、進化の複雑性が高い生物でより一般的です。[ 12 ]ヘテロ二量体bZIPタンパク質は、タンパク質間相互作用の親和性において、ホモ二量体bZIPおよび互いに異なります。[ 13 ]これらのヘテロ二量体は複雑なDNA結合特異性を示す。異なるパートナーと結合すると、ほとんどのbZIPペアは、各パートナーが好むDNA配列に結合する。場合によっては、異なるbZIPパートナーの二量体化により、各パートナー単独の好みに基づいて予測できなかった方法で、ペアが標的とするDNA配列が変化することがある。これは、ヘテロ二量体として、bZIP転写因子はDNAのどの場所を標的とするかの好みを変えることができることを示唆している。bZIPドメインが異なるパートナーと二量体を形成する能力は、bZIP転写因子が結合し、遺伝子発現を制御できるゲノム上の場所を大幅に拡大する。[ 13 ]
OsOBF1などの少数のbZIP因子は回文配列も認識できる。[ 14 ]しかし、LIP19、OsZIP-2a、OsZIP-2bなどの他の因子はDNA配列に結合しない。代わりに、これらのbZIPタンパク質は他のbZIPとヘテロ二量体を形成して転写活性を調節する。[ 14 ] [ 15 ]
ロイシンジッパー制御タンパク質には、正常な発生の重要な制御因子であるc-fosとc-jun（AP1転写因子）[ 16 ] 、およびmyc、max、mxd1などのmycファミリーメンバーが含まれます。これらが重要な領域で過剰に産生されたり変異したりすると、癌を引き起こす可能性があります。[ 16 ]
bZIPドメインを含む核因子インターロイキン3調節タンパク質（NFIL3）は、様々な生物学的プロセスを制御する上で複数の役割を果たす転写抑制因子である。NFIL3タンパク質は、b-ZIPドメインを含む462個のアミノ酸から構成される。このドメインのN末端部分には、DNAに直接結合する塩基性モチーフが存在する。b-ZIPドメインのC末端部分には、ホモ二量体化およびヘテロ二量体化を媒介する両親媒性ロイシンジッパー領域が存在する。
Nfil3遺伝子の発現は概日周期に伴って変化し、抑制因子であるNFIL3は概日リズムを調節する。NFIL3は、概日転写因子のコンセンサス配列の一つであるDNA中のDボックスエレメントへの結合において、転写活性化因子であるDサイトアルブミンプロモーター結合タンパク質（DBP）と競合する。DBPは別のbZIPタンパク質であり、NFIL3とは逆の発現レベルを示す。NFIL3レベルが高い場合、Dボックスエレメントによって制御される遺伝子は抑制される。Nfil3の過剰発現は概日周期を短縮する。
NFIL3は細胞生存に影響を与え、発癌に関与する。NFIL3は、多くの細胞種においてアポトーシスによる細胞死を阻害し、発癌につながる生存因子であることが示されている。NFIL3の高発現レベルは乳癌と関連していることが示されている。癌細胞では、NFIL3はヒストン脱アセチル化酵素2（HDAC2）と結合し、腫瘍壊死因子リガンドスーパーファミリーメンバー10（TRAIL ）やTNF受容体スーパーファミリーメンバー6（FAS）などのアポトーシス促進遺伝子を抑制してアポトーシスを阻止する。NFIL3はまた、DNAに結合して転写因子フォークヘッドボックスO1（ FOXO1 ）の細胞死遺伝子へのアクセスを阻害することにより、癌細胞のアポトーシスを阻害し、細胞周期を阻害して発癌を促進する。大腸癌では、NFIL3は別のタイプの転写因子であるプロリン酸リッチ（PAR）タンパク質のリクルートメントも阻害する可能性がある。
NFIL3は、神経再生関連遺伝子の抑制因子として機能します。NFIL3は、再生能力を持つ神経細胞で発現し、細胞増殖を制御します。NFIL3の発現は、リン酸化されたcAMP応答配列結合タンパク質（CREB）によって誘導され、NFIL3タンパク質はCREBおよびCCAAT/エンハンサー結合タンパク質（CEBP）と共通の結合部位をめぐって競合し、CREBおよびCEBPの標的遺伝子の発現を抑制することで、cAMPシグナル伝達の効果を打ち消します。同時に、NFIL3は自身のプロモーターに結合して自身の発現を抑制し、神経再生の負のフィードバック制御を形成します。
NFIL3は免疫学においても重要であることがわかっています。ナチュラルキラー細胞に必要であり、ヘルパーT細胞における抗炎症反応、B細胞からのIgE産生、CD8a樹状細胞の成熟、CD8+T細胞のプライミングなど、他の免疫細胞の発達と機能に不可欠です。 [ 17 ]