Die KIX Domäne des Transkriptionscoaktivators CREB Binding Protein (CBP) bindet Transkriptionsfaktoren kooperativ. Die Bindungsaffinitäten der jeweiligen Bindungspartner der KIX Domäne werden allosterisch reguliert: das Binden eines Transkriptionsfaktors an einer der beiden Bindungsstellen der KIX Domäne führt zur erhöhten Affinität des zweiten Liganden an einer zweiten, räumlich entfernten Bindungsstelle. Unsere Relaxations-Dispersions Messungen mittels Kernresonanzspektroskopie zeigen, dass das Binden eines einzelnen Transkriptionsfaktors, der Aktivierungsdomäne von Mixed Lineage Leukemia (MLL) die Formierung einer zweiten, niedrig populierten Proteinkonformation, einem sogenannten angeregten Zustand induziert, dies ist in Übereinstimmung mit dem Konformations-Selektions Modell, welches die Ligandenerkennung eines Proteins beschreibt. Die Daten zeigen, dass dem hydrophoben Kern der KIX Domäne, welcher die beiden Bindungsstellen der Liganden verknüpft, eine entscheidende Rolle im Mechanismus des kooperativen Bindens zukommt. Wir konnten zeigen, dass die allosterische Informationsübertragung, zwischen den Bindungsstellen über diesen hydrophoben Kern geschieht.
Weiters beschreiben wir die dreidimensionalen Proteinstrukturen des binären KIX Komplexes mit MLL und des ternären KIX Komplexes mit MLL und pKID in wässriger Lösung. Der hydrophobe Kern der KIX Domäne unterscheidet sich signifikant in den beiden Komplexen. Das Binden von pKID an den binären, aus KIX und MLL bestehenden Komplex führt zu einer definierten konformationellen Umlagerung im hydrophoben Kern welche den Pfad der allosterischen Informationsübertragung in der KIX Domäne konstituiert. Unsere Resultate liefern eine detaillierte strukturelle und dynamische Beschreibung der allosterischen Kommunikation in der KIX Domäne und Sie zeigen, dass Umlagerungen im hydrophoben Kern mechanistisch entscheidend sind.The KIX domain of the transcriptional co-activator CREB binding protein (CBP) cooperatively binds transcription factors. Allostery plays a significant role in the regulation of the affinities of the ligand molecules: transcription factor binding to one surface of the KIX domain enhances interactions with transcription factors to the second, remote binding site of the protein. Our nuclear magentic resonance spin relaxation studies reveals that binding of a single transcription factor molecule, the activation domain of mixed lineage leukemia (MLL) induces the formation of a low-populated (excited) conformer of KIX that resembles the conformation of the protein in the presence of the second ligand, in agreement with the conformational selection model of ligand recognition. The data highlights the mechanistic significance of the hydrophobic core of the KIX domain that bridges the two binding sites for the observed binding cooperativity revealing the allosteric pathway in KIX that connects the two binding sites. Furthermore, we describe the three-dimensional solution structures of the binary complex of KIX with MLL and the ternary complex of KIX formed by binding MLL and pKID to the KIX domain. Significant differences are found for the hydrophobic core of the KIX domain. Binding of pKID to the binary complex formed by KIX with MLL causes the hydrophobic core that constitutes the allosteric pathway to undergo a defined conformational transition, which propagates to the remote binding surface of the protein. Our results provide a structural rationalization of allosteric communication of the KIX domain, highlighting the mechanistic significance of the re-packing of the hydrophobic core of KIX
