Telomere sind Protein-DNA-Komplexe, die natürliche Chromosomenenden von geschädigter DNA unterscheiden. Die telomere DNA bei Säugetieren besteht aus langen tandemischen Wiederholungen der doppelsträngigen telomeren Wiederholungen von TTAGGG, gefolgt von einer einzelsträngigen DNA am 3′-Ende. TRF1 und TRF2 sind Säugetier-telomere wiederholungsbindende Faktoren. TRF1 interagiert mit TIN2, PINX1 und Tankyrase 1 und 2, Poly(ADP-Ribose)-Polymerasen. Pot1 interagiert dagegen mit einem Komplex dieser Proteine am 3′-Überhang, der aus einzelsträngiger telomerer DNA besteht. Im Gegensatz dazu interagiert TRF2 mit Rap1 und dem Mre11-Komplex, der aus Mre11, Rad50 und Nbs1 besteht.
Die Überexpression von wildtypischem TRF1 führt zur Verkürzung der Telomere in Anwesenheit von Telomerase, während die Expression eines dominant-negativen Allels von TRF1 zur Verlängerung der Telomere führt. Im Gegensatz dazu führt die Expression eines dominant-negativen Allels von TRF2 zur Destabilisierung der Chromosomen, zur Fusion von Chromosomenenden, zur Aktivierung der ATM/p53- oder p16/RB-Signalwege und zur Induktion von Seneszenz oder Apoptose. Darüber hinaus kann TRF2 von sich aus T-Loops bilden. Obwohl die zellulären Funktionen von TRF1 und TRF2 unterschiedlich sind, enthalten beide ähnliche funktionale Domänen, eine zentrale TRF-Homologie-Domäne und eine C-terminale DNA-Bindungsdomäne. Ihre N-terminalen Domänen unterscheiden sich voneinander: eine saure Domäne bei TRF1 und eine basische Domäne bei TRF2. Beide TRF-H-Domänen können ein Homodimer, aber kein Heterodimer bilden. Beide DNA-Bindungsdomänen von TRF1 und TRF2 enthalten eine Aminosäuresequenz, die jeder Sequenz der drei Wiederholungen in der c-Myb-DNA-Bindungsdomäne ähnlich ist.
Das c-Myb-Protein ist ein Transkriptionsaktivator, der an eine Konsensus-Sequenz von TAACNG bindet und die Proliferation hämatopoetischer Zellen reguliert. Die DNA-Bindungsdomäne von c-Myb besteht aus drei unvollkommenen Tandemwiederholungen, R1, R2 und R3, die jeweils aus 52 Aminosäuren bestehen. Die c-Myb-Wiederholungen haben sehr ähnliche Tertiärstrukturen, die aus drei Helices bestehen, und die zweite und dritte Helix bilden ein Helix-Turn-Helix-Variationsmotiv. In einem DNA-Komplex der minimalen DNA-Bindungsdomäne von c-Myb, R2R3, sind sowohl R2 als auch R3 eng gepackt in der großen Furche der DNA und erkennen kooperativ eine spezifische Basensequenz.
Im Gegensatz dazu kann in einem DNA-Komplex der DNA-Bindungsdomäne von hTRF1 nur die einzelne Myb-ähnliche Domäne, bestehend aus drei Helices, spezifisch an eine doppelsträngige telomere DNA mit der Sequenz GTTAGGGTTAGGG binden. Die dritte Helix erkennt die mittlere AGGG-Sequenz in der großen Furche der DNA, und der N-terminale flexible Arm interagiert mit der folgenden TT-Sequenz in der kleinen Furche. Das Homodimer von TRF1 bindet nicht nur an benachbarte telomere Wiederholungen, sondern auch an weit voneinander entfernte Bindungsstellen unabhängig voneinander und an zwei verschiedene DNA-Moleküle. TRF2 bindet auch an doppelsträngige DNA. Die DNA-Bindungsdomäne von hTRF2 zeigt eine ~59%ige Sequenzidentität und eine 70%ige Ähnlichkeit zu dem entsprechenden Bereich von hTRF1. Beide hTRF1 und hTRF2, die unterschiedliche zelluläre Funktionen aufweisen, scheinen eine eng verwandte DNA-Bindungsweise zu haben. Wir haben zuvor die Tertiärstrukturen der hTRF1 DNA-Bindungsdomäne gebunden und ungebunden an einer telomeren doppelsträngigen DNA berichtet. Hier haben wir die Tertiärstrukturen der hTRF2 DNA-Bindungsdomäne gebunden und ungebunden an einer telomeren doppelsträngigen DNA mit derselben Sequenz von GTTAGGGTTAGGG bestimmt und diese Strukturen mit den entsprechenden Strukturen von hTRF1 verglichen. Wir haben kleine, aber signifikante strukturelle Unterschiede zwischen den DNA-Komplexen von hTRF1 und hTRF2 beobachtet. Darüber hinaus haben wir die telomere DNA-Bindungsaktivität beider DNA-Bindungsdomänen untersucht und festgestellt, dass hTRF1 eine stärkere Bindung aufweist als hTRF2. Basierend auf den strukturellen Unterschieden in den Domänen könnten die unterschiedlichen DNA-Bindungsfähigkeiten gut erklärt werden. Zusätzlich haben wir mehrere Mutanten der hTRF2 DNA-Bindungsdomäne mit stärkeren Bindungsaktivitäten im Vergleich zum Wildtyp hTRF2 erstellt.
