Войти
Cro белковый комплекс с ДНК 
Взаимодействие ДНК (оранжевый) с гистонами (синий). Основные аминокислоты этих белков связываются с кислыми фосфатными группами на ДНК. 
лямбда репрессор спираль-поворот-спираль фактор транскрипции, связанный с его ДНК цель 
рестрикционный фермент EcoRV (зеленый) в комплексе с его субстратной ДНК ДНК-связывающие белки представляют собой белки, которые имеют ДНК-связывающие домены и, таким образом, обладают специфическим или общим сродством к одно- или двухцепочечной ДНК. Последовательно-специфичные ДНК-связывающие белки обычно взаимодействуют с большой бороздкой B-ДНК, потому что они открывают больше функциональных групп, которые идентифицируют пару оснований. Однако существуют некоторые известные ДНК-связывающие лиганды с малой бороздкой, такие как нетропсин, дистамицин, Hoechst 33258, пентамидин, DAPI и др.
ДНК-связывающих белков включают факторы транскрипции, которые модулируют процесс транскрипции, различные полимеразы, нуклеазы, которые расщепляют молекулы ДНК, и гистоны, которые участвуют в упаковке хромосомы и транскрипции в ядре клетки. ДНК-связывающие белки могут включать такие домены, как цинковый палец, спираль-поворот-спираль и лейциновая молния (среди многих других), которые облегчают связывание к нуклеиновой кислоте. Существуют также более необычные примеры, такие как эффекторы, подобные активаторам транскрипции.
Структурные белки, которые связывают ДНК, являются хорошо понятными примерами неспецифических взаимодействий ДНК-белок. Внутри хромосом ДНК находится в комплексах со структурными белками. Эти белки организуют ДНК в компактную структуру, называемую хроматином. У эукариот эта структура включает связывание ДНК с комплексом небольших основных белков, называемых гистонами. У прокариот задействовано несколько типов белков. Гистоны образуют дискообразный комплекс, называемый нуклеосомой, который содержит два полных витка двухцепочечной ДНК, обернутой вокруг ее поверхности. Эти неспецифические взаимодействия образуются за счет основных остатков в гистонах, образующих ионные связи с кислым сахарно-фосфатным остовом ДНК, и поэтому в значительной степени не зависят от последовательности оснований. Химические вещества модификации этих основных аминокислотных остатков включают метилирование, фосфорилирование и ацетилирование. Эти химические изменения изменяют силу взаимодействия между ДНК и гистонами, делая ДНК более или менее доступной для факторов транскрипции и изменяя скорость транскрипции. Другие неспецифические ДНК-связывающие белки в хроматине включают белки группы высокой подвижности (HMG), которые связываются с изогнутой или искаженной ДНК. Биофизические исследования показывают, что эти архитектурные белки HMG связывают, изгибают и петляют ДНК для выполнения своих биологических функций. Эти белки важны для изгиба массивов нуклеосом и их упорядочения в более крупные структуры, которые образуют хромосомы.
Отдельной группой ДНК-связывающих белков являются ДНК-связывающие белки, которые специфически связывают одноцепочечную ДНК. У людей белок репликации A является наиболее изученным членом этого семейства и используется в процессах, в которых двойная спираль разделяется, включая репликацию ДНК, рекомбинацию и репарацию ДНК. Эти связывающие белки, по-видимому, стабилизируют одноцепочечную ДНК и защищают ее от образования петель или разрушения под действием нуклеаз.
Напротив, другие белки эволюционировали, чтобы связываться с определенными последовательностями ДНК. Наиболее интенсивно из них изучаются различные факторы транскрипции, которые представляют собой белки, регулирующие транскрипцию. Каждый фактор транскрипции связывается с одним конкретным набором последовательностей ДНК и активирует или ингибирует транскрипцию генов, которые имеют эти последовательности рядом с их промоторами. Факторы транскрипции делают это двумя способами. Во-первых, они могут связываться с РНК-полимеразой, ответственной за транскрипцию, либо напрямую, либо через другие белки-медиаторы; это определяет местонахождение полимеразы на промоторе и позволяет ей начать транскрипцию. Альтернативно, факторы транскрипции могут связывать ферменты, которые модифицируют гистоны на промоторе. Это изменяет доступность матрицы ДНК для полимеразы.
Эти ДНК-мишени могут встречаться по всему геному организма. Таким образом, изменение активности одного типа факторов транскрипции может повлиять на тысячи генов. Таким образом, эти белки часто являются мишенями процессов передачи сигнала, которые контролируют ответы на изменения окружающей среды или клеточную дифференцировку и развитие. Специфичность взаимодействия этих факторов транскрипции с ДНК обусловлена множественными контактами белков с краями оснований ДНК, что позволяет им считывать последовательность ДНК. Большинство взаимодействий с основанием происходит в большой бороздке, где основания наиболее доступны. Математическое описание связывания белок-ДНК с учетом специфичности последовательности, а также конкурентного и кооперативного связывания белков разных типов обычно выполняется с помощью решеточных моделей . Были предложены вычислительные методы для определения специфичности связывающей ДНК последовательности, чтобы эффективно использовать многочисленные данные о последовательностях в постгеномную эру.
Происходят взаимодействия белок-ДНК когда белок связывает молекулу ДНК, часто для регулирования биологической функции ДНК, обычно экспрессии ген. К белкам, связывающимся с ДНК, относятся факторы транскрипции, которые активируют или подавляют экспрессию генов путем связывания с мотивами ДНК, и гистоны, которые образуют часть структуры ДНК и связываются с ней менее специфично. Также с ней тесно взаимодействуют белки, которые восстанавливают ДНК, такие как урацил-ДНК-гликозилаза.
Как правило, белки связываются с ДНК в большой бороздке ; однако бывают исключения. Взаимодействие белок-ДНК бывает в основном двух типов: специфическое взаимодействие или неспецифическое взаимодействие. Недавние эксперименты с одной молекулой показали, что ДНК-связывающие белки подвергаются быстрому повторному связыванию, чтобы связываться в правильной ориентации для распознавания целевого сайта.
Создание ДНК-связывающих белков с определенной ДНК -связь сайта была важной целью для биотехнологии. Белки «цинковые пальцы» были разработаны для связывания с конкретными последовательностями ДНК, и они являются основой нуклеаз «цинковые пальцы». Недавно были созданы эффекторные нуклеазы, подобные активатору транскрипции (TALEN), которые основаны на природных белках, секретируемых бактериями Xanthomonas через их систему секреции типа III. при заражении различных растений видов.
Существует множество методов in vitro и in vivo, которые полезны для обнаружения взаимодействий ДНК-белок. Ниже перечислены некоторые методы, которые используются в настоящее время: Анализ сдвига электрофоретической подвижности (EMSA) - широко распространенный качественный метод исследования взаимодействий белок-ДНК известных ДНК-связывающих белков. позволяет проводить качественный и количественный анализ предпочтений связывания ДНК известных белков in vitro. Этот метод позволяет анализировать белковые комплексы, которые связываются с ДНК (DPI-Recruitment-ELISA), или подходит для автоматического скрининга нескольких нуклеотидных зондов благодаря стандартному формату ELISA на планшете. Анализ отпечатков ДНКаз можно использовать для идентифицировать специфические сайты связывания белка с ДНК при разрешении пар оснований. Иммунопреципитация хроматина используется для идентификации in vivo областей-мишеней ДНК известного фактора транскрипции. Этот метод в сочетании с высокопроизводительным секвенированием известен как ChIP-Seq, а в сочетании с микрочипами он известен как ChIP-chip. Дрожжевая одногибридная система (Y1H) используется для определения того, какой белок связывается с конкретным фрагментом ДНК. Бактериальная одногибридная система (B1H) используется для определения того, какой белок связывается с конкретным фрагментом ДНК. Определение структуры с помощью рентгеновской кристаллографии было использовано для получения высокодетального атомарного представления взаимодействий белок-ДНК. Помимо этих методов, в лаборатории для исследования взаимодействия ДНК-белок in vivo и in vitro используются другие методы, такие как SELEX, PBM (микроматрицы связывания белков), микроматрицы ДНК, DamID, FAIRE или, в последнее время, DAP-seq.
Взаимодействия белок-ДНК можно модулировать с помощью таких стимулов, как ионная сила буфера, макромолекулярное скопление, температура, pH и электрическое поле. Это может привести к обратимой диссоциации / ассоциации комплекса белок-ДНК.
