✖


Jump to content

ДНК-связывающий белок

(Перенаправлено с ДНК-связывающего лиганда )
Комплекс кропротеина с ДНК
Взаимодействие ДНК (оранжевый) с гистонами (синий). Основные аминокислоты этих белков связываются с кислотными фосфатными группами ДНК.
лямбда - репрессора Фактор транскрипции спираль-поворот-спираль связан со своей ДНК-мишенью. [ 1 ]
Фермент рестрикции EcoRV (зеленый) в комплексе с ДНК-субстратом. [ 2 ]

ДНК-связывающие белки — это белки , которые имеют ДНК-связывающие домены и, таким образом, обладают специфическим или общим сродством к одно- или двухцепочечной ДНК . [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] ДНК-связывающие белки, специфичные для последовательности, обычно взаимодействуют с большой бороздкой , B-ДНК поскольку она открывает больше функциональных групп , которые идентифицируют пару оснований . [ 6 ] [ 7 ]

Примеры

[ редактировать ]

ДНК-связывающие белки включают факторы транскрипции , которые модулируют процесс транскрипции, различные полимеразы , нуклеазы , расщепляющие молекулы ДНК, и гистоны , которые участвуют в упаковке хромосом и транскрипции в ядре клетки . ДНК-связывающие белки могут включать в себя такие домены, как цинковый палец , спираль-поворот-спираль и лейциновую застежку (среди многих других), которые облегчают связывание с нуклеиновой кислотой. Есть и более необычные примеры, такие как активаторы транскрипции, подобные эффекторам .

Неспецифические ДНК-белковые взаимодействия

[ редактировать ]

Структурные белки, связывающие ДНК, являются хорошо изученными примерами неспецифических взаимодействий ДНК-белок. Внутри хромосом ДНК содержится 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 задействованы несколько типов белков. [ 8 ] [ 9 ] Гистоны образуют дискообразный комплекс, называемый нуклеосомой , который содержит два полных витка двухцепочечной ДНК, обернутых вокруг его поверхности. Эти неспецифические взаимодействия образуются посредством основных остатков в гистонах, образующих ионные связи с кислым сахарофосфатным остовом ДНК, и поэтому в значительной степени независимы от последовательности оснований. [ 10 ] Химические модификации этих основных аминокислотных остатков включают метилирование , фосфорилирование и ацетилирование . [ 11 ] Эти химические изменения изменяют силу взаимодействия между ДНК и гистонами, делая ДНК более или менее доступной для факторов транскрипции и изменяя скорость транскрипции. [ 12 ] Другие неспецифические ДНК-связывающие белки в хроматине включают белки группы высокой подвижности (HMG), которые связываются с изогнутой или искаженной ДНК. [ 13 ] Биофизические исследования показывают, что эти архитектурные белки HMG связывают, изгибают и образуют петли ДНК, выполняя ее биологические функции. [ 14 ] [ 15 ] Эти белки играют важную роль в изгибании массивов нуклеосом и их организации в более крупные структуры, образующие хромосомы. [ 16 ] Недавно было показано, что белок 25, связывающий FK506 (FBP25), неспецифически связывается с ДНК, что помогает в восстановлении ДНК. [ 17 ]

Белки, специфически связывающие одноцепочечную ДНК.

[ редактировать ]
Дополнительная информация: Одноцепочечный связывающий белок.

Отдельной группой ДНК-связывающих белков являются ДНК-связывающие белки, которые специфически связывают одноцепочечную ДНК. У людей репликационный белок А является наиболее изученным членом этого семейства и используется в процессах разделения двойной спирали, включая репликацию ДНК, рекомбинацию и репарацию ДНК. [ 18 ] Эти связывающие белки, по-видимому, стабилизируют одноцепочечную ДНК и защищают ее от образования петель или разрушения нуклеазами .

Связывание со специфическими последовательностями ДНК

[ редактировать ]
ДНК-контакты разных типов ДНК-связывающих доменов транскрипционных факторов

Напротив, другие белки эволюционировали, чтобы связываться со специфическими последовательностями ДНК. Наиболее интенсивно изучаются различные факторы транскрипции — белки, регулирующие транскрипцию. Каждый фактор транскрипции связывается с одним конкретным набором последовательностей ДНК и активирует или ингибирует транскрипцию генов, которые имеют эти последовательности вблизи своих промоторов. 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 обнаруживает полимеразу у промотора и позволяет ей начать транскрипцию. [ 19 ] Альтернативно, факторы транскрипции могут связывать ферменты , которые модифицируют гистоны в промоторе. Это изменяет доступность матрицы ДНК для полимеразы. [ 20 ]

Эти мишени ДНК могут встречаться по всему геному организма. Таким образом, изменения активности одного типа транскрипционных факторов могут затронуть тысячи генов. [ 21 ] Таким образом, эти белки часто являются мишенями процессов передачи сигнала , которые контролируют реакцию на изменения окружающей среды или клеточную дифференцировку и развитие. Специфичность взаимодействия этих факторов транскрипции с ДНК обусловлена ​​тем, что белки устанавливают множественные контакты с краями оснований ДНК, что позволяет им читать последовательность ДНК. Большинство этих взаимодействий с основаниями происходит в основной бороздке, где основания наиболее доступны. [ 22 ] Математическое описание связывания белок-ДНК с учетом специфичности последовательности, а также конкурентного и кооперативного связывания белков разных типов обычно выполняют с помощью решетчатых моделей . [ 23 ] Вычислительные методы для определения специфичности последовательности связывания ДНК были предложены для эффективного использования обильных данных о последовательностях в постгеномную эпоху. [ 24 ] Кроме того, достигнут прогресс в структурном прогнозировании специфичности связывания белковых семейств с использованием глубокого обучения. [ 25 ]

Взаимодействия белок-ДНК

[ редактировать ]

Взаимодействия белок-ДНК происходят, когда связывает молекулу ДНК , часто для регулирования биологической функции ДНК, обычно экспрессии гена белок . Среди белков, которые связываются с ДНК, есть факторы транскрипции , которые активируют или подавляют экспрессию генов путем связывания с мотивами ДНК и гистонами , которые составляют часть структуры ДНК и связываются с ней менее специфично. белки, восстанавливающие ДНК, такие как урацил-ДНК-гликозилаза Также с ней тесно взаимодействуют .

Обычно белки связываются с ДНК в большой бороздке ; однако есть исключения. [ 26 ] Взаимодействие белок-ДНК бывает в основном двух типов: специфическое взаимодействие и неспецифическое взаимодействие. Недавние эксперименты с одиночными молекулами показали, что ДНК-связывающие белки подвергаются быстрому повторному связыванию, чтобы связаться в правильной ориентации для распознавания целевого сайта. [ 27 ]

Дизайн

[ редактировать ]

Создание ДНК-связывающих белков, имеющих определенный сайт связывания ДНК, было важной целью биотехнологии. Белки с цинковыми пальцами были разработаны для связывания со специфическими последовательностями ДНК, и это является основой нуклеаз с цинковыми пальцами . Недавно эффекторные нуклеазы, подобные активатору транскрипции были созданы (TALEN), которые основаны на природных белках, секретируемых бактериями Xanthomonas через систему секреции типа III при заражении различных видов растений . [ 28 ]

Методы обнаружения

[ редактировать ]

Существует множество методов in vitro и in vivo , которые полезны для обнаружения взаимодействий ДНК-белок. Ниже перечислены некоторые методы, используемые в настоящее время: [ 29 ] Анализ изменения электрофоретической подвижности (EMSA) является широко распространенным качественным методом изучения белок-ДНК-взаимодействий известных ДНК-связывающих белков. [ 30 ] [ 31 ] ДНК-белковое взаимодействие – иммуноферментный анализ (DPI-ELISA) позволяет качественно и количественно анализировать ДНК-связывающие предпочтения известных белков in vitro . [ 32 ] [ 33 ] Этот метод позволяет анализировать белковые комплексы, которые связываются с ДНК (DPI-Recruitment-ELISA) или подходит для автоматического скрининга нескольких нуклеотидных зондов благодаря стандартному формиату планшета ELISA. [ 34 ] [ 35 ] Анализ ДНКазного следа можно использовать для идентификации конкретных участков связывания белка с ДНК при разрешении пар оснований. [ 36 ] Иммунопреципитация хроматина используется для идентификации целевых областей ДНК in vivo известного фактора транскрипции. Этот метод в сочетании с высокопроизводительным секвенированием известен как ChIP-Seq , а в сочетании с микрочипами — как ChIP-чип . 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 тем или иным фрагментом ДНК. Определение структуры с помощью рентгеновской кристаллографии использовалось для получения очень детального атомного представления о взаимодействиях белок-ДНК. другие методы, такие как SELEX, PBM (микрочипы, связывающие белки), скрининг микрочипов ДНК, DamID, FAIRE или, в последнее время, DAP-seq. Помимо этих методов, в лаборатории для исследования взаимодействия ДНК-белок in vivo и in vitro используются

Управление взаимодействиями

[ редактировать ]

Взаимодействия белок-ДНК можно модулировать с помощью таких стимулов, как ионная сила буфера, скученность макромолекул, [ 27 ] температура, pH и электрическое поле. Это может привести к обратимой диссоциации/ассоциации комплекса белок-ДНК. [ 37 ] [ 38 ]

См. также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Создано на основе PDB 1LMB.
  2. ^ Создано на основе PDB 1RVA.
  3. ^ Трэверс, А.А. (1993). ДНК-белковые взаимодействия . Лондон: Спрингер. ISBN  978-0-412-25990-6 .
  4. ^ Пабо CO, Sauer RT (1984). «Распознавание белка-ДНК». Анну. Преподобный Биохим . 53 (1): 293–321. дои : 10.1146/annurev.bi.53.070184.001453 . ПМИД   6236744 .
  5. ^ Дикерсон Р.Э. (1983). «Спираль ДНК и как ее читать». Sci Am . 249 (6): 94–111. Бибкод : 1983SciAm.249f..94D . doi : 10.1038/scientificamerican1283-94 .
  6. ^ Циммер С., Венерт Ю (1986). «Неинтеркалирующие ДНК-связывающие лиганды: специфика взаимодействия и их использование в качестве инструментов в биофизических, биохимических и биологических исследованиях генетического материала» . Прог. Биофиз. Мол. Биол . 47 (1): 31–112. дои : 10.1016/0079-6107(86)90005-2 . ПМИД   2422697 .
  7. ^ Дерван П.Б. (апрель 1986 г.). «Дизайн ДНК-связывающих молекул со специфичной последовательностью». Наука . 232 (4749): 464–71. Бибкод : 1986Sci...232..464D . дои : 10.1126/science.2421408 . ПМИД   2421408 .
  8. ^ Сэндман К., Перейра С., Рив Дж. (1998). «Разнообразие прокариотических хромосомных белков и происхождение нуклеосомы» . Cell Mol Life Sci . 54 (12): 1350–64. дои : 10.1007/s000180050259 . ПМЦ   11147202 . ПМИД   9893710 . S2CID   21101836 .
  9. ^ Дама RT (2005). «Роль нуклеоид-ассоциированных белков в организации и уплотнении бактериального хроматина». Мол. Микробиол . 56 (4): 858–70. дои : 10.1111/j.1365-2958.2005.04598.x . ПМИД   15853876 .
  10. ^ Люгер К., Мэдер А., Ричмонд Р., Сарджент Д., Ричмонд Т. (1997). «Кристаллическая структура ядра нуклеосомы при разрешении 2,8 А». Природа . 389 (6648): 251–60. Бибкод : 1997Natur.389..251L . дои : 10.1038/38444 . ПМИД   9305837 . S2CID   4328827 .
  11. ^ Дженувейн Т., Эллис С. (2001). «Перевод гистонового кода». Наука . 293 (5532): 1074–80. CiteSeerX   10.1.1.453.900 . дои : 10.1126/science.1063127 . ПМИД   11498575 . S2CID   1883924 .
  12. ^ Ито Т (2003). «Сборка и ремоделирование нуклеосом». Белковые комплексы, модифицирующие хроматин . Актуальные темы микробиологии и иммунологии. Том. 274. стр. 1–22. дои : 10.1007/978-3-642-55747-7_1 . ISBN  978-3-642-62909-9 . ПМИД   12596902 . {{cite book}}: |journal= игнорируется ( помогите )
  13. ^ Томас Дж (2001). «HMG1 и 2: архитектурные ДНК-связывающие белки». Биохим Соц Транс . 29 (Часть 4): 395–401. дои : 10.1042/BST0290395 . ПМИД   11497996 .
  14. ^ Муругесапиллай, Дивакаран; МакКоли, Мика Дж.; Хо, Ран; Нельсон Холт, Молли Х.; Степанянц, Армен; Махер, Л. Джеймс; Исраэлофф, Натан Э.; Уильямс, Марк К. (2014). «Соединение ДНК и образование петель с помощью HMO1 обеспечивает механизм стабилизации безнуклеосомного хроматина» . Исследования нуклеиновых кислот . 42 (14): 8996–9004. дои : 10.1093/nar/gku635 . ПМЦ   4132745 . ПМИД   25063301 .
  15. ^ Муругесапиллай, Дивакаран; МакКоли, Мика Дж.; Махер, Л. Джеймс; Уильямс, Марк К. (2017). «Одномолекулярные исследования высокомобильных белков, изгибающих архитектурную ДНК группы В» . Биофизические обзоры . 9 (1): 17–40. дои : 10.1007/s12551-016-0236-4 . ПМК   5331113 . ПМИД   28303166 .
  16. ^ Гроссшедль Р., Гизе К., Пейджел Дж. (1994). «Белки домена HMG: архитектурные элементы сборки нуклеопротеиновых структур». Тенденции Жене . 10 (3): 94–100. дои : 10.1016/0168-9525(94)90232-1 . ПМИД   8178371 .
  17. ^ Пракаш, Аджит; Шин, Джун; Раджан, Шрикант; Юн, Хо Соп (7 апреля 2016 г.). «Структурные основы распознавания нуклеиновых кислот FK506-связывающим белком 25 (FKBP25), ядерным иммунофилином» . Исследования нуклеиновых кислот . 44 (6): 2909–2925. дои : 10.1093/nar/gkw001 . ISSN   0305-1048 . ПМЦ   4824100 . ПМИД   26762975 .
  18. ^ Ифтоде С., Дэниели Ю., Боровец Дж. (1999). «Репликационный белок A (RPA): эукариотический SSB». Crit Rev Biochem Mol Biol . 34 (3): 141–80. дои : 10.1080/10409239991209255 . ПМИД   10473346 .
  19. ^ Майерс Л., Корнберг Р. (2000). «Медиатор регуляции транскрипции». Анну Рев Биохим . 69 (1): 729–49. doi : 10.1146/annurev.biochem.69.1.729 . ПМИД   10966474 .
  20. ^ Шпигельман Б., Генрих Р. (2004). «Биологический контроль посредством регулируемых коактиваторов транскрипции» . Клетка . 119 (2): 157–67. дои : 10.1016/j.cell.2004.09.037 . ПМИД   15479634 . S2CID   14668705 .
  21. ^ Ли З, Ван Калкар С, Цюй С, Кавени В, Чжан М, Рен Б (2003). «Глобальная регуляторная роль транскрипции c-Myc в клетках лимфомы Беркитта» . Proc Natl Acad Sci США . 100 (14): 8164–9. Бибкод : 2003PNAS..100.8164L . дои : 10.1073/pnas.1332764100 . ПМК   166200 . ПМИД   12808131 .
  22. ^ Пабо С., Зауэр Р. (1984). «Распознавание белка-ДНК». Анну Рев Биохим . 53 (1): 293–321. дои : 10.1146/annurev.bi.53.070184.001453 . ПМИД   6236744 .
  23. ^ Тейф В.Б.; Риппе К. (2010). «Статистически-механические решетчатые модели связывания белка с ДНК в хроматине». Физический журнал: конденсированное вещество . 22 (41): 414105. arXiv : 1004.5514 . Бибкод : 2010JPCM...22O4105T . дои : 10.1088/0953-8984/22/41/414105 . ПМИД   21386588 . S2CID   103345 .
  24. ^ Вонг К.С., Чан ТМ, Пэн С., Ли Ю, Чжан З (2013). «Выяснение мотивов ДНК с использованием распространения убеждений» . Исследования нуклеиновых кислот . 41 (16): е153. дои : 10.1093/нар/gkt574 . ПМЦ   3763557 . ПМИД   23814189 .
  25. ^ Митра, Рактим; Ли, Джинсен; Сагендорф, Джаред М.; Цзян, Ибэй; Коэн, Ари С.; Чиу, Цу-Пей; Гласскок, Кэмерон Дж.; Рос, Ремо (5 августа 2024 г.). «Геометрическое глубокое изучение специфичности связывания белок-ДНК» . Природные методы . дои : 10.1038/s41592-024-02372-w . ISSN   1548-7091 .
  26. ^ Бьюли К.А., Гроненборн А.М., Клор Г.М. (1998). «Архитектурные белки, связывающие малые бороздки: структура, функции и распознавание ДНК» . Annu Rev Biophys Biomol Struct . 27 : 105–31. doi : 10.1146/annurev.biophys.27.1.105 . ПМЦ   4781445 . ПМИД   9646864 .
  27. ^ Jump up to: а б Ганджи, Махипал; Доктер, Маргрит; Ле Грайс, Стюарт Ф.Дж.; Аббонданциери, Элио А. (30 сентября 2016 г.). «ДНК-связывающие белки исследуют множество локальных конфигураций во время стыковки посредством быстрого повторного связывания» . Исследования нуклеиновых кислот . 44 (17): 8376–8384. дои : 10.1093/nar/gkw666 . ISSN   0305-1048 . ПМК   5041478 . ПМИД   27471033 .
  28. ^ Кларк К.Дж., Войтас Д.Ф., Эккер СК (сентябрь 2011 г.). «СКАЗКА о двух нуклеазах: нацеливание генов на массы?» . Рыбка данио . 8 (3): 147–9. дои : 10.1089/zeb.2011.9993 . ПМК   3174730 . ПМИД   21929364 .
  29. ^ Цай Ю., Хуан Х. (июль 2012 г.). «Достижения в изучении взаимодействия белка и ДНК». Аминокислоты . 43 (3): 1141–6. дои : 10.1007/s00726-012-1377-9 . ПМИД   22842750 . S2CID   310256 .
  30. ^ Фрид М., Кротерс Д.М. (1981). «Равновесия и кинетика lac-репрессорно-операторных взаимодействий при электрофорезе в полиакриламидном геле» . Нуклеиновые кислоты Рез . 9 (23): 6505–6525. дои : 10.1093/нар/9.23.6505 . ПМК   327619 . ПМИД   6275366 .
  31. ^ Гарнер М.М., Ревзин А. (1981). «Метод гель-электрофореза для количественной оценки связывания белков со специфическими участками ДНК: применение к компонентам регуляторной системы лактозного оперона Escherichia coli» . Нуклеиновые кислоты Рез . 9 (13): 3047–3060. дои : 10.1093/нар/9.13.3047 . ПМК   327330 . ПМИД   6269071 .
  32. ^ Брэнд Л.Х., Кирхлер Т., Хаммель С., Чабан С., Ванке Д. (2010). «DPI-ELISA: быстрый и универсальный метод определения связывания факторов транскрипции растений с ДНК in vitro» . Растительные методы . 25 (6): 25. дои : 10.1186/1746-4811-6-25 . ПМЦ   3003642 . ПМИД   21108821 .
  33. ^ Фишер С.М., Бёзер А., Хирш Дж.П., Ванке Д. (2016). «Количественный анализ взаимодействия белка и ДНК с помощью qDPI-ELISA». Растительные синтетические промоторы . Методы Мол. Биол. Том. 1482. стр. 49–66. дои : 10.1007/978-1-4939-6396-6_4 . ISBN  978-1-4939-6394-2 . ПМИД   27557760 .
  34. ^ Хекер А., Бранд Л.Х., Питер С., Симончелло Н., Килиан Дж., Хартер К., Годен В., Ванке Д. (2015). «ГАГА-связывающий фактор арабидопсиса БАЗОВЫЙ ПЕНТАЦИСТЕИН6 привлекает компонент ПОЛИКОМБ-РЕПРЕССИВНЫЙ КОМПЛЕКС1, КАК ГЕТЕРОХРОМАТИНОВЫЙ БЕЛОК1, к мотивам ДНК ГАГА» . Физиол растений . 163 (3): 1013–1024. дои : 10.1104/стр.15.00409 . ПМЦ   4741334 . ПМИД   26025051 .
  35. ^ Брэнд Л.Х., Хеннегес С., Шюсслер А., Колукисаоглу Хю, Кох Г., Вальмерот Н., Хеккер А., Туроу К., Зелл А., Хартер К., Ванке Д. (2013). «Скрининг взаимодействий белок-ДНК с помощью автоматизированного ИФА на взаимодействие ДНК-белок» . ПЛОС ОДИН . 8 (10): е75177. Бибкод : 2013PLoSO...875177B . дои : 10.1371/journal.pone.0075177 . ПМЦ   3795721 . ПМИД   24146751 .
  36. ^ Гала-диджей, Шмитц А (1978). «Отпечаток ДНКазы: простой метод определения специфичности связывания белок-ДНК» . Нуклеиновые кислоты Рез . 5 (9): 3157–3170. дои : 10.1093/нар/5.9.3157 . ПМЦ   342238 . ПМИД   212715 .
  37. ^ Хианик Т., Ван Дж (2009). «Электрохимические аптасенсоры – последние достижения и перспективы». Электроанализ . 21 (11): 1223–1235. дои : 10.1002/elan.200904566 .
  38. ^ Госай А. и др. (2016). «Связывание/рассвязывание комплекса тромбин-аптамер человека, контролируемое электрическим стимулом» . наук. Представитель . 6 : 37449. Бибкод : 2016NatSR...637449G . дои : 10.1038/srep37449 . ПМК   5118750 . ПМИД   27874042 .
[ редактировать ]
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=DNA-binding_protein&oldid=1241069125"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 5c81c0e83569f37fa81a569cbc1ddd7b__1723431480
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/5c/7b/5c81c0e83569f37fa81a569cbc1ddd7b.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
DNA-binding protein - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)