Wikipedia

DNK-vezujući protein

(Preusmjereno sa DNK vezujući domen)

DNK-vezujući proteini ili proteini vezanja DNK, su proteini koji imaju domene koji vežu DNK i stoga imaju specifičan ili opći afinitet za jednolančanu ili dvolančanu DNK.[1][2][3] Proteini koji vezuju DNK vezani za sekvencu općenito stupaju u interakciju s glavnim žlijebom B-DNK, jer eksprimiraju više funkcionalnih grupa koje identificiraju bazni par. Međutim, postoje neki poznati manji utorski ligandi koji vežu DNK, poput netropsina,[4] distamicina, Hoechst 33258, pentamidina, DAPI-ja i ostalih.[5]

Proteinski kompleks Cro sa DNK
Interakvija DNK (narandžasta) sa histonima (plava).
Ove proteinske esencijalne aminokiseline vežu na DNK kisele fosfatne grupe.
Lambda fagni represor heliks-okret-heliksnog transcripcijskog faktora vezan za njegovu ciljnu DNK [6]
Restrikcijski enzim EcoRV (zelen) u kompleksu sa supstratnom DNK (plava)[7]

Primjeri

uredi

Proteini koji vezuju DNK uključuju transkripcijske faktore koji moduliraju proces transkripcije, razne polimeraze, nukleaze koje režu i degradiraju molekule DNK i histone koji su uključeni u hromosomsko pakovanje i proces transkripcije u ćelijskom jedru. Proteini koji vezuju DNK mogu unijeti domene kao što su cinkovi prsti, heliks-žiro-heliks (HTH) i leucinski zatvarač (između mnogih drugih) koji olakšava vezivanje nukleinskih kiselina. Postoje i manje česti primjeri aktivatora transkripcije, kao što su efektori.

Nespecifične interakcije protein-DNK

uredi

Strukturni proteini koji se vežu za DNK dobro su poznati primjeri nespecifičnih interakcija protein-DNK. Unutar hromosoma, DNK se konzervira u kompleksima sa strukturnim proteinima. Ovi proteini organizuju DNK u kompaktnu strukturu zvanu hromatin. U eukariotima, ova struktura uključuje vezanje DNK za kompleks malih osnovnih proteina koji se zovu histoni.[8][9] U prokariotima je uključeno više gtipova proteina. Histoni formiraju kompleks u obliku diska koji se zove nukleosom, koji sadrži dva potpuna okreta upredene zavojnice DNK omotane oko njegove površine. Ove nespecifične interakcije formiraju se preko osnovnih tastatura u histonima koji formiraju ionske veze sa kiselom strukturom šećerno-fosfatneveze DNK i zbog toga su uglavnom neovisne o osnovnoj sekvenci.

Hemijske modifikacije koje ove esencijalne aminokiseline mogu da prođu uključuju metilaciju, fosforilaciju i acetilaciju. Ove hemijske promjene mijenjaju snagu interakcije između DNK i histona, što čini DNK manje-više dostupnom faktorima transkripcije, mijenjajući tako brzinu transkripcije. Drugi nespecifični proteini vezani za DNK u hromatinu uključuju proteine grupe visoke pokretljivosti (HMG) koji se vežu za presavijenu DNK. Biofizičke studije koje su sprovedene pokazuju da se ovi HMG arhitektonski proteini vežu i savijaju zajedno formirajući DNK petlju, kako bi izvršili svoje biološke funkcije. Ovi proteini su važni za sklopive grupe nukleosoma i organizovanje u veće strukture koje na kraju gradeu hromosome.[10][11][12][13][14][15]

Proteini koji se posebno vežu jednostruku DNK

uredi

Različita grupa proteina koji vežu DNK su proteini koji se posebno vežu za jednostruku DNK. Kod ljudi, replikacijski protein A je najistudiraniji i najistaknutiji od ove porodice i koristi se u procesima u kojima dolazi do dvostrukog otvaranja heliksa, kao što su replikacija DNK, homologna rekombinacija i popravak DNK.Ovi vezani proteini stabilizuju jednostruku DNK i štite je od formiranja struktura petlje ili od degradacije nukleazama.[16]

Vezanje za specifične sekvence DNK

uredi

Suprotno tome, drugi proteini su evoluirali da se vežu za specifične sekvence DNK. Najistudiraniji su transkripcijski faktori, a to su proteini koji reguliraju transkripciju određenih gena na specifičan način. Svaki transkripcjskii faktor pridružuje se specifičnom skupu sekvenci DNK i aktivira ili inhibira transkripciju onih gena koji prezentiraju ove sekvence u njihovim promotorima. Transkripcijski faktori to čine na dva načina.

  • Prvo, mogu se vezati za RNK-polimeraze odgovorne za transkripciju, bilo direktno ili preko drugih posredujućih proteina; ovo locira polimeraza u promotoru i omogućuje mu da započne transkripciju.[17][18][19][20]
  • Alternativno, transkripcijski faktori mogu se vezati za enzime koji modificiraju histone u promotoru. Ovo mijenja pristupačnost polimeraza u DNK kalupu.

Ove ciljne sekvence mogu se distribuirati na različitim tačkama u cijelom genomu organizma. Stoga, promjene u aktivnosti određenog faktora transkripcije mogu utiti na hiljade gena (koji se zovu plejotropni efekt). Tako su ti proteini često ciljevi procesa transdukcija signala koji kontroliraju odgovore na promjene u okolišu ili razvoj i diferenciaciju ćelija. Specifičnost interakcija ovih transkripcijskih faktora sa DNK dolazi od specifičnih interakcija koje se dešavaju sa nukleotidima,što im omogućava da prepoznaju sekvencu DNK. Većina ovih interakcija sa bazama dešavala se tamo gdje su baze pristupačnije. Matematički opisi vezanja DNK-proteina koji uzimaju u obzir specifičnost sekvence i konkurentno i kooperativno vezivanje proteina različitih tipova obično se izrađuju uz pomoć modela mreže. Predloženi su kompjuterski metodi identifikacije specifičnosti sekvence koja veže DNK, kako bi se dobro koristili podaci o obilju sekvenci u postgenomskoj epohi.[21]

Interakcije proteina i DNK

uredi

Interakcije proteina i DNK javljaju se kada je protein vezan za molekulu DNK, često radi reguliranja ekspresije date DNK, obično ekspresije gena. Među proteinima koji se vežu za DNK su transkripcijski faktori koji aktiviraju ili potiskuju ekspresiju gena, vežući se za motive DNK i histone koji su dio strukture DNK i vezuju se za nju na manje specifičan način. Također proteini koji popravljaju DNK, bkao što je uracil-DNK glikozilaza, usko su u interakciji s njom.[22][23] Općenito, proteini se vežu za DNK u većem utoru, ali postoje izuzeci. Interakcije proteina i DNK su uglavnom dva tipa: specifične ili nespecifične. Nedavni jednomolekulski eksperimenti pokazali su da se proteini koji vežu DNK brzo opet vežu tako da se vezanje DNK dogodi u ispravnoj orijentaciji i tako prepoznaju ciljnu sekvencu.

Dizajn

uredi

Dizajn DNK-vezanih proteina koji imaju specifično mjesto vezanja bio je i glavni je izazov u okviru oblasti biotehnologija. Proteini su dizajnirani sa cinkovim prstima da se vežu za specifične sekvence DNK, što je osnova nukleaza sa cinkovim prstima koje se koriste kao biotehnološki alat. Nedavno su stvorene i nukleaze tipa efectoza (TALEN) koje se zasnivaju na prirodnim proteinima koje izluči bakterija Xanthomonas preko sistema lučenja tipa III kada zaraze razne biljne vrste.[24]

Metodi detekcije

uredi

Postoji nekoliko tehnika in vivo i in vitro, koje su korisne za otkrivanje interakcija proteina i DNK. U nastavku su nabrojane neki metodi koje su još u upotrebi:[25][26][27]

  • Gelni esej EMSA: je generalizirana kvalitetna tehnika za proučavanje interakcija protein-DNK poznatih transkripcijskih faktora.
  • Interakcija protein-DNA- enzim-vezani imunosorbentni esej (DPI-ELISA): Ova tehnika omogućava kvalitativno i kvantitativno analiziranje preferencija vezanja DNK i poznatih proteina in vitro. Osim toga, omogućava analizu proteinskih kompleksa koji se vežu za DNK (DPI-pojačana-ELISA). Također omogućava automatsko otkrivanje raznih nukleotidnih sondi zbog standardnog ELISA formata ploče.
  • DNk-aza ili test otisaka prstiju: može se koristiti za identifikaciju određenih mjesta vezanja proteina na DNK s rezolucijom baznog para.
  • Hromatinska imunoprecipitacija: koristi se za identifikaciju in vivo ciljnih regija DNK poznatog transkripcijskog faktora. Ova tehnika, kada je u kombinaciji sa visoko-ulaznim sekvencingom, poznata je kao ChIP-Seq,a kada je u kombinaciji s mikročipovima, poznata je kao ChIP-chip.
  • Hvast monohibridni sistem (Y1H): Koristi se za identifikaciju koji protein se dodaje određenom DNK fragmentu. Bakterijski monohibridni (B1H) sistem koristi se za identifikaciju koji protein se dodaje određenom fragmentu DNK.
  • Određivanje strukture rendgenskom kristalografijom: korištena je za osiguravanje vrlo detaljne atomske rezolucije interakcija proteina i DNK.[28][29][30][31]

Pored ovih metoda, u laboratoriji se koriste i druge tehnike kao što su SELEX, PBM (mikročipovi vezanja proteina),DNK mikročipovii, DamID, FAIRE ili u novije vrijeme DAP-seq za istraživanje interakcija proteina i DNK kako in vivo tako i in vitro.

Manipulacija interakcijama

uredi

Interakcije proteina i DNK mogu se modulirati koristeći određene stimulanse, kao što su ionska jačina pufera, makromolekulksko gomilanje, temperatura, pH i električno polje. To može dovesti do reverziblnog procesa disocijacije/asocijacije proteinsko-DNK kompleksa.[32][33][34]

Također pogledajte

uredi

Reference

uredi
  1. ^ Travers, A. A. (1993). DNA-protein interactions. London: Springer. ISBN 978-0-412-25990-6.
  2. ^ Pabo CO, Sauer RT (1984). "Protein-DNA recognition". Annu. Rev. Biochem. 53 (1): 293–321. doi:10.1146/annurev.bi.53.070184.001453. PMID 6236744.
  3. ^ Dickerson R.E. (1983). "The DNA helix and how it is read". Sci Am. 249 (6): 94–111. Bibcode:1983SciAm.249f..94D. doi:10.1038/scientificamerican1283-94.
  4. ^ Zimmer C, Wähnert U (1986). "Nonintercalating DNA-binding ligands: specificity of the interaction and their use as tools in biophysical, biochemical and biological investigations of the genetic material". Prog. Biophys. Mol. Biol. 47 (1): 31–112. doi:10.1016/0079-6107(86)90005-2. PMID 2422697.
  5. ^ Dervan PB (april 1986). "Design of sequence-specific DNA-binding molecules". Science. 232 (4749): 464–71. Bibcode:1986Sci...232..464D. doi:10.1126/science.2421408. PMID 2421408.
  6. ^ Created from PDB 1LMB
  7. ^ Created from PDB 1RVA
  8. ^ Sandman K, Pereira S, Reeve J (1998). "Diversity of prokaryotic chromosomal proteins and the origin of the nucleosome". Cell Mol Life Sci. 54 (12): 1350–64. doi:10.1007/s000180050259. PMID 9893710. S2CID 21101836.
  9. ^ Dame RT (2005). "The role of nucleoid-associated proteins in the organization and compaction of bacterial chromatin". Mol. Microbiol. 56 (4): 858–70. doi:10.1111/j.1365-2958.2005.04598.x. PMID 15853876.
  10. ^ Luger K, Mäder A, Richmond R, Sargent D, Richmond T (1997). "Crystal structure of the nucleosome core particle at 2.8 A resolution". Nature. 389 (6648): 251–60. Bibcode:1997Natur.389..251L. doi:10.1038/38444. PMID 9305837. S2CID 4328827.
  11. ^ Jenuwein T, Allis C (2001). "Translating the histone code". Science. 293 (5532): 1074–80. CiteSeerX 10.1.1.453.900. doi:10.1126/science.1063127. PMID 11498575. S2CID 1883924.
  12. ^ Ito T (2003). "Nucleosome Assembly and Remodeling". Nucleosome assembly and remodelling. Curr Top Microbiol Immunol. Current Topics in Microbiology and Immunology. 274. str. 1–22. doi:10.1007/978-3-642-55747-7_1. ISBN 978-3-642-62909-9. PMID 12596902.
  13. ^ Murugesapillai, Divakaran; McCauley, Micah J.; Huo, Ran; Nelson Holte, Molly H.; Stepanyants, Armen; Maher, L. James; Israeloff, Nathan E.; Williams, Mark C. (2014). "DNA bridging and looping by HMO1 provides a mechanism for stabilizing nucleosome-free chromatin". Nucleic Acids Research. 42 (14): 8996–9004. doi:10.1093/nar/gku635. PMC 4132745. PMID 25063301.
  14. ^ Murugesapillai, Divakaran; McCauley, Micah J.; Maher, L. James; Williams, Mark C. (2017). "Single-molecule studies of high-mobility group B architectural DNA bending proteins". Biophysical Reviews. 9 (1): 17–40. doi:10.1007/s12551-016-0236-4. PMC 5331113. PMID 28303166.
  15. ^ Grosschedl R, Giese K, Pagel J (1994). "HMG domain proteins: architectural elements in the assembly of nucleoprotein structures". Trends Genet. 10 (3): 94–100. doi:10.1016/0168-9525(94)90232-1. PMID 8178371.
  16. ^ Iftode C, Daniely Y, Borowiec J (1999). "Replication protein A (RPA): the eukaryotic SSB". Crit Rev Biochem Mol Biol. 34 (3): 141–80. doi:10.1080/10409239991209255. PMID 10473346.
  17. ^ Myers L, Kornberg R (2000). "Mediator of transcriptional regulation". Annu Rev Biochem. 69 (1): 729–49. doi:10.1146/annurev.biochem.69.1.729. PMID 10966474.
  18. ^ Spiegelman B, Heinrich R (2004). "Biological control throughs regulated transcriptional coactivators". Cell. 119 (2): 157–67. doi:10.1016/j.cell.2004.09.037. PMID 15479634. S2CID 14668705.
  19. ^ Li Z, Van Calcar S, Qu C, Cavenee W, Zhang M, Ren B (2003). "A global transcriptional regulatory role for c-Myc in Burkitt's lymphoma cells". Proc Natl Acad Sci USA. 100 (14): 8164–9. Bibcode:2003PNAS..100.8164L. doi:10.1073/pnas.1332764100. PMC 166200. PMID 12808131.
  20. ^ Pabo C, Sauer R (1984). "Protein-DNA recognition". Annu Rev Biochem. 53 (1): 293–321. doi:10.1146/annurev.bi.53.070184.001453. PMID 6236744.
  21. ^ Wong KC, Chan TM, Peng C, Li Y, Zhang Z (2013). "DNA Motif Elucidation using belief propagation". Nucleic Acids Research. 41 (16): e153. doi:10.1093/nar/gkt574. PMC 3763557. PMID 23814189.
  22. ^ Bewley CA, Gronenborn AM, Clore GM (1998). "Minor groove-binding architectural proteins: structure, function, and DNA recognition". Annu Rev Biophys Biomol Struct. 27: 105–31. doi:10.1146/annurev.biophys.27.1.105. PMC 4781445. PMID 9646864.
  23. ^ Ganji, Mahipal; Docter, Margreet; Le Grice, Stuart F. J.; Abbondanzieri, Elio A. (30. 9. 2016). "DNA binding proteins explore multiple local configurations during docking via rapid rebinding". Nucleic Acids Research. 44 (17): 8376–8384. doi:10.1093/nar/gkw666. ISSN 0305-1048. PMC 5041478. PMID 27471033.
  24. ^ Clark KJ, Voytas DF, Ekker SC (septembar 2011). "A TALE of two nucleases: gene targeting for the masses?". Zebrafish. 8 (3): 147–9. doi:10.1089/zeb.2011.9993. PMC 3174730. PMID 21929364.
  25. ^ Cai YH, Huang H (juli 2012). "Advances in the study of protein–DNA interaction". Amino Acids. 43 (3): 1141–6. doi:10.1007/s00726-012-1377-9. PMID 22842750. S2CID 310256.
  26. ^ Fried M, Crothers DM (1981). "Equilibria and kinetics of lac repressor-operator interactions by polyacrylamide gel electrophoresis". Nucleic Acids Res. 9 (23): 6505–6525. doi:10.1093/nar/9.23.6505. PMC 327619. PMID 6275366.
  27. ^ Garner MM, Revzin A (1981). "A gel electrophoresis method for quantifying the binding of proteins to specific DNA regions: application to components of the Escherichia coli lactose operon regulatory system". Nucleic Acids Res. 9 (13): 3047–3060. doi:10.1093/nar/9.13.3047. PMC 327330. PMID 6269071.
  28. ^ Fischer SM, Böser A, Hirsch JP, Wanke D (2016). Quantitative Analysis of Protein-DNA Interaction by qDPI-ELISA. Methods Mol. Biol. 1482. str. 49–66. doi:10.1 Provjerite vrijednost parametra |doi= (pomoć).
  29. ^ Hecker A, Brand LH, Peter S, Simoncello N, Kilian J, Harter K, Gaudin V, Wanke D (2015). "The Arabidopsis GAGA-Binding Factor BASIC PENTACYSTEINE6 Recruits the POLYCOMB-REPRESSIVE COMPLEX1 Component LIKE HETEROCHROMATIN PROTEIN1 to GAGA DNA Motifs". Plant Physiol. 163 (3): 1013–1024. doi:10.1104/pp.15.00409. PMC 4741334. PMID 26025051.
  30. ^ Brand LH, Henneges C, Schüssler A, Kolukisaoglu HÜ, Koch G, Wallmeroth N, Hecker A, Thurow K, Zell A, Harter K, Wanke D (2013). "Screening for protein-DNA interactions by automatable DNA-protein interaction ELISA". PLOS ONE. 8 (10): e75177. doi:10.1371/journal.pone.0075177. PMC 3795721. PMID 24146751.
  31. ^ Galas DJ, Schmitz A (1978). "DNAse footprinting: a simple method for the detection of protein-DNA binding specificity". Nucleic Acids Res. 5 (9): 3157–3170. doi:10.1093/nar/5.9.3157. PMC 342238. PMID 212715.
  32. ^ Ganji, Mahipal; Docter, Margreet; Grice, Stuart F.J. Le; Abbondanzieri, Elio A. (30. 9. 2016). "DNA binding proteins explore multiple local configurations during docking via rapid rebinding". Nucleic Acids Research (jezik: engleski). 44 (17): 8376–8384. doi:10.1093/nar/gkw666. ISSN 0305-1048. PMC 5041478. PMID 27471033.
  33. ^ Hianik T, Wang J (2009). "Electrochemical Aptasensors – Recent Achievements and Perspectives". Electroanalysis. 21 (11): 1223–1235. doi:10.1002/elan.200904566.
  34. ^ Gosai A, et al. (2016). "Electrical Stimulus Controlled Binding/Unbinding of Human Thrombin-Aptamer Complex". Sci. Rep. 6: 37449. Bibcode:2016NatSR...637449G. doi:10.1038/srep37449. PMC 5118750. PMID 27874042.
Preuzeto iz "https://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=DNK-vezujući_protein&oldid=3396832"