DNA결합단백질

DNA-binding protein
크로단백질복합체(DNA)
DNA(주황색)와 히스톤(파란색)의 상호작용.이 단백질의 기본 아미노산은 DNA의 산성 인산염기와 결합합니다.
램다레프레소헬릭스-턴헬릭스 전사인자는 DNA[1] 표적에 결합되어 있다.
기질[2] DNA를 가진 복합체의 제한 효소EcoRV(녹색)

DNA 결합 단백질은 DNA 결합 도메인을 가지고 있어 단일 또는 이중 가닥 [3][4][5]DNA에 특이하거나 일반적인 친화력을 가진 단백질이다.염기쌍을 식별하는 더 많은 기능군을 노출시키기 때문에 배열 특이적 DNA 결합 단백질은 일반적으로 B-DNA의 주요 홈과 상호작용한다.그러나 넷롭신,[6] 디스타마이신, 회크스트 33258, 펜타미딘, [7]DAPI 등과 같은 일부 알려진 작은 그루브 DNA 결합 리간드가 있다.

예

DNA결합단백질은 전사과정을 조절하는 전사인자, 다양한 중합효소, DNA분자를 절단하는 핵산가수분해효소 및 세포핵에서의 염색체포장 및 전사에 관여하는 히스톤을 포함한다.DNA 결합 단백질은 핵산과의 결합을 촉진하는 아연 손가락, 나선 나선 나선 및 류신 지퍼와 같은 도메인을 포함할 수 있다.이펙터 같은 전사활성화제와 같은 더 특이한 예도 있다.

비특이적 DNA-단백질 상호작용

DNA와 결합하는 구조 단백질은 비특이적 DNA-단백질 상호작용의 잘 알려진 예이다.염색체 내에서 DNA는 구조 단백질과 복합체로 유지된다.이 단백질들은 DNA를 염색질이라고 불리는 콤팩트한 구조로 조직한다.진핵생물에서, 이 구조는 히스톤이라고 불리는 작은 염기성 단백질 복합체에 DNA 결합을 포함합니다.원핵생물에는 여러 종류의 단백질이 [8][9]관련되어 있다.히스톤은 뉴클레오솜이라고 불리는 원반 모양의 복합체를 형성하는데, 이 복합체는 표면을 감싸고 있는 두 개의 완전한 이중 가닥 DNA를 포함하고 있다.이러한 비특이적 상호작용은 DNA의 산성 당-인산 골격에 이온 결합을 만드는 히스톤의 염기성 잔기를 통해 형성되며, 따라서 염기서열과는 [10]크게 독립적이다.이러한 염기성 아미노산 잔기의 화학적 변형에는 메틸화, 인산화 및 아세틸화가 [11]포함된다.이러한 화학적 변화는 DNA와 히스톤 사이의 상호작용의 강도를 변화시켜, DNA가 전사 인자에 다소 접근하기 쉽게 만들고 [12]전사 속도를 변화시킨다.크로마틴의 다른 비특이적 DNA 결합 단백질은 구부러지거나 [13]왜곡된 DNA에 결합하는 고이동성 그룹(HMG) 단백질을 포함한다.생물물리학적 연구는 이러한 구조적인 HMG 단백질이 DNA를 결합하고 구부리고 루프하여 생물학적 [14][15]기능을 수행한다는 것을 보여준다.이 단백질들은 뉴클레오좀의 배열을 구부리고 [16]염색체를 형성하는 더 큰 구조로 배열하는데 중요하다.최근 FK506 결합 단백질 25(FBP25)도 DNA 수복을 돕는 DNA에 비특이적으로 결합하는 것으로 나타났다.[17]

특이적으로 단일 가닥 DNA와 결합하는 단백질

상세 정보:외가닥결합단백질

DNA 결합 단백질의 다른 그룹은 특이적으로 단일 가닥 DNA와 결합하는 DNA 결합 단백질이다.인간에서 복제 단백질 A는 이 과에서 가장 잘 알려진 성분으로 DNA 복제, 재조합, DNA [18]복구 등 이중 나선이 분리되는 과정에 사용된다.이러한 결합 단백질은 단일 가닥 DNA를 안정화시키고 줄기 루프를 형성하거나 핵산 분해 효소에 의해 분해되지 않도록 보호하는 것으로 보입니다.

특정 DNA 배열에 대한 결합

대조적으로, 다른 단백질들은 특정한 DNA 배열에 결합하도록 진화해왔다.이들 중 가장 집중적으로 연구된 것은 다양한 전사인자로 전사를 조절하는 단백질이다.각 전사 인자는 하나의 특정 DNA 배열 세트에 결합하고 촉진제 근처에 이러한 배열을 가진 유전자의 전사를 활성화하거나 금지합니다.전사인자에는두 가지방법이있습니다.첫째, 그들은 전사를 담당하는 RNA 중합효소를 직접 또는 다른 매개자 단백질을 통해 결합할 수 있다; 이것은 프로모터에서 중합효소를 찾고 [19]전사를 시작할 수 있게 한다.또는 전사인자는 프로모터에서 히스톤을 수정하는 효소와 결합할 수 있다.이것은 중합효소에 [20]대한 DNA 템플릿의 접근성을 변화시킨다.

이러한 DNA 표적은 유기체의 게놈 전체에 걸쳐 발생할 수 있다.따라서, 한 가지 유형의 전사 인자의 활성 변화는 수천 [21]개의 유전자에 영향을 미칠 수 있습니다.따라서, 이러한 단백질은 종종 환경 변화나 세포 분화 및 발달에 대한 반응을 제어하는 신호 전달 과정의 표적이 된다.이러한 전사 인자와 DNA와의 상호작용의 특이성은 DNA 염기 가장자리에 여러 번 접촉하는 단백질에서 유래하여 DNA 염기서열을 읽을 수 있게 한다.이러한 베이스 상호작용의 대부분은 베이스에 가장 [22]접근하기 쉬운 큰 홈에서 이루어집니다.배열특이성을 고려한 단백질-DNA 결합의 수학적 기술 및 다른 유형의 단백질의 경쟁적이고 협력적인 결합은 일반적으로 격자 [23]모델의 도움을 받아 이루어진다.포스트 게놈 [24]시대에 풍부한 배열 데이터를 잘 활용하기 위해 DNA 결합 배열 특이성을 식별하기 위한 계산 방법이 제안되었다.

단백질-DNA 상호작용

단백질-DNA 상호작용은 단백질이 DNA 분자와 결합할 때 종종 DNA의 생물학적 기능, 보통 유전자의 발현을 조절하기 위해 일어난다.DNA에 결합하는 단백질 중에는 DNA 구조의 일부를 형성하고 덜 특이적으로 결합하는 DNA 모티브와 히스톤에 결합함으로써 유전자 발현을 활성화하거나 억제하는 전사인자가 있다.또한 우라실-DNA 글리코실라아제와 같은 DNA를 수리하는 단백질은 그것과 밀접하게 상호작용합니다.

일반적으로 단백질은 주요 홈의 DNA에 결합하지만 [25]예외는 있다.단백질-DNA 상호작용은 주로 두 가지 유형, 즉 특정 상호작용 또는 비특이적 상호작용이다.최근의 단일 분자 실험은 DNA 결합 단백질이 표적 [26]부위를 인식하기 위한 올바른 방향으로 결합하기 위해 빠른 재결합을 겪는 것을 보여주었다.

설계.

특정 DNA 결합 부위를 가진 DNA 결합 단백질을 설계하는 것은 생명공학의 중요한 목표였다.아연 핑거 단백질은 특정 DNA 배열에 결합하도록 설계되었으며 이것은 아연 핑거 핵산 분해 효소의 기초이다.최근에는 크산토모나스균이 다양한 [27]식물종을 감염시킬 때 III형 분비계를 통해 분비되는 자연단백질을 기반으로 한 전사활성화유사핵산가수분해효소(TALENs)가 생성되고 있다.

검출 방법

DNA-단백질 상호작용 검출에 유용한 많은 시험관내 및 생체내 기술이 있다.다음은 현재 [28]사용 중인 몇 가지 방법을 보여 줍니다.전기영동 이동도 시프트 어세이(EMSA)는 단백질을 연구하기 위한 광범위한 정성적 기법이다.알려진 DNA 결합 [29][30]단백질의 DNA 상호작용.DNA-단백질-상호작용 - 효소연계면역소르반트아세이(DPI-ELISA)는 [31][32]체외에서 알려진 단백질의 DNA 결합 선호도에 대한 정성적 및 정량적 분석을 가능하게 한다.이 기술은 DNA(DPI-Recruitment-ELISA)에 결합하는 단백질 복합체의 분석을 허용하거나 표준 ELISA 플레이트[33] 포름산염으로 인해 여러 뉴클레오티드 프로브의 자동 스크리닝에 적합합니다.DNase 풋프린트 어세이(Footprinting [35]assay)는 염기쌍 분해능에서 단백질과 DNA가 결합하는 특정 부위를 식별하기 위해 사용될 수 있다.크로마틴 면역 침강은 알려진 전사 인자의 생체 내 DNA 표적 영역을 식별하기 위해 사용된다.이 기술을 높은 throughput 시퀀싱과 조합하면 ChIP-Seq, 마이크로어레이와 조합하면 ChIP 칩이라고 합니다.효모 1-하이브리드 시스템(Y1H)은 어떤 단백질이 특정 DNA 단편에 결합하는지 식별하기 위해 사용됩니다.세균성 1-하이브리드 시스템(B1H)은 어떤 단백질이 특정 DNA 단편에 결합하는지 식별하기 위해 사용됩니다.단백질의 매우 상세한 원자 뷰를 제공하기 위해 X선 결정학을 이용한 구조 결정이 사용되었다.DNA 상호작용.이들 방법 외에 SELEX, PBM(단백질 결합 마이크로어레이), DNA 마이크로어레이 스크린, DamID, FAIR, 또는 최근에는 DAP-seq와 같은 다른 기술이 생체내 및 생체외 DNA-단백질 상호작용을 조사하기 위해 실험실에서 사용된다.

상호 작용 조작

단백질은...DNA 상호작용은 완충제의 이온 강도, 고분자 밀집,[26] 온도, pH 및 전기장과 같은 자극을 사용하여 조절될 수 있습니다.이는 단백질의 가역적 해리/연관을 초래할 수 있다.DNA [36][37]복합체

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크