stringtranslate.com

ДНК-связывающий домен

ДНК -связывающий домен ( DBD ) — это независимо свернутый белковый домен , содержащий по крайней мере один структурный мотив , который распознает двух- или одноцепочечную ДНК . DBD может распознавать конкретную последовательность ДНК ( последовательность распознавания ) или иметь общее сродство к ДНК. [1] Некоторые ДНК-связывающие домены могут также включать нуклеиновые кислоты в своей свернутой структуре.

Функция

Пример ДНК-связывающего домена в контексте белка. N-концевой ДНК-связывающий домен (помечен) репрессора Lac регулируется С-концевым регуляторным доменом (помечен). Регуляторный домен связывает аллостерическую эффекторную молекулу (зеленый). Аллостерический ответ белка передается от регуляторного домена к ДНК-связывающему домену через линкерную область. [2]

Один или несколько доменов связывания ДНК часто являются частью более крупного белка, состоящего из дополнительных доменов белка с отличающейся функцией. Дополнительные домены часто регулируют активность домена связывания ДНК. Функция связывания ДНК является либо структурной, либо включает регуляцию транскрипции , причем эти две роли иногда перекрываются. [ необходима цитата ]

ДНК-связывающие домены с функциями, связанными со структурой ДНК, играют биологическую роль в репликации , восстановлении , хранении и модификации ДНК, например, в метилировании . [ необходима ссылка ]

Многие белки, участвующие в регуляции экспрессии генов , содержат ДНК-связывающие домены. Например, белки, которые регулируют транскрипцию путем связывания ДНК, называются факторами транскрипции . Конечным результатом большинства клеточных сигнальных каскадов является регуляция генов. [ необходима цитата ]

DBD взаимодействует с нуклеотидами ДНК в ДНК -специфической или неспецифической последовательности, но даже неспецифическое последовательности распознавание включает в себя своего рода молекулярную комплементарность между белком и ДНК. Распознавание ДНК DBD может происходить в большой или малой бороздке ДНК или в сахарофосфатном остове ДНК (см. структуру ДНК ). Каждый конкретный тип распознавания ДНК приспособлен к функции белка. Например, ДНК-резающий фермент ДНКаза I разрезает ДНК почти случайным образом и поэтому должен связываться с ДНК неспецифическим последовательности образом. Но, даже в этом случае, ДНКаза I распознает определенную трехмерную структуру ДНК , давая несколько специфическую схему расщепления ДНК, которая может быть полезна для изучения распознавания ДНК с помощью метода, называемого ДНК-отпечатками . [ требуется цитата ]

Многие ДНК-связывающие домены должны распознавать определенные последовательности ДНК, такие как DBD факторов транскрипции , которые активируют определенные гены, или те из ферментов, которые модифицируют ДНК в определенных местах, таких как рестриктазы и теломераза . Схема водородных связей в большой бороздке ДНК менее вырожденная, чем в малой бороздке ДНК, что обеспечивает более привлекательный участок для распознавания ДНК, специфичной для последовательности . [ необходима цитата ]

Специфичность ДНК-связывающих белков можно изучать с помощью многих биохимических и биофизических методов, таких как гель-электрофорез , аналитическое ультрацентрифугирование , калориметрия , мутация ДНК , мутация или модификация структуры белка , ядерный магнитный резонанс , рентгеновская кристаллография , поверхностный плазмонный резонанс , электронный парамагнитный резонанс , сшивание и микромасштабный термофорез (МСТ).

ДНК-связывающий белок в геномах

Большая часть генов в каждом геноме кодирует ДНК-связывающие белки (см. таблицу). Однако, только довольно небольшое количество семейств белков являются ДНК-связывающими. Например, более 2000 из ~20 000 человеческих белков являются «ДНК-связывающими», включая около 750 белков с цинковыми пальцами. [3]

Типы

ДНК-контакты различных типов ДНК-связывающих доменов

Спираль-поворот-спираль

Первоначально обнаруженный в бактериях, мотив спираль-поворот-спираль обычно встречается в белках-репрессорах и имеет длину около 20 аминокислот. У эукариот гомеодомен состоит из 2 спиралей, одна из которых распознает ДНК (также известная как спираль распознавания). Они распространены в белках, которые регулируют процессы развития. [5]

Цинковый палец

Кристаллографическая структура ( PDB : 1R4O ​) димера цинкового пальца, содержащего DBD глюкокортикоидного рецептора (вверху), связанного с ДНК (внизу). Атомы цинка представлены серыми сферами, а координирующие боковые цепи цистеина изображены в виде палочек.

Домен цинкового пальца в основном встречается у эукариот, но некоторые примеры были обнаружены у бактерий. [6] Домен цинкового пальца обычно имеет длину от 23 до 28 аминокислот и стабилизируется путем координации ионов цинка с регулярно расположенными остатками, координирующими цинк (гистидинами или цистеинами). Наиболее распространенный класс цинкового пальца (Cys2His2) координирует один ион цинка и состоит из спирали распознавания и 2-цепочечного бета-слоя. [7] В факторах транскрипции эти домены часто встречаются в массивах (обычно разделенных короткими линкерными последовательностями), а соседние пальцы расположены с интервалом в 3 пары оснований при связывании с ДНК.

Лейциновая молния

Домен основной лейциновой молнии ( bZIP ) встречается в основном у эукариот и в ограниченной степени у бактерий. Домен bZIP содержит альфа-спираль с лейцином на каждой 7-й аминокислоте. Если две такие спирали находят друг друга, лейцины могут взаимодействовать как зубцы в молнии, что позволяет димеризовать два белка. При связывании с ДНК остатки основных аминокислот связываются с сахарофосфатным остовом, в то время как спирали располагаются в основных бороздках. Он регулирует экспрессию генов.

Крылатая спираль

Домен крылатой спирали (WH) , состоящий примерно из 110 аминокислот, имеет четыре спирали и двухцепочечный бета-слой.

Крылатая спираль-поворот-спираль

Домен крылатой спирали-поворота-спирали (wHTH) SCOP 46785 обычно имеет длину 85-90 аминокислот. Он образован 3-спиральным пучком и 4-тяжевым бета-слоем (крылом).

Спираль-петля-спираль

Основной домен спираль-петля-спираль (bHLH) встречается в некоторых факторах транскрипции и характеризуется двумя альфа-спиралями (α-спиралями), соединенными петлей. Одна спираль обычно меньше и из-за гибкости петли допускает димеризацию путем складывания и упаковки против другой спирали. Большая спираль обычно содержит области связывания ДНК.

HMG-ящик

Домены HMG-box обнаружены в белках группы высокой подвижности, которые участвуют в различных ДНК-зависимых процессах, таких как репликация и транскрипция. Они также изменяют гибкость ДНК, вызывая изгибы. [8] [9] Домен состоит из трех альфа-спиралей, разделенных петлями.

Домен Wor3

Домены Wor3, названные в честь непрозрачного регулятора 3 (Wor3) у Candida albicans, возникли в ходе эволюции позже, чем большинство ранее описанных доменов связывания ДНК, и ограничены небольшим числом грибов. [10]

OB-фолд домен

OB -fold — это небольшой структурный мотив, первоначально названный так из-за его свойств связывания олигонуклеотида / олигосахарида . Домены OB-fold имеют длину от 70 до 150 аминокислот. [11] OB-fold связывают одноцепочечную ДНК и, следовательно, являются одноцепочечными связывающими белками . [11]

Было установлено, что белки OB-fold имеют решающее значение для репликации ДНК , рекомбинации ДНК , репарации ДНК , транскрипции , трансляции , реакции на холодовой шок и поддержания теломер . [12]

Необычный

Иммуноглобулиновая складка

Иммуноглобулиновый домен ( InterPro :  IPR013783 ) состоит из структуры бета-листа с большими соединительными петлями, которые служат для распознавания либо основных бороздок ДНК, либо антигенов. Обычно они встречаются в белках иммуноглобулинов, но также присутствуют в белках Stat цитокинового пути. Вероятно, это связано с тем, что цитокиновый путь развился относительно недавно и использовал уже функционирующие системы, а не создавал свои собственные.

Домен B3

B3 DBD ( InterPro :  IPR003340 , SCOP 117343 ) встречается исключительно в факторах транскрипции из высших растений и эндонуклеазах рестрикции EcoRII и BfiI и обычно состоит из 100-120 остатков. Он включает семь бета-слоев и две альфа-спирали , которые образуют ДНК-связывающую псевдобочкообразную белковую складку .

эффектор ТАЛ

Эффекторы TAL обнаружены в бактериальных фитопатогенах рода Xanthomonas и участвуют в регуляции генов растения-хозяина с целью содействия бактериальной вирулентности, пролиферации и распространению. [13] Они содержат центральную область тандемных повторов остатков 33-35, и каждая область повтора кодирует одно основание ДНК в сайте связывания TALE. [14] [15] Внутри повтора только остаток 13 напрямую контактирует с основанием ДНК, определяя специфичность последовательности, в то время как другие позиции контактируют с остовом ДНК, стабилизируя взаимодействие связывания ДНК. [16] Каждый повтор в массиве принимает форму парных альфа-спиралей, в то время как весь массив повторов образует правую суперспираль, обвивающуюся вокруг двойной спирали ДНК. Было показано, что массивы эффекторных повторов TAL сокращаются при связывании ДНК, и был предложен механизм поиска с двумя состояниями, при котором удлиненный TALE начинает сокращаться вокруг ДНК, начиная с успешного распознавания тимина с уникальной повторяющейся единицы N-конца массива эффекторных повторов TAL. [17] Связанные белки обнаружены в бактериальном патогене растений Ralstonia solanacearum , [18] грибковом эндосимбионте Burkholderia rhizoxinica [19] и двух пока еще не идентифицированных морских микроорганизмах. [20] Код связывания ДНК и структура массива повторов сохраняются между этими группами, которые вместе называются TALE-подобными .

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Lilley DM (1995). ДНК-белок: структурные взаимодействия . Оксфорд: IRL Press в Oxford University Press. ISBN 0-19-963453-X.
  2. ^ Swint-Kruse L, Matthews KS (апрель 2009 г.). «Аллостерия в семействе LacI/GalR: вариации на тему». Current Opinion in Microbiology . 12 (2): 129–37. doi :10.1016/j.mib.2009.01.009. PMC 2688824. PMID  19269243 . 
  3. ^ "reviewed:yes AND organism:"Homo sapiens (Human) [9606]" AND proteome:up000005640 в UniProtKB". www.uniprot.org . Получено 25.10.2017 .
  4. ^ ab Malhotra S, Sowdhamini R (август 2013 г.). «Обзор ДНК-связывающих белков в Arabidopsis thaliana по всему геному: анализ распределения и функций». Nucleic Acids Research . 41 (15): 7212–9. doi :10.1093/nar/gkt505. PMC 3753632. PMID  23775796 . 
  5. ^ "Поиск HTH на PROSITE". Expasy . Получено 2024-06-17 .
  6. ^ Malgieri G, Palmieri M, Russo L, Fattorusso R, Pedone PV, Isernia C (декабрь 2015 г.). «Прокариотический цинковый палец: структура, функция и сравнение с эукариотическим аналогом». Журнал FEBS . 282 (23): 4480–96. doi : 10.1111/febs.13503 . PMID  26365095.
  7. ^ Pabo CO, Peisach E, Grant RA (2001). «Разработка и выбор новых белков с цинковым пальцем Cys2His2». Annual Review of Biochemistry . 70 : 313–40. doi :10.1146/annurev.biochem.70.1.313. PMID  11395410.
  8. ^ Murugesapillai D, et al. (2014). «ДНК-мостики и петли с помощью HMO1 обеспечивают механизм стабилизации хроматина, свободного от нуклеосом». Nucleic Acids Res . 42 (14): 8996–9004. doi :10.1093/nar/gku635. PMC 4132745. PMID  25063301 . 
  9. ^ Murugesapillai D, McCauley MJ, Maher LJ 3rd, Williams MC (2017). «Исследования отдельных молекул высокомобильных архитектурных белков изгибания ДНК группы B». Biophys Rev. 9 ( 1): 17–40. doi :10.1007/s12551-016-0236-4. PMC 5331113. PMID  28303166 . 
  10. ^ Lohse MB, Hernday AD, Fordyce PM, Noiman L, Sorrells TR, Hanson-Smith V, Nobile CJ, DeRisi JL, Johnson AD (май 2013 г.). «Идентификация и характеристика ранее не описанного семейства доменов связывания ДНК, специфичных к последовательности». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 110 (19): 7660–5. Bibcode : 2013PNAS..110.7660L. doi : 10.1073/pnas.1221734110 . PMC 3651432. PMID  23610392 . 
  11. ^ ab Flynn RL, Zou L (август 2010 г.). «Олигонуклеотид/олигосахарид-связывающие фолд-белки: растущее семейство стражей генома». Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology . 45 (4): 266–75. doi :10.3109/10409238.2010.488216. PMC 2906097. PMID  20515430 . 
  12. ^ Theobald DL, Mitton-Fry RM, Wuttke DS (2003). «Распознавание нуклеиновых кислот белками OB-fold». Annual Review of Biophysics and Biomolecular Structure . 32 : 115–33. doi :10.1146/annurev.biophys.32.110601.142506. PMC 1564333. PMID  12598368 . 
  13. ^ Бох Дж., Бонас У. (2010). «Эффекторы семейства Xanthomonas AvrBs3 III типа: открытие и функция». Annual Review of Phytopathology . 48 : 419–36. doi :10.1146/annurev-phyto-080508-081936. PMID  19400638.
  14. ^ Moscou MJ, Bogdanove AJ (декабрь 2009 г.). «Простой шифр управляет распознаванием ДНК эффекторами TAL». Science . 326 (5959): 1501. Bibcode :2009Sci...326.1501M. doi :10.1126/science.1178817. PMID  19933106. S2CID  6648530.
  15. ^ Boch J, Scholze H, Schornack S, Landgraf A, Hahn S, Kay S, Lahaye T, Nickstadt A, Bonas U (декабрь 2009 г.). «Нарушение кода специфичности связывания ДНК эффекторов TAL-типа III». Science . 326 (5959): 1509–12. Bibcode :2009Sci...326.1509B. doi :10.1126/science.1178811. PMID  19933107. S2CID  206522347.
  16. ^ Mak AN, Bradley P, Cernadas RA, Bogdanove AJ, Stoddard BL (февраль 2012 г.). «Кристаллическая структура эффектора TAL PthXo1, связанного со своей ДНК-мишенью». Science . 335 (6069): 716–9. Bibcode :2012Sci...335..716M. doi :10.1126/science.1216211. PMC 3427646 . PMID  22223736. 
  17. ^ Cuculis L, Abil Z, Zhao H, Schroeder CM (июнь 2015 г.). «Прямое наблюдение динамики белка TALE выявляет механизм поиска двух состояний». Nature Communications . 6 : 7277. Bibcode :2015NatCo...6.7277C. doi :10.1038/ncomms8277. PMC 4458887 . PMID  26027871. 
  18. ^ de Lange O, Schreiber T, Schandry N, Radeck J, Braun KH, Koszinowski J, Heuer H, Strauß A, Lahaye T (август 2013 г.). «Нарушение кода связывания ДНК эффекторов TAL Ralstonia solanacearum открывает новые возможности для создания генов устойчивости растений к бактериальному увяданию». The New Phytologist . 199 (3): 773–86. doi : 10.1111/nph.12324 . PMID  23692030.
  19. ^ Juillerat A, Bertonati C, Dubois G, Guyot V, Thomas S, Valton J, Beurdeley M, Silva GH, Daboussi F, Duchateau P (январь 2014 г.). "BurrH: новый модульный ДНК-связывающий белок для генной инженерии". Scientific Reports . 4 : 3831. Bibcode :2014NatSR...4E3831J. doi :10.1038/srep03831. PMC 5379180 . PMID  24452192. 
  20. ^ de Lange O, Wolf C, Thiel P, Krüger J, Kleusch C, Kohlbacher O, Lahaye T (ноябрь 2015 г.). «ДНК-связывающие белки морских бактерий расширяют известное разнообразие последовательностей TALE-подобных повторов». Nucleic Acids Research . 43 (20): 10065–80. doi :10.1093/nar/gkv1053. PMC 4787788. PMID  26481363 . 
  21. ^ Бланк-Матье, Ромен; Дюма, Рено; Турчи, Лора; Лукас, Жереми; Парси, Франсуа (июль 2023 г.). «Plant-TFClass: структурная классификация факторов транскрипции растений». Trends in Plant Science . doi :10.1016/j.tplants.2023.06.023.

Внешние ссылки