Как ДНК-связывающие белки распознают правильные пары оснований ДНК?

Существуют различные виды ДНК-связывающих доменов; те, которые участвуют в идентификации оснований в большой бороздке, могут различать разные пары оснований одних и тех же нуклеотидов, т.е. АТ и ТА, потому что они связываются с функциональными группами нуклеотида, а не с парой оснований как таковой . Важна стереохимия, т.е. какой нуклеотид находится в большой бороздке. Расположение нуклеотидов в большой бороздке также является фактором (рис. 1).

Рисунок 1: Идентификация последовательности ДНК с помощью фактора транскрипции Helix-Turn-Helix. Это пример белка Engrailed у дрозофилы . Воспроизведено из Paro and Sauer (1992) ^[1] .

Вы можете видеть, что аденин распознается иначе, чем тимин. Во многих случаях, таких как белки цинковых пальцев (ZF), идентификация последовательности обычно происходит для пар динуклеотидов, так что каждый палец (модульная единица) может идентифицировать ди/тринуклеотид (рис. 2,3). Массив пальцев в случае ZF и спиралей в случае мотивов Helix-Turn-Helix может распознавать уникальный участок последовательности ДНК (который, безусловно, более уникален, чем отдельные пары оснований). Обычно связывание пальцев является кооперативным, что приводит к повышению аффинности и специфичности связывания белок-ДНК ^{[2,3] .}. Аналогичный механизм может существовать и для других видов DBD (я специально не искал). Более того, многие белки, связывающие мотив ДНК, олигомеризуются, что опять-таки кооперативно. Это увеличивает специфичность, и общая кинетика связывания становится сигмоидальной и пороговой (см. Кинетика Хилла ).

Механизмы связывания лучше всего понятны для белков ZF, что привело к развитию нуклеаз цинковых пальцев, которые были одним из первых современных методов направленного редактирования генома ^[4] (хотя теперь они устарели в системе CRISPR-Cas).

Рисунок 2: Идентификация последовательности ДНК с помощью белков цинковых пальцев. В этом примере рассматривается белок Zif268. Воспроизведено из Paro and Sauer (1992) ^[1] .

Рисунок 3: Более подробное изображение взаимодействия Zif268-ДНК. Воспроизведено из Durai et al. (2005) ^[4] .

---

Использованная литература:

1. Пабо, Карл О. и Роберт Т. Зауэр. « Факторы транскрипции: структурные семейства и принципы распознавания ДНК ». Ежегодный обзор биохимии 61.1 (1992): 1053-1095.
2. Кришна, С. Шри, Индранил Маджумдар и Ник В. Гришин. « Структурная классификация цинковых пальцев. ОБЗОР И РЕЗЮМЕ». «Исследование нуклеиновых кислот 31.2 (2003): 532-550.
3. Ли, Джуён, Джин-Су Ким и Чаок Сок. « Кооперативность и специфичность взаимодействий белка цинкового пальца Cys2His2 с ДНК: исследование моделирования молекулярной динамики ». Журнал физической химии B 114.22 (2010): 7662-7671.
4. Дурай, Сундар и др. « Нуклеазы цинковых пальцев: специально разработанные молекулярные ножницы для геномной инженерии клеток растений и млекопитающих ». Исследование нуклеиновых кислот 33.18 (2005): 5978-5990.