Białko wiążące DNA

Białka wiążącego DNA, jest białko zawierające domenę wiążącą DNA , i które w związku z tym ma powinowactwo do pojedynczego - linka lub dwuniciowy ( podwójna helisa ) DNA . Białka wiążące DNA specyficzne dla sekwencji nukleotydów na ogół oddziałują z głównym rowkiem B-DNA, ponieważ ten ostatni bardziej odsłania pary zasad , umożliwiając ich lepszą identyfikację. Istnieją jednak ligandy, które oddziałują z mniejszym rowkiem, takie jak netropsyna ( poliamid ), distamycyna , barwnik Hoechst 33258 , pentamidyna ( trypanicyd ), DAPI i inne.

Białka wiążące DNA obejmują czynniki transkrypcyjne , które modulują transkrypcję DNA na RNA , różne polimerazy , nukleazy , które rozszczepiają cząsteczki DNA, a także histonów , które są zaangażowane w kondycjonowania chromosomów w regulacji transkrypcji w jądrze z komórki . Białka wiążące DNA mogą zawierać motywy strukturalne, takie jak palec cynkowy , helisa-łokieć-helisa , suwak leucynowy i inne, które ułatwiają wiązanie z cząsteczkami kwasu nukleinowego . Istnieją również mniej tradycyjne przykłady takich białek, takie jak efektor TAL  (en) .

Nieswoiste interakcje białko-DNA

Struktury białek , które wiążą się z DNA , na przykład w chromosomach , są przykładami zrozumienia niespecyficznych interakcji między białkami a DNA. Białka te organizują DNA w zwartą strukturę zwaną chromatyną . U eukariontów struktury te obejmują wiązanie DNA z małymi podstawowymi białkami zwanymi histonami . U prokariotów w grę wchodzi kilka rodzajów białek.

Histony to kompleks w kształcie dysku zwany nukleosomem, zawierający dwa pełne zwoje dwuniciowego DNA owiniętego wokół niego. Takie niespecyficzne interakcje są ustalane za pomocą wiązań jonowych między resztami z aminokwasy podstawowe i dodatnio naładowaną histonów jednej strony, a szkielet odważy - fosforanu kwasu i ujemnie naładowanego DNA, z drugiej strony, co powoduje, że w dużym stopniu niezależne od nukleotydu sekwencji . Wśród potranslacyjnych modyfikacji tych podstawowych aminokwasów są metylacje , fosforylacje i acetylacje . Te chemiczne zmiany modyfikują intensywność interakcji między DNA a histonami, czyniąc DNA mniej lub bardziej dostępnym dla czynników transkrypcyjnych i modulując szybkość transkrypcji . Inne białka w nieswoistej chromatynie sekwencji DNA obejmują białka o wysokiej ruchliwości, które wiążą się ze zniekształconym DNA. Białka te odgrywają ważną rolę w organizowaniu nukleosomów w celu zorganizowania ich w większe struktury tworzące chromosomy.

Białka wiążące jednoniciowe DNA

Istnieje specjalna grupa białek wiążących DNA , które są specyficzne dla jednoniciowego DNA . W ludzi The białko replikacji jest najlepiej zrozumieć członkiem tej rodziny. Bierze udział w procesach, w których podwójna helisa DNA jest podzielona na dwie nici , takich jak replikacja DNA , rekombinacja genetyczna i naprawa DNA . Wydaje się, że białka te stabilizują jednoniciowy DNA i chronią go przed degradacją przez nukleazy, jak również przed tworzeniem się struktur macierzystych .

Białka wiążące DNA specyficzne dla sekwencji nukleotydów

Niektóre białka nie rozwinęły się nie łączą się z pewnymi sekwencjami z DNA . Najbardziej znanymi z nich są czynniki transkrypcyjne , czyli białka regulujące transkrypcję DNA na RNA . Każdy czynnik transkrypcyjny wiąże się tylko z określoną sekwencją DNA i aktywuje lub hamuje transkrypcję genów, które mają tę sekwencję w pobliżu swojego promotora .

Czynniki transkrypcyjne odgrywają swoją rolę na dwa sposoby. Z jednej strony mogą wiązać się z polimerazą RNA odpowiedzialną za transkrypcję bezpośrednio lub poprzez inne białka pośredniczące; umożliwia to umieszczenie polimerazy na promotorze i rozpoczęcie transkrypcji. Z drugiej strony, czynniki transkrypcyjne mogą wiązać się z enzymami, które modyfikują histony na poziomie promotora. Sprzyja to dostępowi polimeraz do DNA.

Te docelowe sekwencje DNA można znaleźć w dowolnym miejscu w genomie żywej istoty. Zatem zmiany w aktywności jednego typu czynnika transkrypcyjnego mogą wpływać na tysiące genów. To jest powód, dla którego białka te są często celem procesów transdukcji sygnałów kontrolujących odpowiedź na zmiany środowiskowe lub różnicowanie komórek i rozwój organizmów . Ścisła specyfika interakcji między tymi czynnikami transkrypcyjnymi a DNA wynika z faktu, że białka te nawiązują liczne kontakty z krawędziami zasad nukleinowych , co pozwala im „odczytywać” sekwencje nukleotydowe . Większość tych interakcji zachodzi w głównym rowku DNA, gdzie zasady są najbardziej dostępne. Zwykle wykonuje matematyczne opisy wiązania DNA-białko, biorąc pod uwagę specyficzność sekwencji oraz konkurencyjne wiązanie i współdziałanie różnych typów białek przy użyciu modeli sieciowych  (en) . Zaproponowano metody obliczeniowe do identyfikacji specyficznej sekwencji wiązania białka z DNA w celu wykorzystania dużej liczby obecnie dostępnych sekwencji.

Uwagi i odniesienia

  1. (in) CO Pabo i RT Sauer , „  Rozpoznawanie białek-DNA  ” , Annual Review of Biochemistry , tom.  53, Lipiec 1984, s.  293-321 ( PMID  6236744 , DOI  10.1146 / annurev.bi.53.070184.001453 , czytaj online )
  2. (w :) Richard E. Dickerson , „  Ślimak DNA i jak to jest czytać  ” , Scientific American , tom.  249 N O  6, Grudzień 1983, s.  94-111 ( DOI  10.1038 / scientificamerican1283-94 , bibcode  1983SciAm.249f..94D , czytać online )
  3. (w) PB Dervan , „  Projektowanie cząsteczek wiążących DNA specyficznych dla sekwencji  ” , Science , vol.  232 n O  4749, 25 kwietnia 1986, s.  464-471 ( PMID  2421408 , DOI  10.1126 / science.2421408 , czytaj online )
  4. (w) K. Sandman, SL Pereira JN Reeve , „  Różnorodność prokariotycznych białek chromosomowych i pochodzenie nukleosomu  ” , Cellular and Molecular Life Sciences , tom.  54 N O  12, grudzień 1998, s.  1350-1364 ( PMID  9893710 , DOI  10.1007 / s000180050259 , czytaj online )
  5. (w) Temus Lady T. , „  Rola białek związanych z nukleoidami w organizmie i zagęszczanie chromatyny bakteryjnej  ” , Molecular Microbiology , Vol.  56, n o  4, Maj 2005, s.  858-870 ( PMID  15853876 , DOI  10.1111 / j.1365-2958.2005.04598.x , czytaj online )
  6. (w) Karolin Luger, Armin W. Mader, Robin K. Richmond, David F. Sargent i Timothy J. Richmond , „  Crystal structure of the nucleosome core particle at 2.8 A resolution  ” , Nature , vol.  389 n O  6648, 18 września 1997, s.  251-260 ( PMID  9305837 , DOI  10.1038/38444 , czytaj online )
  7. (w) Thomas Jenuwein i C. David Allis , „  Translating the Histone Code  ” , Science , vol.  293 n O  5532, 10 sierpnia 2001, s.  1074-1080 ( PMID  11498575 , DOI  10.1126 / science.1063127 , czytaj online )
  8. (w) T. Ito , „  Zbiór i przebudowa nukleosomu  ” , Aktualne tematy w mikrobiologii i immunologii , tom.  274, 2003, s.  1-22 ( PMID  12596902 , DOI  10.1007 / 978-3-642-55747-7_1 , czytaj online )
  9. (w) OJ Thomas , „  HMG1 i 2: architektoniczne białka wiążące DNA  ” , Biochemical Society Transactions , tom.  29 N O  Pt 4 Sierpień 2001, s.  395-401 ( PMID  11497996 , DOI  10.1042 / bst0290395 , czytaj online )
  10. (w) Rudolf Grosschedl Klaus Giese i John Pagel , Białka domeny HMG: Elementy architektoniczne w montażu struktur nukleoproteinowych  " , Trends in Genetics , tom.  10 N O  3, Marzec 1994, s.  94-100 ( PMID  8178371 , DOI  10.1016 / 0168-9525 (94) 90232-1 , czytaj online )
  11. (w) Cristina Iftode, Yaron Daniely i James A. Borowiec , „  Replication Protein A (RPA): The Eukariotic SSB  ” , Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology , tom.  34, n o  3, 1999, s.  141-180 ( PMID  10473346 , DOI  10.1080/10409239991209255 , czytaj online )
  12. (w) Lawrence C. Myers i Roger D. Kornberg , „  Mediator of Transcriptional Regulation  ” , Annual Review of Biochemistry , tom.  69, lipiec 2000, s.  729-749 ( PMID  10966474 , DOI  10.1146 / annurev.biochem.69.1.729 , czytaj online )
  13. (w) Bruce M. Spiegelman i Reinhart Heinrich , „  Biological Control Transcriptional coactivators through Regulated  ” , Cell , tom.  119 n O  2 15 października 2004, s.  157-167 ( PMID  15479634 , DOI  10.1016 / j.cell.2004.09.037 , czytaj online )
  14. (w) Zirong Li, Sara Van Calcar Chunxu Qu, Webster K. Cavenee, Michael Q. Zhang i Bing Ren , „  Global A transcriptional regulatory role for c-Myc in Burkitt's lymphoma cells  ” , Proceedings of the National Academy of Sciences of Stany Zjednoczone Ameryki , vol.  100 n O  14 8 lipca 2003, s.  8164-8169 ( PMID  12808131 , PMCID  166200 , DOI  10.1073 / pnas.1332764100 , czytaj online )
  15. (w) Vladimir B. Teif i Karsten Rippe , „  Statystyczno-mechaniczne modele sieci krystalicznej wiązania białka i DNA w chromatynie  ” , Journal of Physics: Condensed Matter , vol.  22 N O  41, 20 października 2010Artykuł n o  414.105 ( PMID  21386588 , DOI  10,1088 / 0953-8984 / 22/41/ 414105 , czytać online )
  16. (en) Ka-Chun Wong, Tak-Ming Chan, Chengbin Peng, Yue Li i Zhang Zhaolei , „  Wyjaśnienie wzorca DNA za pomocą propagacji przekonań  ” , Nucleic Acids Research , vol.  41 N O  16 wrzesień 2013Artykuł n o  E153 ( PMID  23814189 , PMCID  3,763,557 , DOI  10.1093 / nar / gkt574 , czytać online )