DNK-vezujući domen (DBD) nezavisno je savijeni proteinski domen koji sadrži barem jedan strukturni motiv koji prepoznaje dvolančanu ili jednolančanu DNK. DBD može prepoznati specifičnu DNK sekvencu (sekvencu za prepoznavanje) ili imati opći afinitet prema DNK. Neki DNK-vezujući domeni mogu također uključivati nukleinske kiseline u svoju presavijenu strukturu. Funkcija Jedan ili više DNK-vezujućih domena često su dio većeg proteina koji se sastoji od daljnjih proteinskih domena s različitom funkcijom. Dodatni domeni često reguliraju aktivnost DNK-vezujućeg domena. Funkcija vezivanja DNK je ili strukturna ili uključuje regulaciju transkripcije, pri čemu se dvije uloge ponekad preklapaju. Domeni koji vežu DNK s funkcijama koje uključuju strukturu DNK imaju biološke uloge u replikaciji DNK, reparaciji, hromatina i modifikaciji, kao što je metilacija DNK. Mnogi proteini uključeni u regulaciju ekspresije gena sadrže DNK-vezujuće domene. Naprimjer, proteini koji regulišu transkripciju vezivanjem DNK nazivaju se transkripcijski faktori. Konačni rezultat većine ćelijskih signalnih kaskada jeste regulacija gena.
DBD interreaguje sa nukleotidima DNK na DNK sekvencijski specifičan ili sekvencijski nespecifičan način, ali čak i sekvencijno nespecifično prepoznavanje uključuje neku vrstu molekularne komplementarnosti između proteina i DNK. Prepoznavanje DNK od strane DBD-a može se dogoditi na glavnom ili sporednom žlijebu DNK ili na šećerno-fosfatnom lancu DNK (pogledajte strukturu DNK). Svaka specifična vrsta prepoznavanja DNK prilagođena je funkciji proteina. Naprimjer, enzim DNKaza I koji reže DNK gotovo nasumično i stoga se mora vezati za DNK na sekvencijski nespecifičan način. Ali, čak i tako, DNK-aza I prepoznaje određenu 3D DNK strukturu, dajući donekle specifičan obrazac cijepanja DNK koji može biti koristan za proučavanje prepoznavanja DNK tehnikom koja se naziva DNK-otisak.
Mnogi DNK-vezujući domeni moraju prepoznati specifične DNK sekvence, kao što su DBD-ovi transkripcijskih faktora koji aktiviraju specifične gene ili one enzime koji modificiraju DNK na specifičnim mjestima, poput restrikcijskih enzima i telomeraze. Obrazac vodikovih veza u glavnom žlijebu DNK manje je degeneriran od onog u manjem žlijebu DNK, što pruža atraktivnije mjesto za sekvencu-specifično prepoznavanje DNK. Specifičnost DNK-vezujućih proteina može se proučavati korištenjem mnogih biohemijskih i biofizičkih tehnika, kao što su gel.elektroforeza, analitička ultracentrifugiranja, kalorimetrija, DNK mutacija, mutacija ili modifikacija strukture proteina, nuklearna magnetna rezonanca, rendgenska kristalografija, rezonanca površinskog plazmona, elektronska paramagnetna rezonanca, umrežavanje i mikroskalna termoforeza (MST).
DNK-vezujući protein u genomima
Veliki dio gena u svakom genomu kodira DNK-vezujuće proteine (vidi Tabelu). Međutim, samo prilično mali broj proteinskih porodica veže se za DNK. Naprimjer, više od 2000 od ~20.000 ljudskih proteina su "DNK-vezujući", uključujući oko 750 proteina sa cinkovim prstom. VrstaDNK-vezujući proteiniDNK-vezujuće porodice Arabidopsis thaliana (Thalova potočarka)4471300Saccharomyces cerevisiae (kvasac)720243Caenorhabditis elegans (obla glista)2028271Drosophila melanogaster (voćna mušica)2620283
Tipovi thumb|300px|right|DNK kontakti različitih tipova DNK-vezujućih domena
Heliks-okret-heliks
Prvobitno otkriven kod bakterija, motiv heliks-okret-heliks se obično nalazi u represorskim proteinima i dug je oko 20 aminokiselina. Kod eukariota, homeodomen sastoji se od dva heliksa, od kojih jedan prepoznaje DNK (poznat i kao heliks prepoznavanja). Uobičajeni su u proteinima koji regulišu razvojne procese.
Heliks-ukosnica-heliks
Heliks-ukosnica-heliks nalazi se u proteinima koji interaguju sa DNK na način koji nije specifičan za sekvencu. Sastoji se od dva antiparalelna alfa-heliksa povezana kratkom ukosnicom. Dva alfa-heliksa pakirana supod oštrim uglom od ~25–50° koji diktira karakteristični obrazac hidrofobnosti u sekvencama, dok se druge strukture koje vežu DNK, poput motiva heliks-okret-heliks, koji je također formiran parom heliksa, mogu lahko razlikovati po pakiranju heliksa pod gotovo pravim uglom.
Cinkov prst
thumb|300px|Kristalografska struktura (1R4O) dimera cinkovog prsta koji sadrži DBD glukokortikoidnog receptora (gore) vezanog za DNK (dolje). Atomi cinka predstavljeni su sivim sferama, a koordinirajući bočni lanci cisteina kao štapići. Domen cinkovog prsta uglavnom se nalazi kod eukariota, ali neki primjeri su pronađeni i kod bakterija. Domen cinkovog prsta dug je uglavnom između 23 i 28 aminokiselina i stabiliziran je koordinacijom cinkovih iona s pravilno raspoređenim ostacima koji koordiniraju cink (histidini ili cisteini). Najčešća klasa cinkovih prstiju (Cys2His2) koordinira jedan cinkov ion i sastoji se od spirale za prepoznavanje i dvolančanog beta-lista. U transkripcijskim faktorima, ovi domeni često se nalaze u nizovima (obično odvojenim kratkim linker sekvencama), a susjedni prsti su razmaknuti na intervalima od tri bazna para, kada su vezani za DNK.
Leucinski zatvarač
Osnovni domen leucinskog zatvarača (bZIP) uglavnom se nalazi kod eukariota i u ograničenoj mjeri kod bakterija. BZIP domen sadrži alfa-heliks sa leucinom na svakoj 7. aminokiselini. Ako se dva takva helikasa pronađu jedan na drugom, leucini mogu interreagovati kao zubi u zatvaraču, omogućavajući dimerizaciju dva proteina. Prilikom vezivanja za DNK, ostaci osnovnih aminokiselina vežu se za šećerno-fosfatni lanac, dok se heliksi nalaze u glavnim žljebovima. Reguliše ekspresiju gena.
Krilata spirala Sastoji se od oko 110 aminokiselina, domen krilata spirala (WH) ima četiri heliksa i dvolančani beta-list.
Krilata spirala-okret-spirala Domen krilata spirala-okret-spirala (wHTH) obično jedug 85–90 aminokiselina. Formiran je od 3-spiralnog snopa i 4-lančansa beta-lista (krila).
Heliks-petlja-spirala Domen osnovna spirala-petlja-spirala (bHLH) nalazi se u nekim [transkripcijskim faktorima i karakteriziraju ga dva α-heliksa, povezana petljom. Jedna spirala je obično manja i zbog fleksibilnosti petlje omogućava dimerizaciju, savijanjem i pakovanjem uz drugi heliks. Veća heliksa obično sadrži DNK-vezujuće regije. HMG-kutija Domeni HMG-kutije nalaze se u proteinima visoke mobilnosti, koji su uključeni u različite procese zavisne od DNK, poput replikacije i transkripcije. Oni također mijenjaju fleksibilnost DNK induciranjem savijanja. Domen se sastoji od tri alfa-heliksa odvojena petljama.
Wor3 domen Wor3 domeni, nazvani po White-Opaque regulatoru 3 (Wor3) kod Candida albicans, nastali su u novijem evolucijskom periodu od većine prethodno opisanih DNK-vezujućih domena i ograničeni su na mali broj gljiva.
OB-nabor domena OB-nabor mali je strukturni motiv, prvobitno nazvan po svojim svojstvima vezivanja oligonukleotid/oligosaharid. OB-nabor domena ima dužinu između 70 i 150 aminokiselina. OB-nabori vežu jednolančanu DNK i stoga su proteini vezivanja jednolančane DNK.
OB-naborni proteini identificirani su kao ključni za replikaciju DNK, rekombinaciju i popravku DNK, transkripciju, translaciju, odgovor na hladni šok i održavanje telomera.
Neobični Imunoglobulinski nabor imunoglobulinski domen (IPR013783) sastoji se od beta-listaste strukture s velikim spojnim petljama, koje služe za prepoznavanje glavnih žljebova DNK ili antigena. Obično se nalaze u imunoglobulinskim proteinima, a prisutni su i u Stat-proteinima citokinskog puta. To je vjerovatno zato što se citokinski put razvio relativno nedavno i koristio je sisteme koji su već bili funkcionalni, umjesto da stvara svoje vlastite. B3-domen B3 DBD (IPR003340, 117343) nalazi seisključivo u transkripcijskim faktorima iz viših biljaka i restrikcijskim endonukleazama EcoRII i BfiI i obično sastoji se od 100–120 ostataka. Uključuje sedam beta-listova i dva alfa-heliksa, koji formiraju pseudobarni proteinski nabor.
TAL-efektor
TAL-efektori nalaze se u bakterijskim biljnim patogenima roda Xanthomonas i uključeni su u regulaciju gena biljke domaćina, kako bi se olakšala bakterijska virulencija, proliferacija i širenje. Sadrže centralni region 33–35 tandemskih ponavljanja ostataka i svaki ponovljeni region kodira jednu bazu DNK na mestu vezivanja TALE-a. Unutar ponavljanja, samo ostatak 13 direktno kontaktira DNK bazu, određujući specifičnost sekvence, dok druge pozicije ostvaruju kontakt sa DNK osnovom, stabilizirajući DNK-vezujuću interakciju. Svako ponavljanje unutar niza ima oblik uparenih alfa-heliksa, dok cijeli niz ponavljanja formira desnoruki superheliks, koji se obavija oko dvostruke spirale DNK. Pokazano je da se TAL-efektorski nizovi ponavljanja kontrahiraju nakon vezivanja za DNK, a predložen je i mehanizam pretraživanja s dva stanja, pri čemu izduženi TALE počinje da se kontrahuje oko DNK, počevši s uspješnim prepoznavanjem timina s jedinstvene ponavljajuće jedinice N-terminalnog jezgra TAL-efektorskog niza ponavljanja. Srodni proteini se nalaze u bakterijskim biljnim patogenimaRalstonia solanacearum, gljivičnom endosimbiontu Burkholderia rhizoxinica i dva još uvijek neidentificirana morska mikroorganizma. Kod za DNK-vezivanje i struktura niza ponavljanja su konzerviran između ovih grupa, koje se zajednički nazivaju TALE-lika grupa. Također pogledajte Za strukturnu klasifikaciju domena za vezivanje DNK prisutnih u genomima kopnenih biljaka, pogledajte Poređenje softvera za simulaciju nukleinskih kiselina Proteinski domen
Reference
Vanjski linkovi DBD database of predicted transcription factors Uses a curated set of DNA-binding domains to predict transcription factors in all completely sequenced genomes Table of DNA-binding motifs
DNA-binding domains in PROSITE
Kategorija:Molekularna genetika Kategorija:Proteinski domeni Kategorija:Proteinske natporodice