Et DNA-bindende protein er et protein som inneholder et DNA-bindende domene og som derfor har en affinitet for enkeltstrenget eller dobbeltstrenget ( dobbelt helix ) DNA . DNA-bindende proteiner som er spesifikke for en nukleotidsekvens, samhandler generelt med hovedsporet av B-DNA fordi sistnevnte utsetter baseparene mer , slik at de blir bedre identifisert. Imidlertid er det ligander som samhandler med mindre spor, som netropsin (et polyamid ), distamycin , Hoechst 33258 fargestoff , pentamidin (et trypanicid ), DAPI og andre.
DNA-bindende proteiner inkluderer transkripsjonsfaktorer , som modulerer transkripsjonen av DNA til RNA , forskjellige polymeraser , nukleaser , som spalter DNA-molekyler, så vel som histoner , som er involvert i kondisjonering av kromosomer og i reguleringen av transkripsjon i kjernen av celler . DNA-bindende proteiner kan inneholde strukturelle motiver som sinkfinger , helix-albue-helix , leucin glidelås og andre, som letter binding til nukleinsyremolekyler . Det er også mindre tradisjonelle eksempler på slike proteiner, for eksempel TAL-effektor (en) .
Den proteinstruktur som bindes til DNA , for eksempel i kromosomene , er eksempler forståelse av ikke-spesifikke interaksjoner mellom proteiner og DNA. Disse proteinene organiserer DNA i en kompakt struktur som kalles kromatin . I eukaryoter involverer disse strukturene binding av DNA med små basiske proteiner kalt histoner . I prokaryoter spiller flere typer proteiner inn.
Histoner er et skiveformet kompleks kalt et nukleosom som inneholder to fulle svinger med dobbeltstrenget DNA viklet rundt det. Disse ikke-spesifikke interaksjoner etableres gjennom ioniske bindinger mellom de rester av aminosyrene basiske og positivt ladede histoner ene side og skjelett tør - fosfat syre og negativt ladet DNA på den annen side, noe som gjør dem meget stor grad uavhengig av den nukleotidsekvens . Blant de posttranslasjonelle modifikasjonene av disse basiske aminosyrene er det metyleringer , fosforyleringer og acetyleringer . Disse kjemiske endringene endrer intensiteten av interaksjoner mellom DNA og histoner, noe som gjør DNA mer eller mindre tilgjengelig for transkripsjonsfaktorer og modulerer transkripsjonshastigheten . Andre proteiner i det ikke-spesifikke kromatinet i en DNA-sekvens inkluderer proteiner med høy mobilitet, som binder til forvrengt DNA. Disse proteinene spiller en viktig rolle i å organisere nukleosomer for å ordne dem i større strukturer som utgjør kromosomer.
Det er en spesiell gruppe DNA-bindende proteiner som er spesifikke for enkeltstrenget DNA . Hos mennesker er replikasjonsproteinet A det mest forståte medlemmet av denne familien. Det er involvert i prosesser der DNA- dobbeltspiralen er delt i to tråder , for eksempel DNA-replikasjon , genetisk rekombinasjon og DNA-reparasjon . Disse proteinene ser ut til å stabilisere enkeltstrenget DNA og beskytte det mot nedbrytning av nukleaser så vel som dannelsen av stammeløkkestrukturer .
Noen proteiner har utviklet seg til ikke å binde seg til visse sekvenser av DNA . Den mest kjente av disse er transkripsjonsfaktorer , som er proteinene som regulerer transkripsjon av DNA til RNA . Hver transkripsjonsfaktor binder bare til en spesifikk DNA-sekvens og aktiverer eller inhiberer transkripsjonen av gener som har denne sekvensen nær promotoren .
Transkripsjonsfaktorer spiller sin rolle på to måter. På den ene siden kan de binde seg til RNA-polymerase som er ansvarlig for transkripsjon, direkte eller gjennom andre medierende proteiner; dette gjør at polymerasen kan plasseres på promoteren og lar den starte transkripsjon. På den annen side kan transkripsjonsfaktorer binde seg til enzymer som modifiserer histoner på promoternivå. Dette fremmer tilgang til DNA for polymerasene.
Disse mål-DNA-sekvensene kan finnes hvor som helst i hele et levende vesens genom . Dermed kan endringer i aktiviteten til en type transkripsjonsfaktor påvirke tusenvis av gener. Dette er grunnen til at disse proteinene ofte er målet for signaltransduksjonsprosesser som styrer responsen på miljøendringer eller celledifferensiering og utvikling av organismer . Den nære spesifisiteten av interaksjonen mellom disse transkripsjonsfaktorene og DNA oppstår fra det faktum at disse proteinene etablerer mange kontakter med kantene av nukleinsbasene , noe som gjør at de kan "lese" nukleotidsekvensene . De fleste av disse interaksjonene finner sted i DNA-sporet, der basene er mest tilgjengelige. Den utfører vanligvis de matematiske beskrivelsene av DNA-proteinbinding, med tanke på spesifisiteten for sekvensene og den konkurransedyktige binding og samarbeid mellom forskjellige typer proteiner ved hjelp av nettverksmodeller (en) . Beregningsmetoder er blitt foreslått for å identifisere den spesifikke bindingssekvensen til et protein til DNA for å utnytte det store antallet sekvenser som nå er tilgjengelige.