بروتين ربط الحمض النووي البكتيري

في البداية، كان يُعتقد أن البروتينات الرابطة للحمض النووي البكتيري تُساعد في تثبيت الحمض النووي البكتيري. أما الآن، فقد تم اكتشاف العديد من الوظائف الأخرى لهذه البروتينات، بما في ذلك تنظيم التعبير الجيني بواسطة البروتين المُكوِّن للبنية النووية الشبيه بالهيستون ، H-NS.

يبلغ وزن بروتين H-NS حوالي 15.6 كيلو دالتون، ويساعد في تنظيم عملية النسخ البكتيري عن طريق تثبيط وتنشيط جينات معينة. يرتبط H-NS بالحمض النووي DNA ذي الانحناء الذاتي. في بكتيريا الإشريكية القولونية ، يرتبط H-NS بمحفز P1، مما يقلل من إنتاج الحمض النووي الريبوزي rRNA خلال فترتي الثبات والنمو البطيء. يتشارك إنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبوزي وبروتين H-NS الرابط للحمض النووي DNA في مواقع ارتباط متداخلة؛ ويُعتقد أن H-NS ينظم إنتاج rRNA من خلال التأثير على موقع بدء النسخ. وقد وُجد أن كلاً من H-NS وإنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبوزي يرتبطان بمحفز P1 ويشكلان مُركبًا. عندما يرتبط H-NS مع إنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبوزي بمنطقة المحفز، تظهر اختلافات بنيوية في الحمض النووي DNA قابلة للوصول. ^{[ 7 ]} كما وُجد أن H-NS يمكن أن يؤثر على عملية الترجمة أيضًا عن طريق الارتباط بالحمض النووي الريبوزي الرسول mRNA والتسبب في تحلله.

بروتين HU هو بروتين صغير (10 كيلو دالتون ^{[ 8 ]} ) يرتبط بالحمض النووي البكتيري، ويختلف بنيويًا عن الهيستون حقيقي النواة، ولكنه يعمل وظيفيًا بشكل مشابه للهيستون عن طريق تحفيز الالتفاف الفائق السالب إلى حمض نووي دائري بمساعدة إنزيم توبويزوميراز . وقد ثبت تورط هذا البروتين في تضاعف الحمض النووي، وإعادة التركيب، والإصلاح. يتكون بروتين HU من لب حلزوني ألفا كاره للماء وذراعين شريطيين بيتا موجبَي الشحنة، ويرتبط بشكل غير نوعي بالحمض النووي ثنائي السلسلة بتقارب منخفض، ولكنه يرتبط بالحمض النووي المُعدَّل - مثل الوصلات، والشقوق، والفجوات، والشوكات، والزوائد - بتقارب عالٍ. ترتبط الذراعان بالأخدود الصغير للحمض النووي في حالات التقارب المنخفض؛ وفي حالات التقارب العالي، يتفاعل أحد مكونات اللب الحلزوني ألفا مع الحمض النووي أيضًا. ومع ذلك، لا تقتصر وظيفة هذا البروتين على الحمض النووي فقط؛ يرتبط HU أيضًا بالحمض النووي الريبي (RNA) والهجائن DNA-RNA بنفس قوة ارتباط الحمض النووي الريبي فائق الالتفاف. ^{[ 9 ]}

كشفت الأبحاث الحديثة أن بروتين HU يرتبط بانتقائية عالية مع الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) الخاص بـ rpoS، ^{[ 10 ]} وهو نسخة من عامل سيجما للاستجابة للإجهاد في بوليميراز الحمض النووي الريبوزي، ويحفز ترجمة البروتين. إضافةً إلى هذه الوظيفة على الحمض النووي الريبوزي، فقد ثبت أيضًا أن HU يرتبط بـ DsrA، وهو حمض نووي ريبوزي صغير غير مشفر ينظم عملية النسخ عن طريق تثبيط H-NS ويحفز الترجمة عن طريق زيادة التعبير عن rpoS. تشير هذه التفاعلات إلى أن لبروتين HU تأثيرات متعددة على النسخ والترجمة في الخلايا البكتيرية.

عامل التكامل المضيف (IHF) ليس بروتينًا مرتبطًا بالنواة موجودًا فقط في البكتيريا سالبة الغرام. ^{[ 11 ]} وهو عبارة عن ثنائي غير متجانس بوزن 20 كيلو دالتون، يتكون من وحدتين فرعيتين α و β ترتبطان بالتسلسل 5' - WATCAANNNNTTR - 3' وتُحدثان انحناءً في الحمض النووي DNA بزاوية 160 درجة تقريبًا. ^{[ 12 ]} تحتوي أذرع β من IHF على بقايا برولين تُساعد على تثبيت انحناءات الحمض النووي DNA. تُساعد هذه الانحناءات على ضغط الحمض النووي DNA والسماح بالالتفاف الفائق . تعتمد طريقة الارتباط بالحمض النووي DNA على العوامل البيئية، مثل تركيز الأيونات الموجودة. مع التركيز العالي لأيونات كلوريد البوتاسيوم (KCl)، يكون انحناء الحمض النووي DNA ضعيفًا. وقد وُجد أن انحناء الحمض النووي DNA يكون أكثر حدة عندما يكون تركيز KCl أقل من 100 ملي مولار، ويكون تركيز IHF منخفضًا. ^{[ 13 ]}

اكتُشف عامل IHF كعامل مساعد ضروري لإعادة تركيب عاثية λ في بكتيريا الإشريكية القولونية. وفي عام 2016، تبيّن أن IHF يلعب دورًا محوريًا في نظامي CRISPR من النوع الأول والثاني. إذ يُسهم بشكل كبير في تمكين مُركّب Cas1-Cas2 من دمج فواصل جديدة في تسلسل CRISPR. ويُعتقد أن انحناء الحمض النووي بواسطة IHF يُغيّر المسافة بين الأخاديد الرئيسية والثانوية للحمض النووي، مما يسمح لمُركّب Cas1-Cas2 بالتلامس مع قواعد الحمض النووي. ^{[ 14 ]} تُعدّ هذه وظيفة أساسية في نظام CRISPR، حيث تضمن إضافة الفواصل الجديدة دائمًا في بداية تسلسل CRISPR بجوار التسلسل القائد. ويضمن هذا التوجيه للدمج بواسطة IHF إضافة الفواصل بشكل متسلسل زمنيًا، مما يُتيح حماية أفضل ضد أحدث عدوى فيروسية. ^{[ 15 ]}