بروتين ربط الحمض النووي

البروتينات الرابطة للحمض النووي هي بروتينات تحتوي على نطاقات ربط الحمض النووي ، وبالتالي تتمتع بألفة نوعية أو عامة للحمض النووي أحادي أو مزدوج السلسلة . ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]} تتفاعل البروتينات الرابطة للحمض النووي ذات التسلسل المحدد عمومًا مع الأخدود الكبير للحمض النووي B ، لأنه يكشف عن المزيد من المجموعات الوظيفية التي تحدد زوج القاعدة . ^{[ 6 ] [ 7 ]}

تشمل البروتينات الرابطة للحمض النووي عوامل النسخ التي تنظم عملية النسخ، وأنواعًا مختلفة من البوليميراز ، والنيوكليازات التي تقطع جزيئات الحمض النووي، والهستونات التي تشارك في تغليف الكروموسومات ونسخها في نواة الخلية . ويمكن أن تتضمن هذه البروتينات نطاقات مثل نطاق إصبع الزنك ، ونطاق اللولب-الانعطاف-اللولب ، ونطاق سحاب الليوسين (وغيرها الكثير) التي تسهل ارتباطها بالحمض النووي. وهناك أيضًا أمثلة أخرى غير مألوفة، مثل المؤثرات الشبيهة بمنشطات النسخ .

تُعدّ البروتينات البنيوية التي ترتبط بالحمض النووي أمثلةً مفهومةً جيدًا على التفاعلات غير النوعية بين الحمض النووي والبروتين. داخل الكروموسومات، يُحفظ الحمض النووي في مركبات مع البروتينات البنيوية. تُنظّم هذه البروتينات الحمض النووي في بنية مُدمجة تُسمى الكروماتين . في حقيقيات النوى ، تتضمن هذه البنية ارتباط الحمض النووي بمركب من البروتينات القاعدية الصغيرة تُسمى الهستونات . أما في بدائيات النوى ، فتشارك أنواع متعددة من البروتينات. ^{[ 8 ] [ 9 ]} تُشكّل الهستونات مُركبًا قرصيًا يُسمى النيوكليوسوم ، والذي يحتوي على لفتين كاملتين من الحمض النووي المزدوج مُلتفّتين حول سطحه. تتكوّن هذه التفاعلات غير النوعية من خلال بقايا الأحماض الأمينية القاعدية في الهستونات التي تُكوّن روابط أيونية مع العمود الفقري الحمضي للسكر والفوسفات في الحمض النووي، وبالتالي فهي مستقلة إلى حد كبير عن تسلسل القواعد. ^{[ 10 ]} تشمل التعديلات الكيميائية لهذه البقايا من الأحماض الأمينية القاعدية المثيلة والفسفرة والأسيتلة . ^{[ 11 ]} تُغير هذه التغيرات الكيميائية قوة التفاعل بين الحمض النووي والهستونات، مما يجعل الحمض النووي أكثر أو أقل سهولة في الوصول إليه لعوامل النسخ ، ويُغير معدل النسخ. ^{[ 12 ]} تشمل البروتينات الأخرى غير المتخصصة في الارتباط بالحمض النووي في الكروماتين بروتينات المجموعة عالية الحركة (HMG)، التي ترتبط بالحمض النووي المنحني أو المشوه. ^{[ 13 ]} تُظهر الدراسات الفيزيائية الحيوية أن بروتينات HMG البنيوية هذه ترتبط بالحمض النووي، وتثنيه، وتُشكل حلقاتٍ عليه لأداء وظائفه البيولوجية. ^{[ 14 ] [ 15 ]} تُعد هذه البروتينات مهمة في ثني مصفوفات النيوكليوسومات وترتيبها في الهياكل الأكبر التي تُشكل الكروموسومات. ^{[ 16 ]} وقد تبين مؤخرًا أن بروتين FK506 المرتبط 25 (FBP25) يرتبط أيضًا بالحمض النووي بشكل غير متخصص، مما يُساعد في إصلاح الحمض النووي. ^{[ 17 ]}

تُعدّ البروتينات الرابطة للحمض النووي مجموعةً متميزةً من البروتينات التي ترتبط تحديدًا بالحمض النووي أحادي السلسلة. في البشر، يُعتبر بروتين التضاعف A العضو الأكثر فهمًا في هذه العائلة، ويُستخدم في العمليات التي يتم فيها فصل اللولب المزدوج، بما في ذلك تضاعف الحمض النووي، وإعادة التركيب، وإصلاح الحمض النووي. ^{[ 18 ]} يبدو أن هذه البروتينات الرابطة تُثبّت الحمض النووي أحادي السلسلة وتحميه من تكوين حلقات جذعية أو من التحلل بواسطة النيوكليازات .

في المقابل، تطورت بروتينات أخرى للارتباط بتسلسلات محددة من الحمض النووي. ومن أكثر هذه البروتينات دراسةً عوامل النسخ المختلفة ، وهي بروتينات تنظم عملية النسخ. يرتبط كل عامل نسخ بمجموعة محددة من تسلسلات الحمض النووي، وينشط أو يثبط نسخ الجينات التي تقع هذه التسلسلات بالقرب من محفزاتها. تقوم عوامل النسخ بذلك بطريقتين: أولاً، يمكنها الارتباط بإنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي المسؤول عن النسخ، إما مباشرةً أو عبر بروتينات وسيطة أخرى؛ مما يحدد موقع البوليميراز عند المحفز ويسمح له ببدء عملية النسخ. ^{[ 19 ]} ثانياً، يمكن لعوامل النسخ الارتباط بإنزيمات تُعدّل الهستونات عند المحفز، مما يُغير إمكانية وصول البوليميراز إلى قالب الحمض النووي. ^{[ 20 ]}

يمكن أن تتواجد هذه الأهداف في الحمض النووي في جميع أنحاء جينوم الكائن الحي. وبالتالي، فإن التغيرات في نشاط نوع واحد من عوامل النسخ قد تؤثر على آلاف الجينات. ^{[ 21 ]} لذلك، غالبًا ما تكون هذه البروتينات أهدافًا لعمليات نقل الإشارة التي تتحكم في الاستجابات للتغيرات البيئية أو التمايز الخلوي والتطور. وتأتي خصوصية تفاعلات عوامل النسخ هذه مع الحمض النووي من قيام البروتينات بتكوين اتصالات متعددة مع حواف قواعد الحمض النووي، مما يسمح لها بقراءة تسلسل الحمض النووي. وتتم معظم هذه التفاعلات مع القواعد في الأخدود الكبير، حيث تكون القواعد أكثر سهولة في الوصول إليها. ^{[ 22 ]} عادةً ما يتم إجراء الأوصاف الرياضية لارتباط البروتين بالحمض النووي، مع مراعاة خصوصية التسلسل، والارتباط التنافسي والتعاوني للبروتينات من أنواع مختلفة، بمساعدة نماذج الشبكة . ^{[ 23 ]} وقد تم اقتراح طرق حسابية لتحديد خصوصية تسلسل ارتباط الحمض النووي للاستفادة بشكل جيد من بيانات التسلسل الوفيرة في عصر ما بعد الجينوم. ^{[ 24 ]} بالإضافة إلى ذلك، تم إحراز تقدم في التنبؤ القائم على البنية بخصوصية الارتباط عبر عائلات البروتينات باستخدام التعلم العميق. ^{[ 25 ]}

تحدث تفاعلات البروتين مع الحمض النووي عندما يرتبط بروتين بجزيء من الحمض النووي ، وغالبًا ما يكون ذلك لتنظيم الوظيفة البيولوجية للحمض النووي، وعادةً ما يكون التعبير عن جين معين . من بين البروتينات التي ترتبط بالحمض النووي عوامل النسخ التي تُفعّل أو تُثبّط التعبير الجيني عن طريق الارتباط بوحدات الحمض النووي، والهستونات التي تُشكّل جزءًا من بنية الحمض النووي وترتبط به بشكل أقل تحديدًا. كما تتفاعل البروتينات التي تُصلح الحمض النووي، مثل إنزيم يوراسيل-دي إن إيه جليكوزيلاز، معه بشكل وثيق.

بشكل عام، ترتبط البروتينات بالحمض النووي في الأخدود الكبير ؛ ومع ذلك، توجد استثناءات. ^{[ 26 ]} تنقسم تفاعلات البروتين مع الحمض النووي إلى نوعين رئيسيين: التفاعل النوعي والتفاعل غير النوعي. وقد أظهرت تجارب حديثة على مستوى الجزيء الواحد أن البروتينات المرتبطة بالحمض النووي تخضع لإعادة ارتباط سريعة لكي ترتبط بالاتجاه الصحيح للتعرف على الموقع المستهدف. ^{[ 27 ]}

• نطاق bZIP
• ChIP-exo
• مقارنة برامج محاكاة الأحماض النووية
• نطاق ربط الحمض النووي
• حلزون-حلقة-حلزون
• لولب-انعطاف-لولب
• صندوق HMG
• سحاب الليوسين
• ليكسيتروبسين (رابطة شبه اصطناعية ترتبط بالحمض النووي)
• بروتين ديوكسي ريبونوكليوبروتين
• برنامج التنبؤ بمواقع تفاعل البروتين مع الحمض النووي
• بروتين رابط للحمض النووي الريبي
• بروتين ربط أحادي السلسلة
• أصابع من الزنك

• ارتباط البروتين بالحمض النووي: البيانات والأدوات والنماذج (قائمة مشروحة، يتم تحديثها باستمرار)
• أداة Abalone لنمذجة تفاعلات الحمض النووي مع الروابط.
• قاعدة بيانات DBD لعوامل النسخ المتوقعة تستخدم مجموعة منسقة من نطاقات ربط الحمض النووي للتنبؤ بعوامل النسخ في جميع الجينومات التي تم تسلسلها بالكامل.
• البروتينات المرتبطة بالحمض النووي في رؤوس الموضوعات الطبية (MeSH) التابعة للمكتبة الوطنية الأمريكية للطب