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proteína de unión al ADN

Complejo de proteína Cro con ADN Interacción del ADN (naranja) con las histonas (azul). Los aminoácidos básicos de estas proteínas se unen a los grupos fosfato ácidos del ADN. E...

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Complejo de proteína Cro con ADN
Interacción del ADN (naranja) con las histonas (azul). Los aminoácidos básicos de estas proteínas se unen a los grupos fosfato ácidos del ADN.
El factor de transcripción hélice-giro-hélice represor lambda se une a su objetivo de ADN [ 1 ].
La enzima de restricción EcoRV (verde) en un complejo con su ADN sustrato [ 2 ]

Las proteínas de unión al ADN son proteínas que poseen dominios de unión al ADN y, por lo tanto, tienen una afinidad específica o general por el ADN de cadena simple o doble . [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] Las proteínas de unión al ADN específicas de secuencia generalmente interactúan con el surco mayor del ADN-B , porque este expone más grupos funcionales que identifican un par de bases . [ 6 ] [ 7 ]

Ejemplos

Las proteínas de unión al ADN incluyen factores de transcripción que modulan el proceso de transcripción, diversas polimerasas , nucleasas que escinden las moléculas de ADN e histonas que participan en el empaquetamiento cromosómico y la transcripción en el núcleo celular . Estas proteínas pueden incorporar dominios como el dedo de zinc , la hélice-giro-hélice y la cremallera de leucina (entre muchos otros) que facilitan la unión al ácido nucleico. También existen ejemplos menos comunes, como los efectores tipo activador de la transcripción .

Interacciones no específicas entre ADN y proteínas

Las proteínas estructurales que se unen al ADN son ejemplos bien conocidos de interacciones no específicas ADN-proteína. Dentro de los cromosomas, el ADN se mantiene en complejos con proteínas estructurales. Estas proteínas organizan el ADN en una estructura compacta llamada cromatina . En eucariotas , esta estructura implica la unión del ADN a un complejo de pequeñas proteínas básicas llamadas histonas . En procariotas , participan múltiples tipos de proteínas. [ 8 ] [ 9 ] Las histonas forman un complejo en forma de disco llamado nucleosoma , que contiene dos vueltas completas de ADN de doble cadena enrolladas alrededor de su superficie. Estas interacciones no específicas se forman a través de residuos básicos en las histonas que forman enlaces iónicos con el esqueleto ácido de azúcar-fosfato del ADN, y por lo tanto son en gran medida independientes de la secuencia de bases. [ 10 ] Las modificaciones químicas de estos residuos de aminoácidos básicos incluyen metilación , fosforilación y acetilación . [ 11 ] Estos cambios químicos alteran la fuerza de la interacción entre el ADN y las histonas, haciendo que el ADN sea más o menos accesible a los factores de transcripción y cambiando la tasa de transcripción. [ 12 ] Otras proteínas de unión al ADN no específicas en la cromatina incluyen las proteínas del grupo de alta movilidad (HMG), que se unen al ADN doblado o distorsionado. [ 13 ] Los estudios biofísicos muestran que estas proteínas HMG arquitectónicas se unen al ADN, lo doblan y forman bucles para realizar sus funciones biológicas. [ 14 ] [ 15 ] Estas proteínas son importantes para doblar conjuntos de nucleosomas y organizarlos en las estructuras más grandes que forman los cromosomas. [ 16 ] Recientemente, también se demostró que la proteína de unión a FK506 25 (FBP25) se une al ADN de forma no específica, lo que ayuda en la reparación del ADN. [ 17 ]

Proteínas que se unen específicamente al ADN monocatenario

Un grupo distinto de proteínas de unión al ADN son las proteínas de unión al ADN que se unen específicamente al ADN monocatenario. En los humanos, la proteína de replicación A es el miembro mejor conocido de esta familia y se utiliza en procesos donde se separa la doble hélice, incluyendo la replicación del ADN, la recombinación y la reparación del ADN. [ 18 ] Estas proteínas de unión parecen estabilizar el ADN monocatenario y protegerlo de la formación de bucles de tallo o de ser degradado por nucleasas .

Unión a secuencias de ADN específicas

Contactos de ADN de diferentes tipos de dominios de unión al ADN de factores de transcripción

En contraste, otras proteínas han evolucionado para unirse a secuencias de ADN específicas. Las más estudiadas son los diversos factores de transcripción , proteínas que regulan la transcripción. Cada factor de transcripción se une a un conjunto específico de secuencias de ADN y activa o inhibe la transcripción de genes que tienen estas secuencias cerca de sus promotores. Los factores de transcripción lo hacen de dos maneras. En primer lugar, pueden unirse a la ARN polimerasa responsable de la transcripción, ya sea directamente o a través de otras proteínas mediadoras; esto localiza la polimerasa en el promotor y le permite iniciar la transcripción. [ 19 ] Alternativamente, los factores de transcripción pueden unirse a enzimas que modifican las histonas en el promotor. Esto altera la accesibilidad del molde de ADN a la polimerasa. [ 20 ]

Estos objetivos de ADN pueden encontrarse en todo el genoma de un organismo. Por lo tanto, los cambios en la actividad de un tipo de factor de transcripción pueden afectar a miles de genes. [ 21 ] Así, estas proteínas suelen ser los objetivos de los procesos de transducción de señales que controlan las respuestas a los cambios ambientales o la diferenciación y el desarrollo celular . La especificidad de las interacciones de estos factores de transcripción con el ADN proviene de que las proteínas establecen múltiples contactos con los bordes de las bases del ADN, lo que les permite leer la secuencia de ADN. La mayoría de estas interacciones con las bases se producen en el surco mayor, donde las bases son más accesibles. [ 22 ] Las descripciones matemáticas de la unión proteína-ADN que tienen en cuenta la especificidad de secuencia y la unión competitiva y cooperativa de proteínas de diferentes tipos se realizan habitualmente con la ayuda de modelos de red . [ 23 ] Se han propuesto métodos computacionales para identificar la especificidad de secuencia de unión al ADN para aprovechar los abundantes datos de secuencia en la era postgenómica. [ 24 ] Además, se han producido avances en la predicción basada en la estructura de la especificidad de unión en familias de proteínas utilizando aprendizaje profundo. [ 25 ]

Interacciones proteína-ADN

Las interacciones proteína-ADN se producen cuando una proteína se une a una molécula de ADN , a menudo para regular la función biológica del ADN, generalmente la expresión de un gen . Entre las proteínas que se unen al ADN se encuentran los factores de transcripción , que activan o reprimen la expresión génica al unirse a motivos del ADN, y las histonas , que forman parte de la estructura del ADN y se unen a él de forma menos específica. Asimismo, las proteínas que reparan el ADN, como la uracilo-ADN glicosilasa, interactúan estrechamente con él.

En general, las proteínas se unen al ADN en el surco mayor ; sin embargo, existen excepciones. [ 26 ] Las interacciones proteína-ADN son principalmente de dos tipos: interacción específica o interacción no específica. Experimentos recientes con moléculas individuales demostraron que las proteínas de unión al ADN experimentan una rápida reasociación para unirse en la orientación correcta y reconocer el sitio diana. [ 27 ]

Diseño

El diseño de proteínas de unión al ADN con un sitio de unión específico ha sido un objetivo importante para la biotecnología. Se han diseñado proteínas de dedos de zinc para unirse a secuencias de ADN específicas, lo que constituye la base de las nucleasas de dedos de zinc . Recientemente, se han creado nucleasas efectoras tipo activador de la transcripción (TALEN), basadas en proteínas naturales secretadas por bacterias Xanthomonas mediante su sistema de secreción de tipo III al infectar diversas especies vegetales . [ 28 ]

Métodos de detección

Hay muchas técnicas in vitro e in vivo que son útiles para detectar interacciones ADN-proteína. A continuación se enumeran algunos métodos que se utilizan actualmente: [ 29 ] El ensayo de desplazamiento de movilidad electroforética (EMSA) es una técnica cualitativa extendida para estudiar las interacciones proteína-ADN de proteínas de unión al ADN conocidas. [ 30 ] [ 31 ] El ensayo inmunoenzimático de interacción ADN-proteína (DPI-ELISA) permite el análisis cualitativo y cuantitativo de las preferencias de unión al ADN de proteínas conocidas in vitro . [ 32 ] [ 33 ] Esta técnica permite el análisis de complejos proteicos que se unen al ADN (DPI-Recruitment-ELISA) o es adecuada para el cribado automatizado de varias sondas de nucleótidos debido a su formato de placa ELISA estándar. [ 34 ] [ 35 ] El ensayo de huella de ADNasa se puede utilizar para identificar los sitios específicos de unión de una proteína al ADN con resolución de pares de bases. [ 36 ] La inmunoprecipitación de cromatina se utiliza para identificar las regiones diana de ADN in vivo de un factor de transcripción conocido. Esta técnica, cuando se combina con la secuenciación de alto rendimiento, se conoce como ChIP-Seq , y cuando se combina con microarrays, se conoce como ChIP-chip . El sistema de un híbrido de levadura (Y1H) se utiliza para identificar qué proteína se une a un fragmento de ADN particular. El sistema de un híbrido bacteriano (B1H) se utiliza para identificar qué proteína se une a un fragmento de ADN particular. La determinación de la estructura mediante cristalografía de rayos X se ha utilizado para proporcionar una visión atómica muy detallada de las interacciones proteína-ADN. Además de estos métodos, otras técnicas como SELEX , PBM (microarrays de unión de proteínas), cribados de microarrays de ADN , DamID , FAIRE o, más recientemente, DAP-seq (secuenciación de purificación de afinidad de ADN) se utilizan en el laboratorio para investigar la interacción ADN-proteína in vivo e in vitro .

Manipular las interacciones

Las interacciones proteína-ADN pueden modularse mediante estímulos como la fuerza iónica del tampón, el hacinamiento macromolecular, [ 27 ] la temperatura, el pH y el campo eléctrico. Esto puede conducir a la disociación/asociación reversible del complejo proteína-ADN. [ 37 ] [ 38 ]

Véase también

Referencias

  1. ^ Creado a partir de PDB 1LMB
  2. ^ Creado a partir de PDB 1RVA
  3. ^ Travers, AA (1993). Interacciones ADN-proteína . Londres: Springer. ISBN 978-0-412-25990-6.
  4. ^ Pabo CO, Sauer RT (1984). "Reconocimiento de proteína-ADN". Año. Rev. Bioquímica . 53 (1): 293– 321. doi : 10.1146/annurev.bi.53.070184.001453 . PMID 6236744 . 
  5. ^ Dickerson RE (1983). "La hélice del ADN y cómo se lee". Sci Am . 249 (6): 94– 111. Bibcode : 1983SciAm.249f..94D . doi : 10.1038/scientificamerican1283-94 .
  6. ^ Zimmer C, Wähnert U (1986). "Ligandos de unión al ADN no intercalantes: especificidad de la interacción y su uso como herramientas en investigaciones biofísicas, bioquímicas y biológicas del material genético" . Prog. Biophys. Mol. Biol . 47 (1): 31– 112. doi : 10.1016/0079-6107(86)90005-2 . PMID 2422697 . 
  7. ^ Dervan PB (abril de 1986). "Diseño de moléculas de unión al ADN específicas de secuencia". Science . 232 (4749): 464–71 . Bibcode : 1986Sci...232..464D . doi : 10.1126/science.2421408 . PMID 2421408 . 
  8. ^ Sandman K, Pereira S , Reeve J (1998). "Diversidad de proteínas cromosómicas procariotas y el origen del nucleosoma" . Cell Mol Life Sci . 54 (12): 1350– 64. doi : 10.1007/s000180050259 . PMC 11147202. PMID 9893710. S2CID 21101836 .   
  9. ^ Dame RT (2005). "El papel de las proteínas asociadas al nucleoide en la organización y compactación de la cromatina bacteriana". Mol. Microbiol . 56 (4): 858–70 . doi : 10.1111/j.1365-2958.2005.04598.x . PMID 15853876 . 
  10. ^ Luger K, Mäder A, Richmond R, Sargent D, Richmond T (1997). "Estructura cristalina de la partícula central del nucleosoma a una resolución de 2,8 Å". Nature . 389 ( 6648): 251– 60. Bibcode : 1997Natur.389..251L . doi : 10.1038/38444 . PMID 9305837. S2CID 4328827 .  
  11. ^ Jenuwein T, Allis C (2001). "Traduciendo el código de histonas". Science . 293 (5532): 1074– 80. CiteSeerX 10.1.1.453.900 . doi : 10.1126/science.1063127 . PMID 11498575 . S2CID 1883924 .   
  12. ^ Ito T (2003). "Ensamblaje y remodelación de nucleosomas". Complejos proteicos que modifican la cromatina . Temas actuales en microbiología e inmunología. Vol. 274. págs.  1–22 . doi : 10.1007/978-3-642-55747-7_1 . ISBN 978-3-642-62909-9. PMID  12596902 .{{cite book}}: |journal=ignorado ( ayuda )
  13. ^ Thomas J (2001). "HMG1 y 2: proteínas arquitectónicas de unión al ADN". Biochem Soc Trans . 29 (Pt 4): 395–401 . doi : 10.1042/BST0290395 . PMID 11497996 . 
  14. ^ Murugesapillai, Divakaran; McCauley, Micah J.; Huo, Ran; Nelson Holte, Molly H.; Stepanyants, Armen; Maher, L. James; Israeloff, Nathan E.; Williams, Mark C. (2014). "El puenteo y el bucle del ADN por HMO1 proporcionan un mecanismo para estabilizar la cromatina libre de nucleosomas" . Nucleic Acids Research . 42 (14): 8996– 9004. doi : 10.1093 / nar/gku635 . PMC 4132745. PMID 25063301 .  
  15. ^ Murugesapillai, Divakaran; McCauley, Micah J.; Maher, L. James; Williams, Mark C. (2017). "Estudios de molécula única de proteínas de flexión de ADN arquitectónicas del grupo B de alta movilidad" . Biophysical Reviews . 9 (1): 17– 40. doi : 10.1007/s12551-016-0236-4 . PMC 5331113. PMID 28303166 .  
  16. ^ Grosschedl R, Giese K, Pagel J (1994). "Proteínas del dominio HMG: elementos arquitectónicos en el ensamblaje de estructuras de nucleoproteínas". Trends Genet . 10 (3): 94– 100. doi : 10.1016/0168-9525(94)90232-1 . PMID 8178371 . 
  17. ^ Prakash, Ajit; Shin, Joon; Rajan, Sreekanth; Yoon, Ho Sup (2016-04-07). "Base estructural del reconocimiento de ácidos nucleicos por la proteína de unión a FK506 25 (FKBP25), una inmunofilina nuclear" . Nucleic Acids Research . 44 (6): 2909– 2925. doi : 10.1093/nar/gkw001 . ISSN 0305-1048 . PMC 4824100. PMID 26762975 .   
  18. ^ Iftode C, Daniely Y, Borowiec J (1999). "Proteína de replicación A (RPA): el SSB eucariota". Crit Rev Biochem Mol Biol . 34 (3): 141– 80. doi : 10.1080/10409239991209255 . PMID 10473346 . 
  19. ^ Myers L, Kornberg R (2000). "Mediador de la regulación transcripcional". Annu Rev Biochem . 69 (1): 729–49 . doi : 10.1146/annurev.biochem.69.1.729 . PMID 10966474 . 
  20. ^ Spiegelman B, Heinrich R (2004). "Control biológico a través de coactivadores transcripcionales regulados" . Cell . 119 (2): 157– 67. doi : 10.1016/j.cell.2004.09.037 . PMID 15479634. S2CID 14668705 .  
  21. ^ Li Z, Van Calcar S, Qu C, Cavenee W, Zhang M, Ren B (2003). "Un papel regulador transcripcional global para c-Myc en células de linfoma de Burkitt" . Proc Natl Acad Sci USA . 100 (14 ) : 8164– 9. Bibcode : 2003PNAS..100.8164L . doi : 10.1073/pnas.1332764100 . PMC 166200. PMID 12808131 .  
  22. ^ Pabo C, Sauer R (1984). "Reconocimiento de proteína-ADN". Annu Rev Bioquímica . 53 (1): 293– 321. doi : 10.1146/annurev.bi.53.070184.001453 . PMID 6236744 . 
  23. ^ Teif VB; Rippe K. (2010). "Modelos de red mecánico-estadísticos para la unión proteína-ADN en la cromatina". Journal of Physics: Condensed Matter . 22 (41) 414105. arXiv : 1004.5514 . Bibcode : 2010JPCM...22O4105T . doi : 10.1088/0953-8984/22/41/414105 . PMID 21386588 . S2CID 103345 .  
  24. ^ Wong KC, Chan TM, Peng C, Li Y, Zhang Z (2013). "Elucidación de motivos de ADN mediante propagación de creencias" . Nucleic Acids Research . 41 (16): e153. doi : 10.1093/nar/gkt574 . PMC 3763557. PMID 23814189 .  
  25. ^ Mitra, Raktim; Li, Jinsen; Sagendorf, Jared M.; Jiang, Yibei; Cohen, Ari S.; Chiu, Tsu-Pei; Glasscock, Cameron J.; Rohs, Remo (2024-08-05). "Aprendizaje profundo geométrico de la especificidad de unión proteína-ADN" . Nature Methods . 21 (9): 1674– 1683. doi : 10.1038/s41592-024-02372-w . ISSN 1548-7091 . PMC 11399107. PMID 39103447 .   
  26. ^ Bewley CA, Gronenborn AM, Clore GM (1998). "Proteínas arquitectónicas que se unen al surco menor: estructura, función y reconocimiento del ADN" . Annu Rev Biophys Biomol Struct . 27 : 105–31 . doi : 10.1146/annurev.biophys.27.1.105 . PMC 4781445. PMID 9646864 .  
  27. ^ a b Ganji, Mahipal; Docter, Margreet; Le Grice, Stuart FJ; Abbondanzieri, Elio A. (2016-09-30). " Las proteínas de unión al ADN exploran múltiples configuraciones locales durante el acoplamiento mediante una rápida re-unión" . Nucleic Acids Research . 44 (17): 8376– 8384. doi : 10.1093/nar/gkw666 . ISSN 0305-1048 . PMC 5041478. PMID 27471033 .   
  28. ^ Clark KJ, Voytas DF, Ekker SC (septiembre de 2011). "UNA HISTORIA de dos nucleasas: ¿direccionamiento genético para las masas?" . Zebrafish . 8 (3): 147– 9. doi : 10.1089/zeb.2011.9993 . PMC 3174730 . PMID 21929364 .  
  29. ^ Cai YH, Huang H (julio de 2012). "Avances en el estudio de la interacción proteína-ADN". Amino Acids . 43 (3): 1141– 6. doi : 10.1007/s00726-012-1377-9 . PMID 22842750 . S2CID 310256 .  
  30. ^ Fried M, Crothers DM (1981). "Equilibrios y cinética de las interacciones represor-operador lac mediante electroforesis en gel de poliacrilamida" . Nucleic Acids Res . 9 (23): 6505– 6525. doi : 10.1093/nar/9.23.6505 . PMC 327619. PMID 6275366 .  
  31. ^ Garner MM, Revzin A (1981). "Un método de electroforesis en gel para cuantificar la unión de proteínas a regiones específicas del ADN: aplicación a componentes del sistema regulador del operón de la lactosa de Escherichia coli" . Nucleic Acids Res . 9 (13): 3047–3060 . doi : 10.1093 / nar/9.13.3047 . PMC 327330. PMID 6269071 .  
  32. ^ Brand LH, Kirchler T, Hummel S, Chaban C, Wanke D (2010). "DPI-ELISA: un método rápido y versátil para especificar la unión de factores de transcripción de plantas al ADN in vitro" . Plant Methods . 25 (6) 25. Bibcode : 2010PlMet...6...25B . doi : 10.1186/1746-4811-6-25 . PMC 3003642. PMID 21108821 .  
  33. ^ Fischer SM, Böser A, Hirsch JP, Wanke D (2016). "Análisis cuantitativo de la interacción proteína-ADN mediante qDPI-ELISA". Plant Synthetic Promoters . Methods Mol. Biol. Vol. 1482. pp.  49–66 . doi : 10.1007/978-1-4939-6396-6_4 . ISBN 978-1-4939-6394-2. PMID  27557760 .
  34. ^ Hecker A, Brand LH, Peter S, Simoncello N, Kilian J, Harter K, Gaudin V, Wanke D (2015). "El factor de unión a GAGA de Arabidopsis BASIC PENTACYSTEINE6 recluta al componente del complejo represor de policomb 1, LIKE HETEROCHROMATIN PROTEIN1 , a los motivos de ADN GAGA" . Plant Physiol . 163 (3): 1013– 1024. doi : 10.1104/pp.15.00409 . PMC 4741334. PMID 26025051 .  
  35. ^ Brand LH, Henneges C, Schüssler A, Kolukisaoglu HÜ, Koch G, Wallmeroth N, Hecker A, Thurow K, Zell A, Harter K, Wanke D (2013). "Detección de interacciones proteína-ADN mediante ELISA de interacción ADN-proteína automatizable" . PLOS ONE . 8 (10) e75177. Bibcode : 2013PLoSO...875177B . doi : 10.1371/journal.pone.0075177 . PMC 3795721. PMID 24146751 .  
  36. ^ Galas DJ, Schmitz A (1978). "Huella de ADNasa: un método simple para la detección de la especificidad de unión proteína-ADN" . Nucleic Acids Res . 5 (9): 3157– 3170. doi : 10.1093 / nar/5.9.3157 . PMC 342238. PMID 212715 .  
  37. ^ Hianik T, Wang J (2009). "Aptsensores electroquímicos: logros recientes y perspectivas". Electroanalysis . 21 (11): 1223– 1235. doi : 10.1002/elan.200904566 .
  38. ^ Gosai A, et al . (2016). "Unión/desunión controlada por estímulo eléctrico del complejo trombina-aptámero humano" . Sci. Rep . 6 37449. Bibcode : 2016NatSR...637449G . doi : 10.1038/srep37449 . PMC 5118750. PMID 27874042 .  
  • Unión proteína-ADN: datos, herramientas y modelos (lista anotada, actualizada constantemente)
  • Herramienta Abalone para modelar las interacciones ADN-ligando.
  • La base de datos DBD de factores de transcripción predichos utiliza un conjunto seleccionado de dominios de unión al ADN para predecir factores de transcripción en todos los genomas completamente secuenciados.
  • Proteínas de unión al ADN en los encabezamientos de materias médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.
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