Dominio de unión al ADN
Región autoestabilizadora de una proteína que se une a secuencias específicas de ADN

Un dominio de unión al ADN ( DBD ) es un dominio proteico plegado de forma independiente que contiene al menos un motivo estructural que reconoce ADN de cadena simple o doble . Un DBD puede reconocer una secuencia de ADN específica (una secuencia de reconocimiento ) o tener una afinidad general con el ADN. [1] Algunos dominios de unión al ADN también pueden incluir ácidos nucleicos en su estructura plegada.

Función

Ejemplo de un dominio de unión al ADN en el contexto de una proteína. El dominio de unión al ADN N-terminal (marcado) del represor Lac está regulado por un dominio regulador C-terminal (marcado). El dominio regulador se une a una molécula efectora alostérica (verde). La respuesta alostérica de la proteína se comunica desde el dominio regulador al dominio de unión al ADN a través de la región de enlace. [2]

Uno o más dominios de unión al ADN suelen formar parte de una proteína más grande que consta de otros dominios proteicos con funciones diferentes. Los dominios adicionales suelen regular la actividad del dominio de unión al ADN. La función de la unión al ADN es estructural o implica la regulación de la transcripción , y a veces ambas funciones se superponen. [ cita requerida ]

Los dominios de unión al ADN con funciones que involucran la estructura del ADN tienen roles biológicos en la replicación , reparación , almacenamiento y modificación del ADN, como la metilación . [ cita requerida ]

Muchas proteínas implicadas en la regulación de la expresión génica contienen dominios de unión al ADN. Por ejemplo, las proteínas que regulan la transcripción mediante la unión al ADN se denominan factores de transcripción . El resultado final de la mayoría de las cascadas de señalización celular es la regulación génica. [ cita requerida ]

El DBD interactúa con los nucleótidos del ADN de una manera específica o no específica de la secuencia de ADN, pero incluso el reconocimiento no específico de la secuencia implica algún tipo de complementariedad molecular entre la proteína y el ADN. El reconocimiento del ADN por el DBD puede ocurrir en el surco mayor o menor del ADN, o en la cadena principal de azúcar-fosfato del ADN (ver la estructura del ADN ). Cada tipo específico de reconocimiento del ADN se adapta a la función de la proteína. Por ejemplo, la enzima cortadora de ADN DNAsa I corta el ADN casi al azar y, por lo tanto, debe unirse al ADN de una manera no específica de la secuencia. Pero, aun así, la DNAsa I reconoce una cierta estructura de ADN en 3-D , lo que produce un patrón de escisión del ADN algo específico que puede ser útil para estudiar el reconocimiento del ADN mediante una técnica llamada huella de ADN . [ cita requerida ]

Muchos dominios de unión al ADN deben reconocer secuencias de ADN específicas, como los DBD de factores de transcripción que activan genes específicos, o los de enzimas que modifican el ADN en sitios específicos, como las enzimas de restricción y la telomerasa . El patrón de enlaces de hidrógeno en el surco mayor del ADN es menos degenerado que el del surco menor del ADN, lo que proporciona un sitio más atractivo para el reconocimiento de ADN específico de la secuencia . [ cita requerida ]

La especificidad de las proteínas que se unen al ADN se puede estudiar utilizando muchas técnicas bioquímicas y biofísicas, como la electroforesis en gel , la ultracentrifugación analítica , la calorimetría , la mutación del ADN , la mutación o modificación de la estructura de las proteínas , la resonancia magnética nuclear , la cristalografía de rayos X , la resonancia plasmónica de superficie , la resonancia paramagnética electrónica , la reticulación y la termoforesis a microescala (MST).

Proteína de unión al ADN en los genomas

Una gran parte de los genes de cada genoma codifican proteínas que se unen al ADN (véase la tabla). Sin embargo, sólo un número bastante pequeño de familias de proteínas se unen al ADN. Por ejemplo, más de 2000 de las ~20 000 proteínas humanas son "unidoras al ADN", incluidas unas 750 proteínas con dedos de zinc. [3]

EspeciesProteínas de unión al ADN [4]Familias que se unen al ADN [4]
Arabidopsis thaliana (berro de thale)4471300
Saccharomyces cerevisiae (levadura)720243
Caenorhabditis elegans (gusano)2028271
Drosophila melanogaster (mosca de la fruta)2620283

Tipos

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

Hélice-vuelta-hélice

El motivo hélice-giro-hélice, descubierto originalmente en bacterias, se encuentra comúnmente en proteínas represoras y tiene una longitud de unos 20 aminoácidos. En los eucariotas, el homeodominio consta de 2 hélices, una de las cuales reconoce el ADN (también conocida como hélice de reconocimiento). Son comunes en las proteínas que regulan los procesos de desarrollo. [5]

Dedo de zinc

Estructura cristalográfica ( PDB : 1R4O ) de un dímero del dedo de zinc que contiene el DBD del receptor de glucocorticoides (arriba) unido al ADN (abajo). Los átomos de zinc están representados por esferas grises y las cadenas laterales de cisteína coordinantes están representadas como barras.

El dominio de dedo de zinc se encuentra principalmente en eucariotas, pero se han encontrado algunos ejemplos en bacterias. [6] El dominio de dedo de zinc generalmente tiene entre 23 y 28 aminoácidos de longitud y se estabiliza coordinando iones de zinc con residuos de coordinación de zinc regularmente espaciados (ya sea histidinas o cisteínas). La clase más común de dedo de zinc (Cys2His2) coordina un solo ion de zinc y consta de una hélice de reconocimiento y una hoja beta de 2 hebras. [7] En los factores de transcripción, estos dominios a menudo se encuentran en matrices (generalmente separados por secuencias de enlace cortas) y los dedos adyacentes están espaciados a intervalos de 3 pares de bases cuando se unen al ADN.

Cremallera de leucina

El dominio de cremallera de leucina básica ( bZIP ) se encuentra principalmente en eucariotas y en una medida limitada en bacterias. El dominio bZIP contiene una hélice alfa con una leucina en cada séptimo aminoácido. Si dos de estas hélices se encuentran, las leucinas pueden interactuar como los dientes de una cremallera, lo que permite la dimerización de dos proteínas. Al unirse al ADN, los residuos de aminoácidos básicos se unen a la estructura de azúcar-fosfato mientras que las hélices se asientan en los surcos principales. Regula la expresión génica.

Hélice alada

Compuesto por aproximadamente 110 aminoácidos, el dominio de hélice alada (WH) tiene cuatro hélices y una hoja beta de dos hebras.

Hélice-vuelta-hélice alada

El dominio de hélice-giro-hélice alada (wHTH) SCOP 46785 tiene una longitud de entre 85 y 90 aminoácidos y está formado por un haz de 3 hélices y una lámina beta de 4 cadenas (ala).

Hélice-bucle-hélice

El dominio básico de hélice-bucle-hélice (bHLH) se encuentra en algunos factores de transcripción y se caracteriza por dos hélices alfa (hélices α) conectadas por un bucle. Una hélice es típicamente más pequeña y, debido a la flexibilidad del bucle, permite la dimerización al plegarse y empaquetarse contra otra hélice. La hélice más grande típicamente contiene las regiones de unión del ADN.

Caja HMG

Los dominios HMG-box se encuentran en proteínas del grupo de alta movilidad que participan en una variedad de procesos dependientes del ADN, como la replicación y la transcripción. También alteran la flexibilidad del ADN al inducir curvaturas. [8] [9] El dominio consta de tres hélices alfa separadas por bucles.

Dominio Wor3

Los dominios Wor3, llamados así por el regulador blanco opaco 3 (Wor3) en Candida albicans, surgieron más recientemente en el tiempo evolutivo que la mayoría de los dominios de unión al ADN descritos anteriormente y están restringidos a una pequeña cantidad de hongos. [10]

Dominio de pliegue OB

El pliegue OB es un pequeño motivo estructural llamado así por sus propiedades de unión a oligonucleótidos y oligosacáridos . Los dominios del pliegue OB tienen una longitud de entre 70 y 150 aminoácidos. [11] Los pliegues OB se unen al ADN monocatenario y, por lo tanto, son proteínas de unión monocatenarias . [11]

Las proteínas plegadas en OB se han identificado como críticas para la replicación del ADN , la recombinación del ADN , la reparación del ADN , la transcripción , la traducción , la respuesta al choque frío y el mantenimiento de los telómeros . [12]

Inusual

Pliegue de inmunoglobulina

El dominio de inmunoglobulina ( InterPro :  IPR013783 ) consiste en una estructura de lámina beta con grandes bucles de conexión, que sirven para reconocer los surcos mayores del ADN o los antígenos. Generalmente se encuentran en las proteínas de inmunoglobulina, pero también están presentes en las proteínas Stat de la vía de las citocinas. Esto probablemente se debe a que la vía de las citocinas evolucionó hace relativamente poco tiempo y ha hecho uso de sistemas que ya eran funcionales, en lugar de crear los suyos propios.

Dominio B3

El B3 DBD ( InterPro :  IPR003340 , SCOP 117343 ) se encuentra exclusivamente en factores de transcripción de plantas superiores y en endonucleasas de restricción EcoRII y BfiI y normalmente consta de 100-120 residuos. Incluye siete láminas beta y dos hélices alfa , que forman un pliegue de proteína pseudobarril que se une al ADN .

Efector TAL

Los efectores TAL se encuentran en patógenos bacterianos de plantas del género Xanthomonas y están involucrados en la regulación de los genes de la planta huésped para facilitar la virulencia, proliferación y diseminación bacteriana. [13] Contienen una región central de repeticiones en tándem de 33-35 residuos y cada región de repetición codifica una sola base de ADN en el sitio de unión del TALE. [14] [15] Dentro de la repetición, es solo el residuo 13 el que contacta directamente con la base de ADN, determinando la especificidad de la secuencia, mientras que otras posiciones hacen contactos con la cadena principal del ADN, estabilizando la interacción de unión al ADN. [16] Cada repetición dentro de la matriz toma la forma de hélices alfa pareadas, mientras que toda la matriz de repeticiones forma una superhélice dextrógira, envolviendo la doble hélice de ADN. Se ha demostrado que las matrices de repetición del efector TAL se contraen al unirse al ADN y se ha propuesto un mecanismo de búsqueda de dos estados por el cual el TALE alargado comienza a contraerse alrededor del ADN comenzando con un reconocimiento exitoso de timina de una unidad de repetición única N-terminal del núcleo de la matriz de repetición del efector TAL. [17] Se encuentran proteínas relacionadas en el patógeno vegetal bacteriano Ralstonia solanacearum , [18] el endosimbionte fúngico Burkholderia rhizoxinica [19] y dos microorganismos marinos aún no identificados. [20] El código de unión al ADN y la estructura de la matriz de repetición se conservan entre estos grupos, denominados colectivamente como los similares a TALE .

Véase también

Referencias

  1. ^ Lilley DM (1995). ADN-proteína: interacciones estructurales . Oxford: IRL Press en Oxford University Press. ISBN 0-19-963453-X.
  2. ^ Swint-Kruse L, Matthews KS (abril de 2009). "Alostério en la familia LacI/GalR: variaciones sobre un tema". Current Opinion in Microbiology . 12 (2): 129–37. doi :10.1016/j.mib.2009.01.009. PMC 2688824 . PMID  19269243. 
  3. ^ "revisado:sí Y organismo:"Homo sapiens (humano) [9606]" Y proteoma:up000005640 en UniProtKB". www.uniprot.org . Consultado el 25 de octubre de 2017 .
  4. ^ ab Malhotra S, Sowdhamini R (agosto de 2013). "Estudio de todo el genoma de las proteínas de unión al ADN en Arabidopsis thaliana: análisis de la distribución y las funciones". Nucleic Acids Research . 41 (15): 7212–9. doi :10.1093/nar/gkt505. PMC 3753632 . PMID  23775796. 
  5. ^ "Búsqueda de HTH en PROSITE". Expasy . Consultado el 17 de junio de 2024 .
  6. ^ Malgieri G, Palmieri M, Russo L, Fattorusso R, Pedone PV, Isernia C (diciembre de 2015). "El dedo de zinc procariota: estructura, función y comparación con su homólogo eucariota". Revista FEBS . 282 (23): 4480–96. doi : 10.1111/febs.13503 . PMID  26365095.
  7. ^ Pabo CO, Peisach E, Grant RA (2001). "Diseño y selección de nuevas proteínas con dedos de zinc Cys2His2". Revisión anual de bioquímica . 70 : 313–40. doi :10.1146/annurev.biochem.70.1.313. PMID  11395410.
  8. ^ Murugesapillai D, et al. (2014). "La formación de puentes y bucles de ADN por HMO1 proporciona un mecanismo para estabilizar la cromatina libre de nucleosomas". Nucleic Acids Res . 42 (14): 8996–9004. doi :10.1093/nar/gku635. PMC 4132745 . PMID  25063301. 
  9. ^ Murugesapillai D, McCauley MJ, Maher LJ 3rd, Williams MC (2017). "Estudios de moléculas individuales de proteínas de flexión de ADN arquitectural del grupo B de alta movilidad". Biophys Rev . 9 (1): 17–40. doi :10.1007/s12551-016-0236-4. PMC 5331113 . PMID  28303166. 
  10. ^ Lohse MB, Hernday AD, Fordyce PM, Noiman L, Sorrells TR, Hanson-Smith V, Nobile CJ, DeRisi JL, Johnson AD (mayo de 2013). "Identificación y caracterización de una familia no descrita previamente de dominios de unión al ADN específicos de secuencia". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 110 (19): 7660–5. Bibcode :2013PNAS..110.7660L. doi : 10.1073/pnas.1221734110 . PMC 3651432 . PMID  23610392. 
  11. ^ ab Flynn RL, Zou L (agosto de 2010). "Proteínas plegadas de unión a oligonucleótidos/oligosacáridos: una creciente familia de guardianes del genoma". Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology . 45 (4): 266–75. doi :10.3109/10409238.2010.488216. PMC 2906097 . PMID  20515430. 
  12. ^ Theobald DL, Mitton-Fry RM, Wuttke DS (2003). "Reconocimiento de ácidos nucleicos por proteínas plegadas en OB". Revisión anual de biofísica y estructura biomolecular . 32 : 115–33. doi :10.1146/annurev.biophys.32.110601.142506. PMC 1564333. PMID  12598368 . 
  13. ^ Boch J, Bonas U (2010). "Efectores de tipo III de la familia AvrBs3 de Xanthomonas: descubrimiento y función". Revisión anual de fitopatología . 48 : 419–36. doi :10.1146/annurev-phyto-080508-081936. PMID  19400638.
  14. ^ Moscou MJ, Bogdanove AJ (diciembre de 2009). "Un cifrado simple gobierna el reconocimiento de ADN por efectores TAL". Science . 326 (5959): 1501. Bibcode :2009Sci...326.1501M. doi :10.1126/science.1178817. PMID  19933106. S2CID  6648530.
  15. ^ Boch J, Scholze H, Schornack S, Landgraf A, Hahn S, Kay S, Lahaye T, Nickstadt A, Bonas U (diciembre de 2009). "Descifrando el código de la especificidad de unión al ADN de los efectores TAL-tipo III". Science . 326 (5959): 1509–12. Bibcode :2009Sci...326.1509B. doi :10.1126/science.1178811. PMID  19933107. S2CID  206522347.
  16. ^ Mak AN, Bradley P, Cernadas RA, Bogdanove AJ, Stoddard BL (febrero de 2012). "La estructura cristalina del efector TAL PthXo1 unido a su ADN diana". Science . 335 (6069): 716–9. Bibcode :2012Sci...335..716M. doi :10.1126/science.1216211. PMC 3427646 . PMID  22223736. 
  17. ^ Cuculis L, Abil Z, Zhao H, Schroeder CM (junio de 2015). "La observación directa de la dinámica de la proteína TALE revela un mecanismo de búsqueda de dos estados". Nature Communications . 6 : 7277. Bibcode :2015NatCo...6.7277C. doi :10.1038/ncomms8277. PMC 4458887 . PMID  26027871. 
  18. ^ de Lange O, Schreiber T, Schandry N, Radeck J, Braun KH, Koszinowski J, Heuer H, Strauß A, Lahaye T (agosto de 2013). "La ruptura del código de unión al ADN de los efectores TAL de Ralstonia solanacearum ofrece nuevas posibilidades para generar genes de resistencia de las plantas contra la enfermedad del marchitamiento bacteriano". The New Phytologist . 199 (3): 773–86. doi : 10.1111/nph.12324 . PMID  23692030.
  19. ^ Juillerat A, Bertonati C, Dubois G, Guyot V, Thomas S, Valton J, Beurdeley M, Silva GH, Daboussi F, Duchateau P (enero de 2014). "BurrH: una nueva proteína modular de unión al ADN para la ingeniería del genoma". Scientific Reports . 4 : 3831. Bibcode :2014NatSR...4E3831J. doi :10.1038/srep03831. PMC 5379180 . PMID  24452192. 
  20. ^ de Lange O, Wolf C, Thiel P, Krüger J, Kleusch C, Kohlbacher O, Lahaye T (noviembre de 2015). "Las proteínas de unión al ADN de bacterias marinas expanden la diversidad de secuencias conocida de repeticiones de tipo TALE". Nucleic Acids Research . 43 (20): 10065–80. doi :10.1093/nar/gkv1053. PMC 4787788 . PMID  26481363. 
  21. ^ Blanc-Mathieu, Romain; Dumas, Renaud; Turchi, Laura; Lucas, Jérémy; Parcy, François (julio de 2023). "Plant-TFClass: una clasificación estructural para los factores de transcripción de las plantas". Tendencias en la ciencia vegetal . doi :10.1016/j.tplants.2023.06.023.
  • Base de datos DBD de factores de transcripción predichos Kummerfeld SK, Teichmann SA (enero de 2006). "DBD: una base de datos de predicción de factores de transcripción". Nucleic Acids Research . 34 (número de la base de datos): D74-81. doi :10.1093/nar/gkj131. PMC 1347493 . PMID  16381970. Utiliza un conjunto seleccionado de dominios de unión al ADN para predecir factores de transcripción en todos los genomas completamente secuenciados
  • Tabla de motivos de unión al ADN
  • Huellas de ADN en los encabezamientos de materias médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.
  • Proteínas de unión al ADN en los encabezados de materias médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.
  • Dominios de unión al ADN [ enlace muerto permanente ] en PROSITE
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