डीएनए-बाध्यकारी प्रोटीन



डीएनए-बाध्यकारी प्रोटीन ऐसे प्रोटीन होते हैं जिनमें डीएनए-बाध्यकारी डोमेन होते हैं और इस प्रकार सिंगल या डबल-स्ट्रैंडेड डीएनए के लिए एक विशिष्ट या सामान्य संबंध होते हैं।  अनुक्रम-विशिष्ट डीएनए-बाध्यकारी प्रोटीन आम तौर पर बी-डीएनए के प्रमुख खांचे के साथ पारस्परिक क्रिया करते हैं, क्योंकि यह अधिक कार्यात्मक समूहों को उजागर करता है जो एक आधार जोड़ी की पहचान करते हैं। यद्यपि, कुछ ज्ञात माइनर ग्रूव डीएनए-बाध्यकारी लिगेंड हैं जैसे नेट्रोप्सिन, डिस्टामाइसिन, होचस्ट 33258, पेंटामिडाइन, डीएपीआई और अन्य।

उदाहरण
डीएनए-बाध्यकारी प्रोटीन में प्रतिलेखन कारक सम्मिलित होते हैं जो प्रतिलेखन की प्रक्रिया को नियंत्रित करते हैं, विभिन्न पोलीमरेज़, न्यूक्लीज़ जो डीएनए अणुओं को तोड़ते हैं, और हिस्टोन जो क्रोमोसोम पैकेजिंग और सेल न्यूक्लियस में प्रतिलेखन में सम्मिलित होते हैं। डीएनए-बाध्यकारी प्रोटीन में ज़िंक फिंगर, हेलिक्स-टर्न-हेलिक्स और ल्यूसीन ज़िपर (कई अन्य लोगों के बीच) जैसे डोमेन सम्मिलित हो सकते हैं जो न्यूक्लिक एसिड के लिए बाइंडिंग की सुविधा प्रदान करते हैं।प्रतिलेखन एक्टीवेटर जैसे इफेक्टर्स जैसे और भी असामान्य उदाहरण हैं।

गैर-विशिष्ट डीएनए-प्रोटीन पारस्परिक क्रिया
डीएनए को बांधने वाले संरचनात्मक प्रोटीन गैर-विशिष्ट डीएनए-प्रोटीन पारस्परिक क्रिया के अच्छी तरह से समझे जाने वाले उदाहरण हैं। गुणसूत्रों के भीतर, डीएनए को संरचनात्मक प्रोटीन के साथ परिसरों में रखा जाता है। ये प्रोटीन डीएनए को क्रोमेटिन नामक एक संक्षिप्त संरचना में व्यवस्थित करते हैं। यूकेरियोट्स में, इस संरचना में हिस्टोन नामक छोटे बुनियादी प्रोटीनों के एक जटिल के लिए डीएनए बाध्यकारी सम्मिलित है। प्रोकैरियोट्स में, कई प्रकार के प्रोटीन सम्मिलित होते हैं। हिस्टोन एक डिस्क के आकार का कॉम्प्लेक्स बनाते हैं जिसे न्यूक्लियोसोम कहा जाता है, जिसमें इसकी सतह के चारों ओर लिपटे डबल-स्ट्रैंडेड डीएनए के दो पूर्ण मोड़ होते हैं।ये गैर-विशिष्ट पारस्परिक क्रिया डीएनए के अम्लीय चीनी-फॉस्फेट रीढ़ की हड्डी में आयोनिक बंध बनाने वाले हिस्टोन में मूल अवशेषों के माध्यम से बनते हैं, और इसलिए आधार अनुक्रम से काफी हद तक स्वतंत्र होते हैं। इन बुनियादी एमिनो एसिड अवशेषों के रासायनिक संशोधनों में मेथिलिकरण, फास्फारिलीकरण और एसिटिलिकेशन सम्मिलितहैं। ये रासायनिक परिवर्तन डीएनए और हिस्टोन के बीच पारस्परिक क्रिया की ताकत को बदलते हैं, डीएनए को प्रतिलेखन कारकों के लिए कम या ज्यादा सुलभ बनाते हैं और प्रतिलेखन की दर को बदलते हैं। क्रोमैटिन में अन्य गैर-विशिष्ट डीएनए-बाध्यकारी प्रोटीन में उच्च-गतिशीलता समूह (एचएमजी) प्रोटीन सम्मिलित हैं, जो मुड़े हुए या विकृत डीएनए को बांधते हैं। जैवभौतिकीय अध्ययनों से पता चलता है कि ये आर्किटेक्चरल एचएमजी प्रोटीन अपने जैविक कार्यों को करने के लिए डीएनए को बांधते, मोड़ते और लूप करते हैं।  ये प्रोटीन न्यूक्लियोसोम के सरणियों को मोड़ने और उन्हें क्रोमोसोम बनाने वाली बड़ी संरचनाओं में व्यवस्थित करने में महत्वपूर्ण हैं। हाल ही में FK506 बाइंडिंग प्रोटीन 25 (FBP25) को डीएनए से गैर-विशेष रूप से बांधने  करने के लिए भी दिखाया गया था जो डीएनए की मरम्मत में मदद करता है।

प्रोटीन जो विशेष रूप से एकल-फंसे डीएनए को बांधते हैं
डीएनए-बांधने वाले प्रोटीन का एक अलग समूह डीएनए-बांधने वाले प्रोटीन है जो विशेष रूप से सिंगल-स्ट्रैंडेड डीएनए को बांधता है। मनुष्यों में, प्रतिकृति प्रोटीन ए इस परिवार का सबसे अच्छा समझा जाने वाला सदस्य है और इसका उपयोग उन प्रक्रियाओं में किया जाता है जहां डबल हेलिक्स को अलग किया जाता है, जिसमें डीएनए प्रतिकृति, पुनर्संयोजन और डीएनए की मरम्मत सम्मिलितहै। ऐसा लगता है कि ये बाध्यकारी प्रोटीन एकल-फंसे डीएनए को स्थिर करते हैं और इसे प्रातिपदिका लूप बनाने या न्यूक्लियस द्वारा अपमानित होने से बचाते हैं।

विशिष्ट डीएनए अनुक्रमों के लिए बाध्यकारी
इसके विपरीत, अन्य प्रोटीन विशिष्ट डीएनए अनुक्रमों से जुड़ने के लिए विकसित हुए हैं। इनमें से सबसे गहन अध्ययन विभिन्नप्रतिलेखन कारक हैं, जो प्रोटीन हैं जोप्रतिलेखन को नियंत्रित करते हैं। प्रत्येकप्रतिलेखन कारक डीएनए अनुक्रमों के एक विशिष्ट सेट से जुड़ता है और जीन केप्रतिलेखन को सक्रिय या बाधित करता है जिनके प्रमोटरों के पास ये अनुक्रम होते हैं। प्रतिलेखन कारक इसे दो तरह से करते हैं। सबसे पहले, वे प्रतिलेखन के लिए जिम्मेदार आरएनए पोलीमरेज़ को या तो सीधे या अन्य मध्यस्थ प्रोटीन के माध्यम से बाँध सकते हैं; यह प्रमोटर पर पोलीमरेज़ का पता लगाता है और इसेप्रतिलेखन शुरू करने की अनुमति देता है। वैकल्पिक रूप से, प्रतिलेखन कारक एंजाइमों को बांध सकते हैं जो प्रमोटर पर हिस्टोन को संशोधित करते हैं। यह डीएनए टेम्प्लेट की पोलीमरेज़ की पहुंच को बदल देता है। ये डीएनए लक्ष्य पूरे जीव के जीनोम में हो सकते हैं। इस प्रकार, एक प्रकार के प्रतिलेखन कारक की गतिविधि में परिवर्तन हजारों जीनों को प्रभावित कर सकता है। इस प्रकार, ये प्रोटीन अक्सर संकेत पारगमन प्रक्रियाओं के लक्ष्य होते हैं जो पर्यावरण परिवर्तन या सेलुलर भेदभाव और विकास के प्रति प्रतिक्रियाओं को नियंत्रित करते हैं। डीएनए के साथ इनप्रतिलेखन कारकों की बातचीत की विशिष्टता डीएनए बेस के किनारों पर कई संपर्क बनाने वाले प्रोटीन से आती है, जिससे उन्हें डीएनए अनुक्रम पढ़ने की अनुमति मिलती है। इनमें से अधिकांश बेस-पारस्परिक क्रिया प्रमुख खांचे में बने होते हैं, जहां बेस सबसे अधिक सुलभ होते हैं। अनुक्रम-विशिष्टता को ध्यान में रखते हुए प्रोटीन-डीएनए बाइंडिंग के गणितीय विवरण, और विभिन्न प्रकार के प्रोटीनों के प्रतिस्पर्धी और सहकारी बंधन आमतौर पर जाली मॉडल (बायोफिजिक्स) की मदद से किए जाते हैं। डीएनए बाध्यकारी अनुक्रम विशिष्टता की पहचान करने के लिए कम्प्यूटेशनल तरीकों को जीनोमिक युग के बाद प्रचुर मात्रा में अनुक्रम डेटा का अच्छा उपयोग करने का प्रस्ताव दिया गया है।

प्रोटीन-डीएनए पारस्परिक क्रिया
प्रोटीन-डीएनए पारस्परिक क्रिया तब होता है जब एक प्रोटीन डीएनए के एक अणु को बांधता है, अक्सर डीएनए के कार्य (जीव विज्ञान) को विनियमित करने के लिए, आमतौर पर जीन की जीन अभिव्यक्ति। डीएनए को बाँधने वाले प्रोटीनों में प्रतिलेखन के कारक हैं जो डीएनए रूपांकनों और हिस्टोन से जुड़कर जीन अभिव्यक्ति को सक्रिय या दमन करते हैं जो डीएनए की संरचना का हिस्सा बनते हैं और इसे कम विशेष रूप से बांधते हैं। यूरैसिल-डीएनए ग्लाइकोसिलेज़ जैसे डीएनए की मरम्मत करने वाले प्रोटीन भी इसके साथ निकटता से संपर्क करते हैं।

सामान्य तौर पर, प्रोटीन प्रमुख खांचे में डीएनए से जुड़ते हैं; हालाँकि, अपवाद हैं। प्रोटीन-डीएनए पारस्परिक क्रिया मुख्य रूप से दो प्रकार के होते हैं, या तो विशिष्ट पारस्परिक क्रिया या गैर-विशिष्ट पारस्परिक क्रिया। हाल के एकल-अणु प्रयोगों से पता चला है कि लक्ष्य साइट को पहचानने के लिए सही अभिविन्यास में बाध्य करने के लिए डीएनए बाध्यकारी प्रोटीन तेजी से रिबाइंडिंग से गुजरते हैं।

डिजाइन
विशिष्ट डीएनए-बाध्यकारी साइट वाले डीएनए-बाध्यकारी प्रोटीन को डिजाइन करना जैव प्रौद्योगिकी के लिए एक महत्वपूर्ण लक्ष्य रहा है। जिंक फिंगर प्रोटीन को विशिष्ट डीएनए अनुक्रमों से बाँधने के लिए डिज़ाइन किया गया है और यह जिंक फिंगर न्यूक्लीज़ का आधार है। हाल ही में Tal effector nuclease|प्रतिलेखन एक्टिवेटर-लाइक इफ़ेक्ट न्यूक्लीज़ (TALENs) बनाए गए हैं जो Xanthomonas बैक्टीरिया द्वारा स्रावित प्राकृतिक प्रोटीन पर आधारित हैं, जब वे विभिन्न पौधों की प्रजातियों को संक्रमित करते हैं।

पता लगाने के तरीके
कई इन विट्रो और इन विवो तकनीकें हैं जो डीएनए-प्रोटीन पारस्परिक क्रिया का पता लगाने में उपयोगी हैं। निम्नलिखित वर्तमान में उपयोग में आने वाली कुछ विधियों को सूचीबद्ध करता है: ज्ञात डीएनए बाध्यकारी प्रोटीन के प्रोटीन-डीएनए पारस्परिक क्रिया का अध्ययन करने के लिए इलेक्ट्रोफोरमैटिक मोबिलिटी शिफ्ट परख (ईएमएसए) एक व्यापक गुणात्मक तकनीक है। डीएनए-प्रोटीन-पारस्परिक क्रिया - एंजाइम-लिंक्ड इम्यूनोसॉर्बेंट परख (डीपीआई-एलिसा) इन विट्रो में ज्ञात प्रोटीनों की डीएनए-बाध्यकारी प्राथमिकताओं के गुणात्मक और मात्रात्मक विश्लेषण की अनुमति देता है।  यह तकनीक प्रोटीन कॉम्प्लेक्स के विश्लेषण की अनुमति देती है जो डीएनए (डीपीआई-भर्ती-एलिसा) से जुड़ती है या इसके मानक एलिसा प्लेट फॉर्मेट के कारण कई न्यूक्लियोटाइड जांच की स्वचालित जांच के लिए उपयुक्त है।  .DNase फुटप्रिंटिंग परख का उपयोग बेसपेयर रिज़ॉल्यूशन पर डीएनए के लिए प्रोटीन के बंधन की विशिष्ट साइटों की पहचान करने के लिए किया जा सकता है। ज्ञातप्रतिलेखन कारक के इन विवो डीएनए लक्ष्य क्षेत्रों की पहचान करने के लिए क्रोमैटिन इम्यूनोप्रूवेरेशन का उपयोग किया जाता है। इस तकनीक को जब उच्च थ्रूपुट अनुक्रमण के साथ जोड़ा जाता है तो इसे Chip-Seq के रूप में जाना जाता है और जब इसे Microarrays के साथ जोड़ा जाता है तो इसे Chip-chip के रूप में जाना जाता है। टू-हाइब्रिड स्क्रीनिंग#वन-हाइब्रिड | यीस्ट वन-हाइब्रिड सिस्टम (Y1H) का उपयोग यह पहचानने के लिए किया जाता है कि कौन सा प्रोटीन एक विशेष डीएनए खंड को बांधता है। बैक्टीरियल एक-संकर प्रणाली (B1H) का उपयोग यह पहचानने के लिए किया जाता है कि कौन सा प्रोटीन एक विशेष डीएनए खंड से जुड़ता है। एक्स - रे क्रिस्टलोग्राफी का उपयोग कर संरचना निर्धारण का उपयोग प्रोटीन-डीएनए पारस्परिक क्रिया के अत्यधिक विस्तृत परमाणु दृश्य देने के लिए किया गया है। इन विधियों के अलावा, अन्य तकनीकों जैसे SELEX, PBM (प्रोटीन बाइंडिंग माइक्रोएरे), DNA माइक्रोएरे स्क्रीन, DamID, FAIRE या हाल ही में DAP-seq का उपयोग प्रयोगशाला में विवो और इन विट्रो में डीएनए-प्रोटीन पारस्परिक क्रिया की जांच के लिए किया जाता है।

बातचीत में हेरफेर
प्रोटीन-डीएनए पारस्परिक क्रिया को बफर की आयनिक शक्ति, मैक्रोमोलेक्युलर क्राउडिंग, जैसे उत्तेजनाओं का उपयोग करके संशोधित किया जा सकता है। तापमान, पीएच और विद्युत क्षेत्र। इससे प्रोटीन-डीएनए कॉम्प्लेक्स का प्रतिवर्ती पृथक्करण/जुड़ाव हो सकता है।

यह भी देखें

 * bZIP डोमेन
 * चिप-एक्सो
 * न्यूक्लिक एसिड सिमुलेशन सॉफ्टवेयर की तुलना
 * डीएनए-बाध्यकारी डोमेन
 * हेलिक्स पाश-हेलिक्स
 * हेलिक्स-टर्न-हेलिक्स
 * एचएमजी-बॉक्स
 * ल्यूसीन जिपर
 * लेक्सिट्रॉप्स (एक अर्ध-सिंथेटिक डीएनए-बाइंडिंग लिगैंड)
 * डीऑक्सीराइबोन्यूक्लियोप्रोटीन
 * प्रोटीन-डीएनए पारस्परिक क्रिया साइट प्रेडिक्टर | प्रोटीन-डीएनए पारस्परिक क्रिया साइट प्रेडिक्शन सॉफ्टवेयर
 * आरएनए-बाध्यकारी प्रोटीन
 * सिंगल-स्ट्रैंड बाइंडिंग प्रोटीन
 * जिंक फिंगर

बाहरी संबंध

 * Protein-DNA binding: data, tools & models (annotated list, constantly updated)
 * Abalone tool for modeling DNA-ligand interactions.
 * DBD database of predicted transcription factors Uses a curated set of DNA-binding domains to predict transcription factors in all completely sequenced genomes