DNA結合ドメイン

DNA結合ドメイン（DBD ）は、二本鎖または一本鎖DNAを認識する少なくとも1つの構造モチーフを含む、独立して折り畳まれたタンパク質ドメインです。DBDは特定のDNA配列（認識配列）を認識したり、DNAに対して一般的な親和性を持つことができます。^[1]一部のDNA結合ドメインは、折り畳まれた構造に核酸を含むこともあります。

1 つ以上の DNA 結合ドメインは、異なる機能を持つさらなるタンパク質ドメインで構成されるより大きなタンパク質の一部であることが多い。追加のドメインは、多くの場合、DNA 結合ドメインの活動を制御します。DNA 結合の機能は、構造的であるか、転写制御に関与するかのいずれかであり、2 つの役割は重複することもあります。^{[引用が必要]}

DNA構造に関わる機能を持つDNA結合ドメインは、DNAの複製、修復、保存、メチル化などの修飾において生物学的役割を果たします。^[要出典]

遺伝子発現の調節に関与する多くのタンパク質にはDNA 結合ドメインが含まれています。たとえば、DNA に結合して転写を調節するタンパク質は転写因子と呼ばれます。ほとんどの細胞シグナル伝達カスケードの最終出力は遺伝子調節です。^{[引用が必要]}

DBD はDNA のヌクレオチドとDNA配列特異的または非配列特異的な方法で相互作用しますが、非配列特異的な認識であっても、タンパク質と DNA の間には何らかの分子相補性が関係しています。 DBD による DNA 認識は、DNA の主溝または副溝、または糖リン酸 DNA バックボーンで発生します ( DNAの構造を参照)。 それぞれの特定のタイプの DNA 認識は、タンパク質の機能に合わせて調整されます。 たとえば、DNA 切断酵素 DNAse I はDNA をほぼランダムに切断するため、非配列特異的な方法で DNA に結合する必要があります。 しかし、それでも DNAse I は特定の 3D DNA構造を認識し、 DNA フットプリントと呼ばれる手法で DNA 認識を研究するのに役立つ、ある程度特定の DNA 切断パターンを生成します。^{[出典が必要]}

多くの DNA 結合ドメインは、特定の遺伝子を活性化する転写因子の DBD や、制限酵素やテロメラーゼなどの特定の部位で DNA を修飾する酵素の DBD など、特定の DNA 配列を認識する必要があります。DNA主溝の水素結合パターンは DNA 副溝の水素結合パターンよりも縮退が少なく、配列特異的な DNA 認識にとってより魅力的な部位を提供します。^{[引用が必要]}

DNA結合タンパク質の特異性は、ゲル電気泳動、分析超遠心分離、熱量測定、DNA変異、タンパク質構造の変異または改変、核磁気共鳴、X線結晶構造解析、表面プラズモン共鳴、電子常磁性共鳴、架橋、マイクロスケール熱泳動（MST）などの多くの生化学的および生物物理学的手法を使用して研究できます。

各ゲノムの遺伝子の大部分は DNA 結合タンパク質をコードしています (表を参照)。しかし、DNA 結合タンパク質ファミリーはごく少数です。たとえば、約 20,000 のヒトタンパク質のうち 2,000 以上が「DNA 結合タンパク質」であり、その中には約 750 のジンクフィンガータンパク質が含まれています。^[3]

もともと細菌で発見されたヘリックス・ターン・ヘリックスモチーフは、リプレッサータンパク質によく見られ、約20アミノ酸の長さです。真核生物では、ホメオドメインは2つのヘリックスで構成され、そのうちの1つはDNAを認識します（認識ヘリックスとも呼ばれます）。これらは、発達プロセスを制御するタンパク質によく見られます。^[5]

ジンクフィンガードメインは主に真核生物に見られますが、細菌にもいくつかの例が見つかっています。^[6]ジンクフィンガードメインは一般的に23〜28アミノ酸の長さで、規則的に間隔を空けた亜鉛配位残基（ヒスチジンまたはシステイン）と亜鉛イオンを配位させることで安定化されます。最も一般的なクラスのジンクフィンガー（Cys2His2）は、単一の亜鉛イオンを配位し、認識ヘリックスおよび2本鎖ベータシートで構成されています。^[7] 転写因子では、これらのドメインはアレイ状になっていることが多く（通常は短いリンカー配列で区切られています）、隣接するフィンガーはDNAに結合すると3塩基対間隔で配置されます。

基本ロイシンジッパー( bZIP ) ドメインは、主に真核生物に見られ、細菌にも限られた範囲で見られます。bZIP ドメインには、7 番目のアミノ酸ごとにロイシンがあるアルファヘリックスが含まれています。このようなヘリックスが 2 つ見つかると、ロイシンはジッパーの歯のように相互作用し、2 つのタンパク質の二量体化が可能になります。DNA に結合すると、基本アミノ酸残基は糖リン酸骨格に結合し、ヘリックスが主溝に留まります。これにより、遺伝子発現が制御されます。

約 110 個のアミノ酸から構成されるウィングド ヘリックス(WH) ドメインには、4 つのヘリックスと 2 本の鎖のベータ シートがあります。

翼状ヘリックスターンヘリックス(wHTH) ドメインSCOP 46785は、通常 85 ～ 90 個のアミノ酸から構成されます。3 本のヘリックス束と 4 本のストランド ベータシート (翼) によって形成されます。

基本ヘリックス-ループ-ヘリックス(bHLH) ドメインは、いくつかの転写因子に見られ、ループで接続された 2 つのアルファヘリックス(α-ヘリックス)が特徴です。1 つのヘリックスは通常小さく、ループの柔軟性により、別のヘリックスに対して折り畳まれて詰め込まれることで二量体化できます。大きいヘリックスには通常、DNA 結合領域が含まれます。

HMGボックスドメインは、複製や転写などのさまざまなDNA依存プロセスに関与する高移動度グループタンパク質に見られます。また、曲げを誘発することでDNAの柔軟性を変えます。^{[8] [9]}このドメインは、ループで区切られた3つのアルファヘリックスで構成されています。

Wor3ドメインは、カンジダ・アルビカンスの白色不透明調節因子3（Wor3）にちなんで名付けられ、これまで説明されたほとんどのDNA結合ドメインよりも進化の過程で最近出現し、少数の真菌に限定されています。^[10]

OBフォールドは、もともとオリゴヌクレオチド/オリゴ糖 結合特性にちなんで名付けられた小さな構造モチーフです。OBフォールドドメインの長さは70〜150アミノ酸です。^{[11] OBフォールドは一本鎖DNAに結合するため、}一本鎖結合タンパク質です。^[11]

OBフォールドタンパク質は、 DNA複製、DNA組み換え、DNA修復、転写、翻訳、低温ショック応答、テロメア維持に重要であることが確認されている。^[12]

免疫グロブリンドメイン( InterPro :  IPR013783 ) は、DNA 主溝または抗原を認識するために役立つ大きな接続ループを持つベータシート構造で構成されています。通常、免疫グロブリンタンパク質に見られますが、サイトカイン経路の Stat タンパク質にも存在します。これは、サイトカイン経路が比較的最近進化し、独自のシステムを作成するのではなく、すでに機能しているシステムを利用してきたためと考えられます。

B3 DBD ( InterPro :  IPR003340、SCOP 117343 ) は、高等植物の転写因子と制限酵素EcoRIIおよび BfiIにのみ存在し、通常は 100 ～ 120 残基から構成されます。7 つのベータシートと 2 つのアルファヘリックスから構成され、DNA 結合擬似バレルタンパク質フォールドを形成します。

TALエフェクターは、キサントモナス属の細菌性植物病原体に見られ、細菌の毒性、増殖、および拡散を促進するために宿主植物の遺伝子を制御することに関与している。^[13] これらには、33〜35残基のタンデム反復の中心領域が含まれており、各反復領域はTALEの結合部位の単一のDNA塩基をコードしている。^{[14] [15]}反復内では、残基13のみがDNA塩基と直接接触して配列特異性を決定し、他の位置はDNAバックボーンと接触してDNA結合相互作用を安定化する。^[16]アレイ内の各反復は、対になったアルファヘリックスの形をとり、反復アレイ全体は右巻きのスーパーヘリックスを形成し、DNA二重らせんを包み込む。 TALエフェクターリピートアレイはDNA結合時に収縮することが示されており、2状態探索機構が提案されており、伸長したTALEは、コアTALエフェクターリピートアレイのN末端のユニークなリピートユニットからのチミン認識に成功し、DNAの周囲で収縮し始める。^[17] 関連タンパク質は、細菌性植物病原体Ralstonia solanacearum ^[18]、真菌性共生菌Burkholderia rhizoxinica ^[19]、および2つの未確認海洋微生物に見られる。^{[20] DNA結合コードとリピートアレイの構造はこれらのグループ間で保存されており、総称して}TALE様と呼ばれる。

• 陸上植物ゲノムに存在するDNA結合ドメインの構造分類については、^{[21]を参照のこと。}
• 核酸シミュレーションソフトウェアの比較

• 予測転写因子の DBD データベースKummerfeld SK、Teichmann SA (2006 年 1 月)。「DBD:転写因子予測データベース」。Nucleic Acids Research。34 (データベース号): D74-81。doi : 10.1093/  nar /gkj131。PMC 1347493。PMID 16381970。 厳選されたDNA結合ドメインセットを使用して、完全に配列されたすべてのゲノムの転写因子を予測します。
• DNA結合モチーフ表
• 米国国立医学図書館医学件名標目表(MeSH)における DNA+フットプリンティング
• 米国国立医学図書館医学件名標目(MeSH)の DNA 結合 + タンパク質
• PROSITEのDNA 結合ドメイン^{[永久リンク切れ‍ ]}