Idi na sadržaj

DNK-vezujuće mjesto

Nepregledano
S Wikipedije, slobodne enciklopedije
DNK kontakti različitih tipova DNK-vezujućih domena

DNK-vezujuća mjesta jesu vrsta vezujućih mjesta koja se nalaze u DNK gdje se druge molekule mogu vezati. DNK-vezujuća mjesta razlikuju se od drugih veznih mjesta po tome što (1) su dio DNK sekvence (npr. genoma) i (2) vezana su DNK-vezujućim proteinima. DNK-vezujuća mjesta često su povezana sa specijaliziranim proteinima, poznatim kao transkripcijski faktori, i stoga su povezana sa transkripcijskom regulacijom. Zbir DNK-vezujućih mjesta specifičnog transkripcijskog faktora naziva se njegov cistrom. DNK-vezujuća mjesta također obuhvataju ciljeve drugih proteina, poput restrikcijskih enzima, specifičnih rekombinaza (vidi rekombinacija specifična za mjesto) i metiltransferaza.[1] DNK-vezujuća mjesta stoga se mogu definirati kao kratke DNK sekvence (obično duge od 4–30 baznih parova, ali do 200 bp za rekombinacijska mjesta) koje su specifično vezane za jedan ili više DNK-vezujućih proteina ili proteinskih kompleksa. Prijavljeno je da neka vezivna mjesta imaju potencijal da prođu kroz brze evolucijske promjene.[2]

Tipovi DNK-vezujućih mjesta

[uredi | uredi izvor]

DNK-vezujuća mjesta mogu se kategorizirati prema njihovoj biološkoj funkciji. Stoga možemo razlikovati mjesta vezivanja transkripcijskih faktora, restrikcijska i rekombinacijska mjesta . Neki autori predložili su da se mjesta vezivanja mogu klasificirati i prema njihovom najpogodnijem načinu predstavljanja.[3] S jedne strane, restrikcijska mjesta mogu se općenito predstaviti konsenzusnim sekvencama. To je zato što ciljaju uglavnom identične sekvence, a efikasnost restrikcije naglo opada za manje slične sekvence. S druge strane, mjesta vezivanja DNK za dati transkripcijski faktor obično su sva različita, s različitim stepenom afiniteta transkripcijskog faktora za različita mjesta vezivanja. Zbog toga je teško precizno predstavljati mjesta vezivanja transkripcijskih faktora korištenjem konsenzusnih sekvenci, a ona se obično predstavljaju korištenjem matrica frekvencija specifičnih za položaj (PSFM), koje se često grafički prikazuju korištenjem logo-sekvence. Međutim, ovaj argument djelimično je proizvoljan. Restrikcijski enzimi, poput transkripcijskih faktora, daju postepen, iako oštar, raspon afiniteta za različita mjesta[4] i stoga ih najbolje predstavlja PSFM. Slično tome, rekombinaze specifične za mjesto pokazuju raznolik afinitet za različita ciljna mjesta.[5][6]

Historija i glavne eksperimentalne tehnike

[uredi | uredi izvor]

Postojanje nečega sličnog mjestima vezivanja DNK sumnjalo se na osnovu eksperimenata o biologiji bakteriofaga lambda[7] and the regulation of the Escherichia coli lac operon.[8] DNK-vezujuća mjesta konačno su potvrđena u oba sistema [9][10][11] s pojavom tehnika sekvenciranja DNK. Od tada su mjesta vezivanja DNK za mnoge transkripcijske faktore, restrikcijske enzime i rekombinaze specifične za mjesto otkrivena korištenjem mnoštva eksperimentalnih metoda. Historijski gledano, eksperimentalne tehnike izbora za otkrivanje i analizu DNK-vezujućih mjesta bile su test otiska DNK i test pomjeranja elektroforetske mobilnosti (EMSA). Međutim, razvoj DNK-mikročipova i tehnika brzog sekvenciranja doveo je do novih, masovno paralelnih metoda za ‘’in vivo’’ identifikaciju mjesta vezivanja, kao što su ChIP-chip i ChIP-Seq.[12] Za kvantifikaciju afiniteta vezivanja[13] proteina i drugih molekula na specifična mjesta vezivanja DNK biofizičkom metodom upotrebljena je mikroskalna termoforeza[14].

Baze podataka

[uredi | uredi izvor]

Zbog raznolike prirode eksperimentalnih tehnika koje se koriste u određivanju mjesta vezivanja i nepotpune pokrivenosti većine organizama i transkripcijskih faktora, ne postoji centralna baza podataka (slična GenBank u Nacionalnom centru za biotehnološke informacije) za mjesta vezivanja DNK. Iako NCBI razmatra anotaciju mjesta vezivanja DNK u svojim referentnim sekvencama (RefSeq), većina podnesaka izostavlja ove informacije. Štaviše, zbog ograničenog uspjeha bioinformatike u proizvodnji efikasnih alata za predviđanje mjesta vezivanja DNK (velike ažno pozitivne stope često povezane su s metodama otkrivanja motiva/pretraživanja mjesta ‘’in silico), nije bilo sistematskih napora da se ove karakteristike računski anotiraju u sekvenciranim genomima. Međutim, postoji nekoliko privatnih i javnih baza podataka posvećenih kompilaciji eksperimentalno prijavljenih, a ponekad i računski predviđenih, mjesta vezivanja za različite transkripcijske faktore u različitim organizmima. Ispod je neiscrpna tabela dostupnih baza podataka.

Ime Organizmi Izvor Pristup URL
PlantRegMap 165 biljnih vrsta (npr. Arabidopsis thaliana, Oryza sativa, Zea mays, itd.) Stručna kuracija i projekcija Javno
JASPAR Kičmenjaci , biljke, gljive, muhe i gliste Stručna kuracija uz podršku literature Javno
CIS-BP Svi eukarioti Eksperimentalno izvedeni motivi i predviđanja Javno
CollecTF Prokarioti Prikupljanje literature Javno [mrtav link]
RegPrecise Prokarioti Stručno prikupljanje Javno
RegTransBase Prokarioti Stručno/prikupljanje literature Javno
RegulonDB Escherichia coli Stručno prikupljanje Javno Arhivirano 7. 5. 2017. na Wayback Machine
PRODORIC Prokarioti Stručna kuracija Javno Arhivirano 16. 5. 2007. na Wayback Machine
TRANSFAC Sisari Stručna/literarna kuracija Javno/Privatno Arhivirano 23. 10. 2008. na Wayback Machine
TRED Čovjek, Miš, Pacov Kompjuterska predviđanja, ručna obrada Javno
DBSD Vrsta roda Drosophila- Literatura/Stručna obrada Javno
HOCOMOCO Čovjek, Miš Literatura/Stručna obrada Javno ,
MethMotif Čovjek, Miš Stručna obrada Javno Arhivirano 29. 10. 2019. na Wayback Machine

Reprezentacija DNK-vezujućih mjesta

[uredi | uredi izvor]

Skup DNK-vezujućih mjesta, obično nazvan motiv vezivanja DNK, može se predstaviti pomoću konsenzusne sekvence. Ova reprezentacija ima prednost što je kompaktna, ali na štetu zanemarivanja značajne količine informacija.[15] Precizniji način predstavljanja mjesta vezivanja je putem matrica specifičnih frekvencija položaja (PSFM). Ove matrice daju informacije o frekvenciji svake baze na svakoj poziciji motiva vezivanja DNK.[3] PSFM zamišljaju se obično s implicitnom pretpostavkom o pozicijskoj nezavisnosti (različite pozicije na mjestu vezivanja DNK nezavisno doprinose funkciji mjesta), iako je ova pretpostavka osporavana za neka DNK-vezujuća mjesta.[16] Frekvencijske informacije u PSFM-u mogu se formalno interpretirati u okviru teorije informacij,[17] što dovodi do njegovog grafičkog prikaza kao ogo-sekvence.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
A 1 0 1 5 32 5 35 23 34 14 43 13 34 4 52 3
C 50 1 0 1 5 6 0 4 4 13 3 8 17 51 2 0
G 0 0 54 15 5 5 12 2 7 1 1 3 1 0 1 52
T 5 55 1 35 14 40 9 27 11 28 9 32 4 1 1 1
Suma 56 56 56 56 56 56 56 56 56 56 56 56 56 56 56 56 56 56 56 56 56 56

PSFM za transkripcijski represor LexA izveden iz 56 mjesta vezivanja LexA pohranjenih u Prodoricu. Relativne frekvencije dobijaju se dijeljenjem broja u svakoj ćeliji s ukupnim brojem (56)

Računarska pretraga i otkrivanje mjesta vezivanja

[uredi | uredi izvor]

U bioinformatici, mogu se razlikovati dva odvojena problema u vezi s mjestima vezivanja DNK: traženje dodatnih članova poznatog motiva vezivanja DNK (problem pretraživanja mjesta) i otkrivanje novih motiva vezivanja DNK u kolekcijama funkcionalno povezanih sekvenci (problem otkrivanja motiva sekvence).[18] Predloženo je mnogo različitih metoda za traženje mjesta vezivanja. Većina njih se oslanja na principe teorije informacija i ima dostupne web servere (Yellaboina) (Munch), dok su drugi autori pribjegli metodama mašinskog učenja, kao što su vještačke neuronske mreže.[3][19][20] Mnoštvo algoritama također je dostupno za otkrivanje motiva sekvence. Ove metode oslanjaju se na hipotezu da skup sekvenci dijeli vezivni motiv iz funkcionalnih razloga. Metode otkrivanja vezujućeg motiva mogu se grubo podijeliti na enumerativne, determinističke i stohastičke.[21] MEME[22] i Consensus [23] klasični su primjeri determinističke optimizacije, dok je Gibbsov uzorkovač[24] ikonvencionalna implementacija čisto stohastičke metode za otkrivanje motiva vezivanja DNK. Drugi primjer ove klase metoda je SeSiMCMC[25] koji je fokusiran na slaba TFBS mjesta sa simetrijom. Dok enumerativne metode često pribjegavaju regularnim izrazima reprezentaciji vezivnih mjesta, PSFM i njihov formalni tretman prema metodama teorije informacija reprezentacija su izbora i za determinističke i za stohastičke metode. Hibridne metode, npr. ChIPMunk[26] koji kombinuje zahtjevnu optimizaciju sa poduzorkovanjem, takođe koristi PSFM. Nedavni napredak u sekvenciranju doveo je do uvođenja komparativnogenomičkog pristupa otkrivanju motiva vezivanja DNK, kao što je ilustrovano PhyloGibbs-om.[27][28] Složenije metode za pretraživanje mjesta vezivanja i otkrivanje motiva oslanjaju se na slaganje baza i druge interakcije između DNK baza, ali zbog malih veličina uzoraka koje su obično dostupne za mjesta vezivanja u DNK, njihova efikasnost još uvijek nije u potpunosti iskorištena. Primjer takvog alata je ULPB[mrtav link][29]

Također pogledajte

[uredi | uredi izvor]

Reference

[uredi | uredi izvor]
  1. ↑ Halford E.S.; Marko J.F. (2004). "How do site-specific DNA-binding proteins find their targets?". Nucleic Acids Research. 32 (10): 3040–3052. doi:10.1093/nar/gkh624. PMC 434431. PMID 15178741.
  2. ↑ Borneman, A.R.; Gianoulis, T.A.; Zhang, Z.D.; Yu, H.; Rozowsky, J.; Seringhaus, M.R.; Wang, L.Y.; Gerstein, M. & Snyder, M. (2007). "Divergence of transcription factor binding sites across related yeast species". Science. 317 (5839): 815–819. Bibcode:2007Sci...317..815B. doi:10.1126/science.1140748. PMID 17690298. S2CID 21535866.
  3. 1 2 3 Stormo GD (2000). "DNA binding sites: representation and discovery". Bioinformatics. 16 (1): 16–23. doi:10.1093/bioinformatics/16.1.16. PMID 10812473.
  4. ↑ Pingoud A, Jeltsch A (1997). "Recognition and Cleavage of DNA by Type-II Restriction Endonucleases". European Journal of Biochemistry. 246 (1): 1–22. doi:10.1111/j.1432-1033.1997.t01-6-00001.x. PMID 9210460.
  5. ↑ Gyohda A, Komano T (2000). "Purification and characterization of the R64 shufflon-specific recombinase". Journal of Bacteriology. 182 (10): 2787–2792. doi:10.1128/JB.182.10.2787-2792.2000. PMC 101987. PMID 10781547.
  6. ↑ Birge, E.A. (2006). "15: Site Specific Recombination". Bacterial and Bacteriophage Genetics (5th izd.). Springer. str. 463–478. ISBN 978-0-387-23919-4.
  7. ↑ Campbell A (1963). "Fine Structure Genetics and its Relation to Function". Annual Review of Microbiology. 17 (1): 2787–2792. doi:10.1146/annurev.mi.17.100163.000405. PMID 14145311.
  8. ↑ Jacob F, Monod J (1961). "Genetic regulatory mechanisms in the synthesis of proteins". Journal of Molecular Biology. 3 (3): 318–356. doi:10.1016/S0022-2836(61)80072-7. PMID 13718526. S2CID 19804795.
  9. ↑ Gilbert W, Maxam A (1973). "The nucleotide sequence of the lac operator". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 70 (12): 3581–3584. Bibcode:1973PNAS...70.3581G. doi:10.1073/pnas.70.12.3581. PMC 427284. PMID 4587255.
  10. ↑ Maniatis T, Ptashne M, Barrell BG, Donelson J (1974). "Sequence of a repressor-binding site in the DNA of bacteriophage lambda". Nature. 250 (465): 394–397. Bibcode:1974Natur.250..394M. doi:10.1038/250394a0. PMID 4854243. S2CID 4204720.
  11. ↑ Nash H. A. (1975). "Integrative recombination of bacteriophage lambda DNA in vitro". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 72 (3): 1072–1076. Bibcode:1975PNAS...72.1072N. doi:10.1073/pnas.72.3.1072. PMC 432468. PMID 1055366.
  12. ↑ Elnitski L, Jin VX, Farnham PJ, Jones SJ (2006). "Locating mammalian transcription factor binding sites: a survey of computational and experimental techniques". Genome Research. 16 (12): 1455–1464. doi:10.1101/gr.4140006. PMID 17053094.
  13. ↑ Baaske P, Wienken CJ, Reineck P, Duhr S, Braun D (Feb 2010). "Optical Thermophoresis quantifies Buffer dependence of Aptamer Binding". Angew. Chem. Int. Ed. 49 (12): 2238–41. doi:10.1002/anie.200903998. PMID 20186894. S2CID 42489892.
  14. ↑ Wienken CJ; et al. (2010). "Protein-binding assays in biological liquids using microscale thermophoresis". Nature Communications. 1 (7). Bibcode:2010NatCo...1..100W. doi:10.1038/ncomms1093. PMID 20981028.
  15. ↑ Schneider T.D. (2002). "Consensus sequence Zen". Applied Bioinformatics. 1 (3): 111–119. PMC 1852464. PMID 15130839.
  16. ↑ Bulyk M.L.; Johnson P.L.; Church G.M. (2002). "Nucleotides of transcription factor binding sites exert interdependent effects on the binding affinities of transcription factors". Nucleic Acids Research. 30 (5): 1255–1261. doi:10.1093/nar/30.5.1255. PMC 101241. PMID 11861919.
  17. ↑ Schneider TD, Stormo GD, Gold L, Ehrenfeucht A (1986). "Information content of binding sites on nucleotide sequences". Journal of Molecular Biology. 188 (3): 415–431X. doi:10.1016/0022-2836(86)90165-8. PMID 3525846.
  18. ↑ Erill I; O'Neill MC (2009). "A reexamination of information theory-based methods for DNA-binding site identification". BMC Bioinformatics. 10 (1): 57. doi:10.1186/1471-2105-10-57. PMC 2680408. PMID 19210776.
  19. ↑ Bisant D, Maizel J (1995). "Identification of ribosome binding sites in Escherichia coli using neural network models". Nucleic Acids Research. 23 (9): 1632–1639. doi:10.1093/nar/23.9.1632. PMC 306908. PMID 7784221.
  20. ↑ O'Neill M.C. (1991). "Training back-propagation neural networks to define and detect DNA-binding sites". Nucleic Acids Research. 19 (2): 133–318. doi:10.1093/nar/19.2.313. PMC 333596. PMID 2014171.
  21. ↑ Bailey T.L. (2008). "Discovering Sequence Motifs". Bioinformatics (PDF). Methods in Molecular Biology. 452. str. 231–251. doi:10.1007/978-1-60327-159-2_12. ISBN 978-1-58829-707-5. PMID 18566768.
  22. ↑ Bailey T.L. (2002). "Discovering novel sequence motifs with MEME". Current Protocols in Bioinformatics. 2 (4): 2.4.1–2.4.35. doi:10.1002/0471250953.bi0204s00. PMID 18792935. S2CID 205157795.
  23. ↑ Stormo GD, Hartzell GW 3rd (1989). "Identifying protein-binding sites from unaligned DNA fragments". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 86 (4): 1183–1187. Bibcode:1989PNAS...86.1183S. doi:10.1073/pnas.86.4.1183. PMC 286650. PMID 2919167.
  24. ↑ Lawrence CE, Altschul SF, Boguski MS, Liu JS, Neuwald AF, Wootton JC (1993). "Detecting subtle sequence signals: a Gibbs sampling strategy for multiple alignment". Science. 262 (5131): 208–214. Bibcode:1993Sci...262..208L. doi:10.1126/science.8211139. PMID 8211139. S2CID 3040614.
  25. ↑ Favorov, A V; M S Gelfand; A V Gerasimova; D A Ravcheev; A A Mironov; V J Makeev (15. 5. 2005). "A Gibbs sampler for identification of symmetrically structured, spaced DNA motifs with improved estimation of the signal length". Bioinformatics. 21 (10): 2240–2245. doi:10.1093/bioinformatics/bti336. ISSN 1367-4803. PMID 15728117.
  26. ↑ Kulakovskiy, I V; V A Boeva; A V Favorov; V J Makeev (24. 8. 2010). "Deep and wide digging for binding motifs in ChIP-Seq data". Bioinformatics. 26 (20): 2622–3. doi:10.1093/bioinformatics/btq488. ISSN 1367-4811. PMID 20736340.
  27. ↑ Das MK, Dai HK (2007). "A survey of DNA motif finding algorithms". BMC Bioinformatics. 8 (Suppl 7). doi:10.1186/1471-2105-8-S7-S21. PMC 2099490. PMID 18047721.
  28. ↑ Siddharthan R, Siggia ED, van Nimwegen E (2005). "PhyloGibbs: A Gibbs sampling motif finder that incorporates phylogeny". PLOS Comput Biol. 1 (7): e67. Bibcode:2005PLSCB...1...67S. doi:10.1371/journal.pcbi.0010067. PMC 1309704. PMID 16477324.
  29. ↑ Salama RA, Stekel DJ (2010). "Inclusion of neighboring base interdependencies substantially improves genome-wide prokaryotic transcription factor binding site prediction". Nucleic Acids Research. 38 (12): e135. doi:10.1093/nar/gkq274. PMC 2896541. PMID 20439311.

Vanjski linkovi

[uredi | uredi izvor]
Preuzeto iz "https://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=DNK-vezujuće_mjesto&oldid=3931007"