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'''DNA 결합 도메인'''({{llang|en|DNA-binding domain}}, '''DBD''')은 이중 또는 단일 가닥 [[DNA]]를 인식하는 하나 이상의 구조적 모티프를 포함하는 독립적으로 접힌 [[단백질 도메인]]이다. DNA 결합 도메인은 특정 DNA 서열을 인식하거나 DNA에 대한 일반적인 친화성을 가질 수 있다.<ref>{{서적 인용|제목=DNA-protein: structural interactions|성=Lilley|이름=David M. J.|연도=1995|출판사=IRL Press at Oxford University Press|위치=Oxford|isbn=0-19-963453-X}}</ref> 일부 DNA 결합 도메인은 접힌 구조에 핵산을 포함할 수도 있다.
[[파일:LacI_Dimer_Structure_Annotated.png|오른쪽|섬네일|300x300픽셀| 단백질의 맥락에서 DNA 결합 도메인의 예. ''Lac'' 억제자의 [[N 말단]] DNA 결합 도메인은 [[C 말단]] 조절 도메인에 의해 조절된다. 조절 도메인은 알로스테릭 이펙터 분자(녹색)에 결합한다. 단백질의 알로스테릭 반응은 연결 영역을 통해 조절 도메인에서 DNA 결합 도메인으로 전달된다.<ref name="pmid19269243">{{저널 인용|제목=Allostery in the LacI/GalR family: variations on a theme|저널=Current Opinion in Microbiology|날짜=April 2009|권=12|호=2|쪽=129–37|doi=10.1016/j.mib.2009.01.009|pmc=2688824|pmid=19269243}}</ref>]]
하나 이상의 DNA 결합 도메인은 종종 기능이 다른 추가 [[단백질 도메인]]으로 구성된 더 큰 [[단백질]]의 일부이다. 종종 여분의 도메인은 DNA 결합 도메인의 활성을 조절한다. DNA 결합의 기능은 구조적이거나 [[전사 조절]]을 포함하며 두 역할이 때때로 겹치기도 한다.

DNA 구조를 포함하는 기능을 가진 DNA 결합 도메인은 [[DNA 복제]], [[DNA 수선]], 저장, [[DNA 메틸화]]와 같은 변형에 생물학적 역할을 한다.

[[유전자 발현의 조절]]에 관여하는 많은 단백질은 DNA 결합 도메인을 포함한다. 예를 들어, DNA와 결합함으로써 전사를 조절하는 단백질은 [[전사인자]]라고 불린다. 대부분의 세포 신호 캐스케이드의 최종 산출물은 유전자 조절이다.

DNA 결합 도메인은 DNA 서열 특이적 또는 비서열 특이적 방식으로 DNA의 [[뉴클레오타이드]]와 상호작용하지만, 비서열 특이적 인식조차도 단백질과 DNA 사이의 일종의 분자 상보성을 포함한다. DNA 결합 도메인에 의한 DNA 인식은 DNA의 메이저 홈, 마이너 홈 또는 당-인산염 DNA 골격에서 발생한다. 각 특정 유형의 DNA 인식은 단백질의 기능에 맞게 조정된다. 예를 들어, DNA 절단 효소인 DNA 분해 효소 I (DNAse I)은 DNA를 거의 무작위로 절단하므로 비서열 특이적 방식으로 DNA에 결합해야 한다. 그러나 그럼에도 불구하고 DNA 분해 효소는 특정 3차원 DNA 구조를 인식하여 DNA 발자국이라는 기술로 DNA 인식을 연구하는 데 유용할 수 있는 다소 특정한 DNA 절단 패턴을 생성한다.

많은 DNA 결합 도메인은 특정 유전자를 활성화하는 전사 인자의 DNA 결합 도메인 또는 [[제한 효소]] 및 [[텔로머레이스]]와 같은 특정 부위에서 DNA를 수정하는 효소의 DNA 결합 도메인과 같은 특정 DNA 서열을 인식해야 한다. DNA 메이저 홈의 [[수소 결합]] 패턴은 DNA 마이너 홈보다 덜 퇴화되어 서열 특이적 DNA 인식에 더 좋은 영향을 준다.

DNA 결합 단백질의 특이성은 [[겔 전기 영동법]], 분석 초원심분리, 열량계, DNA [[돌연변이]], [[단백질의 구조]] 돌연변이 또는 변형, [[핵자기 공명]], [[엑스선결정학|엑스선 결정학]], [[표면 플라스몬 공명|표면 플라즈몬 공명]], [[전자 스핀 공명]]과 같은 많은 생화학적 및 생물 물리학적 기술을 사용하여 연구할 수 있다.

== 게놈의 DNA 결합 단백질 ==
각 [[유전체 (생명과학)|게놈]]의 많은 유전자들은 DNA 결합 단백질을 암호화한다. 그러나 DNA 결합 단백질군은 소수에 불과하다. 예를 들어, 약 750개의 [[아연 집게]] 단백질을 포함하여, 약 20,000개의 인간 단백질 중 2000개 이상이 DNA 결합이다.<ref>{{웹 인용|url=https://www.uniprot.org/uniprot/?query=proteome:UP000005640%20reviewed:yes|제목=reviewed:yes AND organism:"Homo sapiens (Human) [9606]" AND proteome:up000005640 in UniProtKB|웹사이트=www.uniprot.org|언어=en|확인날짜=2017-10-25}}</ref>
{| class="wikitable"
!종
! DNA 결합 단백질<ref name=":0">{{저널 인용|제목=Genome-wide survey of DNA-binding proteins in Arabidopsis thaliana: analysis of distribution and functions|저널=Nucleic Acids Research|날짜=August 2013|권=41|호=15|쪽=7212–9|doi=10.1093/nar/gkt505|pmc=3753632|pmid=23775796}}</ref>
! DNA 결합 패밀리<ref name=":0" />
|-
| ''[[애기장대|Arabidopsis thaliana]]'' (애기장대)
| 4471
| 300
|-
| ''[[사카로미케스 케레비시아이|Saccharomyces cerevisiae]]'' (효모)
| 720
| 243
|-
| ''[[예쁜꼬마선충|Caenorhabditis elegans]]'' (예쁜꼬마선충)
| 2028
| 271
|-
| ''[[노랑초파리|Drosophila melanogaster]]'' (노랑초파리)
| 2620
| 283
|}

== 종류 ==

=== 나선-회전-나선 구조 ===
원래 박테리아에서 발견된 나선-회전-나선 구조는 억제체 단백질에서 흔히 발견되며 길이가 약 20개의 아미노산이다. [[진핵생물]]에서, 호메오 도메인은 DNA를 인식하는 2개의 나선형으로 구성되어 있다. 그것들은 발달 과정을 조절하는 단백질에서 흔하다.

=== 아연 집게 ===
[[파일:1r4o.png|섬네일|300x300픽셀| DNA에 결합된 [[당질 코르티코이드|글루코코르티코이드]] 수용체(위)의 DNA 결합 도메인(아래)을 포함하는 [[아연 집게]] 이량체의 결정 구조. 아연 원자는 회색 구체로 표현되고 조정되는 [[시스테인]] 잔기들은 막대기로 표시되었다.]]
[[아연 집게]](Zinc Finger) 도메인은 대부분 [[진핵생물]]에서 발견되지만 일부 [[세균]]에서도 발견된다.<ref>{{저널 인용|제목=The prokaryotic zinc-finger: structure, function and comparison with the eukaryotic counterpart|저널=The FEBS Journal|날짜=December 2015|권=282|호=23|쪽=4480–96|doi=10.1111/febs.13503|pmid=26365095}}</ref> 아연 집게 도메인은 일반적으로 아미노산 길이가 23~28개 사이이며 아연 이온을 규칙적인 간격의 아연 배위 잔기 ([[히스티딘]] 또는 [[시스테인]])와 [[배위결합]]함으로써 안정화된다. 가장 일반적인 종류의 아연 집게(Cys2His2)는 단일 아연 이온을 조정하며 인식 나선과 2가닥 베타 병풍으로 구성된다.<ref name="pmid11395410">{{저널 인용|제목=Design and selection of novel Cys2His2 zinc finger proteins|저널=Annual Review of Biochemistry|연도=2001|권=70|쪽=313–40|doi=10.1146/annurev.biochem.70.1.313|pmid=11395410}}</ref> [[전사인자]]에서 이러한 도메인은 종종 어레이(일반적으로 짧은 링커 서열로 분리됨)에서 발견되며 인접한 손가락은 DNA에 결합 될 때 3 염기쌍 간격으로 이격된다.

=== 류신 지퍼 ===
기본 류신 지퍼(Leucine Zipper) 도메인은 주로 진핵생물에서 발견되며 제한된 정도로 세균에서 발견됩된다. 류신 지퍼 도메인은 7번째 아미노산마다 [[류신]]이 있는 알파 나선을 포함한다. 두 개의 나선이 서로를 찾으면 류신은 지퍼의 이빨처럼 상호작용하여 두 단백질의 이량체화를 형성한다. DNA에 결합할 때 염기성 아미노산 잔기는 당-인산염 골격에 결합하는 반면 나선은 메이저 홈에 위치한다. 유전자 발현을 조절한다.

=== Winged Helix ===
약 110개의 아미노산으로 구성된 Winged Helix (WH) 도메인에는 4개의 나선과 2가닥의 베타 병풍이 있다.

=== Winged 나선-회전-나선 ===
Winged 나선-회전-나선 (wHTH) 도메인은 일반적으로 길이가 85-90개의 아미노산이다. 3개의 나선 묶음과 4개의 가닥 베타 병풍으로 구성된다.

=== 나선-루프-나선 ===
기본 나선-루프-나선 (bHLH) 도메인은 일부 [[전사인자]]에서 발견되며 루프로 연결된 두 개의 알파 나선이 특징이다. 하나의 나선은 일반적으로 더 작고 루프의 유연성으로 인해 다른 나선에 대해 접고 패킹하여 이량체화를 형성한다. 더 큰 나선은 일반적으로 DNA 결합 영역을 포함한다.

=== HMG 상자 ===
[[HMG 상자]] 도메인은 복제 및 전사와 같은 다양한 DNA 의존적 과정에 관여하는 고이동성 그룹 단백질에서 발견된다. 또한 굴곡을 유도하여 DNA의 유연성을 변경한다.<ref>{{저널 인용|제목=DNA bridging and looping by HMO1 provides a mechanism for stabilizing nucleosome-free chromatin|저널=Nucleic Acids Res|연도=2014|권=42|호=14|쪽=8996–9004|doi=10.1093/nar/gku635|pmc=4132745|pmid=25063301}}</ref><ref>{{저널 인용|제목=Single-molecule studies of high-mobility group B architectural DNA bending proteins|저널=Biophys Rev|연도=2017|권=9|호=1|쪽=17–40|doi=10.1007/s12551-016-0236-4|pmc=5331113|pmid=28303166}}</ref> 도메인은 루프로 구분된 3개의 알파 나선으로 구성된다.

=== Wor3 도메인 ===
''Candida albicans''의 White-Opaque Regulator 3 (Wor3)의 이름을 따서 명명된 Wor3 도메인은 이전에 기술된 대부분의 DNA 결합 도메인보다 진화적 시간에 더 최근에 발생했으며 소수의 [[진균]]으로 제한된다.<ref name="pmid23610392">{{저널 인용|제목=Identification and characterization of a previously undescribed family of sequence-specific DNA-binding domains|저널=Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America|날짜=May 2013|권=110|호=19|쪽=7660–5|bibcode=2013PNAS..110.7660L|doi=10.1073/pnas.1221734110|pmc=3651432|pmid=23610392}}</ref>

=== OB 접힘 도메인 ===
OB 접힘은 원래 [[올리고뉴클레오타이드]], [[소당류]]의 결합 특성 때문에 명명된 작은 구조적 모티브이다. OB 접힘 도메인은 70~150개의 아미노산으로 구성되어 있다.<ref name="pmid20515430">{{저널 인용|제목=Oligonucleotide/oligosaccharide-binding fold proteins: a growing family of genome guardians|저널=[[Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology]]|날짜=August 2010|권=45|호=4|쪽=266–75|doi=10.3109/10409238.2010.488216|pmc=2906097|pmid=20515430}}</ref> OB 접힘은 단일 가닥 DNA에 결합하므로 단일 가닥 결합 단백질이다.<ref name="pmid20515430" />

OB 접힘 단백질은 [[DNA 복제]], [[유전자 재조합|DNA 재조합]], [[DNA 수선|DNA 복수선]], [[전사 (생물학)|전사]], [[번역 (생물학)|번역]], 저온 충격 반응, [[텔로미어]] 유지에 중요한 것으로 확인되었다.<ref name="pmid12598368">{{저널 인용|제목=Nucleic acid recognition by OB-fold proteins|저널=Annual Review of Biophysics and Biomolecular Structure|연도=2003|권=32|쪽=115–33|doi=10.1146/annurev.biophys.32.110601.142506|pmc=1564333|pmid=12598368}}</ref>

== 특이 구조 ==

=== 면역글로불린 접힘 ===
[[면역글로불린]] 도메인은 DNA 메이저 홈 또는 [[항원]]을 인식하는 역할을 하는 큰 연결 루프가 있는 베타 병풍 구조로 구성된다. 일반적으로 면역글로불린 단백질에서 발견되며 [[사이토카인]] 경로의 Stat 단백질에도 존재한다. 이것은 사이토카인 경로가 비교적 최근에 진화했고 자체 생성보다는 이미 기능하는 시스템을 사용했기 때문일 수 있다.

=== B3 도메인 ===
B3 DNA 결합 도메인은 고등 식물의 [[전사인자]]와 [[제한 효소]] EcoRII 및 BfiI에서만 발견되며 일반적으로 100~120개의 잔기로 구성된다. 그것은 7개의 베타 병풍과 2개의 알파 나선을 포함하며, 이는 DNA 결합 유사 배럴 [[단백질 접힘]]을 형성한다.

=== TAL 효과인자 ===
TAL [[효과인자 (생물학)|효과인자]]는 ''Xanthomonas'' 속의 세균성 식물 병원체에서 발견되며 세균성 독성, 증식을 촉진하기 위해 숙주 식물의 유전자를 조절하는 데 관여한다.<ref name="pmid19400638">{{저널 인용|제목=Xanthomonas AvrBs3 family-type III effectors: discovery and function|저널=Annual Review of Phytopathology|연도=2010|권=48|쪽=419–36|doi=10.1146/annurev-phyto-080508-081936|pmid=19400638}}</ref> 그것들은 Tandem 33~35개 잔기 반복의 중심 영역을 포함하고 각 반복 영역은 TALE의 결합 부위에 있는 단일 DNA 염기를 암호화한다.<ref>{{저널 인용|제목=A simple cipher governs DNA recognition by TAL effectors|저널=Science|날짜=December 2009|권=326|호=5959|쪽=1501|bibcode=2009Sci...326.1501M|doi=10.1126/science.1178817|pmid=19933106}}</ref><ref>{{저널 인용|제목=Breaking the code of DNA binding specificity of TAL-type III effectors|저널=Science|날짜=December 2009|권=326|호=5959|쪽=1509–12|bibcode=2009Sci...326.1509B|doi=10.1126/science.1178811|pmid=19933107}}</ref> 반복 내에서 13번 잔기만이 DNA 염기와 직접 접촉하여 서열 특이성을 결정하는 반면, 다른 위치는 DNA 골격과 접촉하여 DNA 결합 상호작용을 안정화한다.<ref>{{저널 인용|제목=The crystal structure of TAL effector PthXo1 bound to its DNA target|저널=Science|날짜=February 2012|권=335|호=6069|쪽=716–9|bibcode=2012Sci...335..716M|doi=10.1126/science.1216211|pmc=3427646|pmid=22223736}}</ref> 어레이 내의 각 반복은 짝을 이루는 알파 나선의 형태를 취하는 반면 전체 반복 어레이는 DNA 이중 나선을 감싸는 오른쪽 초나선을 형성한다. TAL 효과인자 반복 배열은 DNA 결합 시 수축하는 것으로 나타났으며 중심 TAL의 고유한 반복 단위 [[N 말단]]에서 성공적인 [[티민]] 인식으로 시작하여 연장된 TALE이 DNA 주위에서 수축하기 시작하는 2-상태 검색 메커니즘이 제안되었다 (이펙터 반복 배열).<ref>{{저널 인용|제목=Direct observation of TALE protein dynamics reveals a two-state search mechanism|저널=Nature Communications|날짜=June 2015|권=6|쪽=7277|bibcode=2015NatCo...6.7277C|doi=10.1038/ncomms8277|pmc=4458887|pmid=26027871}}</ref> 관련 단백질은 세균성 식물 병원체 ''Ralstonia solanacearum''<ref>{{저널 인용|제목=Breaking the DNA-binding code of Ralstonia solanacearum TAL effectors provides new possibilities to generate plant resistance genes against bacterial wilt disease|저널=The New Phytologist|날짜=August 2013|권=199|호=3|쪽=773–86|doi=10.1111/nph.12324|pmid=23692030}}</ref>, 곰팡이 내공생 ''Burkholderia rhizoxinica''<ref>{{저널 인용|제목=BurrH: a new modular DNA binding protein for genome engineering|저널=Scientific Reports|날짜=January 2014|권=4|쪽=3831|bibcode=2014NatSR...4E3831J|doi=10.1038/srep03831|pmc=5379180|pmid=24452192}}</ref> 및 아직 확인되지 않은 2개의 해양 미생물에서 발견되었다.<ref>{{저널 인용|제목=DNA-binding proteins from marine bacteria expand the known sequence diversity of TALE-like repeats|저널=Nucleic Acids Research|날짜=November 2015|권=43|호=20|쪽=10065–80|doi=10.1093/nar/gkv1053|pmc=4787788|pmid=26481363}}</ref> DNA 결합 코드와 반복 배열의 구조는 이들 그룹 사이에서 보존되며, 집합적으로 TALE 유사체라고 한다.

=== RNA 유도 ===
[[CRISPR|CRISPR/Cas]]는 ''Streptococcus pyogenes''의 시스템은 모두 활성화 지시하도록 프로그램 될 수 있다.<ref name="pmid23892895">{{저널 인용|제목=RNA-guided gene activation by CRISPR-Cas9-based transcription factors|저널=Nature Methods|날짜=October 2013|권=10|호=10|쪽=973–6|doi=10.1038/nmeth.2600|pmc=3911785|pmid=23892895}}</ref> 표적 DNA 부위에 염기쌍 상보성 가이드 RNA를 간단한 기술을 통해 자연과 인공 진핵 [[촉진유전자]]와 억제한다.<ref name="pmid23977949">{{저널 인용|제목=Tunable and multifunctional eukaryotic transcription factors based on CRISPR/Cas|저널=ACS Synthetic Biology|날짜=October 2013|권=2|호=10|쪽=604–13|doi=10.1021/sb400081r|pmc=3805333|pmid=23977949}}</ref> Cas9는 맞춤형 RNA 가이드 DNA 결합 플랫폼으로 사용할 수 있다. 도메인 Cas9는 관심 조절 도메인 또는 게놈 공학 생물학을 위한 다용도 도구로서 [[핵산 중간 분해 효소]] 도메인으로 기능화될 수 있다.<ref name="pmid23360966">{{저널 인용|제목=Targeted genome engineering in human cells with the Cas9 RNA-guided endonuclease|저널=Nature Biotechnology|날짜=March 2013|권=31|호=3|쪽=230–2|doi=10.1038/nbt.2507|pmid=23360966}}</ref><ref name="pmid24076990">{{저널 인용|제목=Cas9 as a versatile tool for engineering biology|저널=Nature Methods|날짜=October 2013|권=10|호=10|쪽=957–63|doi=10.1038/nmeth.2649|pmc=4051438|pmid=24076990}}</ref> 그런 다음 다른 [[가이드 RNA]]를 사용하여 여러 유전자좌를 표적화한다.

== 같이 보기 ==
* [[DNA 결합 단백질]]

== 각주 ==
{{각주}}

[[분류:단백질 도메인]]
[[분류:분자유전학]]