Situs pengikat DNA

Situs pengikat DNA adalah jenis situs pengikatan yang ditemukan dalam DNA tempat molekul lain dapat berikatan. Situs pengikat DNA berbeda dari situs pengikat lainnya karena: 
Situs tersebut merupakan bagian dari urutan DNA (misalnya genom) 
Situs tersebut diikat oleh protein pengikat DNA. 

Situs pengikat DNA sering dikaitkan dengan protein khusus yang dikenal sebagai faktor transkripsi, dan dengan demikian terkait dengan regulasi transkripsi. Jumlah situs pengikat DNA dari faktor transkripsi tertentu disebut sebagai sisromnya. Situs pengikat DNA juga mencakup target protein lain seperti enzim restriksi, rekombinase spesifik-situs (lihat rekombinasi spesifik-situs), dan metiltransferase.

Situs pengikat DNA dapat didefinisikan sebagai urutan DNA pendek (biasanya sepanjang 4 hingga 30 pasangan basa, tetapi hingga 200 bp untuk situs rekombinasi) yang secara spesifik terikat oleh satu atau lebih protein pengikat DNA atau kompleks protein. Telah dilaporkan bahwa beberapa situs pengikat memiliki potensi untuk mengalami perubahan evolusioner yang cepat.

Sejarah dan teknik eksperimen utama
Keberadaan sesuatu yang mirip dengan situs pengikatan DNA diduga dari percobaan pada biologi bakteriofag lambda dan regulasi operon lac Escherichia coli. Situs pengurutan DNA akhirnya dikonfirmasi dalam kedua sistem dengan munculnya teknik pengurutan DNA. Sejak saat itu, situs pengikatan DNA untuk banyak faktor transkripsi, enzim restriksi dan rekombinase spesifik situs telah ditemukan menggunakan banyak metode percobaan. Secara historis, teknik percobaan pilihan untuk menemukan dan menganalisis situs pengikatan DNA adalah uji jejak DNAse dan Uji Pergeseran Mobilitas Elektroforesis (EMSA). Namun, perkembangan DNA microarray dan teknik pengurutan cepat telah menghasilkan metode paralel masif baru untuk identifikasi in-vivo tempat pengikatan, seperti ChIP-chip dan ChIP-Seq. Untuk mengukur afinitas pengikatan  protein dan molekul lain ke tempat pengikatan DNA tertentu, digunakan metode biofisika microscale thermophoresis.

Jenis-jenis situs pengikatan DNA
Situs pengikatan DNA dapat dikategorikan menurut fungsi biologisnya. Dengan demikian, kita dapat membedakan antara situs pengikatan faktor transkripsi, situs restriksi, dan situs rekombinasi. Beberapa penulis telah mengusulkan bahwa situs pengikatan juga dapat diklasifikasikan menurut mode representasinya yang paling nyaman. Di satu sisi, situs restriksi secara umum dapat direpresentasikan oleh sekuens konsensus. Ini karena mereka menargetkan sekuens yang sebagian besar identik dan efisiensi restriksi menurun secara tiba-tiba untuk sekuens yang kurang mirip. Di sisi lain, situs pengikatan DNA untuk faktor transkripsi tertentu biasanya semuanya berbeda, dengan berbagai tingkat afinitas faktor transkripsi untuk situs pengikatan yang berbeda. Hal ini menyulitkan untuk secara akurat merepresentasikan situs pengikatan faktor transkripsi menggunakan sekuens konsensus, dan biasanya direpresentasikan menggunakan matriks frekuensi spesifik posisi (PSFM), yang sering digambarkan secara grafis menggunakan logo sekuens. Namun, argumen ini sebagian sewenang-wenang. Enzim restriksi seperti faktor transkripsi menghasilkan rentang afinitas yang bertahap, meskipun tajam, untuk situs yang berbeda; dan dengan demikian juga paling baik direpresentasikan oleh PSFM. Demikian pula, rekombinase spesifik lokasi juga menunjukkan berbagai afinitas terhadap lokasi target yang berbeda.

Pangkalan data
Karena beragamnya teknik eksperimental yang digunakan dalam menentukan situs pengikatan dan cakupan yang tidak merata pada sebagian besar organisme dan faktor transkripsi, tidak ada pangkalan data pusat (mirip dengan GenBank di NCBI) untuk situs pengikat DNA. Meskipun NCBI mempertimbangkan anotasi situs pengikat DNA dalam urutan referensinya (RefSeq), sebagian besar pengajuan menghilangkan informasi ini. Selain itu, karena keberhasilan bioinformatika yang terbatas dalam menghasilkan alat prediksi situs pengikat DNA yang efisien (tingkat positif palsu yang besar sering dikaitkan dengan metode penemuan motif/pencarian situs in-silico), belum ada upaya sistematis untuk menganotasi fitur-fitur ini secara komputasi dalam genom yang telah diurutkan.

Namun, ada beberapa pangkalan data pribadi dan publik yang dikhususkan untuk kompilasi situs pengikatan yang dilaporkan secara eksperimental, dan terkadang diprediksi secara komputasi, untuk berbagai faktor transkripsi pada berbagai organisme. Berikut adalah tabel pangkalan data yang tersedia (data tidak lengkap):

 Nama Organisme Sumber Akses URL PlantRegMap 165 spesies tumbuhan (seperti, Arabidopsis thaliana, Oryza sativa, Zea mays, etc.) Kurasi ahli dan proyeksi Publik  JASPAR Manusia, Vertebrata, Tumbuhan, Fungi, Lalat, dan Cacing Kurasi ahli dengan dukungan literatur Publik  CIS-BP Semua Eukariota Motif dan prediksi yang diperoleh secara eksperimental Publik  CollecTF Prokariota Kurasi literatur Publik  RegPrecise Prokariota Kurasi ahli Publik  RegTransBase Prokariota Kurasi ahli/literatur Publik  RegulonDB Escherichia coli Kurasi ahli Publik   PRODORIC Prokariota Kurasi ahli Publik   TRANSFAC Manusia dan Mamalia Kurasi ahli/literatur Publik/Privat   TRED Manusia, Mencit, Tikus Kurasi prediksi komputer, kurasi manual Publik  DBSD Spesies Drosophila Kurasi ahli/literatur Publik  HOCOMOCO Manusia, Mencit Kurasi ahli/literatur Publik , MethMotif Manusia, Mencit Kurasi ahli Publik  

Representasi situs pengikatan DNA
Kumpulan situs pengikat DNA, yang biasanya disebut sebagai motif pengikat DNA, dapat direpresentasikan oleh sekuens konsensus. Representasi ini memiliki keuntungan karena ringkas, tetapi dengan mengorbankan pengabaian sejumlah besar informasi. Cara yang lebih akurat untuk merepresentasikan situs pengikatan adalah melalui Matriks Frekuensi Spesifik Posisi (PSFM). Matriks ini memberikan informasi tentang frekuensi setiap basa pada setiap posisi motif pengikatan DNA. PSFM biasanya dipahami dengan asumsi implisit independensi posisi (posisi yang berbeda pada situs pengikat DNA berkontribusi secara independen terhadap fungsi situs), meskipun asumsi ini telah diperdebatkan untuk beberapa situs pengikat DNA. Informasi frekuensi dalam PSFM dapat diinterpretasikan secara formal di bawah kerangka teori informasi, yang mengarah ke representasi grafisnya sebagai logo sekuens.
 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16A 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 0G 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 Sum 56 56 56 56 56 56 56 56 56 56 56 56 56 56 56 56
PSFM untuk represor transkripsi LexA yang diperoleh dari 56 situs pengikatan LexA yang tersimpan di Prodoric. Frekuensi relatif diperoleh dengan membagi jumlah di setiap sel dengan jumlah total (56)

Pencarian komputasional dan penemuan situs pengikatan
Dalam bioinformatika, seseorang dapat membedakan antara dua masalah terpisah mengenai situs pengikat DNA: mencari anggota tambahan dari motif pengikatan DNA yang diketahui (masalah pencarian situs) dan menemukan motif pengikatan DNA baru dalam kumpulan urutan yang terkait secara fungsional (masalah penemuan motif urutan). Banyak metode berbeda telah diusulkan untuk mencari situs pengikat. Kebanyakan dari mereka bergantung pada prinsip-prinsip teori informasi dan memiliki server web yang tersedia (Yellaboina)(Munch), sementara penulis lain telah menggunakan metode pembelajaran mesin, seperti jaringan saraf tiruan. Banyak algoritma juga tersedia untuk penemuan motif urutan. Metode-metode ini bergantung pada hipotesis bahwa sekumpulan urutan berbagi motif pengikatan untuk alasan fungsional. Metode penemuan motif pengikatan dapat dibagi secara kasar menjadi enumeratif, deterministik dan stokastik. MEME dan Konsensus  adalah contoh klasik optimasi deterministik, sementara Gibbs sampler adalah implementasi konvensional dari metode stokastik murni untuk penemuan motif pengikatan DNA. Contoh lain dari kelas metode ini adalah SeSiMCMC yang berfokus pada situs TFBS lemah dengan simetri. Sementara metode enumeratif sering menggunakan representasi ekspresi reguler dari situs pengikatan, PSFM dan perlakuan formalnya di bawah metode Teori Informasi adalah representasi pilihan untuk metode deterministik dan stokastik. Metode hibrida, misalnya ChIPMunk yang menggabungkan optimasi greedy dengan subsampling, juga menggunakan PSFM. Kemajuan terbaru dalam pengurutan telah mengarah pada pengenalan pendekatan genomik komparatif untuk penemuan motif pengikatan DNA, seperti yang dicontohkan oleh PhyloGibbs.

Metode yang lebih kompleks untuk pencarian situs pengikatan dan penemuan motif bergantung pada penumpukan basa dan interaksi lain antar basa DNA, tetapi karena ukuran sampel yang biasanya tersedia untuk situs pengikatan dalam DNA kecil, efisiensinya masih belum sepenuhnya dimanfaatkan. Contoh alat tersebut adalah ULPB

Referensi

 Pranala luar 
 ENCODE threads Explorer Transcription factor motifs in  Nature
 Manually Curated TF Binding Motifs for 157 plant species 

Kategori:Bioinformatika
Kategori:Faktor transkripsi
Kategori:Bahan pengikat DNA