DNAknytningsmodeller

DNAknytningsmodeller är teoretiska och matematiska ramverk som beskriver hur proteiner och andra ligander binder till DNA. De används för att förstå hur bindningen reglerar genuttryck, replikation och DNA-reparation samt för att förutsäga vilka DNA-ställen som kan binda vissa faktorer i ett genom.

Modellerna omfattar olika bindningssätt. Det finns sequence-specifik bindning där proteiner känner igen särskilda DNA-sekvenser, samt icke-specifik bindning där interaktionen saknar stark sekvensberoende preferens. Kooperativ bindning beskrivs när närvaron av ett protein ökar sannolikheten för att andra bindningsställen binder, medan konkurrerande bindning beskriver hur flera faktorer tävlar om samma DNA-segment. Avancerade modeller använder energimatriser och PWMs (position weight matrices) för att kvantifiera hur varje nukleotid bidrar till bindningen och för att förutsäga sannolika bindningsställen i en sekvens.

Thermodynamiska modeller antar jämvikt mellan fria proteiner och DNA och beräknar occupancy med hjälp av dissociationskonstanten (Kd) och ligandkoncentrationen ([L]). Ett vanligt uttryck är P = [L]/(Kd + [L]). Vid kooperativ bindning används ofta Hill-ekvationen P = [L]^n /(Kd^n + [L]^n), där n är Hill-koefficienten. Kinetiska modeller beskriver bindning och dissociation över tid via konstanter som kon och koff, och kan beskriva tidsberoende reglering.

Användningar inkluderar identifikation av potentiella bindningsställen i genomsekvenser, tolkning av experiment som EMSA och ChIP-seq, samt design av syntetiska regulatoriska element inom molekylär biologi och syntetisk biologi. Begränsningar uppstår av inverkan från kromatin, DNA-struktur och nätverk av samverkande faktorer som kan avvika från enkla modellantaganden.