โปรตีนที่จับกับ DNAคือโปรตีนที่มีโดเมนจับกับ DNAดังนั้นจึงมีความสัมพันธ์เฉพาะเจาะจงหรือทั่วไปกับDNA สายเดี่ยวหรือสายคู่^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}โปรตีนที่จับกับ DNA แบบจำเพาะลำดับโดยทั่วไปจะทำปฏิกิริยากับร่องหลักของB-DNAเนื่องจากมีกลุ่มฟังก์ชันที่ระบุคู่เบส ได้มากกว่า ^{[ 6 ] [ 7 ]}

โปรตีนที่จับกับดีเอ็นเอได้แก่ปัจจัยการถอดรหัสซึ่งควบคุมกระบวนการถอดรหัส โพลีเมอเรส ชนิดต่างๆ นิ วคลีเอสซึ่งตัดโมเลกุลดีเอ็นเอ และฮิสโตนซึ่งเกี่ยวข้องกับ การจัดเรียง โครโมโซมและการถอดรหัสในนิวเคลียสของเซลล์โปรตีนที่จับกับดีเอ็นเอสามารถมีโดเมนต่างๆ เช่นซิงค์ฟิง เกอร์ เฮลิกซ์- เทิร์น-เฮลิกซ์และลิวซีนซิปเปอร์ (และอื่นๆ อีกมากมาย) ที่ช่วยในการจับกับกรดนิวคลีอิก นอกจากนี้ยังมีตัวอย่างที่แปลกใหม่กว่า เช่นตัวกระตุ้นการถอดรหัสคล้ายเอฟเฟกเตอร์

โปรตีนโครงสร้างที่จับกับ DNA เป็นตัวอย่างที่เข้าใจกันดีของการโต้ตอบระหว่าง DNA กับโปรตีนที่ไม่จำเพาะเจาะจง ภายในโครโมโซม DNA จะถูกยึดไว้ในคอมเพล็กซ์กับโปรตีนโครงสร้าง โปรตีนเหล่านี้จัดระเบียบ DNA ให้เป็นโครงสร้างที่กะทัดรัดเรียกว่าโครมาตินในยูคาริโอตโครงสร้างนี้เกี่ยวข้องกับการจับกันของ DNA กับคอมเพล็กซ์ของโปรตีนพื้นฐานขนาดเล็กที่เรียกว่าฮิสโตนในโปรคาริโอตมีโปรตีนหลายประเภทที่เกี่ยวข้อง^{[ 8 ] [ 9 ]}ฮิสโตนก่อตัวเป็นคอมเพล็กซ์รูปทรงแผ่นดิสก์ที่เรียกว่านิวคลีโอโซมซึ่งประกอบด้วย DNA สองสายคู่ที่พันรอบพื้นผิวอย่างสมบูรณ์ การโต้ตอบที่ไม่จำเพาะเจาะจงเหล่านี้เกิดขึ้นผ่านสารตกค้างพื้นฐานในฮิสโตนที่สร้างพันธะไอออนิกกับโครงสร้างน้ำตาลฟอสเฟตที่เป็นกรดของ DNA และดังนั้นจึงเป็นอิสระจากลำดับเบสเป็นส่วนใหญ่^{[ 10 ]} การดัดแปลง ทางเคมี ของสารตกค้าง กรดอะมิโนพื้นฐานเหล่านี้ได้แก่เมทิลเลชันฟอสโฟริเลชันและอะเซทิเลชัน^{[ 11 ]}การเปลี่ยนแปลงทางเคมีเหล่านี้เปลี่ยนแปลงความแข็งแรงของปฏิสัมพันธ์ระหว่าง DNA และฮิสโตน ทำให้ DNA เข้าถึงปัจจัยการถอดรหัส ได้มากขึ้นหรือน้อยลง และเปลี่ยนแปลงอัตราการถอดรหัส^{[ 12 ]}โปรตีนที่จับกับ DNA แบบไม่จำเพาะอื่นๆ ในโครมาติน ได้แก่ โปรตีน กลุ่มที่มีการเคลื่อนที่สูง (HMG) ซึ่งจับกับ DNA ที่โค้งงอหรือบิดเบี้ยว^{[ 13 ]}การศึกษาทางชีวฟิสิกส์แสดงให้เห็นว่าโปรตีน HMG เหล่านี้จับ โค้งงอ และวนรอบ DNA เพื่อทำหน้าที่ทางชีวภาพ^{[ 14 ] [ 15 ]}โปรตีนเหล่านี้มีความสำคัญในการโค้งงออาร์เรย์ของนิวคลีโอโซมและจัดเรียงให้เป็นโครงสร้างขนาดใหญ่ที่ก่อตัวเป็นโครโมโซม^{[ 16 ]}เมื่อเร็วๆ นี้โปรตีนที่จับกับ FK506 25 (FBP25) ยังแสดงให้เห็นว่าจับกับ DNA แบบไม่จำเพาะ ซึ่งช่วยในการซ่อมแซม DNA ^{[ 17 ]}

โปรตีนที่จับกับ DNA เป็นกลุ่มที่แตกต่างกัน คือ โปรตีนที่จับกับ DNA สายเดี่ยวโดยเฉพาะ ในมนุษย์โปรตีนการจำลองแบบ Aเป็นสมาชิกที่เข้าใจได้ดีที่สุดในตระกูลนี้ และถูกใช้ในกระบวนการที่เกลียวคู่ถูกแยกออกจากกัน รวมถึงการจำลองแบบ DNA การรวมตัวใหม่ และการซ่อมแซม DNA ^{[ 18 ]}โปรตีนที่จับเหล่านี้ดูเหมือนจะทำให้ DNA สายเดี่ยวมีเสถียรภาพและป้องกันไม่ให้เกิดก้านห่วงหรือถูกย่อยสลายโดยนิวคลีเอส

ในทางตรงกันข้าม โปรตีนอื่นๆ ได้วิวัฒนาการเพื่อจับกับลำดับ DNA ที่เฉพาะเจาะจง โปรตีนที่ได้รับการศึกษาอย่างเข้มข้นที่สุดคือปัจจัยการถอดรหัส ต่างๆ ซึ่งเป็นโปรตีนที่ควบคุมการถอดรหัส ปัจจัยการถอดรหัสแต่ละตัวจะจับกับลำดับ DNA ที่เฉพาะเจาะจงชุดหนึ่ง และกระตุ้นหรือยับยั้งการถอดรหัสของยีนที่มีลำดับเหล่านี้อยู่ใกล้กับโปรโมเตอร์ ปัจจัยการถอดรหัสทำเช่นนี้ได้สองวิธี วิธีแรก พวกมันสามารถจับกับ RNA polymerase ที่รับผิดชอบในการถอดรหัส ไม่ว่าจะโดยตรงหรือผ่านโปรตีนตัวกลางอื่นๆ ซึ่งจะทำให้ polymerase อยู่ที่โปรโมเตอร์และอนุญาตให้เริ่มการถอดรหัสได้^{[ 19 ]}หรืออีกทางหนึ่ง ปัจจัยการถอดรหัสสามารถจับกับเอนไซม์ที่ปรับเปลี่ยนฮิสโตนที่โปรโมเตอร์ ซึ่งจะเปลี่ยนแปลงการเข้าถึงแม่แบบ DNA ให้กับ polymerase ^{[ 20 ]}

เป้าหมาย DNA เหล่านี้สามารถเกิดขึ้นได้ทั่วทั้งจีโนมของสิ่งมีชีวิต ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงในกิจกรรมของปัจจัยการถอดรหัสประเภทหนึ่งสามารถส่งผลกระทบต่อยีนหลายพันยีนได้^{[ 21 ]}ด้วยเหตุนี้ โปรตีนเหล่านี้จึงมักเป็นเป้าหมายของ กระบวนการ ส่งสัญญาณที่ควบคุมการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อมหรือการแบ่งแยกและการพัฒนาของเซลล์ความจำเพาะของการโต้ตอบของปัจจัยการถอดรหัสเหล่านี้กับ DNA มาจากการที่โปรตีนสร้างการสัมผัสหลายครั้งกับขอบของเบส DNA ทำให้พวกมันสามารถอ่านลำดับ DNA ได้ การโต้ตอบกับเบสส่วนใหญ่เกิดขึ้นในร่องหลัก ซึ่งเป็นบริเวณที่เบสเข้าถึงได้ง่ายที่สุด^{[ 22 ]}คำอธิบายทางคณิตศาสตร์ของการจับกันระหว่างโปรตีนและ DNA โดยคำนึงถึงความจำเพาะของลำดับ และการจับกันแบบแข่งขันและแบบร่วมมือของโปรตีนประเภทต่างๆ มักจะดำเนินการโดยใช้แบบจำลองแลตติส [ ^{23 ] วิธี}การคำนวณเพื่อระบุความจำเพาะของลำดับการจับ DNA ได้รับการเสนอขึ้นเพื่อใช้ประโยชน์จากข้อมูลลำดับที่มีอยู่มากมายในยุคหลังจีโนม^{[ 24 ]}นอกจากนี้ ยังมีความก้าวหน้าในการทำนายความจำเพาะของการจับกันตามโครงสร้างในกลุ่มโปรตีนต่างๆ โดยใช้การเรียนรู้เชิงลึก^{[ 25 ]}

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโปรตีนและดีเอ็นเอเกิดขึ้นเมื่อโปรตีนจับกับโมเลกุลของดีเอ็นเอซึ่งมักเกิดขึ้นเพื่อควบคุมการทำงานทางชีวภาพของดีเอ็นเอ โดยปกติ คือ การแสดงออกของยีนโปรตีนที่จับกับดีเอ็นเอ ได้แก่ปัจจัยการถอดรหัส (transcription factors)ที่กระตุ้นหรือยับยั้งการแสดงออกของยีนโดยการจับกับโมทีฟของดีเอ็นเอ และฮิสโตน (histones)ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างของดีเอ็นเอและจับกับดีเอ็นเอแบบไม่จำเพาะเจาะจง นอกจากนี้ โปรตีนที่ซ่อมแซมดีเอ็นเอเช่น ยูราซิล-ดีเอ็นเอ ไกลโคซิเลส (uracil-DNA glycosylase)ก็มีปฏิสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับ ดีเอ็นเอเช่นกัน

โดยทั่วไป โปรตีนจะจับกับ DNA ในร่องหลักอย่างไรก็ตาม มีข้อยกเว้น^{[ 26 ]}ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโปรตีนกับ DNA ส่วนใหญ่มีสองประเภท คือ ปฏิสัมพันธ์แบบจำเพาะ หรือปฏิสัมพันธ์แบบไม่จำเพาะ การทดลองระดับโมเลกุลเดี่ยวเมื่อเร็วๆ นี้แสดงให้เห็นว่าโปรตีนที่จับกับ DNA จะมีการจับใหม่อย่างรวดเร็วเพื่อให้จับในทิศทางที่ถูกต้องเพื่อจดจำตำแหน่งเป้าหมาย^{[ 27 ]}

การออกแบบโปรตีนที่จับกับ DNA ซึ่งมีไซต์จับกับ DNA ที่เฉพาะเจาะจงถือเป็นเป้าหมายสำคัญในด้านเทคโนโลยีชีวภาพ โปรตีน ซิงค์ฟิงเกอร์ได้รับการออกแบบให้จับกับลำดับ DNA ที่เฉพาะเจาะจง และนี่คือพื้นฐานของนิวคลีเอสซิงค์ฟิงเกอร์เมื่อไม่นานมานี้นิวคลีเอสเอฟเฟคเตอร์คล้ายตัวกระตุ้นการถอดรหัส (TALENs) ได้ถูกสร้างขึ้นโดยอิงจากโปรตีน ธรรมชาติ ที่หลั่งออกมาจาก แบคทีเรีย Xanthomonasผ่านระบบการหลั่งแบบประเภท IIIเมื่อพวกมันติดเชื้อในพืชชนิด ต่างๆ ^{[ 28 ]}

มี เทคนิค ในหลอดทดลองและในร่างกาย หลายอย่าง ที่เป็นประโยชน์ในการตรวจจับปฏิสัมพันธ์ระหว่าง DNA กับโปรตีน ต่อไปนี้คือวิธีการบางส่วนที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน: ^{[ 29 ]}การทดสอบการเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ของอิเล็กโทรฟอเร ซิส (EMSA) เป็นเทคนิคเชิงคุณภาพที่แพร่หลายในการศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างโปรตีนกับ DNA ของโปรตีนที่จับกับ DNA ที่รู้จัก^{[ 30 ] [ 31 ]} การทดสอบ ปฏิสัมพันธ์ระหว่าง DNA กับโปรตีน - เอนไซม์เชื่อมโยงอิมมูโนซอร์เบนต์ (DPI-ELISA ) ช่วยให้สามารถวิเคราะห์เชิงคุณภาพและเชิงปริมาณของความชอบในการจับกับ DNA ของโปรตีนที่รู้จักในหลอดทดลอง [ ^{32 ] [ 33 ] เทคนิค}นี้ช่วยให้สามารถวิเคราะห์โปรตีนเชิงซ้อนที่จับกับ DNA (DPI-Recruitment-ELISA) หรือเหมาะสำหรับการคัดกรองโพรบนิวคลีโอไทด์หลายตัวโดยอัตโนมัติเนื่องจากรูปแบบเพลท ELISA มาตรฐาน^{[ 34 ] [ 35 ]}การทดสอบร่องรอยของ DNaseสามารถใช้เพื่อระบุตำแหน่งเฉพาะของการจับของโปรตีนกับ DNA ที่ความละเอียดระดับเบสคู่^{[ 36 ]}การตกตะกอนภูมิคุ้มกันของโครมาตินใช้เพื่อระบุ บริเวณเป้าหมาย DNA ในร่างกายของปัจจัยการถอดรหัสที่รู้จัก เทคนิคนี้เมื่อรวมกับการจัดลำดับแบบความเร็วสูงเรียกว่าChIP-Seqและเมื่อรวมกับไมโครอาร์เรย์เรียกว่าChIP-chipระบบยีสต์วันไฮบริด (Y1H) ใช้เพื่อระบุว่าโปรตีนใดจับกับชิ้นส่วน DNA เฉพาะระบบแบคทีเรียวันไฮบริด (B1H) ใช้เพื่อระบุว่าโปรตีนใดจับกับชิ้นส่วน DNA เฉพาะ การกำหนดโครงสร้างโดยใช้ผลึกศาสตร์รังสีเอกซ์ถูกนำมาใช้เพื่อให้มุมมองอะตอมที่มีรายละเอียดสูงของการโต้ตอบระหว่างโปรตีนและ DNA นอกจากวิธีการเหล่านี้แล้ว เทคนิคอื่นๆ เช่นSELEX , PBM (ไมโครอาร์เรย์การจับโปรตีน), การคัดกรอง ไมโครอาร์เรย์ DNA , DamID , FAIREหรือล่าสุด DAP-seq (การจัดลำดับการทำให้บริสุทธิ์ด้วยความสัมพันธ์ของ DNA) ถูกนำมาใช้ในห้องปฏิบัติการเพื่อตรวจสอบการโต้ตอบระหว่าง DNA และโปรตีนในร่างกายและในหลอดทดลอง

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโปรตีนและ DNA สามารถปรับเปลี่ยนได้โดยใช้สิ่งกระตุ้น เช่น ความเข้มข้นของไอออนในบัฟเฟอร์ ความหนาแน่นของโมเลกุลขนาด ใหญ่ ^{[ 27 ]}อุณหภูมิ pH และสนามไฟฟ้า ซึ่งอาจนำไปสู่การแยกตัว/การรวมตัวของโปรตีน-DNA คอมเพล็กซ์แบบย้อนกลับได้^{[ 37 ] [ 38 ]}

• โดเมน bZIP
• ไคพีพี-เอ็กโซ
• การเปรียบเทียบซอฟต์แวร์จำลองกรดนิวคลีอิก
• โดเมนจับดีเอ็นเอ
• เฮลิกซ์-ลูป-เฮลิกซ์
• เฮลิกซ์-เทิร์น-เฮลิกซ์
• กล่อง HMG
• ซิปลิวซีน
• เลก ซิโทรปซิน (ลิแกนด์กึ่งสังเคราะห์ที่จับกับดีเอ็นเอ)
• ดีออกซีไรโบนิวคลีโอโปรตีน
• ซอฟต์แวร์ทำนายตำแหน่งการโต้ตอบระหว่างโปรตีนและดีเอ็นเอ
• โปรตีนที่จับกับอาร์เอ็นเอ
• โปรตีนที่จับกับสายเดี่ยว
• นิ้วสังกะสี

• การจับกันระหว่างโปรตีนและดีเอ็นเอ: ข้อมูล เครื่องมือ และแบบจำลอง (รายการพร้อมคำอธิบาย อัปเดตอย่างต่อเนื่อง)
• เครื่องมือ อะบาโลนสำหรับจำลองปฏิสัมพันธ์ระหว่าง DNA กับลิแกนด์
• ฐานข้อมูล DBD ของปัจจัยถอดรหัสที่คาดการณ์ไว้ใช้ชุดโดเมนจับกับ DNA ที่คัดสรรมาอย่างดีเพื่อคาดการณ์ปัจจัยถอดรหัสในจีโนมทั้งหมดที่ได้รับการถอดรหัสอย่างสมบูรณ์แล้ว
• โปรตีนที่จับกับ DNA ใน หัวข้อทางการ แพทย์ (MeSH) ของหอสมุดแห่งชาติสหรัฐอเมริกา