調節タンパク質によるDNA結合部位の選択II認識部位に対する環状AMP受容体タンパク質の結合特異性

特定のDNA結合タンパク質の既知の認識部位内の塩基対使用の統計を使用して、これらの部位、および塩基対の他の組み合わせを含むサイトに相対的なタンパク質結合親和性を推定できます。他の場所で説明されているように、基本ペア統計と結合自由エネルギーとの関係は、平等な確率選択仮定によって行われます。つまり、適切な結合強度を提供するすべてのベースペアシーケンスは、進化の過程で認識部位として選択された可能性が等しくあります。これは、同じエネルギーを持つすべての構成が等しく発生する可能性が高い統計メカニカルシステムに類似しています。この通信では、統計機械選択理論を適用して、環状AMP受容体タンパク質（CRP）の既知の認識シーケンスの塩基対統計を分析します。理論的予測は、実験的結合情報が利用可能なシーケンスの結合データと合理的な一致であることがわかっているため、選択理論の基本的な仮定をサポートします。この契約に基づいて、統計的不確実性が大きいにもかかわらず、基本ペアシーケンスへのCRP結合の親和性を予測できます。CRPの既知の認識部位が予測される結合親和性に従ってランク付けされると、ランキングは、これらのサイトの機能のレベルが、生体内条件下でのCRP-CAMPと分数飽和度に匹敵するという仮説と一致していることがわかります。ゲノム全体に適用されると、理論は、CRPに対する強い結合親和性を持つランダムに発生する多数の「偽サイト」の存在を予測します。ほとんどのCRP分子は、生体内条件下で非特異的または偽特異的部位で非生産的な結合に関与しているようです。この意味で、CRP結合部位の特異性は非常に低いです。ポリメラーゼ、抑制因子、活性化因子の相対的な特異性要件は、このシリーズの最初の論文の結果に照らして比較されます。

The statistics of base-pair usage within known recognition sites for a particular DNA-binding protein can be used to estimate the relative protein binding affinities to these sites, as well as to sites containing any other combinations of base-pairs. As has been described elsewhere, the connection between base-pair statistics and binding free energy is made by an equal probability selection assumption; i.e. that all base-pair sequences that provide appropriate binding strength are equally likely to have been chosen as recognition sites in the course of evolution. This is analogous to a statistical-mechanical system where all configurations with the same energy are equally likely to occur. In this communication, we apply the statistical-mechanical selection theory to analyze the base-pair statistics of the known recognition sequences for the cyclic AMP receptor protein (CRP). The theoretical predictions are found to be in reasonable agreement with binding data for those sequences for which experimental binding information is available, thus lending support to the basic assumptions of the selection theory. On the basis of this agreement, we can predict the affinity for CRP binding to any base-pair sequence, albeit with a large statistical uncertainty. When the known recognition sites for CRP are ranked according to predicted binding affinities, we find that the ranking is consistent with the hypothesis that the level of function of these sites parallels their fractional saturation with CRP-cAMP under in-vivo conditions. When applied to the entire genome, the theory predicts the existence of a large number of randomly occurring "pseudosites" with strong binding affinity for CRP. It appears that most CRP molecules are engaged in non-productive binding at non-specific or pseudospecific sites under in-vivo conditions. In this sense, the specificity of the CRP binding site is very low. Relative specificity requirements for polymerases, repressors and activators are compared in light of the results of this and the first paper in this series.