DNA 결합 단백질의 표적 탐색: 도로막과 DNA 루프가 미치는 영향

초록

이 논문은 세포 내 고농도의 DNA 결합 단백질이 형성하는 도로막이 전사인자(TF)의 1차원 슬라이딩을 제한하고, 이를 보완하기 위해 보조 결합 부위와 DNA 루프 형성이 탐색 효율을 어떻게 향상시키는지를 이론적으로 분석한다.

상세 분석

본 연구는 기존의 촉진 확산(facilitated diffusion) 모델을 세포 내 실제 환경에 적용하기 위해 두 가지 주요 요인을 도입한다. 첫 번째는 염색체 상에 무작위로 배치된 ‘도로막(roadblocks)’—즉, 다른 DNA 결합 단백질이 차지하는 영역—으로, 이는 TF가 특정 부위에 도달하기 위해 슬라이딩할 수 있는 자유 DNA 길이를 제한한다. 저자들은 도로막이 고정된 경우와 확산하는 경우를 각각 ‘정적(stationary)’과 ‘동적(dynamic)’으로 구분하고, DNA의 빈자리 비율(vacancy)과 단백질의 평균 발자국(footprint) d를 이용해 자유 구간 길이 s의 확률분포를 도출한다. 이때 s는 지수분포를 따르며, 평균 간격은 v·d⁻¹ 로 표현된다.

슬라이딩에 의해 확장된 유효 목표 크기 L(s)는 두 도로막 사이의 거리 s와 1차원 확산 길이 ℓ_sl에 따라 L(s)=2s·