Den zinkfinger (ZF) er strukturelle motiver som er til stede i mange eukaryote proteiner. De tilhører gruppen metalloproteiner, da de er i stand til å binde sinkmetallionet, som de trenger for deres drift. Mer enn 1500 ZF-domener er spådd å eksistere i omtrent 1000 forskjellige proteiner hos mennesker.
Begrepet sink finger eller "sink finger" ble først myntet i 1985 av Miller, McLachlan og Klug, mens de i detalj studerte de små DNA-bindende domenene til Xenopus laevis transkripsjonsfaktor TFIIIA, beskrevet av andre forfattere noen år tidligere. .
Grafisk fremstilling av sinkfingermotivet i proteiner (Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com), via Wikimedia Commons)
Proteiner med ZF-motiv er blant de mest forekommende i genomet til eukaryote organismer og deltar i et mangfold av viktige cellulære prosesser, blant dem er gentranskripsjon, proteinoversettelse, metabolisme, folding og montering av andre proteiner og lipider. , programmert celledød, blant andre.
Struktur
Strukturen til ZF-motivene er ekstremt bevart. Vanligvis har disse gjentatte regionene 30 til 60 aminosyrer, hvis sekundære struktur finnes som to antiparallelle beta-plater som danner en hårnål og en alfa-helix, som betegnes som ββα.
Nevnte sekundære struktur er stabilisert ved hydrofobe interaksjoner og ved koordinering av et sinkatom gitt av to cystein- og to histidinrester (Cys 2 His 2 ). Imidlertid er det ZF-er som kan koordinere mer enn ett sinkatom og andre der rekkefølgen på Cys og Hans rester varierer.
ZF-ene kan gjentas i en batch, lineært konfigurert i det samme proteinet. Alle har lignende strukturer, men kan skilles kjemisk fra hverandre ved variasjoner av aminosyrerester som er nøkkelen til oppfyllelsen av deres funksjoner.
Et vanlig trekk blant ZF-er er deres evne til å gjenkjenne DNA- eller RNA-molekyler i forskjellige lengder, og det er grunnen til at de først ble ansett som transkripsjonsfaktorer.
Generelt er gjenkjennelse av 3bp regioner i DNA og oppnås når ZF-domeneproteinet presenterer alfa-heliksen til DNA-molekylets viktigste spor.
Klassifisering
Det er forskjellige ZF-motiv som skiller seg fra hverandre av sin art og de forskjellige romlige konfigurasjoner oppnådd ved koordinasjonsbindingene med sinkatomet. En av klassifiseringene er som følger:
C
Dette er et vanlig funnet motiv i ZF-er. De fleste C 2 H 2 -motiver er spesifikke for interaksjon med DNA og RNA, men det er observert at de deltar i protein-protein-interaksjoner. De har mellom 25 og 30 aminosyrerester og finnes innenfor den største familien av regulatoriske proteiner i pattedyrceller.
Primærstruktur for et C2H2-sinkfingerdomene, inkludert bindingene som koordinerer sinkionen og med en "hånd og finger" -bakgrunn (AngelHerraez, via Wikimedia Commons)
C
De samhandler med RNA og noen andre proteiner. De blir hovedsakelig sett på som en del av noen retroviruskapsidproteiner, og hjelper til med pakking av viralt RNA like etter replikasjon.
C
Proteiner med dette motivet er enzymer som er ansvarlige for DNA-replikasjon og transkripsjon. Et godt eksempel på disse kan være grove enzymer T4 og T7.
C
Denne familien av ZF omfatter transkripsjonsfaktorer som regulerer ekspresjonen av viktige gener i mange vev under celleutvikling. GATA-2 og 3 faktorer er for eksempel involvert i hematopoiesis.
C
Disse domenene er unike for gjær, spesielt GAL4-proteinet, som aktiverer transkripsjonen av gener som er involvert i bruken av galaktose og melibiose.
Zink Fingers (C
Disse spesielle strukturer har 2 subtyper av ZF domenene (C- 3 HC 4 og C- 3- H 2 C- 3 ), og er til stede i en rekke dyre- og planteproteiner.
De finnes i proteiner som RAD5, involvert i DNA-reparasjon i eukaryote organismer. De finnes også i RAG1, avgjørende for rekonfigurering av immunoglobuliner.
H
Dette domenet til ZF er sterkt bevart i integrasene til retrovirus og retrotransposoner; ved å binde til målproteinet forårsaker det en konformasjonsendring i det.
Egenskaper
Proteiner med ZF-domener tjener en rekke formål: De kan finnes på ribosomale proteiner eller på transkripsjonsadaptere. De har også blitt påvist som en integrert del av strukturen til gjær-RNA-polymerase II.
De ser ut til å være involvert i intracellulær sink-homeostase og i reguleringen av apoptose eller programmert celledød. I tillegg er det noen ZF-proteiner som fungerer som chaperones for folding eller transport av andre proteiner.
Binding til lipider og en kritisk rolle i protein-protein-interaksjoner er også fremtredende funksjoner for ZF-domenene i noen proteiner.
Bioteknologisk betydning
Gjennom årene har den strukturelle og funksjonelle forståelsen av ZF-domenene muliggjort store vitenskapelige fremskritt som innebærer bruk av deres egenskaper til bioteknologiske formål.
Siden noen ZF-proteiner har høy spesifisitet for visse DNA-domener, investeres det for tiden mye i utformingen av spesifikke ZF-er, som kan gi verdifulle fremskritt i genterapi hos mennesker.
Interessante bioteknologiske bruksområder kommer også fra design av proteiner med genetisk konstruerte ZF-er. Avhengig av ønsket formål, kan noen av disse modifiseres ved tilsetning av "poly zink" fingerpeptider, som er i stand til å gjenkjenne praktisk talt hvilken som helst DNA-sekvens med høy affinitet og spesifisitet.
Nuclease-modifisert genomisk redigering er en av de mest lovende applikasjonene i dag. Denne typen redigering gir muligheten til å utføre studier på genetisk funksjon direkte i det aktuelle modellsystemet.
Genteknologi ved bruk av modifiserte ZF-nukleaser har fanget oppmerksomheten til forskere innen genetisk forbedring av kultivarer av planter av agronomisk betydning. Disse nukleasene er blitt brukt for å korrigere et endogent gen som produserer ugressmiddelresistente former i tobakkplanter.
Nukleaser med ZF har også blitt brukt for tilsetning av gener i pattedyrceller. De aktuelle proteinene ble brukt til å generere et sett med isogene museceller med et sett med definerte alleler for et endogent gen.
En slik prosess har en direkte anvendelse i tagging og oppretting av nye alleliske former for å studere struktur og funksjonsforhold i naturlige uttrykksforhold og i isogene miljøer.
referanser
- Berg, JM (1990). Sinkfingerdomener: hypoteser og nåværende kunnskap. Årlig gjennomgang av Biofysikk og Biofysisk kjemi, 19 (39), 405–421.
- Dreier, B., Beerli, R., Segal, D., Flippin, J., & Barbas, C. (2001). Utvikling av sinkfingerdomener for gjenkjennelse av 5'-ANN-3'-familien av DNA-sekvenser og deres bruk i konstruksjon av kunstige transkripsjonsfaktorer. JBC, (54).
- Gamsjaeger, R., Liew, CK, Loughlin, FE, Crossley, M., & Mackay, JP (2007). Klissete fingre: sink-fingre som proteingjenkjennelsesmotiver. Trends in Biochemical Sciences, 32 (2), 63–70.
- Klug, A. (2010). Oppdagelsen av sinkfingre og deres anvendelser i genregulering og genommanipulering. Årlig gjennomgang av biokjemi, 79 (1), 213–231.
- Kluska, K., Adamczyk, J., & Krȩzel, A. (2017). Metallbindende egenskaper hos sinkfingre med et naturlig endret metallbindingssted. Metallomics, 10 (2), 248–263.
- Laity, JH, Lee, BM, & Wright, PE (2001). Sinkfingerproteiner: Ny innsikt i strukturelt og funksjonelt mangfold. Current Opinion in Structural Biology, 11 (1), 39–46.
- Miller, J., McLachlan, AD, & Klug, A. (1985). Repeterende sink-bindende domener i proteentranskripsjonsfaktor IIIA fra Xenopus oocytter. Journal of Trace Elements in Experimental Medicine, 4 (6), 1609–1614.
- Urnov, FD, Rebar, EJ, Holmes, MC, Zhang, HS, & Gregory, PD (2010). Genredigering med konstruerte sinkfinger-nukleaser. Nature Reviews Genetics, 11 (9), 636–646.