Zinkfingers struktur, klassificering, funktioner och betydelse



den zinkfingrar (ZF) är strukturella motiv närvarande i en stor mängd eukaryota proteiner. De tillhör gruppen metalloproteiner, eftersom de kan binda zinkmetalljonen, som de behöver för deras funktion. Det förutses att mer än 1500 ZF-domäner finns i cirka 1000 olika proteiner hos människor.

Termen zinkfinger eller "zinkfinger" myntades i 1985 av Miller, McLachlan och Klug, samtidigt studera i detalj de små domäner av DNA-bindande transkriptionsfaktor TFIIIA av Xenopus laevis, beskrivs av andra författare några år tidigare.

Protein Motif ZF är de mest rikligt förekommande i genomet hos eukaryota organismer och deltar i en mängd olika viktiga cellulära processer, främst gentranskription, proteintranslation, metabolism, veckning och sammansättning av andra proteiner och lipider , programmerad celldöd, bland andra.

index

  • 1 struktur
  • 2 klassificering
    • 2,1 C2H2
    • 2,2 C2H
    • 2,3 C4 (slinga eller band)
    • 2,4 C4 (GATA-familj)
    • 2,5 C6
    • 2.6 Fingrar av zink (C3HC4-C3H2C3)
    • 2,7 H2C2
  • 3 funktioner
  • 4 Bioteknologisk betydelse
  • 5 referenser

struktur

Strukturen av ZF-motiven är extremt bevarad. Oftast dessa upprepade områden har 30 till 60 aminosyror, vars sekundärstruktur är som två antiparallella betaarken som bildar ett ok och en alfahelix, betecknad som ββα.

Det nämnda sekundära strukturen är stabiliserad genom hydrofoba interaktioner och genom koordinationen av en zinkatom kvar av två cysteinrester och två histidin (Cys2hans2). Det finns emellertid ZF som kan samordna mer än en zinkatom och andra där Cys och hans resters ordning varierar.

ZF kan upprepas i tandem, konfigureras linjärt i samma protein. Alla har liknande strukturer, men kan vara kemiskt differentierade från varandra genom variationer av centrala aminosyrarester för att uppfylla sina funktioner.

Ett vanligt särdrag bland ZF: er är deras förmåga att identifiera DNA- eller RNA-molekyler med olika längder, varför de ursprungligen betraktades som transkriptionsfaktorer.

Typiskt är erkännande 3BP regioner i DNA och uppnås när domänproteinet ZF alfahelixen presen major groove av DNA-molekylen.

klassificering

Det finns olika ZF-motiv som skiljer sig från varandra på grund av deras natur och de olika rumsliga konfigurationerna som uppnås av koordinationsbindningarna med zinkatomen. En av klassificeringarna är följande:

C2H2

Detta är ett motiv som vanligtvis finns i ZF. De flesta orsakerna C2H2 de är specifika för interaktionen med DNA och RNA, men de har observerats som deltar i protein-protein-interaktioner. De har mellan 25 och 30 aminosyrarester och ligger inom den största familjen av regulatoriska proteiner i däggdjursceller.

C2H

De interagerar med RNA och några andra proteiner. De observeras huvudsakligen som en del av några proteiner från retroviruskapsiden, som samarbetar i förpackningen av virus-RNA strax efter replikation.

C4 (slips eller band)

Proteinerna med nämnda motiv är enzymer som är ansvariga för DNA-replikation och transkription. Ett bra exempel på dessa kan vara de primära enzymerna av fag T4 och T7.

C4 (GATA-familjen)

Denna familj av ZF innefattar transkriptionsfaktorer som reglerar uttrycket av viktiga gener i många vävnader under cellutveckling. GATA-2 och 3-faktorerna är exempelvis involverade i hematopoiesis.

C6

Dessa domäner är jästspecifika, specifikt GAL4-proteinet, som aktiverar transkriptionen av gener som är involverade i användning av galaktos och melibios.

Zinkfingrar (C3HC4-C3H2C3)

Dessa specifika strukturer har 2 subtyper av ZF-domäner (C3HC4 och C3H2C3) och är närvarande i många djur- och växtproteiner.

De finns i proteiner som RAD5, som är involverade i reparation av DNA i eukaryota organismer. De finns också i RAG1, som är nödvändig för omkonfigurationen av immunglobuliner.

H2C2

Denna ZF-domän är starkt bevarad i integralerna av retrovirus och retrotransposoner; genom bindning till det vita proteinet orsakar en konformationsändring i den.

funktioner

Proteiner med ZF-domäner tjänar flera syften: de kan hittas i ribosomala proteiner eller i transkriptionella adaptrar. De har också detekterats som en integrerad del av strukturen av jäst-RNA-polymeras II.

De verkar vara involverade i intracellulär zinkhomeostas och i reglering av apoptos eller programmerad celldöd. Dessutom finns det några proteiner med ZF som fungerar som chaperoner för vikning eller transport av andra proteiner.

Lipidbindning och en nyckelroll i protein-proteininteraktioner är också viktiga funktioner hos ZF-domänerna i vissa proteiner.

Bioteknisk betydelse

Under årens lopp har den strukturella och funktionella förståelsen av ZF-domänerna gjort stora vetenskapliga framsteg som innefattar användningen av deras egenskaper för biotekniska ändamål.

Eftersom vissa proteiner med hög specificitet ZF ha vissa domäner för DNA, är mycket ansträngning för närvarande investerat i utformningen av specifika ZF, som kan ge värdefulla framsteg inom genterapi hos människor.

Intressanta biotekniska tillämpningar härrör också från utformningen av proteiner med ZF modifierad av genteknik. Beroende på den önskade slut, kan vissa av dessa modifieras genom tillsats av finger peptider "poly zink", vilka har förmåga att känna igen praktiskt taget vilken som helst DNA-sekvens med hög affinitet och specificitet.

Den genomiska upplagan med modifierade nukleaser är en av de mest lovande applikationerna för närvarande. Denna typ av upplaga ger möjlighet att genomföra studier av den genetiska funktionen direkt i modellsystemet av intresse.

Genetik med hjälp av modifierade ZF-nukleaser har lockat uppmärksamheten hos forskare inom området för genetisk förbättring av växter av växter av agronomisk betydelse. Dessa nukleaser har använts för att korrigera en endogen gen som producerar herbicidresistenta former i tobaksplantor.

Nukleaser med ZF har också använts för tillsats av gener i däggdjursceller. Proteinerna ifråga användes för att alstra en uppsättning isogena musceller med en serie alleler definierade för en endogen gen.

En sådan process har direkt tillämpning i märkningen och skapandet av nya alleliska former för att studera struktur och funktion relationer i inhemska förhållanden uttryck och isogena miljöer.

referenser

  1. Berg, J. M. (1990). Zinkfingerdomäner: hypoteser och aktuell kunskap. Årlig granskning av biofysik och biofysisk kemi, 19(39), 405-421.
  2. Dreier, B., Beerli, R., Segal, D., Flippin, J., & Barbas, C. (2001). Utveckling av zinkfingerdomäner för erkännande av 5'-ANN-3'-familjen av DNA-sekvenser och deras användning vid konstruktion av artificiella transkriptionsfaktorer. JBC, (54).
  3. Gamsjaeger, R., Liew, C.K., Loughlin, F.E., Crossley, M. & Mackay, J.P. (2007). Klibbiga fingrar: zinkfingrar som proteinigenkänningsmotiv. Trends in Biochemical Sciences, 32(2), 63-70.
  4. Klug, A. (2010). Discovery av zinkfingrar och deras tillämpningar i genreglering och genommomentisering. Årlig granskning av biokemi, 79(1), 213-231.
  5. Kluska, K., Adamczyk, J., & Krzel, A. (2017). Metallbindande egenskaper hos zinkfingrar med en naturligt ändrad metallbindningsplats. Metallomics, 10(2), 248-263.
  6. Laity, J.H., Lee, B.M., & Wright, P.E. (2001). Zinkfingerproteiner: Ny insikt i strukturell och funktionell mångfald. Nuvarande yttrande inom strukturell biologi, 11(1), 39-46.
  7. Miller, J., McLachlan, A. D., & Klug, A. (1985). Repetitiva zinkbindande domäner i proteintransskriptionsfaktorn IIIA från Xenopus-oocyter. Journal of Trace Elements i Experimental Medicine, 4(6), 1609-1614.
  8. Urnov, F.D., Rebar, E.J., Holmes, M.C., Zhang, H.S., & Gregory, P.D. (2010). Genomredigering med manipulerade zinkfinger-nukleaser. Naturrecensioner Genetik, 11(9), 636-646.