Sinkfingerstruktur, klassifisering, funksjoner og betydning



den sink fingre (ZF) er strukturelle motiver som er tilstede i en stor mengde eukaryote proteiner. De tilhører gruppen av metalloproteiner, siden de er i stand til å binde sinkmetallionen, som de krever for deres drift. Det er spådd at mer enn 1500 ZF-domener finnes i omtrent 1000 forskjellige proteiner hos mennesker.

Betegnelsen zinkfinger eller "nukleotid" ble først brukt i 1985 av Miller, McLachlan og Klug, mens han studerte i detalj de små domener av DNA-bindende transkripsjonelle faktor TFIIIA av Xenopus laevis, beskrevet av andre forfattere noen år før.

Proteinmotiv ZF er de mest tallrike i genomet av eukaryote organismer, og deltar i en rekke essensielle cellulære prosesser, særlig gentranskripsjon, proteintranslasjon, metabolisme, bretting og montering av andre proteiner og lipider , programmert celledød, blant andre.

index

  • 1 struktur
  • 2 Klassifisering
    • 2,1 C2H2
    • 2,2 C2H
    • 2.3 C4 (løkke eller bånd)
    • 2.4 C4 (GATA-familie)
    • 2,5 C6
    • 2.6 Finger av sink (C3HC4-C3H2C3)
    • 2,7 H2C2
  • 3 funksjoner
  • 4 Bioteknologisk betydning
  • 5 referanser

struktur

Strukturen til ZF-motivene er ekstremt bevart. Vanligvis er disse repeterte områdene er 30 til 60 aminosyrer, som har sekundærstruktur er som to antiparallelle beta-ark som danner et åk og en alfa-heliks, betegnet som ββα.

Denne sekundære strukturen stabiliseres ved hydrofobe interaksjoner og ved koordinering av et sinkatom gitt av to cysteinrester og to histidinrester (Cys2hans2). Imidlertid er det ZF som kan koordinere mer enn ett sinkatom og andre hvor rekkefølgen av Cys og hans rester varierer.

ZF kan gjentas i tandem, konfigurert lineært i samme protein. Alle har lignende strukturer, men kan være kjemisk differensiert fra hverandre ved variasjoner av sentrale aminosyrerester for å oppfylle deres funksjoner.

En felles egenskap blant ZF er deres evne til å gjenkjenne DNA eller RNA molekyler av forskjellige lengder, og derfor ble de først vurdert som transkripsjonsfaktorer.

Vanligvis er gjenkjennelse 3BP regioner i DNA og er oppnådd når ZF domeneprotein alfa-heliks presenterer hovedsporet av DNA-molekylet.

klassifisering

Det er forskjellige ZF-motiver som avviger fra hverandre på grunn av deres natur og de forskjellige romlige konfigurasjonene som oppnås av koordinasjonsbindingene med sinkatomet. En av klassifiseringene er følgende:

C2H2

Dette er et motiv som ofte finnes i ZF. De fleste grunnene C2H2 De er spesifikke for samspillet med DNA og RNA, men de har blitt observert som deltar i protein-protein-interaksjoner. De har mellom 25 og 30 aminosyrerester og er innenfor den største familien av regulatoriske proteiner i pattedyrceller.

C2H

De samhandler med RNA og noen andre proteiner. De observeres hovedsakelig som en del av noen proteiner fra retroviruskapsidet, som samarbeider i emballasje av viralt RNA like etter replikasjon.

C4 (slips eller bånd)

Proteinene med motivet er enzymer som er ansvarlige for DNA-replikasjon og transkripsjon. Et godt eksempel på disse kan være de primære enzymer av fag T4 og T7.

C4 (GATA-familie)

Denne familien av ZF omfatter transkripsjonsfaktorer som regulerer uttrykket av viktige gener i mange vev under celleutvikling. GATA-2 og 3-faktorene er for eksempel involvert i hematopoiesis.

C6

Disse domenene er gjærspesifikke, spesielt GAL4-proteinet, som aktiverer transkripsjon av gener involvert i bruk av galaktose og melibiose.

Sinkfinger (C3HC4-C3H2C3)

Disse spesielle strukturer har 2 subtyper av ZF-domener (C3HC4 og C3H2C3) og er tilstede i mange dyre- og planteproteiner.

De finnes i proteiner som RAD5, involvert i reparasjon av DNA i eukaryote organismer. De finnes også i RAG1, som er avgjørende for omkonfigurasjonen av immunglobuliner.

H2C2

Dette ZF-domenet er sterkt konservert i integralene til retrovirus og retrotransposons; ved binding til det hvite protein forårsaker en konformasjonsendring i den.

funksjoner

Proteiner med ZF-domener tjener flere formål: de kan finnes i ribosomale proteiner eller i transkripsjonsadaptere. De har også blitt detektert som en integrert del av strukturen av gjær-RNA-polymerase II.

De ser ut til å være involvert i intracellulær sinkhomeostase og i reguleringen av apoptose eller programmert celledød. I tillegg er det noen proteiner med ZF som fungerer som chaperoner for folding eller transport av andre proteiner.

Lipidbinding og en nøkkelrolle i protein-protein-interaksjoner er også viktige funksjoner i ZF-domenene i enkelte proteiner.

Bioteknologisk betydning

I løpet av årene har den strukturelle og funksjonelle forståelsen av ZF-områdene fått lov til å gjøre store vitenskapelige fremskritt som innebærer bruk av deres egenskaper for bioteknologiske formål.

Fordi noen proteiner med høy spesifisitet ZF ha visse domener for DNA, er store anstrengelser for tiden plassert i utformingen av spesifikke ZF, som kan gi verdifulle fremskritt innen genterapi i mennesker.

Interessante bioteknologiske anvendelser kommer også opp fra utformingen av proteiner med ZF modifisert av genteknologi. Avhengig av den ønskede slutt, kan noen av disse være modifisert ved tilsetning av finger peptider "poly sink", som er i stand til å gjenkjenne praktisk talt en hvilken som helst DNA-sekvens med høy affinitet og spesifisitet.

Den genomiske utgaven med modifiserte nukleaser er en av de mest lovende applikasjonene for tiden. Denne typen utgave gir mulighet til å utføre studier på den genetiske funksjonen direkte i modellsystemet av interesse.

Geneteknikk ved hjelp av modifiserte ZF-nukleaser har tiltrukket oppmerksomheten til forskere innen genetisk forbedring av kultiver av planter av agronomisk betydning. Disse nukleaser har blitt brukt til å korrigere et endogent gen som produserer herbicidresistente former i tobakksplanter.

Nukleaser med ZF har også vært brukt for tilsetning av gener i pattedyrceller. Proteinene i spørsmålet ble brukt til å generere et sett med isogene musceller med en serie alleler definert for et endogent gen.

Denne prosessen har en direkte anvendelse i merking og opprettelse av nye alleliske former for å studere sammenhenger av struktur og funksjon i native uttryksbetingelser og i isogene miljøer.

referanser

  1. Berg, J. M. (1990). Zinkfingerdomener: hypoteser og nåværende kunnskap. Årlig gjennomgang av biofysikk og biofysisk kjemi, 19(39), 405-421.
  2. Dreier, B., Beerli, R., Segal, D., Flippin, J., & Barbas, C. (2001). Utvikling av sinkfingerdomener for anerkjennelse av 5'-ANN-3'-familien av DNA-sekvenser og deres bruk i konstruksjonen av kunstige transkripsjonsfaktorer. JBC, (54).
  3. Gamsjaeger, R., Liew, C.K., Loughlin, F.E., Crossley, M., & Mackay, J.P. (2007). Sticky fingre: sink-fingre som protein-anerkjennelse motiver. Trender i biokjemiske fag, 32(2), 63-70.
  4. Klug, A. (2010). Oppdagelsen av sinkfingre og deres applikasjoner i genregulering og genombefruktning. Årlig gjennomgang av biokjemi, 79(1), 213-231.
  5. Kluska, K., Adamczyk, J., og Krzel, A. (2017). Metallbindende egenskaper av sinkfinger med et naturlig forandret metallbindingssted. Metallomics, 10(2), 248-263.
  6. Laity, J.H., Lee, B.M., & Wright, P.E. (2001). Zinkfingerproteiner: Ny innsikt i strukturelt og funksjonelt mangfold. Nåværende mening i strukturell biologi, 11(1), 39-46.
  7. Miller, J., McLachlan, A. D., & Klug, A. (1985). Repeterende sinkbindende domener i proteintransskripsjonsfaktoren IIIA fra Xenopus-oocytter. Journal of Trace Elements i eksperimentell medisin, 4(6), 1609-1614.
  8. Urnov, F.D., Rebar, E.J., Holmes, M.C., Zhang, H.S., & Gregory, P.D. (2010). Genome redigering med konstruerte sinkfinger nukleaser. Naturomtaler Genetikk, 11(9), 636-646.