Структура, класификация, функции и значение на цинковите пръсти



на цинкови пръсти (ZF) са структурни мотиви, присъстващи в голямо количество еукариотни протеини. Те принадлежат към групата на металопротеините, тъй като те са способни да свързват цинковия метален йон, който те изискват за тяхната работа. Предвижда се, че повече от 1500 ZF домена съществуват в около 1000 различни протеини при хората.

Терминът "цинков пръст" е измислен за първи път през 1985 г. от Miller, McLachlan и Klug, докато в детайли изследва малките ДНК свързващи домени на TFIIIA транскрипционния фактор. Xenopus laevis, описани от други автори преди няколко години.

Протеините с ZF мотиви са сред най-разпространените в генома на еукариотните организми и участват в различни основни клетъчни процеси, включително генетична транскрипция, превод на протеини, метаболизъм, сгъване и сглобяване на други протеини и липиди , програмирана клетъчна смърт, наред с други.

индекс

  • 1 Структура
  • 2 Класификация
    • 2.1 С2Н2
    • 2.2 С2Н
    • 2.3 C4 (линия или лента)
    • 2.4 C4 (семейство GATA)
    • 2.5 С6
    • 2.6 Палци от цинк (C3HC4-C3H2C3)
    • 2.7 H2C2
  • 3 Функции
  • 4 Биотехнологично значение
  • 5 Препратки

структура

Структурата на мотивите на ZF е изключително запазена. Обикновено тези повтарящи се региони имат 30 до 60 аминокиселини, чиято вторична структура е намерена като две антипаралелни бета листа, които образуват вилица и алфа спирала, която се обозначава като бета..

Тази вторична структура се стабилизира чрез хидрофобни взаимодействия и чрез координация на цинков атом, даден от два цистеинови остатъка и два хистидинови остатъка (Cys).2му2). Въпреки това, има ZF, които могат да координират повече от един атом цинк и други, където редът на Cys и неговите остатъци варира.

ZF може да се повтори в тандем, конфигуриран линейно в същия протеин. Всички те имат сходни структури, но могат да бъдат химически диференцирани един от друг чрез вариации на ключови аминокиселинни остатъци за изпълнение на техните функции.

Обща черта сред ZF е тяхната способност да разпознават ДНК или РНК молекули с различна дължина, поради което първоначално се разглеждат само като транскрипционни фактори..

Най-общо, разпознаването е на участъци от 3 bp в ДНК и се постига, когато протеинът с ZF домейн представя алфа спиралата към по-голямата бразда на ДНК молекулата..

класификация

Има различни ZF мотиви, които се различават един от друг поради тяхната природа и различните пространствени конфигурации, постигнати от координационните връзки с цинковия атом. Една от класификациите е следната:

C2Н2

Това е мотив, често срещан в ZF. Повечето от причините C2Н2 те са специфични за взаимодействието с ДНК и РНК, но са наблюдавани, участващи в протеин-протеинови взаимодействия. Те имат между 25 и 30 аминокиселинни остатъка и са в най-голямото семейство регулаторни протеини в клетки на бозайници.

C2Н

Те взаимодействат с РНК и някои други протеини. Те се наблюдават главно като част от някои протеини на ретровирусния капсид, които сътрудничат в опаковането на вирусна РНК веднага след репликацията.

C4 (вратовръзка или лента)

Протеините с споменатия мотив са ензими, отговорни за ДНК репликацията и транскрипцията. Добър пример за това могат да бъдат първичните ензими на фаги Т4 и Т7.

C4 (Семейство GATA)

Това семейство ZF съдържа транскрипционни фактори, които регулират експресията на важни гени в множество тъкани по време на клетъчното развитие. Факторите GATA-2 и 3, например, участват в хемопоезата.

C6

Тези домени са специфични за дрожди, по-специално GAL4 протеин, който активира транскрипцията на гени, участващи в използването на галактоза и мелибиоза.

Цинкови пръсти (C3HC4-C3Н2C3)

Тези специфични структури притежават 2 подтипа на ZF домейни (С3HC4 и С3Н2C3) и присъстват в множество животински и растителни протеини.

Те се откриват в протеини като RAD5, участващи в възстановяването на ДНК в еукариотните организми. Също така те са открити в RAG1, който е от съществено значение за повторната конфигурация на имуноглобулините.

Н2C2

Този ZF домен е силно запазен в интегралите на ретровируси и ретротранспозони; чрез свързване с белия протеин причинява конформационна промяна в него.

функции

Протеините с ZF домейни имат няколко цели: те могат да бъдат намерени в рибозомни протеини или в транскрипционни адаптери. Те също така са открити като неразделна част от структурата на дрождена РНК полимераза II.

Те изглежда участват в вътреклетъчната цинкова хомеостаза и в регулацията на апоптозата или програмираната клетъчна смърт. В допълнение, има някои протеини със ZF, които функционират като шаперони за сгъване или транспорт на други протеини.

Липидното свързване и ключова роля в протеин-протеиновите взаимодействия също са важни функции на ZF домейните в някои протеини.

Биотехнологично значение

С течение на годините структурното и функционалното разбиране на областите на ZF позволи да се постигнат големи научни постижения, които включват използването на техните характеристики за биотехнологични цели..

Тъй като някои протеини с ZF имат висока специфичност за определени ДНК домени, в момента се инвестират много усилия в проектирането на специфични ZF, които могат да осигурят ценни постижения в генната терапия при хора.

Интересни биотехнологични приложения произтичат и от проектирането на протеини със ZF, модифицирани чрез генно инженерство. В зависимост от желания край, някои от тях могат да бъдат модифицирани чрез добавянето на "цинково-цинкови" пръстни пептиди, които са способни да разпознаят почти всяка ДНК последователност с голям афинитет и специфичност.

Геномното издание с модифицирани нуклеази е едно от най-обещаващите приложения в момента. Този вид издание предлага възможност за извършване на изследвания върху генетичната функция директно в моделната система, представляваща интерес.

Генното инженерство, използващо модифицирани ZF нуклеази, привлече вниманието на учените в областта на генетичното подобрение на културните растения от агрономично значение. Тези нуклеази са използвани за коригиране на ендогенен ген, който произвежда устойчиви на хербициди форми в тютюневи растения.

За добавяне на гени в клетки на бозайници също са използвани нуклеази със ZF. Въпросните протеини бяха използвани за генериране на набор от изогенни миши клетки с поредица от алели, дефинирани за ендогенен ген.

Този процес има пряко приложение в етикетирането и създаването на нови алелни форми за изследване на връзките на структурата и функцията в естествените условия на експресия и в изогенни среди..

препратки

  1. Berg, J. М. (1990). Цинкови пръстни области: хипотези и текущи познания. Годишен преглед на биофизиката и биофизичната химия, 19(39), 405-421.
  2. Dreier, B., Beerli, R., Segal, D., Flippin, J., & Barbas, C. (2001). Разработване на домейни от цинкови пръсти за разпознаване на 5'-ANN-3 семейството на ДНК последователности и тяхното използване при конструирането на изкуствени транскрипционни фактори. JBC, (54).
  3. Gamsjaeger, R., Liew, C.K., Loughlin, F.E., Crossley, M., & Mackay, J.P. (2007). Лепкави пръсти: цинкови пръсти като мотиви за разпознаване на протеини. Тенденции в биохимичните науки, 32(2), 63-70.
  4. Klug, A. (2010). Откриването на цинковите пръсти и тяхното приложение в генното регулиране и манипулирането с геноми. Годишен преглед на биохимията, 79(1), 213-231.
  5. Kluska, K., Adamczyk, J., & Krȩzel, A. (2017). Метални свързващи свойства на цинковите пръсти с естествено променен метален свързващ участък. Metallomics, 10(2), 248-263.
  6. Laity, J.H., Lee, B.M. & Wright, P.E. (2001). Цинкови протеини: нови прозрения за структурно и функционално разнообразие. Текущо мнение в структурната биология, 11(1), 39-46.
  7. Miller, J., McLachlan, A.D., & Klug, A. (1985). Повтарящи се свързващи цинк домейни в протеиновия транскрипционен фактор IIIA от ооцитите на Xenopus. Вестник на следовите елементи в експерименталната медицина, 4(6), 1609-1614.
  8. Urnov, F.D., Rebar, E.J., Holmes, M.C., Zhang, H.S., & Gregory, P.D. (2010). Редактиране на геноми с инженерни нуклеази цинкови пръсти. Nature Reviews Генетика, 11(9), 636-646.