Den zinkfinger (ZF) är strukturella motiv som finns i många eukaryota proteiner. De tillhör gruppen metalloproteiner, eftersom de kan binda zinkmetalljonen, som de kräver för deras drift. Mer än 1 500 ZF-domäner förutsägs existera i cirka 1 000 olika proteiner hos människor.
Begreppet zinkfinger eller "zinkfinger" myntades först 1985 av Miller, McLachlan och Klug, medan de studerade i detalj de små DNA-bindande domänerna i Xenopus laevis transkriptionsfaktor TFIIIA, som beskrivits av andra författare några år tidigare. .
Grafisk representation av zinkfingermotivet i proteiner (Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com), via Wikimedia Commons)
Proteiner med ZF-motiv är bland de vanligaste i genomet av eukaryota organismer och deltar i en mångfald av viktiga cellulära processer, bland vilka är gentranskription, proteinöversättning, metabolism, vikning och sammansättning av andra proteiner och lipider. , programmerad celldöd, bland andra.
Strukturera
Strukturen för ZF-motiv är extremt bevarad. Vanligtvis har dessa upprepade regioner 30 till 60 aminosyror, vars sekundära struktur återfinns som två antiparallella beta-ark som bildar en hårnål och en alfa-spiral, benämnd ßpa.
Nämnda sekundära struktur stabiliseras genom hydrofoba interaktioner och genom koordinationen av en zinkatom som ges av två cystein- och två histidinrester (Cys 2 His 2 ). Men det finns ZF: er som kan koordinera mer än en zinkatom och andra där ordningen på Cys och Hans rester varierar.
ZF: erna kan upprepas i en sats, linjärt konfigurerad i samma protein. Alla har liknande strukturer, men kan kemiskt differentieras från varandra genom variationer av aminosyrarester som är nyckeln till fullgörandet av deras funktioner.
Ett vanligt kännetecken bland ZF: er är deras förmåga att känna igen DNA- eller RNA-molekyler av olika längder, varför de ursprungligen betraktades endast som transkriptionsfaktorer.
I allmänhet är igenkänning av 3bp-regioner i DNA och uppnås när proteinet med ZF-domänen presenterar alfa-spiralen till DNA-molekylens huvudspår.
Klassificering
Det finns olika ZF-motiv som skiljer sig från varandra till sin natur och de olika rumsliga konfigurationerna som uppnås genom koordinationsbindningarna med zinkatomen. En av klassificeringarna är följande:
C
Detta är ett vanligt förekommande motiv i ZF: er. De flesta C 2 H 2 motiv är specifika för interaktion med DNA och RNA, emellertid har de visat sig delta i protein-proteininteraktioner. De har mellan 25 och 30 aminosyrarester och finns inom den största familjen av reglerande proteiner i däggdjursceller.
Primär struktur för en C2H2-zinkfingerdomän, inklusive bindningarna som koordinerar zinkjonen och med en "hand och finger" -bakgrund (AngelHerraez, via Wikimedia Commons)
C
De interagerar med RNA och några andra proteiner. De ses huvudsakligen som en del av vissa retrovirus-kapsidproteiner, och hjälper till med förpackningen av viralt RNA strax efter replikering.
C
Proteiner med detta motiv är enzymer som ansvarar för DNA-replikation och transkription. Ett bra exempel på dessa kan vara grova enzymerna T4 och T7.
C
Denna familj av ZF innefattar transkriptionsfaktorer som reglerar uttrycket av viktiga gener i många vävnader under cellutvecklingen. GATA-2 och 3 faktorer är till exempel involverade i hematopoies.
C
Dessa domäner är typiska för jäst, specifikt GAL4-proteinet, som aktiverar transkriptionen av gener involverade i användningen av galaktos och melibiose.
Zinkfingrar (C
Dessa speciella strukturer besitter 2 subtyper av ZF-domänerna (C 3 HC 4 och C 3 H 2 C 3 ) och är närvarande i många djur- och växtproteiner.
De finns i proteiner som RAD5, involverade i DNA-reparation i eukaryota organismer. De finns också i RAG1, väsentliga för rekonfigurering av immunoglobuliner.
H
Denna domän av ZF är mycket bevarad i integraserna av retrovirus och retrotransposoner; genom att binda till målproteinet orsakar det en konformationell förändring i det.
Funktioner
Proteiner med ZF-domäner tjänar en mängd olika syften: de kan hittas på ribosomala proteiner eller på transkriptionsadaptrar. De har också detekterats som en integrerad del av strukturen för jäst-RNA-polymeras II.
De verkar vara involverade i intracellulär zinkhomeostas och i reglering av apoptos eller programmerad celldöd. Dessutom finns det några ZF-proteiner som fungerar som chaperoner för vikning eller transport av andra proteiner.
Bindning till lipider och en kritisk roll i protein-protein-interaktioner är också framträdande funktioner för ZF-domänerna i vissa proteiner.
Bioteknologisk betydelse
Under åren har den strukturella och funktionella förståelsen av ZF-domänerna möjliggjort stora vetenskapliga framsteg som involverar användningen av deras egenskaper för biotekniska ändamål.
Eftersom vissa ZF-proteiner har hög specificitet för vissa DNA-domäner, investeras för närvarande mycket arbete i utformningen av specifika ZF: er, som kan ge värdefulla framsteg inom genterapi hos människor.
Intressanta biotekniska tillämpningar kommer också från design av proteiner med genetiskt konstruerade ZF: er. Beroende på det önskade syftet, kan några av dessa modifieras genom tillsats av "poly zink"-fingerpeptider, som är kapabla att känna igen praktiskt taget vilken DNA-sekvens som helst med hög affinitet och specificitet.
Nukleasmodifierad genomisk redigering är en av de mest lovande applikationerna idag. Denna typ av redigering erbjuder möjligheten att genomföra studier om genetisk funktion direkt i det intressanta modellsystemet.
Genetik som använder modifierade ZF-nukleaser har fångat upp forskarnas uppmärksamhet inom området genetisk förbättring av kultivar av växter av agronomisk betydelse. Dessa nukleaser har använts för att korrigera en endogen gen som producerar herbicidresistenta former i tobaksplanter.
Nukleaser med ZF har också använts för tillsats av gener i däggdjursceller. Proteinerna i fråga användes för att generera en uppsättning isogena musceller med en uppsättning definierade alleler för en endogen gen.
En sådan process har en direkt tillämpning vid märkning och skapande av nya alleliska former för att studera strukturer och funktionsförhållanden i nativa uttrycksförhållanden och i isogena miljöer.
referenser
- Berg, JM (1990). Zinkfingerdomäner: hypoteser och aktuell kunskap. Årlig översikt av biofysik och biofysisk kemi, 19 (39), 405–421.
- Dreier, B., Beerli, R., Segal, D., Flippin, J., & Barbas, C. (2001). Utveckling av zinkfingerdomäner för igenkänning av 5'-ANN-3 '-familjen av DNA-sekvenser och deras användning vid konstruktion av artificiella transkriptionsfaktorer. JBC, (54).
- Gamsjaeger, R., Liew, CK, Loughlin, FE, Crossley, M., & Mackay, JP (2007). Klibbiga fingrar: zink-fingrar som proteinigenkännande motiv. Trends in Biochemical Sciences, 32 (2), 63–70.
- Klug, A. (2010). Upptäckten av zinkfingrar och deras tillämpningar i genreglering och genommanipulation. Årlig granskning av biokemi, 79 (1), 213–231.
- Kluska, K., Adamczyk, J., & Krȩzel, A. (2017). Metallbindningsegenskaper hos zinkfingrar med ett naturligt förändrat metallbindningsställe. Metallomics, 10 (2), 248–263.
- Laity, JH, Lee, BM, & Wright, PE (2001). Zinkfingerproteiner: Ny insikt om strukturell och funktionell mångfald. Aktuellt yttrande i strukturell biologi, 11 (1), 39–46.
- Miller, J., McLachlan, AD, & Klug, A. (1985). Upprepade zinkbindande domäner i proteentranskriptionsfaktor IIIA från Xenopus-oocyter. Journal of Trace Elements in Experimental Medicine, 4 (6), 1609–1614.
- Urnov, FD, Rebar, EJ, Holmes, MC, Zhang, HS, & Gregory, PD (2010). Genomredigering med konstruerade zinkfingernukleaser. Nature Reviews Genetics, 11 (9), 636–646.