Struktura, klasifikacija, funkcije i važnost cinkovih prstiju



cinkovi prsti (ZF) su strukturni motivi prisutni u velikoj količini eukariotskih proteina. Oni spadaju u skupinu metaloproteina, jer su sposobni vezati ion metala cinka, koji im je potreban za rad. Predviđa se da više od 1500 ZF domena postoji u oko 1000 različitih proteina kod ljudi.

Pojam "cinkov prst" prvi je put skovao Miller, McLachlan i Klug 1985. godine, dok su detaljno proučavali male domene DNA vezivanja TFIIIA transkripcijskog faktora. Xenopus laevis, opisali drugi autori prije nekoliko godina.

Proteini sa ZF motivima su među najrasprostranjenijim u genomu eukariotskih organizama i sudjeluju u različitim esencijalnim staničnim procesima, uključujući genetsku transkripciju, prevođenje proteina, metabolizam, preklapanje i sastavljanje drugih proteina i lipida. programirana stanična smrt, među ostalima.

indeks

  • 1 Struktura
  • 2 Klasifikacija
    • 2,1 C2H2
    • 2,2 C2H
    • 2.3 C4 (petlja ili vrpca)
    • 2.4 C4 (GATA obitelj)
    • 2.5 C6
    • 2.6 Prstovi cinka (C3HC4-C3H2C3)
    • 2.7 H2C2
  • 3 Funkcije
  • 4 Biotehnološka važnost
  • 5 Reference

struktura

Struktura ZF motiva iznimno je očuvana. Obično ova ponovljena područja imaju 30 do 60 aminokiselina, čija se sekundarna struktura nalazi kao dvije antiparalelne beta ploče koje tvore vilicu i alfa heliks, koji je označen kao ββa.

Ova sekundarna struktura stabilizirana je hidrofobnim interakcijama i koordinacijom atoma cinka dobivenog s dva cisteinska ostatka i dva ostatka histidina (Cys).2njegov2). Međutim, postoje ZF koji mogu koordinirati više od jednog atoma cinka i drugih, gdje redoslijed Cys i Njegovih ostataka varira.

ZF se može ponoviti u tandemu, konfiguriran linearno u istom proteinu. Sve imaju slične strukture, ali se mogu kemijski razlikovati jedna od druge varijacijama ključnih aminokiselinskih ostataka za ispunjenje njihovih funkcija.

Zajednička značajka među ZF je njihova sposobnost da prepoznaju molekule DNA ili RNA različitih duljina, zbog čega su se u početku smatrale samo faktorima transkripcije..

Općenito, prepoznavanje je područja od 3 bp u DNK i postiže se kada protein sa ZF domenom predstavlja alfa heliks većem žlijebu DNA molekule..

klasifikacija

Postoje različiti ZF motivi koji se međusobno razlikuju zbog svoje prirode i različitih prostornih konfiguracija koje se postižu koordinacijskim vezama s atomom cinka. Jedna od klasifikacija je sljedeća:

C2H2

To je motiv koji se obično nalazi u ZF-u. Većina razloga C2H2 oni su specifični za interakciju s DNA i RNA, međutim, uočeni su oni koji sudjeluju u interakcijama protein-protein. Oni imaju između 25 i 30 aminokiselinskih ostataka i nalaze se unutar najveće obitelji regulatornih proteina u stanicama sisavaca.

C2H

Oni su u interakciji s RNA i nekim drugim proteinima. Oni se uglavnom promatraju kao dio nekih proteina retrovirusne kapside, surađujući u pakiranju virusne RNA odmah nakon replikacije..

C4 (kravata ili vrpca)

Proteini s navedenim motivom su enzimi odgovorni za replikaciju i transkripciju DNA. Dobar primjer za to mogu biti primarni enzimi faga T4 i T7.

C4 (Obitelj GATA)

Ova obitelj ZF sadrži faktore transkripcije koji reguliraju ekspresiju važnih gena u brojnim tkivima tijekom razvoja stanica. Faktori GATA-2 i 3, na primjer, uključeni su u hematopoezu.

C6

Ove domene su specifične za kvasac, specifično GAL4 protein, koji aktivira transkripciju gena uključenih u upotrebu galaktoze i melibioze.

Cink prsti (C3HC4-C3H2C3)

Ove posebne strukture posjeduju 2 podtipa ZF domena (C3HC4 i C3H2C3) i prisutni su u brojnim životinjskim i biljnim proteinima.

Nalaze se u proteinima kao što je RAD5, koji su uključeni u popravak DNA u eukariotskim organizmima. Oni se također nalaze u RAG1, bitnom za ponovnu konfiguraciju imunoglobulina.

H2C2

Ova ZF domena je visoko konzervirana u integralima retrovirusa i retrotranspozona; vezanjem za bijeli protein uzrokuje konformacijsku promjenu u njemu.

funkcije

Proteini s ZF domenama imaju nekoliko namjena: mogu se naći u ribosomskim proteinima ili u transkripcijskim adaptorima. Oni su također otkriveni kao sastavni dio strukture kvasca RNA polimeraze II.

Čini se da su uključeni u unutarstaničnu cinkovu homeostazu i u regulaciju apoptoze ili programirane stanične smrti. Osim toga, postoje neki proteini sa ZF koji djeluju kao pratioci za savijanje ili transport drugih proteina.

Vezanje lipida i ključna uloga u interakcijama protein-protein također su važne funkcije ZF domena u nekim proteinima.

Biotehnološka važnost

Tijekom godina strukturalno i funkcionalno razumijevanje ZF domena omogućilo je velike znanstvene pomake koji uključuju korištenje njihovih karakteristika u biotehnološke svrhe..

Budući da neki proteini sa ZF imaju visoku specifičnost za određene DNK domene, trenutno se mnogo truda ulaže u dizajn specifičnog ZF, koji može pružiti vrijedan napredak u genskoj terapiji kod ljudi.

Zanimljive biotehnološke primjene također proizlaze iz dizajna proteina s ZF modificiranim genetskim inženjeringom. Ovisno o željenom kraju, neke od njih se mogu modificirati dodavanjem "cink-cink" prstnih peptida, koji su sposobni prepoznati bilo koji DNA slijed s velikim afinitetom i specifičnošću..

Genomsko izdanje s modificiranim nukleazama je trenutno jedna od najperspektivnijih aplikacija. Ova vrsta izdanja nudi mogućnost provođenja istraživanja o genetskoj funkciji izravno u modelnom sustavu koji nas zanima.

Genetski inženjering korištenjem modificiranih ZF nukleaza privukao je pozornost znanstvenika u području genetskog poboljšanja sorti biljaka agronomskog značaja. Ove nukleaze su korištene za ispravljanje endogenog gena koji proizvodi oblike otporne na herbicid u biljkama duhana.

Nukleaze sa ZF također su korištene za dodavanje gena u stanicama sisavaca. Dotični proteini korišteni su za generiranje skupa izogenih mišjih stanica s nizom alela definiranih za endogeni gen.

Ovaj proces ima izravnu primjenu u obilježavanju i stvaranju novih alelnih oblika za proučavanje odnosa strukture i funkcije u nativnim uvjetima ekspresije iu izogenskim sredinama..

reference

  1. Berg, J.M. (1990). Cink prstenaste domene: hipoteze i aktualna znanja. Godišnji pregled biofizike i biofizičke kemije, 19(39), 405-421.
  2. Dreier, B., Beerli, R., Segal, D., Flippin, J., i Barbas, C. (2001). Razvoj domena cink prstiju za prepoznavanje 5'-ANN-3 'obitelji DNA sekvenci i njihova upotreba u konstrukciji umjetnih faktora transkripcije. JBC, (54).
  3. Gamsjaeger, R., Liew, C.K., Loughlin, F.E., Crossley, M., & Mackay, J.P. (2007). Ljepljivi prsti: cink-prsti kao motivi prepoznavanja proteina. Trendovi u biokemijskim znanostima, 32(2), 63-70.
  4. Klug, A. (2010). Otkriće prstiju cinka i njihove primjene u regulaciji gena i manipulaciji genomom. Godišnji pregled biokemije, 79(1), 213-231.
  5. Kluska, K., Adamczyk, J., & Krȩzel, A. (2017). Metalna vezna svojstva prstiju cinka s prirodno izmijenjenim mjestom vezanja metala. Metallomics, 10(2), 248-263.
  6. Laity, J.H., Lee, B.M. & Wright, P.E. (2001). Cink prsteni proteini: novi uvid u strukturnu i funkcionalnu raznolikost. Aktualno mišljenje u strukturalnoj biologiji, 11(1), 39-46.
  7. Miller, J., McLachlan, A.D., & Klug, A. (1985). Ponavljajuće domene za vezanje cinka u faktoru IIIA transkripcije proteina iz Xenopus oocita. Journal of Trace Elements u eksperimentalnoj medicini, 4(6), 1609-1614.
  8. Urnov, F.D., Rebar, E.J., Holmes, M.C., Zhang, H.S., i Gregory, P.D. (2010). Uređivanje genoma s projektiranim nukleazama prstiju cinka. Nature Reviews Genetika, 11(9), 636-646.