Štruktúra zinkových prstov, klasifikácia, funkcie a význam



zinkové prsty (ZF) sú štruktúrne motívy prítomné vo veľkom množstve eukaryotických proteínov. Patria do skupiny metaloproteínov, pretože sú schopné viazať ióny zinočnatého kovu, ktoré potrebujú na svoju činnosť. Predpokladá sa, že viac ako 1500 ZF domén existuje u asi 1000 rôznych proteínov u ľudí.

Termín "zinkový prst" bol prvýkrát vytvorený v roku 1985 Millerom, McLachlanom a Klugom, pričom podrobne študovali malé DNA väzbové domény transkripčného faktora TFIIIA. Xenopus laevis, opísali iní autori pred niekoľkými rokmi.

Proteíny s motívmi ZF patria k najhojnejším v genóme eukaryotických organizmov a podieľajú sa na rôznych esenciálnych bunkových procesoch, vrátane genetickej transkripcie, translácie proteínov, metabolizmu, skladania a zostavovania iných proteínov a lipidov. , programovaná bunková smrť, okrem iného.

index

  • 1 Štruktúra
  • 2 Klasifikácia
    • 2,1 C2H2
    • 2,2 C2H
    • 2.3 C4 (slučka alebo stuha)
    • 2.4 C4 (rodina GATA)
    • 2,5 C6
    • 2.6 Prsty zinku (C3HC4-C3H2C3)
    • 2,7 H2C2
  • 3 Funkcie
  • 4 Biotechnologický význam
  • 5 Referencie

štruktúra

Štruktúra ZF motívov je extrémne zachovaná. Zvyčajne majú tieto opakované oblasti 30 až 60 aminokyselín, ktorých sekundárna štruktúra sa nachádza ako dva antiparalelné beta listy, ktoré tvoria vidličku a alfa helix, ktorý je označený ako pßa..

Táto sekundárna štruktúra je stabilizovaná hydrofóbnymi interakciami a koordináciou atómu zinku daným dvoma cysteínovými zvyškami a dvoma histidínovými zvyškami (Cys2jeho2). Existujú však ZF, ktoré môžu koordinovať viac ako jeden atóm zinku a iné, kde sa líši poradie Cys a His zvyškov.

ZF sa môže opakovať v tandeme, konfigurovaný lineárne v rovnakom proteíne. Všetky majú podobné štruktúry, ale môžu byť navzájom chemicky diferencované variáciami kľúčových aminokyselinových zvyškov na plnenie svojich funkcií.

Spoločným znakom ZF je ich schopnosť rozpoznávať molekuly DNA alebo RNA rôznych dĺžok, preto boli pôvodne považované len za transkripčné faktory.

Všeobecne je rozpoznávanie oblastí 3 bp v DNA a je dosiahnuté, keď proteín s doménou ZF predstavuje alfa helix k väčšej drážke molekuly DNA..

klasifikácia

Existujú rôzne ZF motívy, ktoré sa navzájom líšia vďaka svojej povahe a rôznym priestorovým konfiguráciám dosiahnutým koordinačnými väzbami s atómom zinku. Jednou z klasifikácií je:

C2H2

Toto je motív bežne sa vyskytujúci v ZF. Väčšina dôvodov C2H2 sú špecifické pre interakciu s DNA a RNA, avšak boli pozorované v interakciách proteín-proteín. Majú medzi 25 a 30 aminokyselinovými zvyškami a sú v najväčšej rodine regulačných proteínov v cicavčích bunkách.

C2H

Interagujú s RNA a niektorými ďalšími proteínmi. Sú pozorované hlavne ako súčasť niektorých proteínov kapsidy retrovírusu, ktoré spolupracujú pri balení vírusovej RNA tesne po replikácii..

C4 (kravata alebo stuha)

Proteíny s uvedeným motívom sú enzýmy zodpovedné za replikáciu a transkripciu DNA. Dobrým príkladom môžu byť primárne enzýmy fágov T4 a T7.

C4 (Rodina GATA)

Táto rodina ZF obsahuje transkripčné faktory, ktoré regulujú expresiu dôležitých génov v mnohých tkanivách počas vývoja buniek. Faktory GATA-2 a 3 sa napríklad podieľajú na hematopoéze.

C6

Tieto domény sú špecifické pre kvasinky, konkrétne GAL4 proteín, ktorý aktivuje transkripciu génov podieľajúcich sa na použití galaktózy a melibiózy.

Zinkové prsty (C3HC4-C3H2C3)

Tieto konkrétne štruktúry majú 2 subtypy ZF domén (C3HC4 a C3H2C3) a sú prítomné v mnohých živočíšnych a rastlinných proteínoch.

Nachádzajú sa v proteínoch, ako napríklad RAD5, ktoré sa podieľajú na oprave DNA v eukaryotických organizmoch. Nachádzajú sa tiež v RAG1, ktorý je nevyhnutný pre re-konfiguráciu imunoglobulínov.

H2C2

Táto ZF doména je vysoko konzervovaná v integráloch retrovírusov a retrotranspozónov; väzbou na biely proteín spôsobuje v ňom konformačnú zmenu.

funkcie

Proteíny so ZF doménami slúžia na rôzne účely: môžu sa nachádzať v ribozomálnych proteínoch alebo v transkripčných adaptéroch. Tiež boli detegované ako integrálna súčasť štruktúry kvasinkovej RNA polymerázy II.

Zdá sa, že sa podieľajú na intracelulárnej homeostáze zinku a na regulácii apoptózy alebo programovanej smrti buniek. Okrem toho existujú niektoré proteíny so ZF, ktoré fungujú ako chaperóny na skladanie alebo transport iných proteínov.

Väzby na lipidy a kľúčová úloha v interakciách proteín-proteín sú tiež dôležité funkcie ZF domén v niektorých proteínoch.

Biotechnologický význam

Štrukturálne a funkčné chápanie domén ZF v priebehu rokov umožnilo dosiahnuť veľké vedecké pokroky, ktoré zahŕňajú využívanie ich vlastností na biotechnologické účely..

Pretože niektoré proteíny so ZF majú vysokú špecificitu pre určité domény DNA, v súčasnosti sa veľa úsilia investuje do navrhovania špecifických ZF, ktoré môžu poskytnúť cenné pokroky v génovej terapii u ľudí..

Zaujímavé biotechnologické aplikácie vyplývajú aj z návrhu proteínov so ZF modifikovaných genetickým inžinierstvom. V závislosti od požadovaného konca môžu byť niektoré z nich modifikované pridaním "zinkovo-zinkových" prstových peptidov, ktoré sú schopné rozpoznať prakticky akúkoľvek sekvenciu DNA s veľkou afinitou a špecificitou.

Vydanie genómu s modifikovanými nukleázami je v súčasnosti jednou z najsľubnejších aplikácií. Tento typ vydania ponúka možnosť vykonávať štúdie genetickej funkcie priamo v modelovom systéme záujmu.

Genetické inžinierstvo s použitím modifikovaných ZF nukleáz priťahovalo pozornosť vedcov v oblasti genetického zlepšovania kultivarov rastlín agronomického významu. Tieto nukleázy sa používajú na korekciu endogénneho génu, ktorý produkuje herbicíd rezistentné formy v rastlinách tabaku.

Nukleázy so ZF sa tiež použili na pridanie génov v cicavčích bunkách. Dotknuté proteíny sa použili na vytvorenie súboru izogénnych myších buniek so sériou alel definovaných pre endogénny gén.

Tento proces má priamu aplikáciu pri označovaní a tvorbe nových alelických foriem na štúdium vzťahov štruktúry a funkcie v natívnych podmienkach expresie a v izogénnych prostrediach..

referencie

  1. Berg, J. M. (1990). Zinok prstové domény: hypotézy a súčasné poznatky. Ročný prehľad biofyziky a biofyzikálnej chémie, 19(39), 405-421.
  2. Dreier, B., Beerli, R., Segal, D., Flippin, J., & Barbas, C. (2001). Vývoj zinkových prstových domén pre rozpoznanie 5'-ANN-3 'rodiny DNA sekvencií a ich použitie pri konštrukcii umelých transkripčných faktorov. JBC, (54).
  3. Gamsjaeger, R., Liew, C.K., Loughlin, F.E., Crossley, M., & Mackay, J.P. (2007). Lepivé prsty: zinkové prsty ako motívy rozpoznávania proteínov. Trendy v biochemických vedách, 32(2), 63-70.
  4. Klug, A. (2010). Objav zinkových prstov a ich aplikácie v génovej regulácii a manipulácii s genómom. Ročný prehľad biochémie, 79(1), 213-231.
  5. Kluska, K., Adamczyk, J., & Krȩzel, A. (2017). Kovové väzbové vlastnosti zinkových prstov s prirodzene zmeneným miestom viazania kovu. Metallomics, 10(2), 248-263.
  6. Laity, J. H., Lee, B.M., & Wright, P.E. (2001). Proteíny zinkových prstov: Nové pohľady na štrukturálnu a funkčnú rozmanitosť. Aktuálne stanovisko k štrukturálnej biológii, 11(1), 39-46.
  7. Miller, J., McLachlan, A. D., & Klug, A. (1985). Repetitívne domény viažuce zinok v faktore transkripcie proteínu IIIA z Xenopus oocytes. Časopis stopových prvkov v experimentálnej medicíne, 4(6), 1609-1614.
  8. Urnov, F. D., Rebar, E.J., Holmes, M.C., Zhang, H.S., & Gregory, P.D. (2010). Úprava genómu s nukleasami zinkových prstov. Nature Reviews Genetics, 11(9), 636-646.