Sinkkisormien rakenne, luokittelu, toiminnot ja merkitys



sinkkisormet (ZF) ovat rakenteellisia motiiveja, joita esiintyy suuressa määrässä eukaryoottisia proteiineja. Ne kuuluvat metalloproteiinien ryhmään, koska ne kykenevät sitomaan sinkkimetalli-ionin, jota ne tarvitsevat niiden käyttöön. Ennustetaan, että yli 1 000 ZF-domeenia on noin 1000 eri proteiinissa ihmisissä.

Termi "sinkkisormeksi" koettiin ensimmäistä kertaa vuonna 1985 Miller, McLachlan ja Klug, samalla kun se tutki yksityiskohtaisesti TFIIIA-transkriptiotekijän pieniä DNA: ta sitovia domeeneja. Xenopus laevis, muiden kirjoittajien kuvaama muutama vuosi sitten.

Proteiinit, joilla on ZF-motiiveja, kuuluvat eniten eukaryoottisten organismien genomiin ja osallistuvat erilaisiin olennaisiin soluprosesseihin, kuten geneettiseen transkriptioon, proteiinien translaatioon, metaboliaan, taittumiseen ja muiden proteiinien ja lipidien kokoonpanoon. , muun muassa ohjelmoitu solukuolema.

indeksi

  • 1 Rakenne
  • 2 Luokitus
    • 2.1 C2H2
    • 2,2 C2H
    • 2.3 C4 (silmukka tai nauha)
    • 2,4 C4 (GATA-perhe)
    • 2.5 C6
    • 2.6 Sinkin sormet (C3HC4-C3H2C3)
    • 2.7 H2C2
  • 3 Toiminnot
  • 4 Bioteknologinen merkitys
  • 5 Viitteet

rakenne

ZF-motiivien rakenne on erittäin säilynyt. Näillä toistuvilla alueilla on tavallisesti 30 - 60 aminohappoa, joiden sekundaarirakenne on kaksi antiparalleettista beeta-arkkia, jotka muodostavat haarukan ja alfa-heliksin, joka on merkitty ββa: ksi..

Tämä sekundäärirakenne stabiloidaan hydrofobisilla vuorovaikutuksilla ja koordinoimalla kaksi systeiinitähteestä ja kahdesta histidiinitähteestä (Cys2hänen2). On kuitenkin olemassa ZF, joka voi koordinoida useampaa kuin yhtä sinkkiatomia ja muita, joissa Cys: n ja His-tähteiden järjestys vaihtelee.

ZF voidaan toistaa tandemissa, konfiguroitu lineaarisesti samassa proteiinissa. Kaikilla on samanlaiset rakenteet, mutta ne voidaan erottaa kemiallisesti toisistaan ​​keskeisten aminohappotähteiden variaatioiden avulla niiden tehtävien suorittamiseksi..

ZF: iden yhteinen piirre on niiden kyky tunnistaa eri pituisia DNA- tai RNA-molekyylejä, minkä vuoksi niitä alun perin pidettiin vain transkriptiotekijöinä.

Yleisesti ottaen DNA: ssa tunnistetaan 3 bp: n alueet ja se saavutetaan, kun proteiini, jolla on ZF-domeeni, esittää alfa-heliksin DNA-molekyylin suurempaan uraan..

luokitus

On olemassa erilaisia ​​ZF-motiiveja, jotka poikkeavat toisistaan ​​luonteensa ja koordinaatiosidosten kanssa saavutettujen erilaisten tilakokoonpanojen vuoksi. Yksi luokituksista on seuraava:

C2H2

Tämä on ZF: ssä yleisesti esiintyvä motiivi. Useimmat syyt C2H2 ne ovat spesifisiä vuorovaikutukselle DNA: n ja RNA: n kanssa, mutta niitä on havaittu osallistuvan proteiini-proteiini-vuorovaikutuksiin. Niissä on 25 - 30 aminohappotähdettä ja ne ovat suurimpien säätelyproteiinien perheessä nisäkässoluissa.

C2H

Ne vuorovaikutuksessa RNA: n ja joidenkin muiden proteiinien kanssa. Niitä havaitaan pääasiassa osana joitakin retroviruskapsidin proteiineja, ja ne toimivat yhteistyössä viruksen RNA: n pakkauksessa vasta replikaation jälkeen.

C4 (solmio tai nauha)

Proteiinit, joilla on mainittu motiivi, ovat entsyymejä, jotka vastaavat DNA: n replikaatiosta ja transkriptiosta. Hyvä esimerkki näistä voi olla faagien T4 ja T7 primeentsyymit.

C4 (GATA-perhe)

Tämä ZF-perhe käsittää transkriptiotekijöitä, jotka säätelevät tärkeiden geenien ilmentymistä lukuisissa kudoksissa solun kehityksen aikana. Esimerkiksi GATA-2- ja 3-tekijät ovat osallisia verenvuotoon.

C6

Nämä domeenit ovat hiivaspesifisiä, erityisesti GAL4-proteiinia, joka aktivoi galaktoosin ja melibioosin käyttöön liittyvien geenien transkription.

Sinkkisormet (C)3HC4-C3H2C3)

Näillä erityisillä rakenteilla on 2 ZF-domeenien alatyyppiä (C3HC4 ja C3H2C3) ja ne ovat läsnä lukuisissa eläin- ja kasviproteiineissa.

Niitä esiintyy proteiineissa, kuten RAD5: ssä, jotka osallistuvat DNA: n korjaamiseen eukaryoottisissa organismeissa. Ne löytyvät myös RAG1: stä, jotka ovat olennaisia ​​immunoglobuliinien uudelleen konfiguraation kannalta.

H2C2

Tämä ZF-domeeni on erittäin säilynyt retrovirusten ja retrotransposonien integraaleissa; sitoutumalla valkoiseen proteiiniin aiheuttaa siihen konformationaalisen muutoksen.

tehtävät

Proteiinit, joilla on ZF-domeeneja, palvelevat useita tarkoituksia: ne löytyvät ribosomaalisista proteiineista tai transkriptio-adaptereista. Ne on myös havaittu kiinteänä osana hiivan RNA-polymeraasin II rakennetta.

Ne näyttävät osallistuvan solunsisäiseen sinkin homeostaasiin ja apoptoosin tai ohjelmoidun solukuoleman säätelyyn. Lisäksi on olemassa joitakin ZF: n proteiineja, jotka toimivat chaperoneina muiden proteiinien taittamiseen tai kuljettamiseen.

Lipidien sitoutuminen ja keskeinen rooli proteiini-proteiinien vuorovaikutuksessa ovat myös ZF-domeenien tärkeitä toimintoja joissakin proteiineissa.

Bioteknologinen merkitys

Vuosien mittaan ZF-verkkotunnusten rakenteellinen ja toiminnallinen ymmärrys on mahdollistanut suuren tieteellisen kehityksen, johon liittyy niiden ominaisuuksien käyttö bioteknologisiin tarkoituksiin..

Koska joillakin ZF: llä olevilla proteiineilla on suuri spesifisyys tietyille DNA-domeeneille, tällä hetkellä investoidaan paljon vaivaa spesifisen ZF: n suunnitteluun, joka voi antaa arvokasta edistystä geeniterapiassa ihmisillä.

Mielenkiintoisia bioteknologisia sovelluksia syntyy myös sellaisten proteiinien suunnittelusta, joiden ZF on muunnettu geenitekniikalla. Halutusta päästä riippuen jotkut näistä voidaan modifioida lisäämällä "sinkki-sinkki" sormen peptidejä, jotka kykenevät tunnistamaan lähes minkä tahansa DNA-sekvenssin, jolla on suuri affiniteetti ja spesifisyys.

Genominen painos modifioitujen nukleaasien kanssa on yksi lupaavimmista sovelluksista tällä hetkellä. Tämäntyyppinen painos tarjoaa mahdollisuuden tehdä geneettistä toimintaa koskevia tutkimuksia suoraan kiinnostavassa mallijärjestelmässä.

Geenitekniikka modifioitujen ZF-nukleaasien avulla on herättänyt tutkijoiden huomion maatalouden kannalta tärkeiden kasvien lajikkeiden geneettiseen parantamiseen. Näitä nukleaaseja on käytetty korjaamaan endogeeninen geeni, joka tuottaa herbisidiresistenttejä muotoja tupakan kasveissa.

ZF: n sisältämiä nukleaaseja on myös käytetty geenien lisäämiseen nisäkässoluissa. Kyseisiä proteiineja käytettiin muodostamaan joukko isogeenisiä hiirisoluja, joissa oli joukko alleeleja, jotka on määritelty endogeeniselle geenille.

Tällä prosessilla on suora sovellus leimaamiseen ja uusien alleelimuotojen luomiseen rakenteen ja toiminnan suhteiden tutkimiseksi natiivisissa ilmentymisolosuhteissa ja isogeenisissä ympäristöissä.

viittaukset

  1. Berg, J. M. (1990). Sinkkisormidomeenit: hypoteesit ja nykyiset tiedot. Biofysiikan ja biofyysisen kemian vuosikatsaus, 19(39), 405 - 421.
  2. Dreier, B., Beerli, R., Segal, D., Flippin, J. & Barbas, C. (2001). Sinkkisormidomeenien kehittäminen DNA-sekvenssien 5'-ANN-3 '-perheen tunnistamiseksi ja niiden käyttö keinotekoisten transkriptiotekijöiden rakentamisessa. JBC, (54).
  3. Gamsjaeger, R., Liew, C.K., Loughlin, F.E., Crossley, M., & Mackay, J.P. (2007). Kiinnittyvät sormet: sinkki-sormet proteiinien tunnistuskuvina. Biokemiallisten tieteiden trendit, 32(2), 63-70.
  4. Klug, A. (2010). Sinkin sormien löytäminen ja niiden sovellukset geenisäädöksissä ja genomien manipuloinnissa. Biokemian vuosikatsaus, 79(1), 213-231.
  5. Kluska, K., Adamczyk, J., & Krȩzel, A. (2017). Sinkkisormien metallisitoutumisominaisuudet luonnollisesti muuttuneen metallin sitoutumiskohdan kanssa. Metallomics, 10(2), 248 - 263.
  6. Laity, J. H., Lee, B. M., ja Wright, P. E. (2001). Sinkkisormiproteiinit: Uudet käsitykset rakenteellisesta ja toiminnallisesta monimuotoisuudesta. Nykyinen lausunto rakennebiologiassa, 11(1), 39-46.
  7. Miller, J., McLachlan, A. D., & Klug, A. (1985). Toistuvat sinkkiä sitovat domeenit Xenopus-munasolujen proteiinitranskriptiotekijässä IIIA. Trace Elements in Experimental Medicine -lehdessä, 4(6), 1609 - 1614..
  8. Urnov, F. D., Rebar, E.J., Holmes, M.C., Zhang, H.S., & Gregory, P. D. (2010). Genomin muokkaus muokattujen sinkkisormisten nukleaasien avulla. Nature Reviews Genetics, 11(9), 636-646.