Cinka pirkstu struktūra, klasifikācija, funkcijas un nozīme



The cinka pirksti (ZF) ir strukturāli motīvi, kas ir lielā daudzumā eukariotu proteīnu. Tie pieder pie metaloproteīnu grupas, jo tie spēj saistīt cinka metāla jonu, kas tiem nepieciešams to darbībai. Tiek prognozēts, ka vairāk nekā 1500 ZF domēnu ir aptuveni 1000 dažādos proteīnos cilvēkiem.

Termins "cinka pirksts" pirmo reizi tika radīts 1985. gadā Miller, McLachlan un Klug, pētot detalizēti TFIIIA transkripcijas faktora mazos DNS saistošos domēnus. Xenopus laevis, dažus gadus iepriekš aprakstījuši citi autori.

Olbaltumvielas ar ZF motīviem ir vieni no vislielākajiem eukariotisko organismu genomā un piedalās dažādos būtiskos šūnu procesos, tostarp ģenētiskajā transkripcijā, proteīnu translācijā, metabolismā, citu olbaltumvielu un lipīdu salikšanā un salikšanā. , cita starpā, programmēta šūnu nāve.

Indekss

  • 1 Struktūra
  • 2 Klasifikācija
    • 2.1. C2H2
    • 2,2 C2H
    • 2.3 C4 (cilpa vai lente)
    • 2,4 C4 (GATA ģimene)
    • 2.5 C6
    • 2.6. Cinka pirksti (C3HC4-C3H2C3)
    • 2,7 H2C2
  • 3 Funkcijas
  • 4 Biotehnoloģijas nozīme
  • 5 Atsauces

Struktūra

ZF motīvu struktūra ir ļoti saglabāta. Parasti šiem atkārtotajiem reģioniem ir 30 līdz 60 aminoskābes, kuru sekundārā struktūra ir atrodama kā divas pretparalēles beta loksnes, kas veido dakšiņu un alfa spirāli, kas apzīmēta kā ββα.

Šo sekundāro struktūru stabilizē hidrofobās mijiedarbības un cinka atoma koordinēšana, ko dod divi cisteīna atlikumi un divi histidīna atlikumi (Cys2Viņa2). Tomēr ir ZF, kas var koordinēt vairāk nekā vienu cinka atomu un citus, kur Cys un His atlikumu secība mainās.

ZF var atkārtot tandēmā, konfigurējot lineāri vienā un tajā pašā proteīnā. Visām ir līdzīgas struktūras, bet tās var būt ķīmiski atšķirīgas viena no otras ar galveno aminoskābju atlikumu variācijām to funkciju izpildei..

ZFs kopīga iezīme ir to spēja atpazīt dažādu garumu DNS vai RNS molekulas, tāpēc tās sākotnēji uzskatīja tikai par transkripcijas faktoriem.

Kopumā DNS ir 3 bp reģionu atpazīšana, un tas tiek sasniegts, kad proteīns ar ZF domēnu uz alfa molekulu attēlo lielāko DNS molekulas gropi..

Klasifikācija

Pastāv dažādi ZF motīvi, kas atšķiras viens no otra to rakstura un dažādo telpisko konfigurāciju dēļ, ko panāk koordinācijas saites ar cinka atomu. Viena no klasifikācijām ir šāda:

C2H2

Šis ir ZF bieži sastopams motīvs. Lielākā daļa iemeslu C2H2 tie ir specifiski mijiedarbībai ar DNS un RNS, tomēr tie ir novēroti, piedaloties olbaltumvielu un olbaltumvielu mijiedarbībā. Tiem ir starp 25 un 30 aminoskābju atliekām un atrodas lielākajā regulējošo proteīnu grupā zīdītāju šūnās.

C2H

Tie mijiedarbojas ar RNS un dažiem citiem proteīniem. Tās galvenokārt novēro kā daļu no retrovīrusu kapsīda dažiem proteīniem, sadarbojoties vīrusu RNS iepakojumā tūlīt pēc replikācijas..

C4 (kaklasaite vai lente)

Olbaltumvielas ar minēto motīvu ir fermenti, kas atbild par DNS replikāciju un transkripciju. Labs piemērs tam var būt T4 un T7 fāžu primārie fermenti.

C4 (GATA ģimene)

Šī ZF saime ietver transkripcijas faktorus, kas regulē svarīgu gēnu ekspresiju daudzos audos šūnu attīstības laikā. Piemēram, GATA-2 un 3 faktori ir iesaistīti asinsradi.

C6

Šie domēni ir specifiski raugi, īpaši GAL4 proteīns, kas aktivizē gēnu, kas iesaistīts galaktozes un melibiozes, transkripciju..

Cinka pirksti (C3HC4-C3H2C3)

Šīm īpašajām struktūrām ir divi ZF domēnu apakštipi (C3HC4 un C3H2C3) un ir sastopami daudzos dzīvnieku un augu proteīnos.

Tie ir atrodami tādos proteīnos kā RAD5, kas iesaistīti DNS labošanā eukariotiskajos organismos. Tās ir atrodamas arī RAG1, kas ir būtiska imūnglobulīnu atkārtotai konfigurācijai.

H2C2

Šis ZF domēns ir ļoti konservēts retrovīrusu un retrotranspozonu integrālēs; saistoties ar balto olbaltumvielu izraisa konformāciju izmaiņas.

Funkcijas

Proteīni ar ZF domēniem kalpo vairākiem mērķiem: tos var atrast ribosomu proteīnos vai transkripcijas adapteros. Tie ir arī atklāti kā rauga RNS polimerāzes II struktūras neatņemama sastāvdaļa.

Šķiet, ka tie ir iesaistīti cinka homeostazē un apoptozes vai ieprogrammētās šūnu nāves regulēšanā. Turklāt ir daži proteīni ar ZF, kas darbojas kā šaperoni citu olbaltumvielu locīšanai vai transportēšanai.

Lipīdu saistīšanās un būtiska nozīme proteīnu un olbaltumvielu mijiedarbībā ir arī ZF domēnu svarīgas funkcijas dažos proteīnos.

Biotehnoloģijas nozīme

Gadu gaitā ZF domēnu strukturālā un funkcionālā izpratne ir ļāvusi veikt lielus zinātniskus sasniegumus, kas saistīti ar to raksturlielumu izmantošanu biotehnoloģiskiem mērķiem..

Tā kā dažiem proteīniem ar ZF ir īpaša specifika attiecībā uz noteiktām DNS domēnām, patlaban tiek ieguldīts liels ieguldījums specifisku ZF izstrādē, kas var sniegt vērtīgus gēnu terapijas sasniegumus cilvēkiem..

Interesanti biotehnoloģijas pielietojumi rodas arī no proteīniem ar ZF modificētu gēnu inženierijas palīdzību. Atkarībā no vēlamā gala, dažus no tiem var modificēt, pievienojot "cinka-cinka" pirkstu peptīdus, kas spēj atpazīt praktiski jebkuru DNS sekvenci ar lielu afinitāti un specifiskumu.

Ģenētiskais izdevums ar modificētām nukleazēm pašlaik ir viens no daudzsološākajiem lietojumiem. Šis izdevums piedāvā iespēju veikt pētījumus par ģenētisko funkciju tieši interesējošā modeļa sistēmā.

Ģenētiskā inženierija, izmantojot modificētus ZF nukleazes, ir piesaistījusi zinātnieku uzmanību agronomiski nozīmīgu augu šķirņu ģenētiskās uzlabošanas jomā. Šīs nukleāzes ir izmantotas endogēna gēna koriģēšanai, kas tabakas augos ražo herbicīdu rezistentās formas.

Nukleāzes ar ZF ir izmantotas arī gēnu pievienošanai zīdītāju šūnās. Attiecīgās olbaltumvielas tika izmantotas, lai radītu izogēnu peles šūnu kopu ar virkni alēļu, kas definētas endogēnam gēnam.

Šim procesam ir tieša pielietošana marķējumā un jaunu alēlija formu veidošanā, lai izpētītu struktūras un funkcijas attiecības vietējos izteiksmes apstākļos un izogēnās vidēs..

Atsauces

  1. Berg, J. M. (1990). Cinka pirkstu domēni: hipotēzes un pašreizējās zināšanas. Biofizikas un biofizikas ķīmijas gada pārskats, 19(39), 405-421.
  2. Drejers, B., Beerli, R., Segal, D., Flippin, J., & Barbas, C. (2001). Cinka pirkstu domēnu izveide DNS sekvences 5'-ANN-3 ģimeņu atpazīšanai un to izmantošana mākslīgo transkripcijas faktoru veidošanā. JBC, (54).
  3. Gamsjaeger, R., Liew, C.K., Loughlin, F.E., Crossley, M., un Mackay, J.P. (2007). Lipīgi pirksti: cinka pirksti kā proteīna atpazīšanas motīvi. Biochemisko zinātņu tendences, 32(2), 63-70.
  4. Klug, A. (2010). Cinka pirkstu atklāšana un to pielietošana gēnu regulēšanā un genoma manipulācijās. Gada pārskats par bioķīmiju, 79(1), 213-231.
  5. Kluska, K., Adamczyk, J., & Krȩzel, A. (2017). Cinka pirkstu metāla piesaistes īpašības ar dabiski mainītu metāla piesaistes vietu. Metalomika, 10(2), 248-263.
  6. Laity, J. H., Lee, B. M., un Wright, P. E. (2001). Cinka pirkstu proteīni: jaunas ieskats strukturālajā un funkcionālajā daudzveidībā. Pašreizējais atzinums strukturālajā bioloģijā, 11(1), 39-46.
  7. Millers, J., McLachlan, A. D. un Klug, A. (1985). Atkārtoti cinku saistoši domēni proteīna transkripcijas faktorā IIIA no Xenopus oocītiem. Trace Elements eksperimentālajā medicīnā, 4(6), 1609-1614.
  8. Urnovs, F. D., Rebars, E.J., Holmss, M.C., Zhangs, H.S., & Gregorijs, P.D. Genoma rediģēšana ar inženierijas cinka pirkstu nukleazi. Daba Atsauksmes Ģenētika, 11(9), 636-646.