Struktura, klasifikacija, funkcije in pomen cinkovih prstov



The cinkovi prsti (ZF) so strukturni motivi, prisotni v veliki količini evkariontskih proteinov. Spadajo v skupino metaloproteinov, saj so sposobni vezati kovinski ion cinka, ki ga potrebujejo za njihovo delovanje. Predvideva se, da več kot 1500 ZF domen obstajajo v približno 1000 različnih beljakovinah pri ljudeh.

Izraz "cinkov prst" so prvič izdelali leta 1985 Miller, McLachlan in Klug, medtem ko so podrobno proučevali majhna DNA vezna področja TFIIIA transkripcijskega faktorja. Xenopus laevis, opisujejo drugi avtorji pred nekaj leti.

Beljakovine z motivi ZF so med najbolj razširjenimi v genomu evkariontskih organizmov in sodelujejo v različnih bistvenih celičnih procesih, vključno z genetsko transkripcijo, prevodom beljakovin, presnovo, zlaganjem in sestavljanjem drugih beljakovin in lipidov. med drugim programirana celična smrt.

Indeks

  • 1 Struktura
  • 2 Razvrstitev
    • 2,1 C2H2
    • 2,2 C2H
    • 2.3 C4 (zanka ali trak)
    • 2.4 C4 (družina GATA)
    • 2.5 C6
    • 2.6 Prsti cinka (C3HC4-C3H2C3)
    • 2.7 H2C2
  • 3 Funkcije
  • 4 Biotehnološki pomen
  • 5 Reference

Struktura

Struktura motivov ZF je izjemno ohranjena. Ponavadi imajo ta ponovljena območja od 30 do 60 aminokislin, katerih sekundarna struktura je na voljo kot dve antiparalelni beta listi, ki tvorita vilico in alfa vijačnico, ki je označena kot ββα.

Ta sekundarna struktura se stabilizira s hidrofobnimi interakcijami in z usklajevanjem cinkovega atoma, ki sta ga dala dva cisteinska ostanka in dva ostanka histidina (Cys).2Njegova2). Vendar pa obstajajo ZF, ki lahko usklajujejo več kot en atom cinka in druge, kjer je red Cys in njegovih ostankov različen.

ZF se lahko ponovi v tandemu, nastavljen linearno v istem proteinu. Vse imajo podobne strukture, vendar jih je mogoče kemijsko diferencirati druga od druge z različnimi ključnimi aminokislinskimi ostanki za izpolnitev njihovih funkcij.

Skupna značilnost med ZF je njihova sposobnost, da prepoznajo molekule DNA ali RNA različnih dolžin, zato so bile sprva obravnavane le kot transkripcijski dejavniki..

Na splošno je prepoznavanje regij 3 bp v DNK in je doseženo, ko beljakovina z domeno ZF predstavlja alfa heliks na večji žleb molekule DNA..

Razvrstitev

Obstajajo različni ZF motivi, ki se med seboj razlikujejo zaradi svoje narave in različnih prostorskih konfiguracij, ki jih dosežejo koordinacijske vezi z atomom cinka. Ena od klasifikacij je naslednja:

C2H2

To je motiv, ki ga pogosto najdemo v ZF. Večina razlogov C2H2 specifične so za interakcijo z DNK in RNA, vendar so opazili, da sodelujejo v protein-protein interakcijah. Imajo od 25 do 30 aminokislinskih ostankov in so v največji družini regulatornih proteinov v sesalskih celicah.

C2H

Medsebojno delujejo z RNA in nekaterimi drugimi beljakovinami. Večinoma jih opazujemo kot del nekaterih beljakovin retrovirusne kapside, ki sodelujejo pri pakiranju virusne RNA takoj po replikaciji..

C4 (kravata ali trak)

Proteini z omenjenim motivom so encimi, odgovorni za replikacijo in transkripcijo DNA. Dober primer tega so lahko primarni encimi fagov T4 in T7.

C4 (Družina GATA)

Ta družina ZF vsebuje transkripcijske faktorje, ki uravnavajo izražanje pomembnih genov v številnih tkivih med razvojem celic. Faktorji GATA-2 in 3 so na primer vpleteni v hematopoezo.

C6

Te domene so specifične za kvas, specifično za protein GAL4, ki aktivira transkripcijo genov, ki sodelujejo pri uporabi galaktoze in melibioze.

Cink prsti (C3HC4-C3H2C3)

Te posebne strukture imajo 2 podtipa domen ZF (C3HC4 in C3H2C3) in so prisotni v številnih živalskih in rastlinskih beljakovinah.

Najdemo jih v beljakovinah, kot je RAD5, ki sodelujejo pri obnovi DNA v evkariontskih organizmih. Najdemo jih tudi v RAG1, ki je bistven za ponovno konfiguracijo imunoglobulinov.

H2C2

Ta ZF domena je visoko ohranjena v integralih retrovirusov in retrotranspozonov; z vezavo na belo beljakovino povzroči konformacijsko spremembo v njej.

Funkcije

Proteini z ZF domenami imajo več namenov: najdemo jih v ribosomskih proteinih ali v transkripcijskih adaptorjih. Odkrili so jih tudi kot sestavni del strukture RNA polimeraze II kvasa.

Zdi se, da so vključeni v intracelularno homeostazo cinka in v regulacijo apoptoze ali programirane celične smrti. Poleg tega obstaja nekaj beljakovin z ZF, ki delujejo kot spremljevalci za zlaganje ali transport drugih beljakovin.

Vezava lipidov in ključna vloga pri interakcijah beljakovin z beljakovinami sta pomembni funkciji ZF domen v nekaterih beljakovinah.

Biotehnološki pomen

Skozi leta je strukturno in funkcionalno razumevanje področij ZF omogočilo velik znanstveni napredek, ki vključuje uporabo njihovih značilnosti za biotehnološke namene..

Ker imajo nekateri proteini z ZF visoko specifičnost za določena področja DNK, se trenutno veliko truda vlaga v oblikovanje specifičnega ZF, ki lahko zagotovi dragocen napredek v genski terapiji pri ljudeh.

Zanimive biotehnološke aplikacije izhajajo tudi iz zasnove beljakovin z ZF, spremenjene z genskim inženiringom. Odvisno od želenega konca se nekateri od njih lahko modificirajo z dodatkom "cink-cinkovih" prstnih peptidov, ki so sposobni prepoznati skoraj vsako zaporedje DNA z veliko afiniteto in specifičnostjo..

Genomska izdaja z modificiranimi nukleazami je trenutno ena najbolj obetavnih aplikacij. Ta vrsta izdaje ponuja možnost izvedbe študij o genetski funkciji neposredno v modelnem sistemu, ki nas zanima.

Genetski inženiring z modificiranimi ZF nukleazami je pritegnil pozornost znanstvenikov na področju genetskega izboljšanja sorte rastlin agronomskega pomena. Te nukleaze so bile uporabljene za korekcijo endogenega gena, ki proizvaja herbicidno odporne oblike v rastlinah tobaka.

Nukleaze z ZF so bile uporabljene tudi za dodajanje genov v celicah sesalcev. Zadevni proteini so bili uporabljeni za generiranje niza izogenih mišjih celic z vrsto alelov, definiranih za endogeni gen..

Ta proces ima neposredno uporabo pri označevanju in ustvarjanju novih alelnih oblik za preučevanje razmerij med strukturo in funkcijo v nativnih pogojih izražanja in v izogenih okoljih..

Reference

  1. Berg, J. M. (1990). Cink prste: hipoteze in sedanje znanje. Letni pregled biofizike in biofizikalne kemije, 19(39), 405-421.
  2. Dreier, B., Beerli, R., Segal, D., Flippin, J., & Barbas, C. (2001). Razvoj domen cinkovega prsta za prepoznavanje 5'-ANN-3 'družine DNA zaporedij in njihova uporaba pri konstrukciji umetnih transkripcijskih faktorjev. JBC, (54).
  3. Gamsjaeger, R., Liew, C.K., Loughlin, F.E., Crossley, M., & Mackay, J.P. (2007). Lepljivi prsti: cink-prsti kot motivi za prepoznavanje beljakovin. Trendi v biokemičnih znanostih, 32(2), 63-70.
  4. Klug, A. (2010). Odkritje cinkovih prstov in njihove uporabe v genski regulaciji in manipulaciji genoma. Letni pregled biokemije, 79(1), 213-231.
  5. Kluska, K., Adamczyk, J., & Krȩzel, A. (2017). Kovinske lastnosti vezave cinkovih prstov z naravno spremenjenim kovinskim veznim mestom. Metallomics, 10(2), 248-263.
  6. Laity, J.H., Lee, B.M., & Wright, P.E. (2001). Cink prstni proteini: novi vpogled v strukturno in funkcionalno raznolikost. Trenutno mnenje o strukturni biologiji, 11(1), 39-46.
  7. Miller, J., McLachlan, A.D., & Klug, A. (1985). Ponavljajoče se domene za vezavo cinka v faktorju transkripcije proteina IIIA iz oocitov Xenopus. Journal of Trace Elements v eksperimentalni medicini, 4(6), 1609-1614.
  8. Urnov, F.D., Rebar, E.J., Holmes, M.C., Zhang, H.S., & Gregory, P.D. (2010). Urejanje genoma z nukleazami cinkovega prsta. Nature Reviews Genetics, 11(9), 636-646.