Структура, классификация, функции и значение цинковых пальцев



цинковые пальцы (ZF) являются структурными мотивами, присутствующими в большом количестве эукариотических белков. Они относятся к группе металлопротеинов, так как они способны связывать ион металла цинка, который им необходим для их работы. Предсказано, что более 1500 доменов ZF существуют в примерно 1000 различных белков у людей.

Термин «цинковый палец» был впервые введен Миллером, МакЛахланом и Клугом в 1985 году при детальном изучении небольших ДНК-связывающих доменов транскрипционного фактора TFIIIA. Xenopus laevis, описанный другими авторами за несколько лет до.

Белки с мотивами ZF являются одними из самых распространенных в геноме эукариотических организмов и участвуют в различных важных клеточных процессах, включая генетическую транскрипцию, трансляцию белков, метаболизм, свертывание и сборку других белков и липидов. запрограммированная гибель клеток, среди других.

индекс

  • 1 структура
  • 2 Классификация
    • 2.1 C2H2
    • 2,2 C2H
    • 2.3 C4 (петля или лента)
    • 2.4 C4 (семейство GATA)
    • 2,5 С6
    • 2.6 Пальцы цинка (C3HC4-C3H2C3)
    • 2.7 H2C2
  • 3 функции
  • 4 Биотехнологическое значение
  • 5 ссылок

структура

Структура мотивов ZF чрезвычайно сохранилась. Обычно эти повторяющиеся области содержат от 30 до 60 аминокислот, вторичная структура которых находится в виде двух антипараллельных бета-листов, которые образуют вилку и альфа-спираль, которая обозначается как ββα..

Эта вторичная структура стабилизируется гидрофобными взаимодействиями и координацией атома цинка, заданного двумя остатками цистеина и двумя остатками гистидина (Cys2его2). Тем не менее, существуют ZF, которые могут координировать более одного атома цинка и другие, где порядок остатков Cys и His изменяется.

ZF может быть повторен в тандеме, сконфигурирован линейно в одном и том же белке. Все они имеют сходные структуры, но могут быть химически дифференцированы друг от друга вариациями ключевых аминокислотных остатков для выполнения их функций..

Общей чертой ZFs является их способность распознавать молекулы ДНК или РНК различной длины, поэтому изначально они рассматривались только как факторы транскрипции..

Как правило, распознавание имеет области 3 п.н. в ДНК, и это достигается, когда белок с доменом ZF представляет альфа-спираль к большей бороздке молекулы ДНК..

классификация

Существуют различные мотивы ZF, которые отличаются друг от друга из-за их природы и различных пространственных конфигураций, достигаемых координационными связями с атомом цинка. Одна из классификаций следующая:

С2H2

Этот мотив обычно встречается в ZF. Большинство причин С2H2 они специфичны для взаимодействия с ДНК и РНК, однако, они наблюдались, участвуя в межбелковых взаимодействиях. Они содержат от 25 до 30 аминокислотных остатков и находятся в самом большом семействе регуляторных белков в клетках млекопитающих..

С2H

Они взаимодействуют с РНК и некоторыми другими белками. Они в основном наблюдаются как часть некоторых белков ретровирусного капсида, участвующих в упаковке вирусной РНК сразу после репликации..

С4 (галстук или лента)

Белки с указанным мотивом являются ферментами, ответственными за репликацию и транскрипцию ДНК. Хорошим примером этого могут быть основные ферменты фагов T4 и T7.

С4 (Семья ГАТА)

Это семейство ZF включает транскрипционные факторы, которые регулируют экспрессию важных генов в многочисленных тканях во время развития клеток. Например, факторы GATA-2 и 3 участвуют в кроветворении..

С6

Эти домены являются специфичными для дрожжей, в частности, белок GAL4, который активирует транскрипцию генов, участвующих в использовании галактозы и мелибиозы.

Цинковые пальцы (C3HC4-С3H2С3)

Эти конкретные структуры обладают 2 подтипами доменов ZF (C3HC4 и С3H2С3) и присутствуют в многочисленных животных и растительных белках.

Они обнаружены в таких белках, как RAD5, участвующих в восстановлении ДНК у эукариотических организмов. Они также обнаружены в RAG1, необходимом для реконфигурации иммуноглобулинов..

H2С2

Этот домен ZF высоко консервативен в интегралах ретровирусов и ретротранспозонов; связывание с белым белком вызывает конформационные изменения в нем.

функции

Белки с доменами ZF служат нескольким целям: их можно найти в рибосомных белках или в адаптерах транскрипции. Они также были обнаружены как неотъемлемая часть структуры дрожжевой РНК-полимеразы II..

По-видимому, они участвуют во внутриклеточном гомеостазе цинка и в регуляции апоптоза или запрограммированной гибели клеток. Кроме того, есть некоторые белки с ZF, которые функционируют как шапероны для свертывания или транспорта других белков.

Связывание липидов и ключевая роль в межбелковых взаимодействиях также являются важными функциями доменов ZF в некоторых белках..

Биотехнологическое значение

За прошедшие годы структурное и функциональное понимание доменов ZF позволило добиться значительных научных достижений, связанных с использованием их характеристик в биотехнологических целях..

Поскольку некоторые белки с ZF обладают высокой специфичностью к определенным доменам ДНК, в настоящее время много усилий уделяется разработке специфического ZF, который может обеспечить ценный прогресс в генной терапии у людей..

Интересные биотехнологические применения также возникают из-за дизайна белков с ZF, модифицированных генной инженерией. В зависимости от желаемого конца некоторые из них могут быть модифицированы путем добавления «цинк-цинковых» пептидов пальца, которые способны распознавать практически любую последовательность ДНК с большой аффинностью и специфичностью.

Геномное издание с модифицированными нуклеазами является одним из наиболее перспективных приложений в настоящее время. Этот тип издания предлагает возможность проведения исследований генетической функции непосредственно в модельной системе, представляющей интерес.

Генная инженерия с использованием модифицированных нуклеаз ZF привлекла внимание ученых в области генетического улучшения сортов растений агрономического значения. Эти нуклеазы были использованы для коррекции эндогенного гена, который продуцирует устойчивые к гербицидам формы в растениях табака..

Нуклеазы с ZF также использовались для добавления генов в клетки млекопитающих. Указанные белки были использованы для создания набора изогенных мышей с серией аллелей, определенных для эндогенного гена..

Этот процесс имеет прямое применение в маркировке и создании новых аллельных форм для изучения взаимосвязей структуры и функции в естественных условиях экспрессии и в изогенных средах..

ссылки

  1. Берг Дж. М. (1990). Домены цинкового пальца: гипотезы и современные знания. Ежегодный обзор биофизики и биофизической химии, 19(39), 405-421.
  2. Драйер Б., Берли Р., Сегал Д., Флиппин Дж. И Барбас С. (2001). Разработка доменов цинкового пальца для распознавания последовательности ДНК 5'-ANN-3 'и их использование в конструировании искусственных факторов транскрипции. JBC, (54).
  3. Gamsjaeger R., Liew C.K., Loughlin F.E., Crossley M. & Mackay J.P. (2007). Липкие пальцы: цинковые пальцы как мотив распознавания белка. Тенденции в биохимических науках, 32(2), 63-70.
  4. Клуг А. (2010). Открытие пальцев цинка и их применение в регуляции генов и манипуляциях с геномом. Ежегодный обзор биохимии, 79(1), 213-231.
  5. Kluska, K., Adamczyk, J., & Krȩzel, A. (2017). Металлсвязывающие свойства цинковых пальцев с естественно измененным металлическим связующим. Metallomics, 10(2), 248-263.
  6. Laity, J. H., Lee, B.M., & Wright, P.E. (2001). Белки цинкового пальца: новое понимание структурного и функционального разнообразия. Современное мнение в структурной биологии, 11(1), 39-46.
  7. Miller J., McLachlan A.D. & Klug A. (1985). Повторяющиеся цинк-связывающие домены в белке транскрипционного фактора IIIA из ооцитов Xenopus. Журнал микроэлементов в экспериментальной медицине, 4(6), 1609-1614.
  8. Urnov, F.D., Rebar, E.J., Holmes, M.C., Zhang, H.S., & Gregory, P.D. (2010). Редактирование генома с помощью инженерных нуклеаз цинкового пальца. Природа Отзывы Генетика, 11(9), 636-646.