Struktura, klasifikace, funkce a důležitost zinkovaných prstů

The zinkové prsty (ZF) jsou strukturní motivy přítomné ve velkém počtu eukaryotických proteinů. Patří do skupiny metaloproteinů, protože jsou schopné vázat ionty kovového zinku, které potřebují pro svůj provoz. Předpokládá se, že více než 1 500 ZF domén existuje v přibližně 1 000 různých proteinech u lidí..

Termín zinkový prst nebo „zinkový prst“ byl poprvé vytvořen v roce 1985 Millerem, McLachlanem a Klugem, přičemž podrobně studoval malé domény vázající DNA transkripčního faktoru TFIIIA Xenopus laevis, popsané jinými autory před několika lety.

Proteiny s motivy ZF patří mezi nejhojnější v genomu eukaryotických organismů a účastní se řady základních buněčných procesů, včetně genové transkripce, translace proteinů, metabolismu, skládání a sestavování dalších proteinů a lipidů. ostatní.

Rejstřík článků

• 1 Struktura
• 2 Klasifikace
  • 2,1 C2H2
  • 2,2 C2H
  • 2.3 C4 (luk nebo stuha)
  • 2.4 C4 (rodina GATA)
  • 2,5 C6
  • 2.6 Zinkové prsty (C3HC4-C3H2C3)
  • 2,7 H2C2
• 3 funkce
• 4 Biotechnologický význam
• 5 Reference

Struktura

Struktura motivů ZF je extrémně konzervovaná. Obvykle mají tyto opakované oblasti 30 až 60 aminokyselin, jejichž sekundární struktura se nachází jako dva antiparalelní beta listy, které tvoří vlásenku a alfa šroubovici, která se označuje jako ββα.

Uvedená sekundární struktura je stabilizována hydrofobními interakcemi a koordinací atomu zinku daná dvěma cysteinovými a dvěma histidinovými zbytky (Cys_dvaJeho_dva). Existují však ZF, které mohou koordinovat více než jeden atom zinku a další, kde se mění pořadí Cys a His zbytků..

ZF lze nalézt opakované v dávkách, lineárně konfigurovaných ve stejném proteinu. Všechny mají podobné struktury, ale lze je navzájem chemicky odlišit variacemi aminokyselinových zbytků, které jsou klíčem k plnění jejich funkcí.

Společným rysem ZF je jejich schopnost rozpoznávat molekuly DNA nebo RNA různých délek, a proto byly původně považovány pouze za transkripční faktory.

Obecně je rozpoznávání 3bp oblastí v DNA a je dosaženo, když protein s doménou ZF představuje alfa šroubovici do hlavní drážky molekuly DNA.

Klasifikace

Existují různé ZF motivy, které se navzájem liší svou povahou a různými prostorovými konfiguracemi dosaženými koordinačními vazbami s atomem zinku. Jedna z klasifikací je následující:

C_dvaH_dva

Toto je běžně používaný motiv v ZF. Většina motivů C._dvaH_dva Jsou specifické pro interakci s DNA a RNA, ale bylo pozorováno, že se účastní interakcí protein-protein. Mají mezi 25 a 30 aminokyselinovými zbytky a nacházejí se v největší rodině regulačních proteinů v savčích buňkách.

C_dvaH

Interagují s RNA a některými dalšími proteiny. Jsou pozorovány hlavně jako součást některých retrovirových kapsidových proteinů, které pomáhají při balení virové RNA těsně po replikaci..

C₄ (luk nebo stuha)

Proteiny s tímto motivem jsou enzymy odpovědné za replikaci a transkripci DNA. Dobrým příkladem mohou být hrubé enzymy fágů T4 a T7.

C₄ (Rodina GATA)

Tato rodina ZF zahrnuje transkripční faktory, které regulují expresi důležitých genů v mnoha tkáních během vývoje buněk. Faktory GATA-2 a 3 se například podílejí na hematopoéze.

C₆

Tyto domény jsou typické pro kvasinky, konkrétně protein GAL4, který aktivuje transkripci genů podílejících se na použití galaktózy a melibiózy..

Zinkové prsty (C.₃HC₄-C₃H_dvaC₃)

Tyto konkrétní struktury mají 2 podtypy domén ZF (C₃HC₄ a C.₃H_dvaC₃) a jsou přítomny v mnoha živočišných a rostlinných bílkovinách.

Nacházejí se v proteinech, jako je RAD5, které se podílejí na opravě DNA v eukaryotických organismech. Vyskytují se také v RAG1, nezbytném pro rekonfiguraci imunoglobulinů.

H_dvaC_dva

Tato doména ZF je vysoce zachována v integrárách retrovirů a retrotranspozonů; vazbou na cílový protein způsobí v něm konformační změnu.

Funkce

Proteiny s doménami ZF slouží různým účelům: lze je nalézt v ribozomálních proteinech nebo v transkripčních adaptérech. Byly také detekovány jako nedílná součást struktury kvasinkové RNA polymerázy II..

Zdá se, že se účastní intracelulární homeostázy zinku a při regulaci apoptózy nebo programované buněčné smrti. Kromě toho existují některé proteiny se ZF, které fungují jako chaperony pro skládání nebo transport dalších proteinů..

Vazba na lipidy a zásadní role v interakcích protein-protein jsou také prominentními funkcemi ZF domén v některých proteinech..

Biotechnologický význam

V průběhu let umožnilo strukturální a funkční porozumění doménám ZF velký vědecký pokrok, který zahrnuje využití jejich charakteristik pro biotechnologické účely..

Jelikož některé proteiny se ZF mají vysokou specificitu pro určité domény DNA, je v současné době věnováno velké úsilí konstrukci specifických ZF, které mohou poskytnout cenný pokrok v genové terapii u lidí.

Zajímavé biotechnologické aplikace také vyplývají z designu proteinů s geneticky upravenými ZF. V závislosti na požadovaném účelu mohou být některé z nich modifikovány přidáním „polyzinkových“ prstových peptidů, které jsou schopné rozpoznat prakticky jakoukoli sekvenci DNA s vysokou afinitou a specificitou..

Nukleázou modifikovaná genomová editace je jednou z nejslibnějších aplikací současnosti. Tento typ úprav nabízí možnost provádět studie genetických funkcí přímo v modelovém systému, který nás zajímá..

Genetické inženýrství využívající modifikované ZF nukleázy upoutalo pozornost vědců v oblasti genetického zlepšení kultivarů rostlin agronomického významu. Tyto nukleázy byly použity k opravě endogenního genu, který produkuje formy rezistentní na herbicid v rostlinách tabáku..

Nukleázy se ZF byly také použity pro přidání genů do savčích buněk. Dotyčné proteiny byly použity ke generování sady isogenních myších buněk se sérií alel definovaných pro endogenní gen..

Takový proces má přímou aplikaci při označování a vytváření nových alelických forem ke studiu vztahů struktury a funkce v nativních podmínkách exprese a v isogenním prostředí..

Reference

1. Berg, J. M. (1990). Domény se zinkovým prstem: hypotézy a současné znalosti. Roční přehled biofyziky a biofyzikální chemie, 19(39), 405-421.
2. Dreier, B., Beerli, R., Segal, D., Flippin, J., & Barbas, C. (2001). Vývoj domén se zinkovým prstem pro rozpoznání rodiny sekvencí DNA 5'-ANN-3 'a jejich použití při konstrukci umělých transkripčních faktorů. JBC, (54).
3. Gamsjaeger, R., Liew, C. K., Loughlin, F. E., Crossley, M., & Mackay, J. P. (2007). Lepkavé prsty: zinkové prsty jako motivy rozpoznávající bílkoviny. Trendy v biochemických vědách, 32(2), 63-70.
4. Klug, A. (2010). Objev prstů zinku a jejich aplikace v genové regulaci a manipulaci genomu. Roční přehled biochemie, 79(1), 213-231.
5. Kluska, K., Adamczyk, J., & Krȩzel, A. (2017). Vazebné vlastnosti zinkových prstů s přirozeně pozměněným kovovým vazebným místem. Metallomics, 10(2), 248-263.
6. Laity, J. H., Lee, B. M. a Wright, P. E. (2001). Proteiny se zinkovým prstem: Nové poznatky o strukturální a funkční rozmanitosti. Aktuální názor na strukturní biologii, jedenáct(1), 39-46.
7. Miller, J., McLachlan, A. D. a Klug, A. (1985). Opakované domény vázající zinek v proteinovém transkripčním faktoru IIIA z oocytů Xenopus. Journal of Trace Elements in Experimental Medicine, 4(6), 1609-1614.
8. Urnov, F. D., Rebar, E. J., Holmes, M. C., Zhang, H. S. a Gregory, P. D. (2010). Úpravy genomu s vytvořenými nukleázami zinkových prstů. Genetika hodnocení přírody, jedenáct(9), 636-646.