Cinko pirštų struktūra, klasifikacija, funkcijos ir svarba



The cinko pirštai (ZF) yra struktūriniai motyvai, esantys daugelyje eukariotinių baltymų. Jie priklauso metaloproteinų grupei, nes jie gali prijungti cinko metalo joną, kurio jiems reikia jų veikimui. Prognozuojama, kad daugiau kaip 1500 ZF domenų yra apie 1000 skirtingų baltymų žmonėms.

Sąvoka "cinko pirštas" pirmą kartą buvo sukurta 1985 m. Miller, McLachlan ir Klug, o išsamiai ištyrė mažus TFIIIA transkripcijos faktoriaus DNR surišimo domenus. Xenopus laevis, prieš keletą metų aprašė kiti autoriai.

Baltymai su ZF motyvais yra vienas iš gausiausių eukariotinių organizmų genome ir dalyvauja įvairiuose esminiuose ląstelių procesuose, įskaitant genetinį transkripciją, baltymų transliaciją, metabolizmą, kitų baltymų ir lipidų sulenkimą ir surinkimą. , be kita ko, užprogramuota ląstelių mirtis.

Indeksas

  • 1 Struktūra
  • 2 Klasifikacija
    • 2.1 C2H2
    • 2,2 C2H
    • 2.3 C4 (kilpa ar juosta)
    • 2,4 C4 (GATA šeima)
    • 2.5 C6
    • 2.6 Cinko pirštai (C3HC4-C3H2C3)
    • 2,7 H2C2
  • 3 Funkcijos
  • 4 Biotechnologinė svarba
  • 5 Nuorodos

Struktūra

ZF motyvų struktūra yra labai išsaugota. Paprastai šie pakartotiniai regionai turi nuo 30 iki 60 aminorūgščių, kurių antrinė struktūra randama kaip du antiparaleliniai beta lapai, kurie sudaro šakutę ir alfa helieksą, kuris žymimas ββα.

Šią antrinę struktūrą stabilizuoja hidrofobinės sąveikos ir cinko atomo, skirto dviem cisteino liekanomis ir dviem histidino liekanomis, koordinavimas (Cys2Jo2). Tačiau yra ZF, kurie gali koordinuoti daugiau nei vieną cinko atomą ir kitus, kai Cys ir His likučių tvarka skiriasi.

ZF gali būti kartojamas tandemu, sukonfigūruotas linijiškai tame pačiame baltyme. Visi turi panašias struktūras, bet gali būti chemiškai diferencijuojamos viena nuo kitos pagal svarbiausių aminorūgščių liekanų variacijas jų funkcijoms atlikti..

Bendras ZFs bruožas yra jų gebėjimas atpažinti skirtingo ilgio DNR arba RNR molekules, todėl jie iš pradžių buvo laikomi tik transkripcijos veiksniais.

Apskritai, DNR yra 3 bp regionų atpažinimas ir jis pasiekiamas, kai baltymas su ZF domenu pateikia alfa helixą į didesnį DNR molekulės griovelį..

Klasifikacija

Yra įvairių ZF motyvų, kurie skiriasi vienas nuo kito dėl savo pobūdžio ir skirtingų erdvinių konfigūracijų, pasiekiamų koordinuojant ryšius su cinko atomu. Vienas iš klasifikacijų yra toks:

C2H2

Tai yra ZF dažniausiai randamas motyvas. Dauguma priežasčių C2H2 jie yra specifiniai sąveikai su DNR ir RNR, tačiau jie buvo stebimi dalyvaujant baltymų ir baltymų sąveikoje. Jie turi nuo 25 iki 30 aminorūgščių likučių ir yra žinduolių ląstelių didžiausių reguliavimo baltymų šeimoje.

C2H

Jie sąveikauja su RNR ir kitais proteinais. Jie daugiausia pastebimi kaip dalis kai kurių retroviruso kapsidų baltymų, bendradarbiaujant viruso RNR pakuotėje tik po replikacijos..

C4 (kaklaraištis ar juostelė)

Baltymai su minėtu motyvu yra fermentai, atsakingi už DNR replikaciją ir transkripciją. Geras jų pavyzdys gali būti pirminiai fazių T4 ir T7 fermentai.

C4 (GATA šeima)

Ši ZF šeima apima transkripcijos faktorius, reguliuojančius svarbių genų ekspresiją daugelyje audinių ląstelių vystymosi metu. Pavyzdžiui, GATA-2 ir 3 faktoriai dalyvauja kraujodaros srityje.

C6

Šie domenai yra specifiniai mielės, konkrečiai GAL4 baltymai, kurie aktyvuoja geno, kuris dalyvauja vartojant galaktozę ir melibozę, transkripciją..

Cinko pirštai (C. \ T3HC4-C3H2C3)

Šios konkrečios struktūros turi 2 ZF domenų potipius (C3HC4 ir C3H2C3) ir yra daugelyje gyvūnų ir augalų baltymų.

Jie randami baltymuose, tokiuose kaip RAD5, dalyvaujantys DNR taisyme eukariotiniuose organizmuose. Jie taip pat randami RAG1, būtini imunoglobulinų konfigūracijai.

H2C2

Šis ZF domenas yra labai konservuotas retrovirusų ir retrotransposonų integraluose; susiejant su baltu baltymu, atsiranda konformacinių pokyčių.

Funkcijos

Baltymai, turintys ZF domenus, turi keletą tikslų: jie gali būti randami ribosominiuose baltymuose arba transkripcijos adapteriuose. Jie taip pat buvo nustatyti kaip neatsiejama mielių RNR polimerazės II struktūros dalis.

Atrodo, kad jie dalyvauja cinko homeostazėje ir reguliuoja apoptozę arba užprogramuotą ląstelių mirtį. Be to, yra keletas baltymų su ZF, kurie veikia kaip chaperonai kitų baltymų sulankstymui arba transportavimui.

Lipidų surišimas ir pagrindinis baltymų-baltymų sąveikos vaidmuo taip pat yra svarbios ZF domenų funkcijos kai kuriuose baltymuose.

Biotechnologinė svarba

Pastaraisiais metais struktūrinis ir funkcinis ZF domenų supratimas leido padaryti didelę mokslinę pažangą, susijusią su jų charakteristikų naudojimu biotechnologiniais tikslais..

Kadangi kai kurie baltymai, turintys ZF, turi didelį specifiškumą tam tikriems DNR domenams, šiuo metu daug investuojama į specifinių ZF kūrimą, kuris gali būti naudingas žmonėms genų terapijos srityje..

Įdomios biotechnologinės programos taip pat kyla dėl baltymų su ZF, modifikuotų genų inžinerijos, projektavimo. Priklausomai nuo norimo tikslo, kai kurie iš jų gali būti modifikuoti pridedant „cinko-cinko“ pirštų peptidų, kurie sugeba atpažinti beveik bet kurią DNR seką, turinčią didelį afinitetą ir specifiškumą.

Genominis leidimas su modifikuotomis nukleazėmis yra viena iš perspektyviausių programų. Šio tipo leidimas suteikia galimybę atlikti genetinės funkcijos tyrimus tiesiogiai dominančioje modelio sistemoje.

Genetinė inžinerija, naudojant modifikuotus ZF nuklidus, atkreipė mokslininkų dėmesį į agronominės svarbos augalų veislių genetinį tobulinimą. Šios nukleazės buvo panaudotos endogeninio geno, kuris gamina herbicidams atsparias formas tabako augaluose, ištaisymui.

Nukleazės su ZF taip pat buvo naudojamos genams pridėti prie žinduolių ląstelių. Minėti baltymai buvo panaudoti izogeninių pelių ląstelių rinkinio generavimui su alelių, apibrėžtų endogeniniam genui, serija.

Šis procesas tiesiogiai taikomas ženklinimui ir naujų alelių formų kūrimui, siekiant ištirti struktūros ir funkcijos ryšius vietinėse raiškos sąlygose ir izogeninėje aplinkoje..

Nuorodos

  1. Berg, J. M. (1990). Cinko pirštų domenai: hipotezės ir dabartinės žinios. Metinė biofizikos ir biofizinės chemijos apžvalga, 19(39), 405-421.
  2. Dreier, B., Beerli, R., Segal, D., Flippin, J. & Barbas, C. (2001). Cinko pirštų domenų kūrimas, siekiant atpažinti 5'-ANN-3 'DNR sekų šeimą ir jų panaudojimą dirbtinių transkripcijos faktorių konstravimui. JBC, (54).
  3. Gamsjaeger, R., Liew, C.K., Loughlin, F.E., Crossley, M., ir Mackay, J.P. (2007). Lipni pirštai: cinko pirštai kaip baltymų atpažinimo motyvai. Biocheminių mokslų tendencijos, 32(2), 63-70.
  4. Klug, A. (2010). Cinko pirštų atradimas ir jų taikymas genų reguliavimui ir genomo manipuliacijai. Metinė biochemijos apžvalga, 79(1), 213-231.
  5. Kluska, K., Adamczyk, J., & Krȩzel, A. (2017). Cinko pirštų metalo surišimo savybės su natūraliai pakeista metalo surišimo vieta. Metallomika, 10(2), 248-263.
  6. Laity, J. H., Lee, B. M., ir Wright, P. E. (2001). Cinko pirštų baltymai: naujos struktūros ir funkcinės įvairovės įžvalgos. Dabartinė nuomonė struktūrinėje biologijoje, 11(1), 39-46.
  7. Miller, J., McLachlan, A. D. ir Klug, A. (1985). Kartotiniai cinko surišimo domenai Xenopus oocitų IIIA baltymo transkripcijos faktoriuje. Trace Elements eksperimentinėje medicinoje, 4(6), 1609-1614.
  8. Urnovas, F. D., Rebaras, E.J., Holmesas, M.C., Zhang, H.S., & Gregory, P. D. (2010). Genomo redagavimas su inžineriniais cinko pirštų nuklidais. Gamtos apžvalgos genetika, 11(9), 636-646.