Cink ujjak szerkezete, besorolása, funkciói és fontossága



az cink ujjak (ZF) olyan szerkezeti motívumok, amelyek nagy mennyiségű eukarióta fehérjében vannak jelen. Ezek a metalloproteinek csoportjába tartoznak, mivel képesek a cink-fémion kötésére, amelyet működésükhez szükségesek. Előrejelzés szerint több mint 1500 ZF domén létezik körülbelül 1000 különböző fehérjében az emberekben.

A "cink ujj" kifejezést 1985-ben először Miller, McLachlan és Klug írták le, miközben részletesen tanulmányozták a TFIIIA transzkripciós faktor kis DNS-kötő doménjeit. Xenopus laevis, más szerzők által néhány évvel korábban ismertetett.

A ZF motívumokkal rendelkező fehérjék az eukarióta szervezetek genomjában a leggyakoribbak, és számos alapvető sejtes folyamatban vesznek részt, beleértve a genetikai transzkripciót, a fehérje transzlációt, az anyagcserét, a más fehérjék és lipidek összecsukását és összeszerelését. , programozott sejthalál, többek között.

index

  • 1 Szerkezet
  • 2 Osztályozás
    • 2.1 C2H2
    • 2,2 C2H
    • 2.3 C4 (hurok vagy szalag)
    • 2,4 C4 (GATA család)
    • 2,5 C6
    • 2.6 Cink ujjak (C3HC4-C3H2C3)
    • 2.7 H2C2
  • 3 Funkciók
  • 4 Biotechnológiai jelentőség
  • 5 Referenciák

struktúra

A ZF motívumok szerkezete rendkívül megőrzött. Általában ezek az ismétlődő régiók 30-60 aminosavból állnak, amelyek szekunder szerkezete két antiparallel béta lapként található, amelyek egy villát és egy alfa hélixet alkotnak, amelyet ββα-nak jelölnek..

Ezt a másodlagos szerkezetet hidrofób kölcsönhatások és két cisztein-maradék és két hisztidin-maradék által adott cink atom koordinációjával stabilizálják (Cys2övé2). Vannak azonban olyan ZF, amelyek egynél több cink atomot és másokat koordinálhatnak, ahol a Cys és az His maradékok sorrendje változik.

A ZF tandemben ismételhető, lineárisan konfigurálva ugyanabban a fehérjében. Mindegyiknek hasonló szerkezete van, de kémiailag megkülönböztethetők egymástól a kulcsfontosságú aminosavmaradékok variációival a funkcióik teljesítéséhez..

A ZF-ek közös jellemzője, hogy képesek különböző hosszúságú DNS- vagy RNS-molekulák felismerésére, ezért kezdetben csak transzkripciós tényezőknek tekintették őket..

Általában a DNS-ben a 3 bp hosszúságú régiók felismerése van, és akkor érhető el, ha a ZF-domén fehérje az alfa-hélixet mutatja a DNS-molekula nagyobb hornyához..

besorolás

Különböző ZF motívumok különböznek egymástól a természetük és a cink atomokkal való koordinációs kötések által elért különböző térbeli konfigurációk miatt. Az egyik osztályozás a következő:

C2H2

Ez a ZF-ben általánosan megtalálható motívum. Az okok többsége C2H2 specifikusak a DNS-sel és az RNS-sel való kölcsönhatásra, azonban megfigyelték, hogy részt vesznek a fehérje-fehérje kölcsönhatásokban. 25 és 30 aminosavmaradék között vannak, és az emlőssejtekben a szabályozó fehérjék legnagyobb családjába tartoznak.

C2H

Kölcsönhatásba lépnek az RNS-sel és néhány más fehérjével. Ezek főként a retrovírus kapszid egyes fehérjéinek részeként figyelhetők meg, és a replikáció után a vírus RNS csomagolásában együttműködnek..

C4 (nyakkendő vagy szalag)

Az említett motívummal rendelkező fehérjék a DNS replikációért és transzkripcióért felelős enzimek. Ezek jó példája lehet a T4 és T7 fágok elsődleges enzimei.

C4 (GATA család)

Ez a ZF család olyan transzkripciós faktorokat tartalmaz, amelyek a sejtek fejlődése során számos szövetben szabályozzák a fontos gének expresszióját. Például a GATA-2 és 3 faktorok részt vesznek a hematopoiesisben.

C6

Ezek a domének az élesztőspecifikus, különösen a GAL4 fehérje, amely aktiválja a galaktóz és melibióz alkalmazásában részt vevő gének transzkripcióját..

Cink ujjak (C. \ T3HC4-C3H2C3)

Ezek az egyedi struktúrák 2 ZF domén altípusot tartalmaznak (C3HC4 és C3H2C3) és számos állati és növényi fehérjében vannak jelen.

Ezek olyan fehérjékben találhatók, mint a RAD5, amelyek részt vesznek a DNS javításában az eukarióta szervezetekben. Ezek az RAG1-ben is megtalálhatók, amelyek nélkülözhetetlenek az immunglobulinok újrakonfigurálásához.

H2C2

Ez a ZF-domén erősen konzerválódott a retrovírusok és a retrotranszpozonok integráljában; a fehérjéhez való kötődés konformációs változást okoz.

funkciók

A ZF doménekkel rendelkező fehérjék többféle célt szolgálnak: ezek riboszomális fehérjékben vagy transzkripciós adapterekben találhatók. Az élesztő RNS polimeráz II szerkezetének szerves részeként is kimutatták őket.

Úgy tűnik, hogy részt vesznek az intracelluláris cink homeosztázisban és az apoptózis vagy a programozott sejthalál szabályozásában. Emellett vannak olyan fehérjék is, amelyek ZF-vel rendelkeznek, mint más fehérjék hajtogatására vagy szállítására szolgáló chaperonok.

A lipidkötés és a fehérje-fehérje kölcsönhatásokban kulcsfontosságú szerepe a ZF domének fontos funkciói is bizonyos fehérjékben.

Biotechnológiai jelentőség

Az évek során a ZF-területek strukturális és funkcionális megértése lehetővé tette, hogy nagy tudományos eredményeket érjen el, amelyek magukban foglalják a jellemzőik biotechnológiai célú felhasználását..

Mivel egyes fehérjék, amelyek a ZF-sel rendelkeznek, bizonyos DNS-doménekhez nagyfokú specifitással rendelkeznek, jelenleg jelentős erőfeszítéseket tesznek a specifikus ZF-ek tervezésébe, amelyek értékes fejlődést jelenthetnek az emberek génterápiájában.

Érdekes biotechnológiai alkalmazások is felmerülnek a géntechnológiával módosított ZF fehérjék tervezéséből. A kívánt végtől függően ezek közül némelyek "cink-cink" ujj peptidek hozzáadásával módosíthatók, amelyek képesek szinte bármilyen DNS-szekvenciát felismerni nagy affinitással és specifitással.

A módosított nukleázokkal való genomiális kiadás jelenleg az egyik legígéretesebb alkalmazás. Ez a fajta kiadás lehetőséget nyújt a genetikai funkciók tanulmányozásának elvégzésére közvetlenül az érdeklődésre számot tartó modellrendszerben.

A módosított ZF nukleotidokat használó géntechnológia felkeltette a tudósok figyelmét az agronómiai jelentőségű növények fajtáinak genetikai javítása terén. Ezeket a nukleázokat alkalmazták egy endogén gén korrekciójára, amely herbicid-rezisztens formákat termel a dohánynövényekben.

A ZF-sel rendelkező nukleázokat szintén használták gének hozzáadására emlőssejtekben. A szóban forgó fehérjéket az izogén egérsejtek halmazának létrehozására használtuk egy endogén génre meghatározott allélsorozattal.

Ez a folyamat közvetlen alkalmazást jelent a feliratozásban és az új allélformák létrehozásában a szerkezet és a funkció kapcsolatainak tanulmányozására a natív expressziós körülményekben és az izogén környezetben.

referenciák

  1. Berg, J. M. (1990). Cink ujj domének: hipotézisek és aktuális ismeretek. A biofizika és a biofizikai kémia éves felülvizsgálata, 19(39), 405-421.
  2. Dreier, B., Beerli, R., Segal, D., Flippin, J. és Barbas, C. (2001). Cink ujj domének fejlesztése az 5'-ANN-3 'DNS-szekvenciák családjának felismeréséhez és alkalmazásuk mesterséges transzkripciós faktorok építéséhez. JBC, (54).
  3. Gamsjaeger, R., Liew, C.K., Loughlin, F.E., Crossley, M., és Mackay, J.P. (2007). Öntapadó ujjak: cink-ujjak mint fehérje-felismerő motívumok. A biokémiai tudományok trendjei, 32(2), 63-70.
  4. Klug, A. (2010). A cink ujjak felfedezése és alkalmazásuk a génszabályozásban és a genom manipulációjában. A biokémia éves felülvizsgálata, 79(1), 213-231.
  5. Kluska, K., Adamczyk, J. és Krȩzel, A. (2017). A cink ujjak fémkötő tulajdonságai egy természetesen megváltozott fémkötővel. Metallomics, 10(2), 248-263.
  6. Laity, J. H., Lee, B. M. és Wright, P. E. (2001). Cink ujjfehérjék: Új felfogások a strukturális és funkcionális sokféleségről. Jelenlegi vélemény a strukturális biológiában, 11(1), 39-46.
  7. Miller, J., McLachlan, A. D. és Klug, A. (1985). Ismétlődő cinkkötő domének a Xenopus oocitákból származó IIIA protein transzkripciós faktorban. A kísérleti orvoslás nyomkövetési elemei, 4(6), 1609-1614.
  8. Urnov, F. D., Rebar, E. J., Holmes, M.C., Zhang, H.S. és Gregory, P. D. (2010). Genom szerkesztése mesterséges cink-ujj nukleázokkal. Nature Reviews Genetika, 11(9), 636-646.