Struktura zinku, klasifikace, funkce a význam



zinkové prsty (ZF) jsou strukturální motivy přítomné ve velkém množství eukaryotických proteinů. Patří do skupiny metaloproteinů, protože jsou schopny vázat ionty zinkového kovu, které potřebují pro svou činnost. Předpokládá se, že více než 1500 ZF domén existuje v přibližně 1000 různých proteinech u lidí.

Termín "zinkový prst" byl poprvé vytvořen v roce 1985 Millerem, McLachlanem a Klugem, přičemž podrobně studoval malé DNA vazebné domény transkripčního faktoru TFIIIA. Xenopus laevis, popsali jiní autoři před několika lety.

Proteiny s motivy ZF patří mezi nejhojnější v genomu eukaryotických organismů a účastní se řady základních buněčných procesů, včetně genetické transkripce, translace proteinů, metabolismu, skládání a sestavování jiných proteinů a lipidů. , naprogramovaná buněčná smrt, mezi ostatními.

Index

  • 1 Struktura
  • 2 Klasifikace
    • 2,1 C2H2
    • 2,2 C2H
    • 2.3 C4 (smyčka nebo stuha)
    • 2.4 C4 (rodina GATA)
    • 2,5 C6
    • 2.6 Prsty zinku (C3HC4-C3H2C3)
    • 2,7 H2C2
  • 3 Funkce
  • 4 Biotechnologický význam
  • 5 Odkazy

Struktura

Struktura motivů ZF je velmi zachována. Obvykle mají tyto opakované oblasti 30 až 60 aminokyselin, jejichž sekundární struktura se nachází ve dvou antiparalelních beta vrstvách, které tvoří vidličku a spirálu alfa, která je označena jako ββα..

Tato sekundární struktura je stabilizována hydrofobními interakcemi a koordinací atomu zinku daných dvěma cysteinovými zbytky a dvěma histidinovými zbytky (Cys2Jeho2). Existují však ZF, které mohou koordinovat více než jeden atom zinku a jiné, kde se liší pořadí Cys a His zbytků.

ZF může být opakován v tandemu, konfigurován lineárně ve stejném proteinu. Všechny mají podobné struktury, ale mohou být navzájem chemicky diferencovány pomocí variací klíčových aminokyselinových zbytků pro plnění svých funkcí.

Společným znakem ZF je jejich schopnost rozpoznávat molekuly DNA nebo RNA různých délek, což je důvod, proč byly původně považovány pouze za transkripční faktory.

Obecně je rozpoznávání oblastí 3 bp v DNA a je dosaženo, když protein s doménou ZF představuje alfa helix k větší drážce molekuly DNA..

Klasifikace

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

C2H2

Toto je motiv, který se běžně vyskytuje v ZF. Většina důvodů C2H2 jsou specifické pro interakci s DNA a RNA, nicméně byly pozorovány v interakcích protein-protein. Mají mezi 25 a 30 aminokyselinovými zbytky a jsou v největší rodině regulačních proteinů v savčích buňkách.

C2H

Interagují s RNA a některými dalšími proteiny. Oni jsou hlavně pozorováni jako součást některých bílkovin kapsle retrovirus, spolupracovat v balení virové RNA právě po replikaci \ t.

C4 (kravata nebo stuha)

Proteiny s uvedeným motivem jsou enzymy zodpovědné za replikaci DNA a transkripci. Dobrým příkladem mohou být primární 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. Například faktory GATA-2 a 3 se účastní hematopoézy.

C6

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

Zinkové prsty (C3HC4-C3H2C3)

Tyto konkrétní struktury mají 2 subtypy domén ZF (C3HC4 a C3H2C3) a jsou přítomny v mnoha živočišných a rostlinných proteinech.

Oni jsou nalezeni v bílkovinách takový jak RAD5, zapojený do opravy DNA v eukaryotic organismech. Jsou také nalezeny v RAG1, nezbytné pro re-konfiguraci imunoglobulinů.

H2C2

Tato ZF doména je vysoce konzervovaná v integrálech retrovirů a retrotranspozonů; vazbou na bílý protein způsobuje v něm konformační změnu.

Funkce

Proteiny se ZF doménami slouží několika účelům: mohou být nalezeny v ribozomálních proteinech nebo v transkripčních adaptérech. Byly také detekovány jako nedílná součást struktury kvasinkové RNA polymerázy II.

Zdá se, že se podílejí na intracelulární homeostáze zinku a na regulaci apoptózy nebo programované buněčné smrti. Kromě toho existují některé proteiny se ZF, které fungují jako chaperony pro skládání nebo transport jiných proteinů.

Vazba na lipidy a klíčová role v interakcích protein-protein jsou také důležité funkce domén ZF v některých proteinech.

Biotechnologický význam

Strukturální a funkční chápání domén ZF v průběhu let umožnilo učinit velké vědecké pokroky, které zahrnují využití jejich vlastností pro biotechnologické účely..

Vzhledem k tomu, že některé proteiny se ZF mají vysokou specificitu pro určité domény DNA, je v současné době mnoho úsilí investováno do návrhu specifického ZF, který může poskytnout cenné pokroky v genové terapii u lidí..

Zajímavé biotechnologické aplikace vyplývají také z návrhu proteinů se ZF modifikovaných genetickým inženýrstvím. V závislosti na požadovaném konci mohou být některé z nich modifikovány přidáním "zink-zinkových" prstových peptidů, které jsou schopny rozpoznat prakticky jakoukoliv DNA sekvenci s velkou afinitou a specificitou.

Vydání genomu s modifikovanými nukleázami je v současné době jednou z nejslibnějších aplikací. Tento typ edice nabízí možnost provedení studií genetické funkce přímo v modelovém systému zájmu.

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

Nukleázy se ZF byly také použity pro přidání genů v savčích buňkách. Dotyčné proteiny byly použity pro generování sady isogenních myších buněk s řadou alel definovaných pro endogenní gen.

Tento proces má přímou aplikaci při označování a vytváření nových alelických forem pro studium vztahů struktury a funkce v nativních podmínkách exprese a v izogenních prostředích..

Odkazy

  1. Berg, J. M. (1990). Zinkové prstové domény: 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 zinkových prstových domén pro rozpoznání 5'-ANN-3 'rodiny DNA sekvencí a jejich využití při konstrukci umělých transkripčních faktorů. JBC, (54).
  3. Gamsjaeger, R., Liew, C.K., Loughlin, F.E., Crossley, M., & Mackay, J.P. (2007). Lepivé prsty: zinkové prsty jako motivy rozpoznávání proteinů. Trendy v biochemických vědách, 32(2), 63-70.
  4. Klug, A. (2010). Objev zinkových prstů a jejich aplikace v genové regulaci a manipulaci s genomem. Roční přehled biochemie, 79(1), 213-231.
  5. Kluska, K., Adamczyk, J., & Krȩzel, A. (2017). Kovové vazebné vlastnosti zinkových prstů s přirozeně pozměněným místem vazby kovu. Metallomika, 10(2), 248-263.
  6. Laity, J. H., Lee, B.M., & Wright, P.E. (2001). Proteiny zinkového prstu: Nové pohledy na strukturní a funkční rozmanitost. Aktuální stanovisko ve strukturní biologii, 11(1), 39-46.
  7. Miller, J., McLachlan, A. D., & Klug, A. (1985). Repetitivní domény vázající zinek v proteinovém transkripčním faktoru IIIA z oocytů Xenopus. Žurnál stopových prvků v experimentální medicíně, 4(6), 1609-1614.
  8. Urnov, F. D., Rebar, E. J., Holmes, M. C., Zhang, H. S., & Gregory, P.D. (2010). Editace genomu pomocí nukleas z prstu zinku. Nature Reviews Genetics, 11(9), 636-646.