Cinka pirkstu (ZF) ir strukturāli motīviem klāt daudzos eikariotu proteīniem. Tie pieder metaloproteīnu grupai, jo tie spēj saistīt cinka metāla jonus, kas nepieciešami to darbībai. Tiek prognozēts, ka vairāk nekā 1500 ZF domēnu eksistē apmēram 1000 dažādiem proteīniem cilvēkiem.
Terminu cinka pirksts vai “cinka pirksts” 1985. gadā pirmo reizi izgudroja Millers, Maklahlans un Klugs, vienlaikus sīki izpētot Xenopus laevis transkripcijas faktora TFIIIA mazos DNS saistošos domēnus, ko citi autori aprakstīja dažus gadus iepriekš. .
Cinka pirksta motīva grafisks attēlojums olbaltumvielās (Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com), izmantojot Wikimedia Commons)
Olbaltumvielas ar ZF motīviem ir vieni no visizplatītākajiem eikariotu organismu genomā un piedalās būtisku šūnu procesu daudzveidībā, starp kuriem ir gēnu transkripcija, olbaltumvielu translācija, metabolisms, citu olbaltumvielu un lipīdu salocīšana un salikšana. , ieprogrammēta šūnu nāve, cita starpā.
Uzbūve
ZF motīvu struktūra ir ārkārtīgi konservēta. Parasti šajos atkārtotajos reģionos ir no 30 līdz 60 aminoskābēm, kuru sekundārā struktūra ir atrodama kā divas antiparalēlas beta loksnes, kas veido matadatu un alfa spirāli, ko apzīmē kā ββα.
Minēto sekundāro struktūru stabilizē hidrofobā mijiedarbība un cinka atoma koordinācija, ko piešķir divi cisteīna un divi histidīna atlikumi (Cys 2 His 2 ). Tomēr ir ZF, kas var koordinēt vairāk nekā vienu cinka atomu, un citi, kur Cys un Viņa atlikumu secība mainās.
ZF var atkārtot sērijā, lineāri konfigurējot tajā pašā proteīnā. Visiem ir līdzīgas struktūras, taču tos var ķīmiski atšķirt viens no otra ar aminoskābju atlikumu variācijām, kas ir svarīgas to funkciju veikšanai.
ZF kopīga iezīme ir to spēja atpazīt dažāda garuma DNS vai RNS molekulas, tāpēc sākotnēji tās tika uzskatītas tikai par transkripcijas faktoriem.
Kopumā DNS atpazīst 3 bp reģionus, un to panāk, kad olbaltumviela ar ZF domēnu alfa spirāli uzrāda uz DNS molekulas galveno gropi.
Klasifikācija
Ir dažādi ZF motīvi, kas atšķiras viens no otra pēc to rakstura un atšķirīgajām telpiskajām konfigurācijām, ko panāk ar koordinācijas saitēm ar cinka atomu. Viena no klasifikācijām ir šāda:
C
Šis ir ZF bieži sastopams motīvs. Lielākā daļa C 2 H 2 motīvu ir specifiski mijiedarbībai ar DNS un RNS, tomēr ir novērots, ka tie piedalās olbaltumvielu un olbaltumvielu mijiedarbībā. Viņiem ir no 25 līdz 30 aminoskābju atlikumiem, un tie ir sastopami lielākajā regulējošo olbaltumvielu saimei zīdītāju šūnās.
C2H2 cinka pirksta domēna primārā struktūra, ieskaitot saites, kas koordinē cinka jonu un uz "rokas un pirksta" fona (AngelHerraez, izmantojot Wikimedia Commons)
C
Viņi mijiedarbojas ar RNS un dažiem citiem proteīniem. Tie galvenokārt tiek uzskatīti par dažu retrovīrusu kapsīdu olbaltumvielu daļu, palīdzot vīrusu RNS iesaiņošanā tūlīt pēc replikācijas.
C
Olbaltumvielas ar šo motīvu ir fermenti, kas atbild par DNS replikāciju un transkripciju. Labs piemērs tam var būt rupji fermenti T4 un T7.
C
Šajā ZF saimē ir transkripcijas faktori, kas regulē svarīgu gēnu ekspresiju daudzos audos šūnu attīstības laikā. Piemēram, GATA-2 un 3 faktori ir iesaistīti asinsradi.
C
Šie domēni ir raksturīgi raugam, īpaši GAL4 proteīnam, kas aktivizē galaktozes un melibiose lietošanā iesaistīto gēnu transkripciju.
Cinka pirksti (C
Šie konkrētie struktūras piemīt 2 apakštipiem ZF domēnu (C 3 HC 4 un C 3 H 2 C 3 ) un kas ir daudzos dzīvnieku un augu olbaltumvielu.
Tie ir atrodami olbaltumvielās, piemēram, RAD5, iesaistītas DNS atjaunošanā eikariotu organismos. Tie ir atrodami arī RAG1, kas ir nepieciešami imūnglobulīnu pārkonfigurācijai.
H
Šis ZF domēns ir ļoti konservēts retrovīrusu un retrotransposonu integrāzēs; saistoties ar mērķa proteīnu, tas izraisa konformācijas izmaiņas tajā.
Iespējas
Olbaltumvielas ar ZF domēniem kalpo dažādiem mērķiem: tos var atrast uz ribosomu olbaltumvielām vai uz transkripcijas adapteriem. Tie ir atklāti arī kā rauga RNS polimerāzes II struktūras neatņemama sastāvdaļa.
Šķiet, ka tie ir iesaistīti intracelulārā cinka homeostāzē un apoptozes vai ieprogrammētās šūnu nāves regulēšanā. Turklāt ir daži ZF proteīni, kas darbojas kā chaperones citu olbaltumvielu locīšanai vai transportēšanai.
Atsevišķu olbaltumvielu ZF domēnu svarīgās funkcijas ir arī saistīšanās ar lipīdiem un kritiska loma olbaltumvielu-olbaltumvielu mijiedarbībā.
Biotehnoloģiskā nozīme
Gadu gaitā ZF domēnu strukturālā un funkcionālā izpratne ļāva sasniegt lielus zinātnes sasniegumus, kas saistīti ar to īpašību izmantošanu biotehnoloģiskiem mērķiem.
Tā kā dažiem ZF proteīniem ir augsta specifika attiecībā uz noteiktiem DNS domēniem, šobrīd daudz pūļu tiek ieguldīts īpašu ZF veidošanā, kas var sniegt vērtīgus sasniegumus gēnu terapijā cilvēkiem.
Interesanti biotehnoloģiskie pielietojumi rodas arī no olbaltumvielu izstrādes ar ģenētiski inženierijas ceļā izveidotiem ZF. Atkarībā no vēlamā mērķa dažus no tiem var modificēt, pievienojot "poli cinka" pirkstu peptīdus, kas spēj atpazīt praktiski jebkuru DNS secību ar augstu afinitāti un specifiskumu.
Nukleāzes modificētā genomiskā rediģēšana ir viena no daudzsološākajām lietojumprogrammām mūsdienās. Šis rediģēšanas veids piedāvā iespēju veikt ģenētiskās funkcijas pētījumus tieši interesējošajā modeļa sistēmā.
Gēnu inženierija, izmantojot modificētas ZF nukleāzes, ir piesaistījusi zinātnieku uzmanību agronomiski nozīmīgu augu šķirņu ģenētiskās uzlabošanas jomā. Šīs nukleāzes tika izmantotas, lai koriģētu endogēnu gēnu, kas tabakas augos rada herbicīdu rezistentas formas.
Gēnu pievienošanai zīdītāju šūnās ir izmantotas arī nukleāzes ar ZF. Attiecīgos proteīnus izmantoja, lai ģenerētu izogēno peļu šūnu komplektu ar noteiktu endēno gēnu alēļu komplektu.
Šādam procesam ir tieša pielietošana jaunu alellu formu marķēšanā un izveidē, lai pētītu struktūras un funkcijas attiecības dabiskos izteiksmes apstākļos un izogēnā vidē.
Atsauces
- Bergs, JM (1990). Cinka pirkstu domēni: hipotēzes un pašreizējās zināšanas. Gada biofizikas un biofizikālās ķīmijas apskats, 19 (39), 405–421.
- Dreier, B., Beerli, R., Segal, D., Flippin, J., & Barbas, C. (2001). Cinka pirkstu domēnu izstrāde 5'-ANN-3 'DNS sekvenču saimes atpazīšanai un to izmantošana mākslīgo transkripcijas faktoru konstruēšanā. JBC, (54).
- Gamsjaeger, R., Liew, CK, Loughlin, FE, Crossley, M., & Mackay, JP (2007). Lipīgi pirksti: cinka pirksti kā olbaltumvielu atpazīšanas motīvi. Bioķīmisko zinātņu tendences, 32. (2), 63. – 70.
- Klugs, A. (2010). Cinka pirkstu atklāšana un to pielietojums gēnu regulēšanā un genoma manipulācijā. Gada pārskats par bioķīmiju, 79 (1), 213. – 231.
- Kluska, K., Adamczyk, J., & Krȩzel, A. (2017). Cinka pirkstu metāla saistošās īpašības ar dabiski mainītu metāla saistīšanas vietu. Metallomics, 10 (2), 248–263.
- Laity, JH, Lee, BM, & Wright, PE (2001). Cinka pirkstu proteīni: jauns ieskats strukturālajā un funkcionālajā daudzveidībā. Pašreizējais atzinums strukturālajā bioloģijā, 11. (1), 39. – 46.
- Millers, J., Maklahlans, AD, un Klugs, A. (1985). Atkārtoti cinka saistošie domēni olbaltumvielu transkripcijas faktorā IIIA no Xenopus oocītiem. Žurnāls Trace Elements in Experimental Medicine, 4 (6), 1609–1614.
- Urnovs, FD, Rebar, EJ, Holmes, MC, Zhang, HS, & Gregory, PD (2010). Genoma rediģēšana ar cinka pirkstu nukleāzēm. Dabas apskats Ģenētika, 11 (9), 636–646.