Struktur jari-jari zink, klasifikasi, fungsi dan kepentingannya



The jari zink (ZF) adalah motif struktur yang terdapat dalam sejumlah besar protein eukariotik. Mereka tergolong dalam kumpulan metalloprotein, kerana mereka mampu mengikat ion logam zink, yang mereka perlukan untuk operasi mereka. Diperkirakan lebih dari 1500 domain ZF wujud di sekitar 1000 protein yang berbeza pada manusia.

Istilah "jari zink" dicipta untuk kali pertama pada tahun 1985 oleh Miller, McLachlan dan Klug, sambil mempelajari secara terperinci domain kecil DNA yang mengikat faktor transkripsi TFIIIA. Xenopus laevis, diterangkan oleh penulis lain beberapa tahun sebelum ini.

Protein dengan motif ZF adalah antara yang paling banyak dalam genom organisma eukariotik dan mengambil bahagian dalam pelbagai proses selular penting, termasuk transkripsi genetik, terjemahan protein, metabolisme, lipatan dan pemasangan protein dan lipid lain , kematian sel yang diprogramkan, antara lain.

Indeks

  • 1 Struktur
  • 2 Klasifikasi
    • 2.1 C2H2
    • 2.2 C2H
    • 2.3 C4 (gelung atau reben)
    • 2.4 C4 (keluarga GATA)
    • 2.5 C6
    • 2.6 Finger zink (C3HC4-C3H2C3)
    • 2.7 H2C2
  • 3 Fungsi
  • 4 Kepentingan bioteknologi
  • 5 Rujukan

Struktur

Struktur motif ZF sangat dipelihara. Biasanya kawasan berulang ini mempunyai 30 hingga 60 asid amino, yang struktur sekundernya dijumpai sebagai dua helaian beta antiparallel yang membentuk garpu dan alfa helix, yang dilambangkan sebagai ββα.

Struktur sekunder ini disejajarkan oleh interaksi hidrofobik dan oleh koordinasi atom zink yang diberikan oleh dua sisa sistein dan dua sisa histidina (Cys2Nya2). Walau bagaimanapun, terdapat ZF yang boleh menyelaraskan lebih daripada satu atom zink dan yang lain di mana perintah Cys dan sisa-sisanya berbeza-beza.

ZF boleh diulang secara bersamaan, dikonfigurasikan secara linear dalam protein yang sama. Semua mempunyai struktur yang serupa, tetapi boleh dibezakan secara kimia daripada satu sama lain oleh variasi residu asid amino utama untuk memenuhi fungsi mereka.

Ciri umum di kalangan ZF adalah keupayaan mereka untuk mengenali molekul DNA atau RNA dengan panjang yang berlainan, sebab itulah mereka pada awalnya hanya dianggap sebagai faktor transkrip.

Secara umumnya pengiktirafan adalah kawasan 3 bp dalam DNA dan ia dicapai apabila protein dengan domain ZF membentangkan helix alfa ke alur yang lebih besar daripada molekul DNA..

Pengkelasan

Terdapat motif ZF berbeza yang berbeza antara satu sama lain disebabkan sifatnya dan konfigurasi ruang yang berbeza yang dicapai oleh ikatan koordinasi dengan atom zink. Salah satu klasifikasi adalah seperti berikut:

C2H2

Ini adalah motif biasa yang terdapat dalam ZF. Kebanyakan sebab C2H2 mereka khusus untuk interaksi dengan DNA dan RNA, namun, mereka telah diperhatikan menyertai interaksi protein-protein. Mereka mempunyai antara 25 dan 30 residu asid amino dan berada dalam keluarga terbesar protein pengawalseliaan dalam sel mamalia.

C2H

Mereka berinteraksi dengan RNA dan beberapa protein lain. Mereka terutamanya diperhatikan sebagai sebahagian daripada beberapa protein kapsul retrovirus, bekerjasama dalam pembungkusan RNA virus selepas replikasi.

C4 (tali leher atau reben)

Protein dengan motif tersebut adalah enzim yang bertanggungjawab untuk replikasi DNA dan transkripsi. Satu contoh yang baik ini mungkin enzim utama ph4 T4 dan T7.

C4 (Keluarga GATA)

Keluarga ZF ini terdiri daripada faktor transkripsi yang mengatur ekspresi gen penting dalam pelbagai tisu semasa pembangunan sel. Sebagai contoh, faktor GATA-2 dan 3 terlibat dalam hematopoiesis.

C6

Domain ini adalah spesies yis, khususnya protein GAL4, yang mengaktifkan transkripsi gen yang terlibat dalam penggunaan galaktosa dan melibiosa.

Jari zink (C3HC4-C3H2C3)

Struktur tertentu mempunyai 2 subtip domain ZF (C3HC4 dan C3H2C3) dan terdapat dalam banyak protein haiwan dan tumbuhan.

Mereka dijumpai dalam protein seperti RAD5, yang terlibat dalam pembaikan DNA dalam organisma eukariotik. Mereka juga dijumpai dalam RAG1, penting untuk konfigurasi semula immunoglobulin.

H2C2

Domain ZF ini sangat terpelihara dalam integral retrovirus dan retrotransposon; dengan mengikat protein putih menyebabkan perubahan konformasi di dalamnya.

Fungsi

Protein dengan domain ZF berfungsi beberapa tujuan: mereka boleh didapati dalam protein ribosom atau dalam adaptor transkrip. Mereka juga telah dikesan sebagai sebahagian daripada struktur RNA polimerase II ragi.

Mereka nampaknya terlibat dalam homeostasis zink intraseluler dan dalam peraturan apoptosis atau kematian sel diprogram. Di samping itu, terdapat beberapa protein dengan ZF yang berfungsi sebagai pendua untuk lipatan atau pengangkutan protein lain.

Lipid mengikat dan peranan penting dalam interaksi protein-protein juga merupakan fungsi penting dalam domain ZF dalam beberapa protein.

Kepentingan bioteknologi

Selama bertahun-tahun, pemahaman struktur dan fungsi domain ZF telah dibenarkan untuk membuat kemajuan saintifik yang hebat yang melibatkan penggunaan ciri-ciri mereka untuk tujuan bioteknologi.

Oleh kerana sesetengah protein dengan ZF mempunyai kekhususan yang tinggi untuk domain DNA tertentu, banyak usaha kini dilaburkan dalam reka bentuk ZF tertentu, yang dapat memberikan kemajuan berharga dalam terapi gen manusia.

Aplikasi bioteknologi yang menarik juga timbul daripada reka bentuk protein dengan ZF diubahsuai oleh kejuruteraan genetik. Bergantung pada hujung yang diingini, sesetengahnya boleh diubah suai dengan penambahan peptida jari "zink-zink", yang mampu mengiktiraf hampir sebarang urutan DNA dengan persamaan dan kekhususan yang besar.

Edisi genom dengan nucleases diubahsuai adalah salah satu aplikasi yang paling menjanjikan pada masa kini. Edisi jenis ini menawarkan kemungkinan menjalankan kajian mengenai fungsi genetik secara langsung dalam sistem model kepentingan.

Kejuruteraan genetik yang menggunakan nukleus ZF diubahsuai telah menarik perhatian saintis dalam bidang penambahbaikan genetik tanaman kultur kepentingan agronomi. Nukleases ini telah digunakan untuk membetulkan gen endogen yang menghasilkan bentuk herbisida yang tahan dalam tumbuhan tembakau.

Nuklease dengan ZF juga telah digunakan untuk penambahan gen dalam sel mamalia. Protein yang dimaksudkan digunakan untuk menjana satu set sel tikus isogenik dengan satu siri alel yang ditakrifkan untuk gen endogen.

Proses ini mempunyai aplikasi langsung dalam pelabelan dan penciptaan bentuk allelic baru untuk mengkaji hubungan struktur dan fungsi dalam keadaan asal ungkapan dan dalam persekitaran isogenic.

Rujukan

  1. Berg, J. M. (1990). Zink jari domain: hipotesis dan pengetahuan semasa. Kajian Tahunan Kimia Biofizik dan Biofizik, 19(39), 405-421.
  2. Dreier, B., Beerli, R., Segal, D., Flippin, J., & Barbas, C. (2001). Pembangunan domain jari-jari zink untuk pengiktirafan urutan keluarga 5'-ANN-3 'dan penggunaannya dalam pembinaan faktor transkripsi buatan. JBC, (54).
  3. Gamsjaeger, R., Liew, C.K., Loughlin, F.E., Crossley, M., & Mackay, J.P. (2007). Jari melekit: jari-jari zink sebagai motif pengiktirafan protein. Trend dalam Sains Biokimia, 32(2), 63-70.
  4. Klug, A. (2010). The Discovery of Zinc Fingers dan Aplikasi mereka dalam Peraturan Gen dan Manipulasi Genome. Kajian Tahunan Biokimia, 79(1), 213-231.
  5. Kluska, K., Adamczyk, J., & Krȩzel, A. (2017). Ciri mengikat logam jari-jari zink dengan tapak mengikat logam secara semula jadi. Metallomics, 10(2), 248-263.
  6. Laity, J. H., Lee, B. M., & Wright, P. E. (2001). Protein jari zink: Pemahaman baru kepada kepelbagaian struktur dan fungsi. Pendapat Semasa dalam Biologi Struktur, 11(1), 39-46.
  7. Miller, J., McLachlan, A. D., & Klug, A. (1985). Domain zink yang mengikat berulang dalam faktor transkripsi protein IIIA dari oosit Xenopus. Jurnal Elemen Trace dalam Perubatan Eksperimen, 4(6), 1609-1614.
  8. Urnov, F. D., Rebar, E.J., Holmes, M.C., Zhang, H.S., & Gregory, P.D. (2010). Penyuntingan genom dengan nukleas jari berstruktur zink. Alam Ulasan Genetik, 11(9), 636-646.