Palce cynku, struktura, klasyfikacja, funkcja

Pierwotna struktura domeny palców cynku C2H2, w tym łącza, które koordynują jon cynku i z tłem „dłoni i palca”. Angel Herraez, Wikimedia Commons

Fingers cynkowy (ZF) to motywy strukturalne obecne w dużej liczbie eukariotów. Należą do grupy metaloproteinowej, ponieważ są w stanie zjednoczyć jon cynku, którego potrzebują do jego działania. Przewiduje się, że ponad 1500 domen ZF istnieje u około 1000 różnych białek u ludzi.

Termin palec cynkowy lub „palec cynkowy” został po raz pierwszy wymyślony w 1985 r. Przez Millera, McLachlan i Klug, jednocześnie szczegółowo badając małe domeny DNA DNA czynnika transkrypcyjnego tfiiia Xenopus laevis, opisane przez innych autorów kilka lat wcześniej.

Białka z motywami ZF są najbardziej obfite w genomie organizmów eukariotycznych i uczestniczą w różnorodności niezbędnych procesów komórkowych, w tym transkrypcja genetyczna, translacja białek, metabolizm, fałdowanie i składanie innych białek i lipidów wyróżniają inni.

Struktura

Struktura motywów ZF jest niezwykle zachowana. Zwykle te powtarzające się regiony mają 30 do 60 aminokwasów, których wtórna struktura jest jak dwie antyrównoległe arkusze beta, które tworzą widelec i proxy alfa, który jest oznaczony jako ββα.

Ta wtórna struktura jest stabilizowana przez interakcje hydrofobowe i koordynację atomu cynku podanego przez dwie odpady cysteiny i dwa odpady histydyny (CYS₂Jego₂). Istnieje jednak ZF, który może skoordynować więcej niż jeden atom cynku i inne, w których zróżnicowanie porządku CYS i jego odpadów.

Może ci służyć: kwas palmitolowy: struktura, funkcje, gdzie to jest

ZFS można powtarzać w partii, liniowo skonfigurowane w tym samym białku. Wszystkie mają podobne struktury, ale mogą się rozróżniać chemicznie według zmian kluczowych odpadów aminokwasowych w celu wypełnienia ich funkcji.

Wspólną cechą między ZF jest jego zdolność do rozpoznawania cząsteczek DNA lub RNA o różnych długościach, dlatego początkowo zostały one uważane za tylko czynniki transkrypcyjne.

Ogólnie rzecz biorąc, rozpoznawanie to regiony 3pb w DNA i osiąga się, gdy białko z domeną ZF przedstawia śmigło alfa do głównego rowka cząsteczki DNA.

Klasyfikacja

Istnieją różne powody ZF, które różnią się od siebie nawzajem i różne konfiguracje przestrzeni, które osiągają powiązania koordynacyjne z atomem cynku. Jedna z klasyfikacji jest następująca:

C₂H₂

Jest to powód powszechnie występujący w ZF. Większość powodów c₂H₂ Są one specyficzne do interakcji z DNA i RNA, jednak zaobserwowano, że uczestniczą w interakcjach białko-białko. Mają od 25 do 30 odpadów aminokwasowych i znajdują się w największej rodzinie białek regulacyjnych u ssaków.

C₂H

Oddziaływać z RNA i niektórymi innymi białkami. Są one głównie obserwowane jako część niektórych białek kapsydu retrowirusa, współpracując w opakowaniu wirusowego RNA tuż po replikacji.

C₄ (pętla lub taśma)

Białka o tym motywie to enzymy odpowiedzialne za replikację i transkrypcję DNA. Dobrym ich przykładem mogą być surowe enzymy fagów T4 i T7.

C₄ (Rodzina Gata)

Ta rodzina ZF zawiera czynniki transkrypcyjne, które regulują ekspresję ważnych genów w wielu tkankach podczas rozwoju komórek. Na przykład czynniki GATA-2 i 3 są zaangażowane w hematopoiesis.

Może ci służyć: ATP (triffosforan adenozyny)

C₆

Te domeny są typowe dla drożdży, w szczególności białka Gal4, które aktywuje transkrypcję genów zaangażowanych w stosowanie galaktozy i melibious.

Palce cynku (c₃HC₄-C₃H₂C₃)

Te szczególne struktury mają 2 podtypy domeny ZF (C₃HC₄ i C₃H₂C₃) i są obecne w licznych białkach zwierzęcych i roślin.

Znajdują się w białkach takich jak Rad5, biorących udział w naprawie DNA w organizmach eukariotycznych. Są również znalezione w RAG1, niezbędne do ponownej konfiguracji immunoglobulin.

H₂C₂

Ta domena ZF jest wysoce zachowana w całkach retrowirusa i retrotranspozonu; Przyłączając się do białego białka, powoduje to zmianę konformacyjną w tym samym.

Funkcje

Białka domen ZF służą różnym celom: Można je znaleźć w białkach rybosomalnych lub adapterach transkrypcyjnych. Zostały również wykryte jako integralna część struktury polimerazy RNA II drożdży.

Wydaje się, że są zaangażowani w wewnątrzkomórkową homeostazę cynku oraz w regulacji apoptozy lub zaprogramowanej śmierci komórkowej. Ponadto istnieją niektóre białka ZF, które działają jako opiekuna do składania lub transportu innych białek.

Związek lipidowy i podstawowa rola w interakcjach białko-białko są również wyjątkowymi funkcjami domen ZF w niektórych białkach.

Znaczenie biotechnologiczne

Z biegiem lat strukturalne i funkcjonalne zrozumienie domen ZF umożliwiło wielkie postępy naukowe, które sugerują zastosowanie ich cech do celów biotechnologicznych.

Ponieważ niektóre białka ZF mają dużą specyficzność ze względu na niektóre domeny DNA, obecnie inwestuje się wiele wysiłku w specyficzny projekt ZF, który może zapewnić cenne postępy w terapii genowej u ludzi.

Może ci służyć: chińska flora i fauna: reprezentatywne gatunki

Ciekawe zastosowania biotechnologiczne wynikają również z projektu białka z ZF zmodyfikowanym przez inżynierię genetyczną. W zależności od pożądanego końca, niektóre z nich można zmodyfikować przez dodanie palców palcami „politowych cynku”, które są zdolne do praktycznie rozpoznania jakiejkolwiek sekwencji DNA z wielkim powinowactwem i specyficznością.

Edycja genomowa ze zmodyfikowanymi nukleasami jest jedną z najbardziej obiecujących aplikacji dzisiaj. Ten rodzaj edycji oferuje możliwość przeprowadzenia badań funkcji genetycznej bezpośrednio w systemie zainteresowania.

Inżynieria genetyczna przy użyciu zmodyfikowanych nukleasów ZF przyciągnęła uwagę naukowców w dziedzinie genetycznej poprawy odmian o znaczeniu agronomicznym. Te nukleasy zostały wykorzystane do skorygowania endogennego genu, który wytwarza oporne na herbiobójcze kształty w roślinach tytoniowych.

Nukleaz z ZF został również zastosowany do dodania genów w komórkach ssaków. Białka, o których mowa, zastosowano do wygenerowania zestawu izogenicznych komórek myszy z serią alleli zdefiniowanych dla endogennego genu.

Taki proces ma bezpośrednie zastosowanie w znakowaniu i tworzenie nowych form allelicznych do badania struktury i funkcji w natywnych warunkach ekspresji oraz w środowiskach izogenicznych.

Bibliografia

1. Berg, J. M. (1990). Domeny palców cynku: hipotezy i obecna wiedza. Coroczny przegląd biofizyki i chemii biofizycznej, 19(39), 405-421.
2. Kluska, k., Adamczyk, J., & Krȩzel, a. (2017). Właściwości wiązania metalu palców cynkowych z naturalnie altenowym miejscem wiązania metalu. Metalomika, 10(2), 248-263.