Cinko pirštas (Z) yra struktūrinio fragmentais yra daugelyje eukariotinių baltymų. Jie priklauso metaloproteinų grupei, nes yra pajėgūs surišti cinko metalo jonus, kurių reikia jų veikimui. Manoma, kad daugiau nei 1500 ZF domenų egzistuoja maždaug 1000 skirtingų baltymų žmonėms.
Terminą cinko pirštas arba „cinko pirštas“ pirmą kartą sukūrė 1985 m. Miller, McLachlan ir Klug, išsamiai ištyrę Xenopus laevis transkripcijos faktoriaus TFIIIA nedidelius DNR rišančius domenus, kuriuos kiti autoriai aprašė kelerius metus anksčiau. .
Grafinis cinko piršto motyvo baltymuose vaizdas (Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com), per „Wikimedia Commons“)
Baltymai su ZF motyvais yra vieni gausiausių eukariotinių organizmų genome ir dalyvauja daugybėje svarbių ląstelių procesų, tarp kurių yra genų transkripcija, baltymų transliacija, metabolizmas, kitų baltymų ir lipidų sulankstymas ir surinkimas. , užprogramuota ląstelių mirtis, be kita ko.
Struktūra
ZF motyvų struktūra yra nepaprastai konservuota. Paprastai šie pasikartojantys regionai turi nuo 30 iki 60 aminorūgščių, kurių antrinė struktūra yra kaip du antiparalleliai beta lakštai, sudarantys plaukų segtuką ir alfa spiralę, žymimą kaip ββα.
Minėtą antrinę struktūrą stabilizuoja hidrofobinės sąveikos ir cinko atomo, kurį suteikia du cisteino ir du histidino liekanos (Cys 2 His 2 ), koordinacija. Tačiau yra ZF, galinčių koordinuoti daugiau nei vieną cinko atomą, ir kitus, kuriuose Cys ir Jo liekanų tvarka skiriasi.
ZF gali būti kartojami serijomis, linijiškai sukonfigūruoti tame pačiame baltyme. Visi turi panašias struktūras, tačiau gali būti chemiškai atskirti vienas nuo kito keičiant aminorūgščių liekanas, kurios yra svarbiausios jų funkcijoms atlikti.
Bendras ZF bruožas yra jų gebėjimas atpažinti skirtingo ilgio DNR ar RNR molekules, todėl iš pradžių jos buvo laikomos tik transkripcijos veiksniais.
Apskritai DNR atpažįsta 3 bp sritis ir pasiekiama, kai ZF domeno baltymas pateikia alfa spiralę į pagrindinį DNR molekulės griovelį.
klasifikacija
Yra įvairių ZF motyvų, kurie skiriasi vienas nuo kito pagal savo pobūdį ir skirtingas erdvines konfigūracijas, pasiekiamas derinant ryšius su cinko atomu. Viena iš klasifikacijų yra tokia:
C
Tai dažniausiai sutinkamas ZF motyvas. Dauguma C 2 H 2 motyvų yra specifiški sąveikai su DNR ir RNR, tačiau buvo pastebėta, kad jie dalyvauja baltymų ir baltymų sąveikoje. Jie turi nuo 25 iki 30 aminorūgščių liekanų ir yra didžiausioje žinduolių ląstelių reguliuojamųjų baltymų šeimoje.
Pirminė cinko piršto srities C2H2 struktūra, įskaitant jungtis, koordinuojančias cinko joną ir turinčią „rankos ir piršto“ foną („AngelHerraez“, per „Wikimedia Commons“)
C
Jie sąveikauja su RNR ir kai kuriais kitais baltymais. Jie daugiausia vertinami kaip kai kurių retrovirusų kapsidinių baltymų dalis, padedantys supakuoti viruso RNR iškart po jų replikacijos.
C
Baltymai su tokiu motyvu yra fermentai, atsakingi už DNR replikaciją ir transkripciją. Puikiu jų pavyzdžiu gali būti šiurkščiavilnių fermentai T4 ir T7.
C
Šią ZF šeimą sudaro transkripcijos veiksniai, kurie reguliuoja svarbių genų ekspresiją daugybėje audinių ląstelių vystymosi metu. Pavyzdžiui, hematopoezėje dalyvauja GATA-2 ir 3 veiksniai.
C
Šie domenai būdingi mielėms, konkrečiai - GAL4 baltymas, kuris suaktyvina genų, susijusių su galaktozės ir melibiozės naudojimu, transkripciją.
Cinko pirštai (C
Šie ypač struktūros turi 2 potipių ZF domenų (C 3 HC 4 ir C 3 H 2 C 3 ) ir RANDAMI daugelyje gyvūnų ir augalų baltymų.
Jie randami baltymuose, tokiuose kaip RAD5, dalyvauja eukariotinių organizmų DNR atstatyme. Jie taip pat randami RAG1, būtini imunoglobulinų pertvarkymui.
H
Šis ZF domenas yra labai konservuotas retrovirusų ir retrotranspononų integrazėse; prisijungdamas prie tikslinio baltymo, jis sukelia konformacinius pokyčius jame.
funkcijos
Baltymai su ZF domenais tarnauja įvairiais tikslais: jų galima rasti ant ribosomų baltymų arba ant transkripcijos adapterių. Jie taip pat buvo aptikti kaip neatsiejama mielių RNR polimerazės II struktūros dalis.
Atrodo, kad jie dalyvauja tarpląstelinėje cinko homeostazėje ir reguliuojant apoptozę ar užprogramuotą ląstelių mirtį. Be to, yra keletas ZF baltymų, kurie veikia kaip chaperonai, skirti sulankstyti ar pernešti kitus baltymus.
Ryšys su lipidais ir kritinis baltymų-baltymų sąveikos vaidmuo taip pat yra svarbios kai kurių baltymų ZF domenų funkcijos.
Biotechnologinė svarba
Bėgant metams ZF sričių struktūrinis ir funkcinis supratimas leido pasiekti didelę mokslo pažangą, kai jų charakteristikos buvo naudojamos biotechnologiniams tikslams.
Kadangi kai kurie ZF baltymai turi didelį specifiškumą tam tikriems DNR domenams, šiuo metu daug pastangų dedama į specifinių ZF sukūrimą, kurie gali suteikti vertingos pažangos genų terapijoje žmonėms.
Įdomūs biotechnologiniai pritaikymai taip pat kyla dėl baltymų su genetiškai modifikuotais ZF sukūrimo. Priklausomai nuo norimo tikslo, kai kuriuos iš jų galima modifikuoti pridedant „poli cinko“ pirštų peptidus, kurie geba atpažinti praktiškai bet kokią DNR seką, turinčią didelį afinitetą ir specifiškumą.
Nukleazės modifikuotas genomo redagavimas yra viena perspektyviausių šių dienų programų. Šis redagavimo būdas suteikia galimybę atlikti genetinės funkcijos tyrimus tiesiogiai dominančioje modelių sistemoje.
Genetinė inžinerija, naudojant modifikuotas ZF nukleazes, patraukė mokslininkų dėmesį genetinės agronominės svarbos augalų veislių gerinimo srityje. Šios nukleazės buvo panaudotos endogeniniam genui, kuris tabako augaluose sukuria herbicidams atsparias formas, pataisyti.
Branduoliai su ZF taip pat buvo naudojami pridedant genus žinduolių ląstelėse. Aptariami baltymai buvo naudojami generuoti izogeninių pelių ląstelių rinkinį su apibrėžtų endogeninio geno alelių rinkiniu.
Toks procesas yra tiesiogiai pritaikomas žymint ir kuriant naujas aleliškas formas, tiriant struktūrą ir funkcijų ryšius natūraliomis išraiškos sąlygomis ir izogeninėje aplinkoje.
Nuorodos
- Bergas, J. M. (1990). Cinko pirštų sritys: hipotezės ir dabartinės žinios. Metinė biofizikos ir biofizinės chemijos apžvalga, 19 (39), 405–421.
- Dreier, B., Beerli, R., Segal, D., Flippin, J., & Barbas, C. (2001). Cinko pirštų domenų, skirtų atpažinti 5'-ANN-3 'šeimos DNR sekas, sukūrimas ir jų panaudojimas kuriant dirbtinius transkripcijos veiksnius. JBC, (54).
- Gamsjaeger, R., Liew, CK, Loughlin, FE, Crossley, M., ir Mackay, JP (2007). Lipnūs pirštai: cinko pirštai kaip baltymų atpažinimo motyvai. Biocheminių mokslų tendencijos, 32 (2), 63–70.
- Klug, A. (2010). Cinko pirštų atradimas ir jų pritaikymas genų reguliavime ir genomo manipuliacijoje. Metinė biochemijos apžvalga, 79 (1), 213–231.
- Kluska, K., Adamczyk, J., & Krȩzel, A. (2017). Cinko pirštų su natūraliai pakitusia metalų rišimo vieta metalinės rišamosios savybės. Metallomika, 10 (2), 248–263.
- Laity, JH, Lee, BM ir Wright, PE (2001). Cinko pirštų baltymai: naujos įžvalgos apie struktūrinę ir funkcinę įvairovę. Dabartinė nuomonė struktūrinėje biologijoje, 11 (1), 39–46.
- Miller, J., McLachlan, AD, ir Klug, A. (1985). Pasikartojantys cinko surišimo domenai baltymų transkripcijos faktoriuje IIIA iš Xenopus oocitų. Žurnalas apie mikroelementus eksperimentinėje medicinoje, 4 (6), 1609–1614.
- Urnovas, FD, „Rebar“, EJ, Holmes, MC, Zhang, HS, ir Gregory, PD (2010). Genomo redagavimas su inžinerinėmis cinko piršto nukleazėmis. „Nature Reviews Genetics“, 11 (9), 636–646.