Tsingi sõrmede struktuur, liigitus, funktsioonid ja tähtsus



The tsingisõrmed (ZF) on struktuursed motiivid, mis esinevad suurel hulgal eukarüootsetel valkudel. Nad kuuluvad metalloproteiinide rühma, kuna nad on võimelised siduma tsinkmetalli iooni, mida nad vajavad nende toimimiseks. Ennustatakse, et umbes 1000 ZF domeenil on umbes 1000 erinevas valguses inimestel.

Termin "tsingisõrm" loodi esimest korda 1985. aastal Miller, McLachlan ja Klug, uurides samal ajal üksikasjalikult TFIIIA transkriptsioonifaktori väikesi DNA-sidumisdomeene. Xenopus laevis, teiste autorite poolt mõned aastad varem kirjeldatud.

ZF-motiividega proteiinid on eukarüootsete organismide genoomis kõige sagedasemad ja osalevad mitmesugustes olulistes rakuprotsessides, kaasa arvatud geneetiline transkriptsioon, valgu translatsioon, metabolism, teiste valkude ja lipiidide kokkuklapistamine ja kokkupanemine. , muu hulgas programmeeritud rakusurma.

Indeks

  • 1 Struktuur
  • 2 Klassifikatsioon
    • 2.1 C2H2
    • 2,2 C2H
    • 2.3 C4 (silmus või lint)
    • 2,4 C4 (GATA perekond)
    • 2.5 C6
    • 2.6 Tsinki sõrmed (C3HC4-C3H2C3)
    • 2,7 H2C2
  • 3 Funktsioonid
  • 4 Biotehnoloogiline tähtsus
  • 5 Viited

Struktuur

ZF motiivide struktuur on äärmiselt säilinud. Tavaliselt on nendel korduvatel piirkondadel 30 kuni 60 aminohapet, mille sekundaarne struktuur on kaks antiparalleelset beeta-lehte, mis moodustavad kahvli ja alfa-heeliksi, mida tähistatakse kui ββα.

Seda sekundaarset struktuuri stabiliseerivad hüdrofoobsed interaktsioonid ja kahe tsüsteiinijäägi ja kahe histidiinijäägi (Cys2Tema2). Siiski on ZF, mis suudab koordineerida rohkem kui ühte tsinki aatomit ja teisi, kus Cys ja His jääkide järjekord varieerub.

ZF-i saab korrata tandemina, konfigureeritud lineaarselt samas valgus. Kõigil neist on sarnased struktuurid, kuid nende funktsionaalsuse täitmiseks võivad olulised aminohappejäägid varieeruda keemiliselt..

ZFide ühiseks tunnuseks on nende võime tuvastada erineva pikkusega DNA- või RNA-molekule, mistõttu neid peeti esialgu ainult transkriptsioonifaktoriteks..

Üldiselt on DNA-s 3-bp piirkondade äratundmine ja see saavutatakse, kui ZF-domeeniga valk kujutab alfa-heeliksit DNA molekuli suuremale soonele..

Klassifikatsioon

On olemas erinevad ZF motiivid, mis erinevad oma olemuse ja tsinki aatomiga koordineerimissidemetega saavutatud erinevate ruumiliste konfiguratsioonide poolest. Üks klassifikatsioonidest on järgmine:

C2H2

See on ZF-is tavaliselt leitud motiiv. Enamik põhjusi C2H2 nad on spetsiifilised interaktsiooniks DNA ja RNA-ga, kuid neid on täheldatud osaledes valgu-valgu interaktsioonides. Neil on 25 kuni 30 aminohappejääki ja nad on imetajate rakkudes reguleerivate valkude suurima perekonna sees.

C2H

Nad suhtlevad RNA ja mõnede teiste valkudega. Neid täheldatakse peamiselt osana mõnedest retroviiruse kapsiidi valkudest, tehes koostööd viiruse RNA pakendis vahetult pärast replikatsiooni..

C4 (lips või lint)

Nimetatud motiiviga valgud on DNA replikatsiooni ja transkriptsiooni eest vastutavad ensüümid. Nende hea näide võivad olla faagide T4 ja T7 algensüümid.

C4 (GATA perekond)

See ZF perekond sisaldab transkriptsioonifaktoreid, mis reguleerivad oluliste geenide ekspressiooni paljudes kudedes raku arengu ajal. GATA-2 ja 3 faktorid on näiteks seotud hematopoeesiga.

C6

Need domeenid on pärmi-spetsiifilised, täpsemalt GAL4 valk, mis aktiveerib galaktoosi ja melibioosi kasutamisega seotud geenide transkriptsiooni..

Tsingi sõrmed (C3HC4-C3H2C3)

Need konkreetsed struktuurid omavad 2 ZF-domeenide alatüüpi (C3HC4 ja C3H2C3) ja esineb paljudes loomsetes ja taimsetes valkudes.

Neid leidub valkudes nagu RAD5, mis on seotud DNA parandamisega eukarüootsetes organismides. Neid leidub ka RAG1-s, mis on oluline immunoglobuliinide uuesti konfigureerimiseks.

H2C2

See ZF domeen on retroviiruste ja retrotransposoonide integraalides väga konserveerunud; valge valguga seondumisel põhjustab see konformatsioonilise muutuse.

Funktsioonid

ZF-domeenidega valgud täidavad mitmeid eesmärke: neid võib leida ribosomaalsetes valkudes või transkriptsioonilistes adapterites. Neid on samuti leitud pärmi RNA polümeraasi II struktuuri lahutamatu osana.

Tundub, et nad osalevad tsellulaarses tsink homeostaasis ja apoptoosi või programmeeritud rakusurma reguleerimises. Lisaks on ZF-ga mõningaid valke, mis toimivad chaperonitena teiste valkude voltimiseks või transportimiseks.

Lipiidide sidumine ja võtmeroll proteiini-valgu interaktsioonides on samuti mõnede valkude ZF-domeenide olulised funktsioonid.

Biotehnoloogiline tähtsus

Aastate jooksul on ZF-domeenide struktuurne ja funktsionaalne mõistmine võimaldanud teha suuri teaduslikke edusamme, mis hõlmavad nende omaduste kasutamist biotehnoloogilistel eesmärkidel..

Kuna mõnedel ZF-i omavatel valkudel on teatud DNA-domeenide suhtes kõrge spetsiifilisus, siis investeeritakse praegu spetsiifiliste ZF-ide kavandamisse, mis võib anda väärtuslikke edusamme inimeste geeniteraapias..

Huvitavad biotehnoloogilised rakendused tulenevad ka proteiinidest, mille ZF on modifitseeritud geenitehnoloogia abil. Sõltuvalt soovitud otsast võib mõnda neist modifitseerida "tsink-tsingi" sõrme peptiidide lisamisega, mis on võimelised tuvastama peaaegu iga DNA järjestuse suure afiinsusega ja spetsiifilisusega.

Modifitseeritud nukleaasidega genoomne väljaanne on praegu üks paljulubavamaid rakendusi. Seda tüüpi väljaanne pakub võimalust teostada geneetilise funktsiooni uuringuid huvipakkuvas mudelisüsteemis.

Geneetiline tehnika, mis kasutab modifitseeritud ZF nukleaase, on toonud teadlaste tähelepanu agronoomilise tähtsusega taimede sortide geneetilisele parandamisele. Neid nukleaase on kasutatud endogeensete geenide korrigeerimiseks, mis toodab tubakataimedes herbitsiidiresistentseid vorme.

ZF-ga nukleotiide on kasutatud ka geenide lisamiseks imetajate rakkudes. Kõnealuseid valke kasutati, et genereerida isogeensete hiirerakkude kogum endogeense geeni jaoks määratletud alleelide seeriaga.

Sellel protsessil on otsene rakendamine märgistamisel ja uute alleelsete vormide loomisel, et uurida struktuuri ja funktsiooni suhteid emakeelsetes ekspressioonitingimustes ja isogeensetes keskkondades..

Viited

  1. Berg, J. M. (1990). Tsingisõrme domeenid: hüpoteesid ja praegused teadmised. Biofüüsika ja biofüüsikalise keemia iga-aastane ülevaade, 19(39), 405-421.
  2. Dreier, B., Beerli, R., Segal, D., Flippin, J. & Barbas, C. (2001). Tsingisõrme domeenide väljatöötamine DNA järjestuste 5'-ANN-3 'tuvastamiseks ja nende kasutamine kunstlike transkriptsioonifaktorite konstrueerimisel. JBC, (54).
  3. Gamsjaeger, R., Liew, C. K., Loughlin, F.E., Crossley, M., & Mackay, J.P. (2007). Kleepuvad sõrmed: tsingisõrmed nagu valgu tuvastamise motiivid. Biokeemiliste teaduste suundumused, 32(2), 63-70.
  4. Klug, A. (2010). Tsingi sõrmede avastamine ja nende rakendused geenimääruses ja genoomi manipuleerimisel. Iga-aastane ülevaade biokeemiast, 79(1), 213-231.
  5. Kluska, K., Adamczyk, J., & Krȩzel, A. (2017). Tsingi sõrmede metalli sidumisomadused looduslikult muutunud metalli sidumissaidiga. Metallomika, 10(2), 248-263.
  6. Laity, J. H., Lee, B.M., & Wright, P. E. (2001). Tsingisõrme valgud: uued arusaamad struktuurilisest ja funktsionaalsest mitmekesisusest. Praegune arvamus struktuuribioloogias, 11(1), 39-46.
  7. Miller, J., McLachlan, A. D., & Klug, A. (1985). Xenopuse ootsüütide valgu transkriptsioonifaktoris IIIA korduvad tsinki siduvad domeenid. Traseelementide ajakiri eksperimentaalses meditsiinis, 4(6), 1609-1614.
  8. Urnov, F. D., Rebar, E.J., Holmes, M.C., Zhang, H.S., & Gregory, P. D. (2010). Genoomide redigeerimine tsingitud sõrmnukleaasidega. Nature Reviews Geneetika, 11(9), 636-646.