Zinkvingerstructuur, classificatie, functies en belang



de zink vingers (ZF) zijn structurele motieven die aanwezig zijn in een grote hoeveelheid eukaryotische eiwitten. Ze behoren tot de groep metalloproteïnen, omdat ze in staat zijn om het zinkmetaalion te binden, wat ze nodig hebben voor hun werking. Er wordt voorspeld dat er meer dan 1500 ZF-domeinen bestaan ​​in ongeveer 1000 verschillende eiwitten bij mensen.

De term zinkvinger of "zinkvinger" werd voor het eerst in 1985 door Miller, McLachlan en Klug, tijdens de studie in detail de kleine domeinen van DNA-bindende transcriptiefactor van TFIIIA Xenopus laevis, beschreven door andere auteurs enkele jaren eerder.

Eiwitten met ZF-motieven behoren tot de meest voorkomende in het genoom van eukaryote organismen en nemen deel aan een verscheidenheid aan essentiële cellulaire processen, waaronder genetische transcriptie, eiwittranslatie, metabolisme, vouwing en assemblage van andere eiwitten en lipiden. geprogrammeerde celdood, onder anderen.

index

  • 1 structuur
  • 2 Classificatie
    • 2.1 C2H2
    • 2.2 C2H
    • 2.3 C4 (lus of lint)
    • 2.4 C4 (GATA-familie)
    • 2.5 C6
    • 2.6 vingers van zink (C3HC4-C3H2C3)
    • 2,7 H2C2
  • 3 functies
  • 4 Biotechnologisch belang
  • 5 Referenties

structuur

De structuur van de ZF-motieven is extreem bewaard gebleven. Gewoonlijk hebben deze herhaalde gebieden 30 tot 60 aminozuren, waarvan de secundaire structuur wordt gevonden als twee antiparallelle beta-vellen die een vork en een alfahelix vormen, die wordt aangeduid als ββα.

Deze secundaire structuur wordt gestabiliseerd door hydrofobe interacties en door de coördinatie van een zinkatoom dat wordt gegeven door twee cysteïne-residuen en twee histidineresiduen (Cys2zijn2). Er zijn echter ZF die meer dan één zinkatoom en andere kunnen coördineren waar de volgorde van Cys en zijn residuen varieert.

De ZF kan achter elkaar worden herhaald, lineair geconfigureerd in hetzelfde eiwit. Alle hebben vergelijkbare structuren, maar kunnen chemisch van elkaar worden onderscheiden door variaties van belangrijke aminozuurresiduen voor de vervulling van hun functies.

Een gemeenschappelijk kenmerk van ZF's is hun vermogen om DNA- of RNA-moleculen met verschillende lengtes te herkennen, daarom werden ze aanvankelijk alleen als transcriptiefactoren beschouwd.

Gewoonlijk erkenning 3BP gebieden DNA en wordt bereikt wanneer de ZF-domein eiwit alfa helix presenteert de grote groef van de DNA-molecule.

classificatie

Er zijn verschillende ZF-motieven die van elkaar verschillen vanwege hun aard en de verschillende ruimtelijke configuraties die worden bereikt door de coördinatiebindingen met het zinkatoom. Een van de classificaties is de volgende:

C2H2

Dit is een motief dat veel voorkomt in ZF. De meeste van de redenen C2H2 ze zijn specifiek voor de interactie met DNA en RNA, maar er is waargenomen dat ze deelnemen aan eiwit-eiwit interacties. Ze hebben tussen 25 en 30 aminozuurresten en bevinden zich binnen de grootste familie van regulerende eiwitten in zoogdiercellen.

C2H

Ze hebben interactie met RNA en sommige andere eiwitten. Ze worden voornamelijk waargenomen als onderdeel van sommige eiwitten van het retrovirus-capside en werken samen bij de verpakking van viraal RNA net na de replicatie..

C4 (stropdas of lint)

De eiwitten met het genoemde motief zijn enzymen die verantwoordelijk zijn voor DNA-replicatie en transcriptie. Een goed voorbeeld hiervan zijn de primaire enzymen van fagen T4 en T7.

C4 (GATA-familie)

Deze familie van ZF omvat transcriptiefactoren die de expressie van belangrijke genen in talrijke weefsels tijdens celontwikkeling reguleren. De GATA-2- en 3-factoren zijn bijvoorbeeld betrokken bij hematopoëse.

C6

Deze domeinen zijn gist-specifiek, met name het GAL4-eiwit, dat de transcriptie activeert van genen die betrokken zijn bij het gebruik van galactose en melibiose.

Zinkvingers (C3HC4-C3H2C3)

Deze specifieke structuren bezitten 2 subtypes van ZF-domeinen (C.3HC4 en C3H2C3) en zijn aanwezig in talrijke dierlijke en plantaardige eiwitten.

Ze worden gevonden in eiwitten zoals RAD5, die betrokken zijn bij de reparatie van DNA in eukaryote organismen. Ze worden ook aangetroffen in RAG1, essentieel voor de herconfiguratie van immunoglobulinen.

H2C2

Dit ZF-domein is in hoge mate geconserveerd in de integralen van retrovirussen en retrotransposons; door binding aan het witte eiwit veroorzaakt een conformationele verandering daarin.

functies

Eiwitten met ZF-domeinen hebben verschillende doelen: ze kunnen worden gevonden in ribosomale eiwitten of in transcriptionele adapters. Ze zijn ook gedetecteerd als een integraal onderdeel van de structuur van gist-RNA-polymerase II.

Ze lijken betrokken te zijn bij intracellulaire zinkhomeostase en bij de regulatie van apoptose of geprogrammeerde celdood. Daarnaast zijn er enkele eiwitten met ZF die functioneren als chaperones voor het vouwen of transporteren van andere eiwitten.

Lipidenbinding en een sleutelrol in eiwit-eiwit-interacties zijn ook belangrijke functies van de ZF-domeinen in sommige eiwitten.

Biotechnologisch belang

Door de jaren heen heeft het structurele en functionele begrip van de ZF-domeinen grote wetenschappelijke vooruitgang geboekt, waarbij het gebruik van hun kenmerken voor biotechnologische doeleinden is vereist.

Omdat sommige eiwitten met hoge specificiteit ZF bepaalde domeinen DNA, is veel moeite geïnvesteerd momenteel in het ontwerp van specifieke ZF, die waardevolle vooruitgang in gentherapie bij de mens kan verlenen.

Interessante biotechnologische toepassingen komen ook voort uit het ontwerp van eiwitten met ZF gemodificeerd door genetische manipulatie. Afhankelijk van de gewenste eindtoepassing, kunnen sommige van deze worden gemodificeerd door de toevoeging van peptiden vinger "poly zink", die kunnen herkennen vrijwel elke DNA-sequentie met hoge affiniteit en specificiteit.

De genomische editie met gemodificeerde nucleasen is momenteel een van de meest veelbelovende toepassingen. Dit type editie biedt de mogelijkheid om studies over de genetische functie rechtstreeks in het modelsysteem van belang uit te voeren.

Genetische manipulatie met behulp van gemodificeerde ZF-nucleasen heeft de aandacht getrokken van wetenschappers op het gebied van genetische verbetering van cultivars van planten van agronomisch belang. Deze nucleasen zijn gebruikt om een ​​endogeen gen te corrigeren dat herbicide-resistente vormen produceert in tabaksplanten.

Nucleasen met ZF zijn ook gebruikt voor de toevoeging van genen in zoogdiercellen. De eiwitten in kwestie werden gebruikt om een ​​reeks isogene muizencellen te genereren met een reeks allelen die zijn gedefinieerd voor een endogeen gen.

Een dergelijke werkwijze heeft directe toepassing op het etiket en het creëren van nieuwe allelische vormen van de structuur en functie verhoudingen in natieve omstandigheden van expressie en isogene omgevingen bestuderen.

referenties

  1. Berg, J.M. (1990). Zinkvingerdomeinen: hypothesen en huidige kennis. Jaaroverzicht van biofysica en biofysische chemie, 19(39), 405-421.
  2. Dreier, B., Beerli, R., Segal, D., Flippin, J., & Barbas, C. (2001). Ontwikkeling van zinkvingerdomeinen voor herkenning van de 5'-ANN-3'-familie van DNA-sequenties en hun gebruik bij de constructie van kunstmatige transcriptiefactoren. JBC, (54).
  3. Gamsjaeger, R., Liew, C.K., Loughlin, F.E., Crossley, M., & Mackay, J.P. (2007). Kleverige vingers: zinkvingers als eiwitherkenningsmotieven. Trends in Biochemical Sciences, 32(2), 63-70.
  4. Klug, A. (2010). De ontdekking van zinkvingers en hun toepassingen in genregulatie en genome manipulatie. Jaaroverzicht van de biochemie, 79(1), 213-231.
  5. Kluska, K., Adamczyk, J., & Krȩzel, A. (2017). Metaalbindende eigenschappen van zinkvingers met een natuurlijk veranderde metaalbindingsplaats. Metallomics, 10(2), 248-263.
  6. Laity, J.H., Lee, B.M., & Wright, P.E. (2001). Zinkvingereiwitten: nieuwe inzichten in structurele en functionele diversiteit. Huidige mening in de structurele biologie, 11(1), 39-46.
  7. Miller, J., McLachlan, A.D., & Klug, A. (1985). Repetitieve zinkbindende domeinen in de eiwittranscriptiefactor IIIA van Xenopus-oöcyten. Journal of Trace Elements in Experimental Medicine, 4(6), 1609-1614.
  8. Urnov, F.D., Rebar, E.J., Holmes, M.C., Zhang, H.S., & Gregory, P.D. (2010). Genome editing met gemanipuleerde zinkvinger-nucleasen. Nature Reviews Genetica, 11(9), 636-646.