Структура, класификација, функције и значајност цинк прстију



Тхе зинц фингерс (ЗФ) су структурни мотиви присутни у великој количини еукариотских протеина. Они спадају у групу металопротеина, јер су способни да везују јон метала цинка, који им је потребан за рад. Предвиђа се да више од 1500 ЗФ домена постоји у око 1000 различитих протеина код људи.

Појам "цинков прст" први пут је сковао Миллер, МцЛацхлан и Клуг 1985. године, док је детаљно проучавао мале домене везивања ДНК ТФИИИА транскрипционог фактора. Ксенопус лаевис, описали други аутори неколико година раније.

Протеини са ЗФ мотивима су међу најраспрострањенијим у геному еукариотских организама и учествују у различитим есенцијалним ћелијским процесима, укључујући генетску транскрипцију, транслацију протеина, метаболизам, савијање и слагање других протеина и липида , програмирана смрт ћелија, између осталог.

Индек

  • 1 Струцтуре
  • 2 Класификација
    • 2.1 Ц2Х2
    • 2.2 Ц2Х
    • 2.3 Ц4 (петља или трака)
    • 2.4 Ц4 (ГАТА породица)
    • 2.5 Ц6
    • 2.6 Прстови цинка (Ц3ХЦ4-Ц3Х2Ц3)
    • 2.7 Х2Ц2
  • 3 Функције
  • 4 Биотехнолошки значај
  • 5 Референце

Структура

Структура ЗФ мотива је изузетно очувана. Обично ови поновљени региони имају 30 до 60 аминокиселина, чија је секундарна структура нађена као две антипаралелне бета плоче које формирају вилицу и алфа хеликс, који је означен као ββα.

Ова секундарна структура је стабилизована хидрофобним интеракцијама и координацијом атома цинка датог са два цистеинска остатка и два остатка хистидина (Цис).2Његов2). Међутим, постоји ЗФ који може да координира више од једног атома цинка и других, где редослед Цис и Његових остатака варира.

ЗФ се може поновити у тандему, конфигуриран линеарно у истом протеину. Све имају сличне структуре, али се могу хемијски диференцирати једна од друге варијацијама кључних аминокиселинских остатака за испуњење њихових функција.

Заједничка особина међу ЗФ је њихова способност да препознају ДНК или РНК молекуле различитих дужина, због чега су се првобитно сматрали само транскрипционим факторима..

Генерално, препознавање је региона од 3 бп у ДНК и постиже се када протеин са ЗФ доменом представља алфа хеликс већем жлебу ДНК молекула..

Класификација

Постоје различити ЗФ мотиви који се међусобно разликују због своје природе и различитих просторних конфигурација које се постижу координационим везама са атомом цинка. Једна од класификација је следећа:

Ц2Х2

Ово је мотив који се обично налази у ЗФ-у. Већина разлога Ц2Х2 они су специфични за интеракцију са ДНК и РНК, међутим, примећени су у учествовању у протеин-протеин интеракцијама. Они имају између 25 и 30 аминокиселинских остатака и налазе се унутар највеће породице регулаторних протеина у ћелијама сисара.

Ц2Х

Они интерагују са РНК и неким другим протеинима. Они се углавном посматрају као део неких протеина ретровирусних капсида, који сарађују у паковању вирусне РНК одмах након репликације..

Ц4 (кравата или врпца)

Протеини са наведеним мотивом су ензими одговорни за репликацију и транскрипцију ДНК. Добар пример за то могу бити примарни ензими фага Т4 и Т7.

Ц4 (Породица ГАТА)

Ова фамилија ЗФ садржи факторе транскрипције који регулишу експресију важних гена у бројним ткивима током развоја ћелија. Фактори ГАТА-2 и 3, на пример, укључени су у хематопоезу.

Ц6

Ови домени су специфични за квасац, специфично ГАЛ4 протеин, који активира транскрипцију гена укључених у употребу галактозе и мелибиозе.

Цинк прсти (Ц3ХЦ4-Ц3Х2Ц3)

Ове посебне структуре посједују 2 подтипа ЗФ домена (Ц3ХЦ4 и Ц3Х2Ц3) и присутни су у бројним животињским и биљним протеинима.

Они се налазе у протеинима као што је РАД5, који су укључени у поправку ДНК у еукариотским организмима. Они се такође налазе у РАГ1, есенцијалном за ре-конфигурацију имуноглобулина.

Х2Ц2

Овај ЗФ домен је високо конзервисан у интегралима ретровируса и ретротранспосона; везивањем за бели протеин изазива конформациону промену у њему.

Функције

Протеини са ЗФ доменама имају неколико намена: могу се наћи у рибосомским протеинима или у транскрипционим адапторима. Такође су детектовани као интегрални део структуре РНА полимеразе ИИ квасца.

Чини се да су укључени у интрацелуларну цинкову хомеостазу и у регулацију апоптозе или програмиране станичне смрти. Поред тога, постоје неки протеини са ЗФ који функционишу као пратиоци за савијање или транспорт других протеина.

Везивање липида и кључна улога у интеракцијама протеин-протеин су такође важне функције ЗФ домена у неким протеинима.

Биотехнолошки значај

Током година, структурално и функционално разумевање ЗФ домена је омогућило да се направи велики научни напредак који укључује употребу њихових карактеристика у биотехнолошке сврхе..

Будући да неки протеини са ЗФ имају високу специфичност за одређене ДНК домене, тренутно се улаже велики напор у дизајнирање специфичног ЗФ, који може да обезбеди значајан напредак у генској терапији код људи.

Занимљиве биотехнолошке примјене произлазе и из дизајнирања протеина са ЗФ модифицираним генетским инжењерингом. У зависности од жељеног краја, неки од њих се могу модификовати додавањем "цинк-цинкових" прстних пептида, који су у стању да препознају било коју ДНК секвенцу са великим афинитетом и специфичношћу.

Геномско издање са модификованим нуклеазама је тренутно једна од најперспективнијих апликација. Ова врста издања нуди могућност спровођења студија о генетској функцији директно у моделном систему који нас занима.

Генетски инжењеринг уз употребу модификованих ЗФ нуклеаза привукао је пажњу научника у области генетског унапређења сорти биљака агрономског значаја. Ове нуклеазе су коришћене за корекцију ендогеног гена који производи облике отпорне на хербицид у биљкама дувана.

Нуклеазе са ЗФ су такође коришћене за додавање гена у ћелијама сисара. Протеини о којима је реч су коришћени за генерисање скупа изогених ћелија миша са низом алела дефинисаних за ендогени ген.

Овај процес има директну примену у обележавању и стварању нових алелних форми за проучавање односа структуре и функције у нативним условима експресије иу изогеној средини..

Референце

  1. Берг, Ј.М. (1990). Цинк прстенасти домени: хипотезе и актуелна знања. Годишњи преглед биофизике и биофизичке хемије, 19(39), 405-421.
  2. Дреиер, Б., Беерли, Р., Сегал, Д., Флиппин, Ј., & Барбас, Ц. (2001). Развој домена цинк прстију за препознавање 5'-АНН-3 фамилије ДНК секвенци и њихова употреба у конструкцији вештачких фактора транскрипције. ЈБЦ, (54).
  3. Гамсјаегер, Р., Лиев, Ц.К., Лоугхлин, Ф.Е., Цросслеи, М., & Мацкаи, Ј.П. (2007). Лепљиви прсти: цинк-прсти као мотиви за препознавање протеина. Трендови у биохемијским наукама, 32(2), 63-70.
  4. Клуг, А. (2010). Откриће прстију цинка и њихове примене у регулацији гена и манипулацији геномом. Годишњи преглед биохемије, 79(1), 213-231.
  5. Клуска, К., Адамцзик, Ј., & Крезел, А. (2017). Метална везна својства цинкових прстију са природно измењеним местом везивања метала. Металломицс, 10(2), 248-263.
  6. Лаити, Ј.Х., Лее, Б.М. & Вригхт, П.Е. (2001). Протеини прстију цинка: нови увид у структуралну и функционалну разноликост. Цуррент Опинион ин Струцтурал Биологи, 11(1), 39-46.
  7. Миллер, Ј., МцЛацхлан, А.Д., & Клуг, А. (1985). Понављајући домени везивања цинка у фактору транскрипције протеина ИИИА из ооцита Ксенопус. Јоурнал оф Траце Елементс ин Екпериментал Медицине, 4(6), 1609-1614.
  8. Урнов, Ф.Д., Ребар, Е.Ј., Холмес, М.Ц., Зханг, Х.С., & Грегори, П.Д. (2010). Измена генома са пројектованим нуклеазама прстију цинка. Натуре Ревиевс Генетицс, 11(9), 636-646.