Les protéines ZnF (doigt de zinc) sont une famille massive et diversifiée de protéines qui remplissent une grande variété de fonctions biologiques. En raison de leur diversité, il est difficile de trouver une définition simple de ce qui unit toutes les protéines ZnF; cependant, l’approche la plus courante consiste à les définir comme tous les petits domaines fonctionnels nécessitant une coordination par au moins un ion zinc (Laity et al., 2001). L’ion zinc sert à stabiliser l’intégration de la protéine elle-même et n’est généralement pas impliqué dans la liaison des cibles. Le « doigt » fait référence aux structures secondaires (hélice α et feuille β) qui sont maintenues ensemble par l’ion Zn. Les domaines contenant des doigts de zinc servent généralement d’interacteurs, liant l’ADN, l’ARN, les protéines ou les petites molécules (Laity et al., 2001).
Familles de protéines ZnF
Cys2His2 a été le premier domaine découvert (également connu sous le nom de type Krüppel). Il a d’abord été découvert comme domaine répétitif dans le facteur de transcription IIIA chez Xenopus laevis (Brown et al., 1985; Miller et coll., 1985). IIIA a neuf répétitions des 30 acides aminés qui composent le domaine Cys2His2. Chaque domaine forme une structure secondaire ββα gauchère, et coordonne un ion Zn entre deux cystéines sur l’épingle à cheveux de la feuille β et deux histidines dans l’hélice α, d’où le nom Cys2His2 (Lee et al., 1989). Ces résidus sont très conservés, ainsi qu’un noyau hydrophobe général qui permet à l’hélice de se former. Les autres résidus peuvent présenter une grande diversité de séquences (Michael et al., 1992). Les doigts de zinc Cys2His2 qui lient l’ADN ont tendance à avoir 2 à 4 domaines en tandem dans le cadre d’une protéine plus grande. Les résidus des hélices alpha forment des contacts spécifiques avec un motif de séquence d’ADN spécifique en « lisant » les nucléotides dans le sillon majeur de l’ADN (Elrod-Erickson et al., 1996; Pavletich et Pabo, 1991). Les protéines Cys2His2 constituent le plus grand groupe de facteurs de transcription chez la plupart des espèces. Les protéines qui ne se lient pas à l’ADN peuvent avoir une structure tertiaire beaucoup plus flexible. Des exemples de protéines Cys2His2 comprennent la famille de protéines Inhibitrices de l’Apoptose (IAP) et le facteur de transcription CTFC.
Les doigts à clef triple constituent un groupe très diversifié de protiens ZnF tant en termes de structure que de fonction. Ce qui fait d’eux une famille, c’est un pli partagé à la base qui ressemble un peu à une clef de sol musicale, surtout si vous plissez les yeux (Grishin, 2001). La plupart des motifs de doigt de clef d’aigus ont une épingle à cheveux β, une région de boucle variable, une épingle à cheveux β et une hélice α. La « jointure » de l’épingle à cheveux β et l’hélice α contiennent la séquence Cys-x-x-Cys nécessaire pour coordonner l’ion Zn. Les doigts à clef triple forment souvent le noyau des structures protéiques, par exemple les protéines ribosomiques L24E et S14 et la famille des ANNULAIRE.
Les rubans de zinc sont un peu moins complexes structurellement que les deux autres grands groupes. Les rubans de zinc contiennent deux jointures de zinc, souvent des épingles à cheveux β, coordonnant un ion zinc via deux résidus Cys séparés par 2 à 4 autres résidus sur une jointure et un Cys-x-x-Cys sur l’autre (Hahn et Roberts, 2000). Des exemples de protéines contenant un ruban de zinc comprennent les facteurs de transcription basaux TFIIS et TFIIB qui, pour un complexe avec RNAPII, lient l’ADN, et la protéine centrale nucléaire Npl4 qui utilise un ruban de zinc pour lier l’ubiquitine (Alam et al., 2004). Cys2His2, les doigts de clé de sol et les rubans de zinc forment la majorité des doigts de zinc, mais il existe plusieurs autres groupes plus petits qui ne correspondent pas parfaitement à ces trois.
Utilisations pratiques des protéines du Doigt de zinc
Dès que la spécificité des protéines ZnF a été comprise, l’idée de créer des protéines ZnF synthétiques est devenue l’objet de nombreuses sociétés de biotechnologie. Les motifs Cys2His2 reconnaissent chacun un triplet nucléotidique spécifique en fonction des résidus sur leur hélice α. Cela a été pensé pour former un code simple qui pourrait être utilisé pour reconnaître des séquences d’ADN très spécifiques en concevant des motifs spécifiques de ZnF en tandem au sein d’une protéine. Un autre domaine de la protéine pourrait alors remplir une fonction biologique souhaitée une fois que le ZnF a lié la séquence cible. Par exemple, couper à un point spécifique du génome et insérer un élément transgénique. Mais hélas, ce n’était pas si simple. Les résidus de reconnaissance ZnF ont également une reconnaissance croisée aux éléments adjacents, de sorte que chaque motif doit être choisi dans le contexte de ceux qui l’entourent. Ces questions ont maintenant été largement abordées (Urnov et al., 2010). Des protéines ZnF personnalisées sont maintenant disponibles pour que les chercheurs puissent répondre à leurs propres questions. Météo cette technologie deviendra suffisamment attrayante pour remplacer des méthodes plus fiables reste à voir.
Lecture supplémentaire de la protéine du doigt de zinc
Krishna, S.s., Majumdar, I. et Grishin, N.V. (2003). Classification structurelle des doigts de zinc: enquête et résumé. Acides nucléiques Res. 31, 532-550.
Cet article a jeté les bases de notre classification actuelle et de notre compréhension de la structure du ZnF. Il était responsable de la réunion de protéines qui n’étaient pas auparavant considérées comme des doigts de zinc.
Wolfe, S.A., Nekludova, L., et Pabo, C.O. (2000). Reconnaissance de l’ADN par les protéines du doigt de zinc Cys2His2. Annu. Rév. Biophys. Biomol. Structure. 29, 183-212.
Ceci est une revue plus ancienne, mais elle donne un bon aperçu de la découverte et de la classification des protéines ZnF, en particulier Cys2His2.
Urnov, F.D., Rebar, E.J., Holmes, M.C., Zhang, H.S. et Gregory, P.D. (2010). Édition du génome avec des nucléases à doigts de zinc d’ingénierie. NAT. Rév. Genet. 11, 636-646.
Cette revue donne beaucoup d’informations sur la façon dont les protéines ZnF synthétiques peuvent être générées et passe en revue leurs utilisations potentielles.
- Il s’agit de l’un des plus importants ouvrages de l’histoire de l’art et de l’histoire de l’Art. Interactions de l’ubiquitine des doigts de zinc NZF. EMBO J. 23, 1411-1421.
- Brown, R.S., Sander, C. et Argos, P. (1985). La structure primaire du facteur de transcription TFIIIA a 12 répétitions consécutives. FEBS Lett. 186, 271-274.
- Elrod-Erickson, M., Rould, M.A., Nekludova, L., et Pabo, C.O. (1996). Complexe protéine-ADN Zif268 raffiné à 1,6 A: un système modèle pour comprendre les interactions ADN-doigt de zinc. Structure 4, 1171-1180.
- Grishin, N.V. (2001). Doigt de clé de sol – un motif structurel lié au zinc fonctionnellement diversifié. Acides nucléiques Res. 29, 1703-1714.
- Hahn, S. et Roberts, S. (2000). Les domaines du ruban de zinc des facteurs de transcription généraux TFIIB et Brf: surfaces fonctionnelles conservées mais rôles différents dans l’initiation de la transcription. Gènes Dev. 14, 719-730.
- Laïcs, J.H., Lee, B.M. et Wright, P.E. (2001). Protéines du doigt de zinc: de nouvelles perspectives sur la diversité structurelle et fonctionnelle. Curr. Opin. Structure. Biol. 11, 39-46.
- Lee, M.S., Gippert, G.P., Soman, K.V., Case, D.A., et Wright, P.E. (1989). Structure en solution tridimensionnelle d’un domaine de liaison à l’ADN à doigt de zinc unique. Science 245, 635-637.
- Michael, S.F., Kilfoil, V.J., Schmidt, M.H., Amann, B.T. et Berg, J.M. (1992). Propriétés de liaison et de pliage du métal d’un peptide minimaliste à doigts de zinc Cys2His2. Proc. Natl. Acad. Sci. États-Unis 89, 4796-4800.
- Miller, J., McLachlan, A.D., et Klug, A. (1985). Domaines répétitifs de liaison au zinc dans le facteur de transcription protéique IIIA des ovocytes de Xénope. EMBO J. 4, 1609-1614.
- Pavletich, N.P., et Pabo, C.O. (1991). Reconnaissance de l’ADN au doigt de zinc: structure cristalline d’un complexe d’ADN Zif268 à 2.1 A. Science 252, 809-817.
- Urnov, F.D., Rebar, E.J., Holmes, M.C., Zhang, H.S. et Gregory, P.D. (2010). Édition du génome avec des nucléases à doigts de zinc d’ingénierie. NAT. Rév. Genet. 11, 636-646.