de Proteã nen van de zinkvinger (ZnF) zijn een massieve, diverse familie van proteã nen die een grote verscheidenheid van biologische functies dienen. Wegens hun diversiteit, is het moeilijk om met een eenvoudige definitie te komen van wat alle proteã nen van ZnF verenigt; nochtans, is de gemeenschappelijkste benadering hen als alle kleine, functionele domeinen te definiëren die coördinatie door minstens één zinkion vereisen (leken et al., 2001). Het zinkion dient om de integratie van de proteã ne zelf te stabiliseren, en is over het algemeen niet betrokken bij bindende doelstellingen. De “vinger” verwijst naar de secundaire structuren (α-helix en β-blad) die door het Zn-ion bij elkaar worden gehouden. Zinkvinger bevattende domeinen dienen meestal als interactors, bindende DNA, RNA, eiwitten of kleine moleculen (leken et al., 2001).
ZnF-Eiwitfamilies
Cys2His2 was het eerste ontdekte domein (ook bekend als Krüppel-type). Het werd aanvankelijk ontdekt als een zich herhalend domein in de IIIA transcriptiefactor in Xenopus laevis (Brown et al., 1985; Miller et al., 1985). IIIA heeft negen herhalingen van de 30 aminozuren die omhoog Cys2His2 domein maken. Elk domein vormt een linkshandige ββα secundaire structuur, en coördineert een Zn ion tussen twee cysteinen op de β-blad haarspeld en twee histidines in de α-helix, vandaar de naam Cys2His2 (Lee et al., 1989). Deze verblijven zijn hoogst behouden, evenals een algemene hydrophobic kern die de helix toestaat te vormen. De andere residuen kunnen grote sequentiediversiteit vertonen (Michael et al., 1992). Cys2His2 zinkvingers die DNA binden neigen om 2-4 tandemdomeinen als deel van een grotere proteã ne te hebben. De residuen van de Alfa-helices vormen specifieke contacten met een specifiek DNA-sequentiemotief door de nucleotiden in de grote groef van DNA te” lezen ” (Elrod-Erickson et al., 1996; Pavletich en Pabo, 1991). De proteã nen van Cys2His2 zijn de grootste groep van transcriptiefactoren in de meeste species. Niet-de bindende proteã nen van DNA kunnen veel flexibelere tertiaire structuur hebben. De voorbeelden van cys2his2 proteã nen omvatten de Inhibitor van apoptose (IAP) familie van proteã nen en de CTFC transcriptiefactor.
treble clef fingers zijn een zeer diverse groep van ZNF protiens, zowel in termen van structuur en functie. Wat hen tot een familie maakt is een gedeelde vouw in hun kern die een beetje lijkt op een muzikale klaviersleutel, vooral als je scheel kijkt (Grishin, 2001). De meeste treble clef vingermotieven hebben een β-haarspeld, een variabel lusgebied, een β-haarspeld en een α-helix. De “knokkel” van de β-haarspeld en de α-helix bevatten de Cys-x-x-Cys-sequentie die nodig is om het Zn-ion te coördineren. Treble clef vingers vormen vaak de kern van eiwitstructuren, bijvoorbeeld de l24e en S14 ribosomal proteã nen en de ringvinger familie.
Zinklinten zijn iets minder structureel complex dan de andere twee grote groepen. Zinklinten bevatten twee zink-knokkels, vaak β-haarspelden, die een zink-ion coördineren via twee Cys-residu ‘ s gescheiden door 2-4 andere residuen op de ene knokkel, en een Cys-x-x-Cys op de andere (Hahn and Roberts, 2000). De voorbeelden van zinkband-bevattende proteã nen omvatten de basale transcriptiefactoren TFIIS en TFIIB die voor complex met RNAPII om DNA te binden, en de kernproteã ne van Npl4 die een zinkband gebruikt om ubiquitin (Alam et al., 2004). Cys2His2, treble clef fingers, en zink linten vormen de meerderheid van zink vingers, maar er zijn verschillende andere kleinere groepen die niet netjes passen in deze drie.
praktisch gebruik van zinkvinger-eiwitten
zodra de specificiteit van ZnF-eiwitten werd begrepen, werd het idee om synthetische ZNF-eiwitten te maken de focus van vele biotechbedrijven. Cys2His2-motieven herkennen elk een specifiek nucleotide-triplet, afhankelijk van de residuen op hun α-helix. Dit werd gedacht om een eenvoudige code te vormen die zou kunnen worden gebruikt om zeer specifieke opeenvolgingen van DNA te erkennen door specifieke ZNF-motieven in tandem binnen een proteã ne te engineering. Een ander domein van de proteã ne kon dan één of andere gewenste biologische functie dienen zodra ZNF de doelopeenvolging verbond. Bijvoorbeeld, het snijden op één specifiek punt in het genoom en het invoegen van een transgenic element. Maar helaas was het niet zo eenvoudig. ZNF recognition residues hebben ook cross-recognition aan aangrenzende elementen, dus elk motief moet worden gekozen in de context van die eromheen. Deze kwesties zijn nu grotendeels aangepakt (Urnov et al., 2010). De proteã nen van douaneznf zijn nu beschikbaar voor onderzoekers om hun eigen vragen te beantwoorden. Weer deze technologie zal aantrekkelijk genoeg worden om meer vertrouwde methoden te vervangen valt nog te bezien.
Zinc Finger Protein Additional Reading
Krishna, S. S., Majumdar, I., and Grishin, N. V. (2003). Structurele classificatie van zinkvingers: overzicht en samenvatting. Nucleïnezuren Res. 31, 532-550.
dit artikel heeft de basis gelegd voor onze huidige classificatie en begrip van de ZNF-structuur. Het was verantwoordelijk voor het samenbrengen van proteã nen die niet eerder werden begrepen om zinkvingers te zijn.Wolfe, S. A., Nekludova, L., en Pabo, C. O. (2000). DNA-herkenning door cys2his2 zinkvinger eiwitten. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 29, 183-212.
dit is een ouder overzicht, maar het geeft een goed overzicht van de ontdekking en classificatie van ZNF-eiwitten, in het bijzonder Cys2His2.Urnov, F. D., Rebar, E. J., Holmes, M. C., Zhang, H. S., and Gregory, P. D. (2010). Genoom het uitgeven met gemanipuleerde nucleases van de zinkvinger. Nat. Eerwaarde Genet. 11, 636-646.
dit overzicht geeft veel goede informatie over hoe synthetische ZNF-eiwitten kunnen worden gegenereerd en gaat over hun potentiële gebruik.
- Alam, S. L., Sun, J., Payne, M., Welch, B. D., Blake, B. K., Davis, D. R., Meyer, H. H., Emr, S. D., and Sundquist, W. I. (2004). Ubiquitin interacties van NZF zink vingers. EMBO J. 23, 1411-1421.
- Brown, R. S., Sander, C., and Argos, P. (1985). De primaire structuur van transcriptiefactor TFIIIA heeft 12 opeenvolgende herhalingen. FEBS Lett. 186, 271-274.
- Elrod-Erickson, M., Rould, M. A., Nekludova, L., en Pabo, C. O. (1996). Zif268 eiwit-DNA complex verfijnd bij 1.6 A: een modelsysteem voor het begrijpen van zink vinger-DNA interacties. Structuur 4, 1171-1180.
- Grishin, N. V. (2001). Treble clef finger-een functioneel divers zinkbindend structureel motief. Nucleïnezuren Res. 29, 1703-1714.Hahn, S., and Roberts, S. (2000). De zinklintdomeinen van de Algemene transcriptiefactoren TFIIB en Brf: behouden functionele oppervlakken maar verschillende rollen in transcriptie-initiatie. Genes Dev. 14, 719-730.
- Laity, J. H., Lee, B. M., and Wright, P. E. (2001). Zinkvinger eiwitten: nieuwe inzichten in structurele en functionele diversiteit. Curr. Opin. Struct. Biol. 11, 39-46.Lee, M. S., Gippert, G. P., Soman, K. V., Case, D. A., and Wright, P. E. (1989). Driedimensionale oplossingsstructuur van één enkel DNA-bindend domein van de zinkvinger. Wetenschap 245, 635-637.Michael, S. F., Kilfoil, V. J., Schmidt, M. H., Amann, B. T., and Berg, J. M. (1992). Metaalbindende en vouweigenschappen van een minimalistische cys2his2 zinkvinger peptide. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 89, 4796-4800.
- Miller, J., McLachlan, A. D., en Klug, A. (1985). Repetitieve zinkbindingsdomeinen in de eiwittranscriptie factor IIIA uit Xenopus oöcyten. EMBO J. 4, 1609-1614.Pavletich, N. P., and Pabo, C. O. (1991). Zink vinger-DNA herkenning: kristalstructuur van een Zif268-DNA complex op 2.1 A. wetenschap 252, 809-817.Urnov, F. D., Rebar, E. J., Holmes, M. C., Zhang, H. S., and Gregory, P. D. (2010). Genoom het uitgeven met gemanipuleerde nucleases van de zinkvinger. Nat. Eerwaarde Genet. 11, 636-646.