Le proteine del dito dello zinco (ZnF) sono una famiglia massiccia e diversa di proteine che servono un’ampia varietà di funzioni biologiche. A causa della loro diversità, è difficile trovare una semplice definizione di ciò che unisce tutte le proteine ZnF; tuttavia, l’approccio più comune è definirle come tutti i piccoli domini funzionali che richiedono il coordinamento di almeno uno zinc zinco (Laici et al., 2001). Lo zinc zinco serve a stabilizzare l’integrazione della proteina stessa e generalmente non è coinvolto negli obiettivi di legame. Il “dito” si riferisce alle strutture secondarie (α-elica e β-foglio) che sono tenute insieme dallo Z Zn. I domini contenenti dito di zinco servono tipicamente come interattori, legando DNA, RNA, proteine o piccole molecole (Laici et al., 2001).
Famiglie proteiche ZnF
Cys2His2 è stato il primo dominio scoperto (noto anche come Krüppel-type). Inizialmente è stato scoperto come dominio ripetuto nel fattore di trascrizione IIIA in Xenopus laevis (Brown et al., 1985; Miller et al., 1985). IIIA ha nove ripetizioni dei 30 aminoacidi che compongono il dominio Cys2His2. Ogni dominio forma una struttura secondaria ββα mancina e coordina uno Z Zn tra due cisteine sul tornante β-foglio e due istidine nell’α-elica, da cui il nome Cys2His2 (Lee et al., 1989). Questi risiede altamente sono conservati come pure un centro idrofobo generale che permette che l’elica si formi. Gli altri residui possono mostrare una grande diversità di sequenza (Michael et al., 1992). Le dita di zinco Cys2His2 che legano il DNA tendono ad avere 2-4 domini tandem come parte di una proteina più grande. I residui delle eliche alfa formano contatti specifici con uno specifico motivo di sequenza del DNA “leggendo” i nucleotidi nella scanalatura principale del DNA (Elrod-Erickson et al., 1996; Pavletich e Pabo, 1991). Le proteine Cys2His2 sono il più grande gruppo di fattori di trascrizione nella maggior parte delle specie. Le proteine non leganti il DNA possono avere una struttura terziaria molto più flessibile. Esempi di proteine Cys2His2 includono l’inibitore della famiglia di proteine apoptosi (IAP) e il fattore di trascrizione CTFC.
Le chiavi di violino sono un gruppo molto eterogeneo di protiens ZnF sia in termini di struttura che di funzione. Ciò che li rende una famiglia è una piega condivisa al loro centro che assomiglia un po ‘ a una chiave di violino musicale, specialmente se strizzi gli occhi (Grishin, 2001). La maggior parte dei motivi a chiave di violino hanno una forcella β, una regione di loop variabile, una forcella β e un’elica α. La “nocca” della forcella β e l’elica α contengono la sequenza Cys-x-x-Cys necessaria per coordinare lo Z Zn. Le dita della chiave di violino spesso formano il nucleo delle strutture proteiche, ad esempio le proteine ribosomiali L24E e S14 e la famiglia dell’anulare.
I nastri di zinco sono un po ‘ meno strutturalmente complessi rispetto agli altri due gruppi principali. I nastri di zinco contengono due nocche di zinco, spesso forcine β, che coordinano uno zinc zinco attraverso due residui di Cys separati da 2-4 altri residui su una nocche e un Cys-x-x-Cys sull’altro (Hahn e Roberts, 2000). Esempi di proteine contenenti nastri di zinco includono i fattori di trascrizione basali TFIIS e TFIIB che per un complesso con RNAPII per legare il DNA e la proteina nucleare Npl4 che utilizza un nastro di zinco per legare l’ubiquitina (Alam et al., 2004). Cys2His2, dita di chiave di violino e nastri di zinco formano la maggior parte delle dita di zinco, ma ci sono molti altri gruppi più piccoli che non si adattano perfettamente a questi tre.
Usi pratici per le proteine delle dita di zinco
Non appena è stata compresa la specificità delle proteine ZnF, l’idea di creare proteine ZNF sintetiche è diventata al centro di molte aziende biotech. I motivi Cys2His2 riconoscono ciascuno una tripletta nucleotidica specifica a seconda dei residui sulla loro α elica. Questo è stato pensato per formare un semplice codice che potrebbe essere utilizzato per riconoscere sequenze di DNA molto specifiche ingegnerizzando specifici motivi ZnF in tandem all’interno di una proteina. Un altro dominio della proteina potrebbe quindi servire una funzione biologica desiderata una volta che lo ZnF ha legato la sequenza target. Ad esempio, tagliando in un punto specifico del genoma e inserendo un elemento transgenico. Ma ahimè, non era così semplice. I residui di riconoscimento ZnF hanno anche il riconoscimento incrociato con gli elementi adiacenti, quindi ogni motivo deve essere scelto nel contesto di quelli che lo circondano. Questi problemi sono stati ampiamente affrontati (Urnov et al., 2010). Le proteine ZnF personalizzate sono ora disponibili per i ricercatori per affrontare le proprie domande. Meteo questa tecnologia diventerà abbastanza attraente per sostituire i metodi più attendibili resta da vedere.
Proteine del dito di zinco Lettura aggiuntiva
Krishna, SS, Majumdar, I. e Grishin, NV (2003). Classificazione strutturale delle dita di zinco: indagine e sintesi. Acidi nucleici Res. 31, 532-550.
Questo documento ha gettato le basi per la nostra attuale classificazione e comprensione della struttura ZnF. Era responsabile di riunire proteine che in precedenza non erano comprese come dita di zinco.
Wolfe, SA, Nekludova, L., e Pabo, CO (2000). Riconoscimento del DNA da parte delle proteine del dito di zinco Cys2His2. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 29, 183-212.
Questa è una recensione più vecchia, ma fornisce una buona panoramica della scoperta e della classificazione delle proteine ZnF, in particolare Cys2His2.
Urnov, F. D., Rebar, E. J., Holmes, M. C., Zhang, H. S., e Gregory, PD (2010). Genoma editing con nucleasi dito zinco ingegnerizzati. NAT. Rev. Genet. 11, 636-646.
Questa recensione fornisce molte informazioni su come le proteine ZnF sintetiche possono essere generate e vanno oltre i loro potenziali usi.
- Nel 2004 è stato pubblicato il primo album in studio del gruppo musicale statunitense The Sun, pubblicato nel 2004. Interazioni dell’ubiquitina delle dita dello zinco di NZF. EMBO J. 23, 1411-1421.
- Brown, RS, Sander, C. e Argos, P. (1985). La struttura primaria del fattore di trascrizione TFIIIA ha 12 ripetizioni consecutive. FEBS Lett. 186, 271-274.
- Elrod-Erickson, M., Rould, M. A., Nekludova, L., e Pabo, CO (1996). Complesso proteina-DNA Zif268 raffinato a 1.6 A: un sistema modello per la comprensione delle interazioni dito-DNA zinco. Struttura 4, 1171-1180.
- Grishin, N. V. (2001). Treble clef finger-un funzionale diverso zinco-vincolante motivo strutturale. Acidi nucleici Res. 29, 1703-1714.
- Hahn, S., e Roberts, S. (2000). I domini del nastro di zinco dei fattori di trascrizione generali TFIIB e Brf: superfici funzionali conservate ma ruoli diversi nell’iniziazione della trascrizione. Geni Dev. 14, 719-730.
- Laici, JH, Lee, BM, e Wright, PE (2001). Proteine del dito di zinco: nuove intuizioni sulla diversità strutturale e funzionale. Curr. Opin. Struct. Biol. 11, 39-46.
- Lee, MS, Gippert, GP, Soman, KV, Case, DA, e Wright, PE (1989). Struttura tridimensionale della soluzione di un singolo dominio di legame al DNA del dito di zinco. Scienza 245, 635-637.
- Michael, S. F., Kilfoil, V. J., Schmidt, M. H., Amann, B. T., e Berg, J. M. (1992). Metallo vincolante e pieghevole proprietà di un minimalista Cys2His2 zinco dito peptide. Proc. Natl. Acad. Sic. USA 89, 4796-4800.
- Miller, J., McLachlan, A. D., e Klug, A. (1985). Domini di legame dello zinco ripetitivi nel fattore di trascrizione della proteina IIIA dagli ovociti di Xenopus. EMBO J. 4, 1609-1614.
- Pavletich, N. P., e Pabo, C. O. (1991). Riconoscimento del dito-DNA dello zinco: struttura cristallina di un complesso Zif268-DNA a 2.1 A. Scienza 252, 809-817.
- Urnov, F. D., Rebar, E. J., Holmes, M. C., Zhang, H. S., e Gregory, PD (2010). Genoma editing con nucleasi dito zinco ingegnerizzati. NAT. Rev. Genet. 11, 636-646.