proteinele cu deget de Zinc (ZnF) sunt o familie masivă și diversă de proteine care servesc o mare varietate de funcții biologice. Datorită diversității lor, este dificil să se vină cu o definiție simplă a ceea ce unește toate proteinele ZnF; cu toate acestea, cea mai comună abordare este definirea lor ca toate domeniile mici, funcționale, care necesită coordonare cu cel puțin un ion de zinc (laici și colab., 2001). Ionul de zinc servește la stabilizarea integrării proteinei în sine și, în general, nu este implicat în ținte obligatorii. „Degetul” se referă la structurile secundare (x-helix și X-sheet) care sunt ținute împreună de ionul Zn. Domeniile care conțin degetul de Zinc servesc de obicei ca interactori, ADN obligatoriu, ARN, proteine sau molecule mici (laici și colab., 2001).
familii de proteine ZnF
Cys2His2 a fost primul domeniu descoperit (de asemenea, cunoscut sub numele de kr-Tip). A fost descoperit inițial ca domeniu repetitiv în factorul de transcripție IIIa în Xenopus laevis (Brown și colab., 1985; Miller și colab., 1985). IIIA are nouă repetări ale celor 30 de aminoacizi care alcătuiesc domeniul Cys2His2. Fiecare domeniu formează o structură secundară stânga-stânga și coordonează un ion Zn între două cisteine pe acul de păr al foii de la XV și două histidine în Helix-ul de la XV, de unde și numele cys2his2 (Lee și colab., 1989). Aceste reședințe sunt foarte conservate, precum și un nucleu hidrofob general care permite formarea helixului. Celelalte reziduuri pot prezenta o mare diversitate de secvențe (Michael și colab., 1992). Degetele de zinc Cys2His2 care leagă ADN-ul tind să aibă 2-4 domenii tandem ca parte a unei proteine mai mari. Reziduurile spiralelor alfa formează contacte specifice cu un motiv specific al secvenței ADN prin „citirea” nucleotidelor din canelura majoră a ADN-ului (Elrod-Erickson și colab., 1996; Pavletich și Pabo, 1991). Proteinele Cys2His2 sunt cel mai mare grup de factori de transcripție la majoritatea speciilor. Proteinele care nu leagă ADN-ul pot avea o structură terțiară mult mai flexibilă. Exemple de proteine Cys2His2 includ inhibitorul familiei de proteine Apoptosis (IAP) și factorul de transcripție CTFC.
degetele înalte sunt un grup foarte divers de protiens ZnF atât în ceea ce privește structura, cât și funcția. Ceea ce îi face o familie este un pliu comun în centrul lor, care arată puțin ca o cheie muzicală, mai ales dacă te uiți (Grishin, 2001). Cele mai multe motive de deget Clef înalte au un ac de păr de la sută, o regiune de buclă variabilă, un ac de păr de la sută și o spirală de la sută. „Articulația” acului de păr de la al VIII-lea și a helixului de la al VIII-lea conține secvența Cys-x-x-Cys necesară coordonării ionului Zn. Degetele clef înalte formează adesea nucleul structurilor proteice, de exemplu proteinele ribozomale L24E și S14 și familia degetului inelar.
panglicile de Zinc sunt puțin mai complexe din punct de vedere structural decât celelalte două grupuri majore. Panglicile de Zinc conțin două articulații de zinc, de multe ori agrafe de păr, coordonând un ion de zinc prin intermediul a două reziduuri Cys separate de alte 2-4 reziduuri pe o articulație și un Cys-x-x-Cys pe cealaltă (Hahn și Roberts, 2000). Exemple de proteine care conțin panglică de zinc includ factorii de transcripție bazală TFIIS și TFIIB că pentru un complex cu RNAPII pentru a lega ADN-ul și proteina nucleului nuclear Npl4 care folosește o panglică de zinc pentru a lega ubiquitina (Alam și colab., 2004). Cys2His2, degetele înalte și panglicile de zinc formează majoritatea degetelor de zinc, dar există și alte câteva grupuri mai mici care nu se încadrează perfect în aceste trei.
utilizări practice pentru proteinele degetelor de Zinc
de îndată ce specificitatea proteinelor ZnF a fost înțeleasă, ideea creării proteinelor ZNF sintetice a devenit punctul central al multor companii biotehnologice. Motivele Cys2His2 recunosc fiecare un triplet nucleotidic specific în funcție de reziduurile de pe helix-ul lor. S-a crezut că acesta formează un cod simplu care ar putea fi folosit pentru a recunoaște secvențe ADN foarte specifice prin ingineria motivelor ZnF specifice în tandem într-o proteină. Un alt domeniu al proteinei ar putea servi apoi o funcție biologică dorită odată ce ZnF a legat secvența țintă. De exemplu, tăierea la un anumit punct al genomului și introducerea unui element transgenic. Dar, din păcate, nu a fost atât de simplu. Reziduurile de recunoaștere ZnF au, de asemenea, recunoaștere încrucișată la elementele adiacente, astfel fiecare motiv trebuie ales în contextul celor din jur. Aceste probleme au fost abordate în mare parte (Urnov și colab., 2010). Proteinele ZnF personalizate sunt acum disponibile pentru cercetători pentru a-și aborda propriile întrebări. Vremea această tehnologie va deveni suficient de atrăgătoare pentru a înlocui metode mai de încredere rămâne de văzut.
proteina degetului de Zinc citire suplimentară
Krishna, SS, Majumdar, I. și Grishin, NV (2003). Clasificarea structurală a degetelor de zinc: sondaj și rezumat. Acizi Nucleici Res. 31, 532-550.
această lucrare a pus bazele clasificării și înțelegerii actuale a structurii ZnF. A fost responsabil pentru reunirea proteinelor care nu au fost înțelese anterior ca fiind degete de zinc.
Wolfe, S. A., Nekludova, L. și Pabo, C. O. (2000). Recunoașterea ADN – ului de către proteinele degetelor de zinc cys2his2. Anu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 29, 183-212.
aceasta este o revizuire mai veche, dar oferă o imagine de ansamblu bună a descoperirii și clasificării proteinelor ZnF, în special a Cys2His2.
Urnov, F. D., Rebar, E. J., Holmes, M. C., Zhang, H. S. și Gregory ,P. D. (2010). Editarea genomului cu nucleaze de deget de zinc proiectate. Nat. Părinte Genet. 11, 636-646.
această recenzie oferă o mulțime de informații excelente despre modul în care proteinele ZNF sintetice pot fi generate și trece peste utilizările lor potențiale.
- Alam, S. L., Sun, J., Payne, M., Welch, B. D., Blake, B. K., Davis, D. R., Meyer, H. H., Emr, S. D. și Sundquist, W. I. (2004). Interacțiuni cu ubiquitină ale degetelor de zinc NZF. EMBO J. 23, 1411-1421.
- Brown, R. S., Sander, C. și Argos, P. (1985). Structura primară a factorului de transcripție TFIIIA are 12 repetări consecutive. FEBS Lett. 186, 271-274.
- Elrod-Erickson, M., Rould, M. A., Nekludova, L. și Pabo, C. O. (1996). Zif268 complex proteină-ADN rafinat la 1,6 A: un sistem model pentru înțelegerea interacțiunilor deget-ADN zinc. Structura 4, 1171-1180.
- Grishin, N. V. (2001). Degetul Clef înalte–un motiv structural funcțional divers de legare a zincului. Acizi Nucleici Res. 29, 1703-1714.
- Hahn, S. și Roberts, S. (2000). Domeniile panglicii de zinc ale factorilor generali de transcripție TFIIB și Brf: suprafețe funcționale conservate, dar roluri diferite în inițierea transcripției. Gene Dev. 14, 719-730.
- laici, J. H., Lee, B. M. și Wright ,P. E. (2001). Proteine deget Zinc: noi perspective asupra diversității structurale și funcționale. Curr. Opin. Struct. Biol. 11, 39-46.
- Lee, M. S., Gippert, G. P., Soman, K. V., Case, D. A. și Wright, P. E. (1989). Structura soluției tridimensionale a unui singur domeniu de legare a ADN-ului degetului de zinc. Știință 245, 635-637.
- Michael, S. F., Kilfoil, V. J., Schmidt, M. H., Amann, B. T. și Berg, J. M. (1992). Proprietăți de legare și pliere metalice ale unei peptide minimaliste cys2his2 zinc finger. Proc. Natl. Acad. Sci. SUA 89, 4796-4800.
- Miller, J., McLachlan, A. D. și Klug, A. (1985). Domenii Repetitive de legare a zincului în factorul de transcripție proteică IIIA din ovocitele Xenopus. EMBO J. 4, 1609-1614.
- Pavletich, N. P. și Pabo, C. O. (1991). Recunoașterea degetului de zinc-ADN: structura cristalină a unui complex ZIF268-ADN la 2.1 A. știință 252, 809-817.
- Urnov, F. D., Rebar, E. J., Holmes, M. C., Zhang, H. S. și Gregory ,P. D. (2010). Editarea genomului cu nucleaze de deget de zinc proiectate. Nat. Părinte Genet. 11, 636-646.