Zinkfinger (ZNF) proteiner är en massiv, mångsidig familj av proteiner som tjänar en mängd olika biologiska funktioner. På grund av deras mångfald är det svårt att komma fram till en enkel definition av vad som förenar alla ZnF-proteiner; det vanligaste tillvägagångssättet är dock att definiera dem som alla små, funktionella domäner som kräver samordning med minst en zinkjon (Laity et al., 2001). Zinkjonen tjänar till att stabilisera integrationen av själva proteinet och är i allmänhet inte involverad i bindande mål. ”Fingeren” avser de sekundära strukturerna (hCG-helix och HQ-ark) som hålls samman av Zn-Jonen. Zinkfinger som innehåller domäner tjänar vanligtvis som interaktorer, bindande DNA, RNA, proteiner eller små molekyler (Laity et al., 2001).
ZNF-Proteinfamiljer
Cys2His2 var den första domänen som upptäcktes (även känd som kr-typ av typ). Det upptäcktes ursprungligen som en upprepande domän i IIIA-transkriptionsfaktorn i Xenopus laevis (Brown et al., 1985; Miller et al., 1985). IIIA har nio upprepningar av de 30 aminosyrorna som utgör cys2his2-domänen. Varje domän bildar en vänsterhänt sekundärstruktur för exporterande tillverkare, och koordinerar en Zn-Jon mellan två cysteiner på hårnålen för exporterande tillverkare och två histidiner i exporterande tillverkare, därav namnet cys2his2 (Lee et al., 1989). Dessa bor är mycket konserverade, liksom en allmän hydrofob kärna som gör att spiralen kan bildas. De andra resterna kan visa stor sekvensdiversitet (Michael et al., 1992). Cys2His2 zinkfingrar som binder DNA tenderar att ha 2-4 tandemdomäner som en del av ett större protein. Resterna av alfa-spiralerna bildar specifika kontakter med ett specifikt DNA-sekvensmotiv genom att ”läsa” nukleotiderna i huvudspåret av DNA (Elrod-Erickson et al., 1996; Pavletich och Pabo, 1991). Cys2His2 proteiner är den största gruppen av transkriptionsfaktorer i de flesta arter. Icke-DNA-bindande proteiner kan ha mycket mer flexibel tertiär struktur. Exempel på cys2his2-proteiner inkluderar inhibitorn av apoptos (IAP) – familjen av proteiner och CTFC-transkriptionsfaktorn.
diskant klav fingrar är en mycket skiftande grupp av ZnF protiens både när det gäller struktur och funktion. Vad som gör dem till en familj är en delad vik i sin kärna som ser lite ut som en musikalisk diskantklav, speciellt om du Kisar (Grishin, 2001). De flesta diskant klavfingermotiv har en bisexuell hårnål, en variabel ögla region, en bisexuell hårnål, och en bisexuell helix. ”Knuckle” på hårnålen i den bakre delen av halsen och spiralen i den bakre delen av halsen innehåller CYS-X-X-Cys-sekvensen som är nödvändig för att samordna Zn-Jonen. Diskantklavfingrar utgör ofta kärnan i proteinstrukturer, till exempel l24e-och S14-ribosomproteiner och RINGFINGERFAMILJEN.
Zinkband är lite mindre strukturellt komplexa än de andra två huvudgrupperna. Zinkband innehåller två zinkknölar, ofta Bisexuell hårnålar, som samordnar en zinkjon via två Cys-rester åtskilda av 2-4 andra rester på en knog och en Cys-x-x-Cys på den andra (Hahn och Roberts, 2000). Exempel på zinkbandinnehållande proteiner inkluderar de basala transkriptionsfaktorerna TFIIS och TFIIB som för ett komplex med RNAPII binder DNA och npl4-kärnkärnproteinet som använder ett zinkband för att binda ubiquitin (Alam et al., 2004). Cys2His2, diskantklavfingrar och zinkband utgör majoriteten av zinkfingrar, men det finns flera andra mindre grupper som inte passar snyggt in i dessa tre.
praktiska användningar för Zinkfingerproteiner
så snart specificiteten hos ZnF-proteiner förstås blev tanken att skapa syntetiska ZnF-proteiner fokus för många bioteknikföretag. Cys2His2-motiv känner igen var och en en specifik nukleotidtriplett beroende på resterna på deras askorbinspiral. Detta ansågs bilda en enkel kod som kunde användas för att känna igen mycket specifika DNA-sekvenser genom att konstruera specifika ZnF-motiv i tandem inom ett protein. En annan domän av proteinet kunde sedan tjäna någon önskad biologisk funktion när ZnF bundet målsekvensen. Till exempel skärning vid en specifik punkt i genomet och införande av ett transgent element. Men tyvärr var det inte så enkelt. ZNF-igenkänningsrester har också korsigenkänning till intilliggande element, så varje motiv måste väljas i samband med dem runt det. Dessa frågor har nu till stor del tagits upp (Urnov et al., 2010). Anpassade ZNF-proteiner är nu tillgängliga för forskare att ta itu med sina egna frågor. Väder denna teknik kommer att bli tilltalande nog att ersätta mer betrodda metoder återstår att se.
Zinkfingerprotein Ytterligare läsning
Krishna, SS, Majumdar, I. och Grishin, NV (2003). Strukturell klassificering av zinkfingrar: undersökning och sammanfattning. Nukleinsyror Res. 31, 532-550.
detta dokument har lagt grunden för vår nuvarande klassificering och förståelse av ZnF-struktur. Det var ansvarigt för att sammanföra proteiner som inte tidigare förstås vara zinkfingrar.
Wolfe, S. A., Nekludova, L. och Pabo, C. O. (2000). DNA-erkännande av Cys2His2 zinkfingerproteiner. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 29, 183-212.
Detta är en äldre recension, men det ger en bra översikt över upptäckten och klassificeringen av ZnF-proteiner, särskilt Cys2His2.
Urnov, F. D., armeringsjärn, Ej, Holmes, M. C., Zhang, H. S., och Gregory, P. D. (2010). Genomredigering med konstruerade zinkfingernukleaser. Nat. Pastor Genet. 11, 636-646.
denna recension ger mycket bra information om hur syntetiska ZnF-proteiner kan genereras och går över deras potentiella användningsområden.
- Alam, sl, Sun, J., Payne, M., Welch, BD, Blake, BK, Davis, Dr, Meyer, HH, Emr, SD och Sundquist, Wi (2004). Ubiquitin interaktioner av NZF zinkfingrar. EMBO J. 23, 1411-1421.
- Brown, R. S., Sander, C. och Argos, P. (1985). Den primära strukturen för transkriptionsfaktor TFIIIA har 12 på varandra följande upprepningar. FEBS Lett. 186, 271-274.
- Elrod-Erickson, M., Rould, M. A., Nekludova, L. och Pabo, C. O. (1996). Zif268 protein-DNA-komplex raffinerat vid 1.6 A: ett modellsystem för att förstå zinkfinger-DNA-interaktioner. Struktur 4, 1171-1180.
- Grishin, N. V. (2001). Diskant klav finger-en funktionellt skiftande zinkbindande strukturellt motiv. Nukleinsyror Res. 29, 1703-1714.
- Hahn, S. och Roberts, S. (2000). Zinkbanddomänerna för de allmänna transkriptionsfaktorerna TFIIB och Brf: konserverade funktionella ytor men olika roller i transkriptionsinitiering. Gener Dev. 14, 719-730.
- Laity, JH, Lee, BM och Wright, Pe (2001). Zinkfingerproteiner: nya insikter i strukturell och funktionell mångfald. Curr. Opin. Struct. Biol. 11, 39-46.
- Lee, ms, Gippert, GP, Soman, kV, Case, da och Wright, Pe (1989). Tredimensionell lösningsstruktur av en enda zinkfinger-DNA-bindande domän. Vetenskap 245, 635-637.
- Michael, S. F., Kilfoil, V. J., Schmidt, M. H., Amann, B. T. och Berg, J. M. (1992). Metallbindning och vikningsegenskaper hos en minimalistisk Cys2His2 zinkfingerpeptid. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89, 4796-4800.
- Miller, J., McLachlan, A. D. och Klug, A. (1985). Repetitiva zinkbindande domäner i proteintranskriptionsfaktorn IIIA från Xenopus-oocyter. EMBO J. 4, 1609-1614.
- Pavletich, NP och Pabo, Co (1991). Zinkfinger-DNA-erkännande: kristallstruktur av ett Zif268-DNA-komplex vid 2.1 A. Science 252, 809-817.
- Urnov, fd, Rebar, Ej, Holmes, Mc, Zhang, HS och Gregory, Pd (2010). Genomredigering med konstruerade zinkfingernukleaser. Nat. Pastor Genet. 11, 636-646.