Sinkkisormi (ZF) ovat rakenteellisia motiiveja läsnä monissa eukaryoottisten proteiinien. Ne kuuluvat metalloproteiinien ryhmään, koska ne kykenevät sitomaan sinkkimetalli-ionin, jota he tarvitsevat toimintaansa. Yli 1 500 ZF-domeenin ennustetaan esiintyvän noin 1 000 erilaisessa proteiinissa ihmisissä.
Termi sinkkisormi tai ”sinkkisormi” kehitettiin ensimmäisen kerran vuonna 1985 Millerissä, McLachlanissa ja Klugissa tutkiessaan yksityiskohtaisesti Xenopus laevis -kriptionaalisen tekijän TFIIIA pieniä DNA: ta sitovia domeeneja, joita muut kirjoittajat ovat kuvanneet joitakin vuosia aiemmin..
Graafinen esitys sinkkisormen aiheesta proteiineissa (Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com), Wikimedia Commonsin kautta)
ZF-aiheisilla proteiineilla on runsaasti eukaryoottisten organismien genomissa ja ne osallistuvat olennaisten soluprosessien monimuotoisuuteen, joihin kuuluvat geenitranskriptio, proteiinien translaatio, metabolia, muiden proteiinien ja lipidien taittuminen ja kokoonpano., ohjelmoitu solukuolema, mm.
Rakenne
ZF-motiivien rakenne on erittäin konservoitunut. Yleensä näillä toistuvilla alueilla on 30 - 60 aminohappoa, joiden sekundaarinen rakenne löytyy kahdesta antiparallelisesta beetalevystä, jotka muodostavat hiusneulan ja alfa-heeliksin, jota merkitään beeta-beeta.
Mainittu sekundaarinen rakenne stabiloidaan hydrofobiset vuorovaikutukset ja koordinointia sinkki atomi annetaan kahdella kysteiini ja kaksi histidiinitähteitä (Cys 2 His 2). On kuitenkin ZF: itä, jotka voivat koordinoida useampaa kuin yhtä sinkkiatomia, ja toisia, joissa Cys: n ja Hänen tähteiden järjestys vaihtelee.
ZF: t voidaan toistaa erässä, lineaarisesti konfiguroituna samaan proteiiniin. Kaikilla on samanlaiset rakenteet, mutta ne voidaan erottaa kemiallisesti toisistaan aminohappotähteiden variaatioilla, jotka ovat avainasemassa niiden toimintojen suorittamisessa.
Yhteinen piirre ZF: ien keskuudessa on niiden kyky tunnistaa eripituiset DNA- tai RNA-molekyylit, minkä vuoksi niitä pidettiin alun perin vain transkription tekijöinä.
Yleensä tunnistetaan 3 bp: n alueet DNA: ssa ja se saavutetaan, kun ZF-domeeniproteiini esittelee alfa-helixin DNA-molekyylin pääuraan.
Luokittelu
On olemassa erilaisia ZF-aiheita, jotka eroavat toisistaan luonteeltaan ja erilaisilla alueellisilla kokoonpanoilla, jotka saavutetaan koordinaatiosidoksilla sinkkiatomin kanssa. Yksi luokituksista on seuraava:
C
Tämä on yleinen aihe ZF: issä. Useimmat C 2 H 2 motiivit ovat spesifisiä vuorovaikutuksessa DNA: n ja RNA: n, mutta ne on havaittu osallistumaan proteiini-proteiini-vuorovaikutuksia. Niillä on välillä 25-30 aminohappotähdettä ja niitä esiintyy nisäkässolujen suurimmassa säätelyproteiinien ryhmässä.
C2H2-sinkkisormen primaarirakenne, mukaan lukien sidokset, jotka koordinoivat sinkki-ioni, ja "käden ja sormen" taustalla (AngelHerraez, Wikimedia Commonsin kautta)
C
Ne ovat vuorovaikutuksessa RNA: n ja joidenkin muiden proteiinien kanssa. Niitä pidetään pääasiassa osana joitain retroviruskapsiidiproteiineja, jotka auttavat virus-RNA: n pakkaamisessa heti replikaation jälkeen.
C
Tämän aiheen mukaiset proteiinit ovat entsyymejä, jotka vastaavat DNA: n replikaatiosta ja transkriptiosta. Hyvä esimerkki näistä voivat olla T4- ja T7-faagin karkeat entsyymit.
C
Tämä ZF-perhe sisältää transkriptiotekijöitä, jotka säätelevät tärkeiden geenien ilmentymistä monissa kudoksissa solukehityksen aikana. Esimerkiksi GATA-2 ja 3 -tekijät osallistuvat hematopoieesiin.
C
Nämä domeenit ovat tyypillisiä hiivalle, erityisesti GAL4-proteiinille, joka aktivoi galaktoosin ja melibioosin käyttöön osallistuvien geenien transkription.
Sinkkisormit (C
Nämä erityiset rakenteet hallussaan 2 alatyyppiä ZF domeenien (C 3 HC 4 ja C 3 H 2 C 3) ja ovat läsnä lukuisissa eläin- ja kasviproteiinien.
Niitä löytyy proteiineista, kuten RAD5, jotka osallistuvat eukaryoottisten organismien DNA: n korjaamiseen. Niitä löytyy myös RAG1: stä, joka on välttämätöntä immunoglobuliinien uudelleenkonfiguroimiseksi.
H
Tämä ZF-domeeni on erittäin konservoitunut retrovirusten ja retrotransposonien integraaleissa; sitoutumalla kohdeproteiiniin se aiheuttaa muodonmuutoksen siinä.
ominaisuudet
ZF-domeeneilla varustetut proteiinit palvelevat monia tarkoituksia: niitä voidaan löytää ribosomaalisista proteiineista tai transkriptionaalisista adapterista. Ne on havaittu myös kiinteänä osana hiiva-RNA-polymeraasi II: n rakennetta.
Ne näyttävät osallistuvan solun sisäiseen sinkin homeostaasiin ja apoptoosin tai ohjelmoidun solukuoleman säätelyyn. Lisäksi on joitain ZF-proteiineja, jotka toimivat kaperoneina muiden proteiinien laskostumiseen tai kuljettamiseen.
Sitoutuminen lipideihin ja perustavanlaatuinen rooli proteiini-proteiini-vuorovaikutuksissa ovat myös joidenkin proteiinien ZF-domeenien näkyvät toiminnot.
Bioteknologinen merkitys
ZF-alueiden rakenteellinen ja toiminnallinen ymmärtäminen on vuosien mittaan mahdollistanut suuren tieteellisen edistyksen, joka tarkoittaa niiden ominaisuuksien käyttöä bioteknologisiin tarkoituksiin.
Koska joillakin ZF-proteiineilla on korkea spesifisyys tietyille DNA-domeeneille, panostetaan tällä hetkellä paljon vaivaa spesifisten ZF: ien suunnitteluun, mikä voi tarjota arvokkaita edistyksiä ihmisten geeniterapiassa.
Mielenkiintoisia bioteknologisia sovelluksia syntyy myös proteiinien suunnittelusta geneettisesti muokattujen ZF: ien kanssa. Halutusta tarkoituksesta riippuen joitain näistä voidaan modifioida lisäämällä "poly-sinkki" sormipeptidejä, jotka kykenevät tunnistamaan käytännöllisesti katsoen minkä tahansa DNA-sekvenssin, jolla on korkea affiniteetti ja spesifisyys.
Nukleaasimodifioitu genomieditorointi on yksi lupaavimmista sovelluksista nykyään. Tämäntyyppinen editointi tarjoaa mahdollisuuden suorittaa geneettisen toiminnan tutkimuksia suoraan kiinnostuksen kohteena olevassa mallijärjestelmässä.
Geenitekniikka, jossa käytetään modifioituja ZF-nukleaaseja, on kiinnittänyt tutkijoiden huomion maatalouden kannalta tärkeiden kasvilajikkeiden geneettisen parantamisen alalla. Näitä nukleaaseja on käytetty oikaisemaan endogeeninen geeni, joka tuottaa rikkakasvien torjunta-ainemuotoja tupakkakasveissa.
NF-nukleaaseja on käytetty myös geenien lisäämiseen nisäkässoluissa. Kyseisiä proteiineja käytettiin tuottamaan joukko isogeenisiä hiirisoluja, joissa oli joukko määriteltyjä alleeleja endogeeniselle geenille.
Tällaisella prosessilla on suora sovellus uusien alleelimuotojen leimaamiseen ja luomiseen rakenne- ja toimintasuhteiden tutkimiseksi luontaisissa ekspressio-olosuhteissa ja isogeenisissä ympäristöissä.
Viitteet
- Berg, JM (1990). Sinkkisormen alueet: hypoteesit ja nykyinen tieto. Biofysiikan ja biofysikaalisen kemian vuosikatsaus, 19 (39), 405–421.
- Dreier, B., Beerli, R., Segal, D., Flippin, J., & Barbas, C. (2001). Sinkkisormen domeenien kehittäminen DNA'-sekvenssien 5'-ANN-3'-perheen tunnistamiseksi ja niiden käyttö keinotekoisten transkriptiotekijöiden rakentamisessa. JBC, (54).
- Gamsjaeger, R., Liew, CK, Loughlin, FE, Crossley, M., ja Mackay, JP (2007). Sticky sormet: sinkin sormet proteiinin tunnistamisen aiheita. Biokemiallisten tieteiden trendit, 32 (2), 63–70.
- Klug, A. (2010). Sinkkisormien löytäminen ja niiden sovellukset geenisäädöksissä ja geenin manipuloinnissa. Biokemian vuosikatsaus, 79 (1), 213–231.
- Kluska, K., Adamczyk, J., & Krȩzel, A. (2017). Sinkkisormien, joissa on luonnollisesti muuttunut metallin sitoutumiskohta, metallisitomisominaisuudet. Metallomics, 10 (2), 248–263.
- Laity, JH, Lee, BM, ja Wright, PE (2001). Sinkkisorproteiinit: Uudet käsitykset rakenteellisesta ja toiminnallisesta monimuotoisuudesta. Nykyinen lausunto rakennebiologiassa, 11 (1), 39–46.
- Miller, J., McLachlan, AD, ja Klug, A. (1985). Toistuvat sinkkiä sitovat domeenit Xenopus-munasolujen proteiinitranskriptiotekijä IIIA: ssa. Journal of Trace Elements in Experimental Medicine, 4 (6), 1609–1614.
- Urnov, FD, Rebar, EJ, Holmes, MC, Zhang, HS, ja Gregory, PD (2010). Genomien muokkaaminen suunnitellulla sinkkisormeilla. Nature Reviews Genetics, 11 (9), 636–646.