A cinkujj (ZF) sok eukarióta proteinben jelenlévő szerkezeti motívumok. A metalloproteinek csoportjába tartoznak, mivel képesek megkötni a működésükhöz szükséges cink-fémionokat. A becslések szerint több mint 1500 ZF domén létezik kb. 1000 különféle fehérjében emberben.
A cink ujj vagy a „cink ujj” kifejezést először 1985-ben hozták létre Miller, McLachlan és Klug, miközben részletesen tanulmányozták a Xenopus laevis TFIIIA transzkripciós faktor kis DNS-kötő doménjeit, amelyeket más szerzők írtak néhány évvel korábban..
A cink ujj motívumának grafikus ábrázolása fehérjékben (Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com), a Wikimedia Commons segítségével)
A ZF-motívumokkal rendelkező fehérjék az eukarióta organizmusok genomjában a legszélesebbek és részt vesznek az alapvető sejtes folyamatok sokféleségében, beleértve a génátírást, a fehérjék transzlációját, az anyagcserét, a többi fehérje és lipid összehajtogatását és összeállítását., programozott sejthalál, többek között.
Szerkezet
A ZF motívumok szerkezete rendkívül konzerválva van. Ezekben az ismétlődő régiókban általában 30-60 aminosav van, amelynek szekunder szerkezete két antiparallel bétalapként található, amelyek hajtűt és alfa-hélixet képeznek, amelyet ββ-nak neveznek.
Az említett másodlagos szerkezet stabilizálódik a hidrofób kölcsönhatások és a koordinációs egy cink-atom által adott két cisztein és két hisztidin maradékok (Cys 2 His 2). Vannak olyan ZF-ek, amelyek egynél több cinkatomot tudnak koordinálni, és mások, amelyekben a Cys és az ő aminosainak rendje változik.
A ZF-k megismételhetők egy tételben, lineárisan konfigurálva ugyanabban a fehérjében. Mindegyik hasonló szerkezetű, de kémiailag megkülönböztethetők egymástól az aminosavmaradékok variációi révén, amelyek kulcsfontosságúak funkcióik teljesítéséhez.
A ZF-k közös jellemzője, hogy képesek felismerni a különböző hosszúságú DNS- vagy RNS-molekulákat, ezért kezdetben csak transzkripciós faktoroknak tekintették őket.
Általában a 3 bp régiók felismerése a DNS-ben, és akkor érhető el, amikor a ZF doméntel rendelkező protein az alfa-hélixet a DNS-molekula fő horonyjához nyújtja.
Osztályozás
Különböző ZF-motívumok vannak, amelyek jellegüknél fogva különböznek egymástól és a cinkatommal való koordinációs kötések által elért eltérő térbeli konfigurációkat. Az egyik osztályozás a következő:
C
Ez a ZF-ekben általánosan megtalálható motívum. A legtöbb C 2 H 2 motívum specifikus a DNS-sel és RNS-sel való interakcióra, azonban megfigyelték őket, hogy részt vesznek a protein-protein kölcsönhatásokban. 25 és 30 aminosavmaradékkal rendelkeznek, és az emlőssejtekben megtalálhatók a szabályozó fehérjék legnagyobb családjában.
C2H2 cink ujjdomén elsődleges szerkezete, beleértve a kötéseket, amelyek koordinálják a cink-iont, és "kéz és ujj" háttérrel (AngelHerraez, a Wikimedia Commons segítségével)
C
Kölcsönhatásba lépnek RNS-sel és néhány más fehérjével. Ezeket elsősorban néhány retrovírus kapszidfehérje részeként tekintik, amelyek segítenek a vírus RNS csomagolásában közvetlenül a replikáció után.
C
Az ilyen motívumú fehérjék olyan enzimek, amelyek felelősek a DNS replikációjáért és transzkripciójáért. Jó példa erre a T4 és T7 fág durva enzimei.
C
Ez a ZF család olyan transzkripciós faktorokat tartalmaz, amelyek a fontos gének expresszióját számos szövetben szabályozzák a sejtfejlődés során. Például a GATA-2 és 3 faktorok részt vesznek a vérképzésben.
C
Ezek a domének az élesztőre jellemzőek, különösen a GAL4 fehérjére, amely aktiválja a galaktóz és a melibióz alkalmazásában részt vevő gének transzkripcióját.
Cink ujjak (C
Ezek különösen szerkezetek rendelkeznek 2 altípusát ZF domének (C 3 HC 4 és C 3 H 2 C 3), és jelen vannak számos állati és növényi fehérjék.
Ezek olyan fehérjékben találhatók, mint például a RAD5, amelyek részt vesznek az eukarióta szervezetekben a DNS helyreállításában. Ezek megtalálhatók a RAG1-ben is, amelyek nélkülözhetetlenek az immunglobulinok újrakonfigurálásához.
H
Ez a ZF domén erősen konzerválódott a retrovírusok és a retrotranszpozonok integrázaiban; a célfehérjéhez kötődve konformációs változást vált ki benne.
Jellemzők
A ZF doménekkel rendelkező fehérjék különféle célokat szolgálnak: megtalálhatók riboszómális proteinekben vagy transzkripciós adapterekben. Ezeket az élesztő RNS-polimeráz II szerkezetének szerves részeként is kimutatták.
Úgy tűnik, hogy részt vesznek az intracelluláris cink homeosztázisában és az apoptózis vagy a programozott sejthalál szabályozásában. Ezen kívül vannak olyan ZF-fehérjék, amelyek chaperonként funkcionálnak más fehérjék hajtogatására vagy szállítására.
Néhány proteinben a ZF domének kiemelkedő funkciója a lipidekhez való kötés és a fehérje-fehérje kölcsönhatásokban is kritikus szerep.
Biotechnológiai fontosság
Az évek során a ZF-domének szerkezeti és funkcionális megértése nagy tudományos haladást tett lehetővé, amely magában foglalja tulajdonságaik biotechnológiai célokra történő felhasználását.
Mivel egyes ZF-fehérjék nagy specifitással rendelkeznek bizonyos DNS-doménekre, jelenleg sok erőfeszítést kell fektetni a speciális ZF-ek kialakítására, amelyek értékes előrelépéseket tudnak biztosítani az emberek génterápiájában.
Érdekes biotechnológiai alkalmazások származnak a géntechnológiával módosított ZF-kkel történő fehérjetervezésből is. A kívánt céltól függően ezek közül néhány módosítható "poli-cink" ujjpeptidek hozzáadásával, amelyek képesek felismerni gyakorlatilag bármely nagy szekvenciájú és affinitású DNS-szekvenciát.
A nukleáz-módosított genomi szerkesztés az egyik legígéretesebb alkalmazás manapság. Az ilyen típusú szerkesztés lehetőséget kínál arra, hogy a genetikai funkcióval kapcsolatos vizsgálatokat közvetlenül az érdeklődésre számot tartó modellrendszerben elvégezzék.
A módosított ZF-nukleázok felhasználásával végzett géntechnika felhívta a tudósok figyelmét az agronómiai jelentőségű növények fajtáinak genetikai fejlesztésére. Ezeket a nukleázokat olyan endogén gén kijavítására használják, amely herbicidrezisztens formákat produkál a dohánynövényekben.
ZF-vel végzett nukleázokat is felhasználtak gének hozzáadására emlős sejtekben. A kérdéses fehérjéket izogén egér sejtek sorozatának előállításához használták, az endogén gén meghatározott alléljainak sorozatával.
Egy ilyen eljárás közvetlenül alkalmazható az új allél formák megjelölésében és létrehozásában a szerkezet és a funkció kapcsolatának tanulmányozására natív expressziós körülmények között és izogén környezetekben.
Irodalom
- Berg, JM (1990). Cinkujj domének: hipotézisek és jelenlegi ismeretek. A biofizika és biofizikai kémia éves áttekintése, 19 (39), 405–421.
- Dreier, B., Beerli, R., Segal, D., Flippin, J. és Barbas, C. (2001). Cink ujjdomének fejlesztése az 5'-ANN-3 'DNS-szekvenciák családjának felismerésére és felhasználása a mesterséges transzkripciós faktorok felépítésében. JBC (54).
- Gamsjaeger, R., Liew, CK, Loughlin, FE, Crossley, M., és Mackay, JP (2007). Ragadós ujjak: cink-ujjak mint fehérjefelismerő motívumok. Trends in Biochemical Sciences, 32 (2), 63–70.
- Klug, A. (2010). A cink ujjak felfedezése és alkalmazásuk a génszabályozásban és a genommanipulációban. Éves áttekintés a biokémiáról, 79 (1), 213–231.
- Kluska, K., Adamczyk, J., és Krȩzel, A. (2017). A cink ujjak fémkötő tulajdonságai természetesen megváltozott fémkötési hellyel. Metallomics, 10 (2), 248–263.
- Laity, JH, Lee, BM, és Wright, PE (2001). Cink ujjfehérjék: Új betekintés a szerkezeti és funkcionális sokféleségbe. Jelenlegi vélemény a strukturális biológiában, 11. (1), 39–46.
- Miller, J., McLachlan, AD, és Klug, A. (1985). Ismétlődő cinkkötő domének a Xenopus petesejtekből származó IIIA protein transzkripciós faktorban. Journal of Trace Elements in Experimental Medicine, 4 (6), 1609–1614.
- Urnov, FD, Rebar, EJ, Holmes, MC, Zhang, HS, és Gregory, PD (2010). Genomszerkesztés műszakilag tervezett cink ujj-nukleázokkal. Nature Reviews Genetics, 11 (9), 636–646.