The jari zink (ZF) adalah struktur motif terdapat dalam banyak protein eukariot. Mereka tergolong dalam kumpulan metalloprotein, kerana mereka mampu mengikat ion logam zink, yang mereka perlukan untuk operasi mereka. Lebih daripada 1,500 domain ZF diramalkan wujud dalam kira-kira 1,000 protein yang berbeza pada manusia.
Istilah jari seng atau "jari zink" pertama kali diciptakan pada tahun 1985 oleh Miller, McLachlan, dan Klug, ketika mempelajari secara terperinci domain kecil DNA yang mengikat faktor transkripsi Xenopus laevis TFIIIA, yang dijelaskan oleh penulis lain beberapa tahun sebelumnya. .
Gambaran grafik motif jari zink dalam protein (Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com), melalui Wikimedia Commons)
Protein dengan motif ZF adalah antara yang paling banyak terdapat dalam genom organisma eukariotik dan mengambil bahagian dalam kepelbagaian proses sel penting, antaranya transkripsi gen, terjemahan protein, metabolisme, lipatan dan pemasangan protein dan lipid lain. , kematian sel yang diprogramkan, antara lain.
Struktur
Struktur motif ZF sangat terpelihara. Biasanya kawasan berulang ini mempunyai 30 hingga 60 asid amino, struktur sekundernya dijumpai sebagai dua helai beta antiparallel yang membentuk jepit rambut dan heliks alfa, yang dilambangkan sebagai ββα.
Struktur sekunder tersebut ditstabilkan oleh interaksi hidrofobik dan oleh koordinasi atom zink yang diberikan oleh dua residu sistein dan dua histidin (Cys 2 His 2 ). Walau bagaimanapun, terdapat ZF yang dapat mengkoordinasikan lebih daripada satu atom zink dan yang lain di mana susunan Cys dan residu-Nya berbeza-beza.
ZF dapat diulang dalam kumpulan, dikonfigurasikan secara linear dalam protein yang sama. Semua mempunyai struktur yang serupa, tetapi dapat dibezakan secara kimia antara satu sama lain dengan variasi residu asid amino yang penting untuk pemenuhan fungsinya.
Ciri umum di antara ZF adalah kemampuan mereka mengenali molekul DNA atau RNA dengan panjang yang berbeza, itulah sebabnya mereka pada mulanya hanya dianggap sebagai faktor transkrip.
Secara umum, pengiktirafan adalah kawasan 3bp dalam DNA dan dicapai apabila protein domain ZF menunjukkan heliks alpha ke alur utama molekul DNA.
Pengelasan
Terdapat motif ZF yang berbeza yang berbeza antara satu sama lain mengikut sifatnya dan konfigurasi spasial yang berbeza yang dicapai oleh ikatan koordinasi dengan atom zink. Salah satu klasifikasi adalah seperti berikut:
C
Ini adalah motif yang sering dijumpai dalam ZF. Sebilangan besar motif C 2 H 2 khusus untuk interaksi dengan DNA dan RNA, namun, mereka telah diperhatikan untuk mengambil bahagian dalam interaksi protein-protein. Mereka mempunyai antara 25 dan 30 sisa asid amino dan terdapat dalam kumpulan protein pengawalan terbesar dalam sel mamalia.
Struktur utama domain jari seng C2H2, termasuk ikatan yang menyelaraskan ion zink dan dengan latar belakang "tangan dan jari" (AngelHerraez, melalui Wikimedia Commons)
C
Mereka berinteraksi dengan RNA dan beberapa protein lain. Mereka dilihat terutamanya sebagai sebahagian daripada beberapa protein kapsid retrovirus, yang membantu dalam pembungkusan RNA virus setelah replikasi.
C
Protein dengan motif ini adalah enzim yang bertanggungjawab untuk replikasi dan transkripsi DNA. Contoh yang baik ialah enzim kasar fage T4 dan T7.
C
Keluarga ZF ini merangkumi faktor transkripsi yang mengatur ekspresi gen penting dalam banyak tisu semasa pengembangan sel. Faktor GATA-2 dan 3, misalnya, terlibat dalam hematopoiesis.
C
Domain ini khas dari ragi, khususnya protein GAL4, yang mengaktifkan transkripsi gen yang terlibat dalam penggunaan galaktosa dan melibiose.
Jari Zink (C
Struktur khusus ini mempunyai 2 subtipe domain ZF (C 3 HC 4 dan C 3 H 2 C 3 ) dan terdapat dalam banyak protein haiwan dan tumbuhan.
Mereka dijumpai dalam protein seperti RAD5, yang terlibat dalam pembaikan DNA pada organisma eukariotik. Mereka juga terdapat dalam RAG1, yang penting untuk penyusunan semula imunoglobulin.
H
Domain ZF ini sangat terpelihara dalam integrasi retrovirus dan retrotransposon; dengan mengikat protein sasaran menyebabkan perubahan konformasi di dalamnya.
ciri-ciri
Protein dengan domain ZF melayani pelbagai tujuan: boleh didapati pada protein ribosom atau pada penyesuai transkrip. Mereka juga telah dikesan sebagai bahagian yang tidak terpisahkan dari struktur RNA polimerase II ragi.
Mereka tampaknya terlibat dalam homeostasis seng intraselular dan dalam pengaturan apoptosis atau kematian sel yang diprogramkan. Selain itu, terdapat beberapa protein ZF yang berfungsi sebagai pendamping untuk melipat atau mengangkut protein lain.
Mengikat lipid dan peranan penting dalam interaksi protein-protein juga merupakan fungsi utama domain ZF dalam beberapa protein.
Kepentingan bioteknologi
Selama bertahun-tahun, pemahaman struktur dan fungsional dari domain ZF telah memungkinkan kemajuan saintifik yang besar yang melibatkan penggunaan ciri-ciri mereka untuk tujuan bioteknologi.
Oleh kerana sebilangan protein ZF mempunyai kekhususan tinggi untuk domain DNA tertentu, banyak usaha saat ini dilaburkan dalam reka bentuk ZF tertentu, yang dapat memberikan kemajuan berharga dalam terapi gen pada manusia.
Aplikasi bioteknologi yang menarik juga timbul dari reka bentuk protein dengan ZFs genetik. Bergantung pada tujuan yang diinginkan, beberapa daripadanya dapat diubah dengan penambahan peptida jari "poli zink", yang mampu mengenali hampir semua urutan DNA dengan pertalian dan kekhususan yang tinggi.
Penyuntingan genomik yang diubah suai Nuclease adalah salah satu aplikasi yang paling menjanjikan hari ini. Penyuntingan jenis ini menawarkan kemungkinan untuk menjalankan kajian mengenai fungsi genetik secara langsung dalam sistem model yang diminati.
Kejuruteraan genetik menggunakan nuklease ZF yang diubah telah menarik perhatian para saintis dalam bidang peningkatan genetik kultivar tanaman yang mempunyai kepentingan agronomi. Nuklease ini telah digunakan untuk membetulkan gen endogen yang menghasilkan bentuk tahan herbisida pada tanaman tembakau.
Nuklease dengan ZF juga telah digunakan untuk penambahan gen dalam sel mamalia. Protein yang dimaksud digunakan untuk menghasilkan satu set sel tikus isogenik dengan satu set alel yang ditentukan untuk gen endogen.
Proses sedemikian mempunyai aplikasi langsung dalam penandaan dan penciptaan bentuk alelik baru untuk mempelajari hubungan struktur dan fungsi dalam keadaan ekspresi asli dan dalam lingkungan isogenik.
Rujukan
- Berg, JM (1990). Domain jari zink: hipotesis dan pengetahuan semasa. Kajian Tahunan Biofizik dan Kimia Biofizik, 19 (39), 405–421.
- Dreier, B., Beerli, R., Segal, D., Flippin, J., & Barbas, C. (2001). Pengembangan domain jari zink untuk pengiktirafan sekuens DNA keluarga 5'-ANN-3 'dan penggunaannya dalam pembinaan faktor transkripsi buatan. JBC, (54).
- Gamsjaeger, R., Liew, CK, Loughlin, FE, Crossley, M., & Mackay, JP (2007). Jari melekit: jari-jari seng sebagai motif pengiktirafan protein. Trend Sains Biokimia, 32 (2), 63-70.
- Klug, A. (2010). Penemuan Jari Seng dan Aplikasi mereka dalam Peraturan Gen dan Manipulasi Genom. Kajian Tahunan Biokimia, 79 (1), 213-231.
- Kluska, K., Adamczyk, J., & Krȩzel, A. (2017). Sifat mengikat logam jari zink dengan tapak pengikat logam yang diubah secara semula jadi. Metallomics, 10 (2), 248–263.
- Laity, JH, Lee, BM, & Wright, PE (2001). Protein jari zink: Wawasan baru mengenai kepelbagaian struktur dan fungsi. Pendapat Semasa dalam Biologi Struktural, 11 (1), 39–46.
- Miller, J., McLachlan, AD, & Klug, A. (1985). Domain pengikatan zink berulang dalam faktor transkripsi protein IIIA dari Xenopus oosit. Jurnal Unsur Jejak dalam Perubatan Eksperimen, 4 (6), 1609–1614.
- Urnov, FD, Rebar, EJ, Holmes, MC, Zhang, HS, & Gregory, PD (2010). Penyuntingan genom dengan nuklease jari zink yang direkayasa. Genetik Ulasan Alam, 11 (9), 636–646.