Der Zinkfinger (ZF) sind Strukturmotive, die in vielen eukaryotischen Proteinen vorhanden sind. Sie gehören zur Gruppe der Metalloproteine, da sie das Zinkmetallion binden können, das sie für ihren Betrieb benötigen. Es wird vorausgesagt, dass mehr als 1.500 ZF-Domänen in etwa 1.000 verschiedenen Proteinen beim Menschen existieren.
Der Begriff Zinkfinger oder „Zinkfinger“ wurde erstmals 1985 von Miller, McLachlan und Klug geprägt, während die kleinen DNA-Bindungsdomänen des Xenopus laevis-Transkriptionsfaktors TFIIIA, die einige Jahre zuvor von anderen Autoren beschrieben wurden, eingehend untersucht wurden. .
Grafische Darstellung des Zinkfingermotivs in Proteinen (Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com), über Wikimedia Commons)
Proteine mit ZF-Motiven gehören zu den am häufigsten vorkommenden Proteinen im Genom eukaryotischer Organismen und sind an einer Vielzahl essentieller zellulärer Prozesse beteiligt, darunter Gentranskription, Proteintranslation, Metabolismus, Faltung und Assemblierung anderer Proteine und Lipide. unter anderem programmierter Zelltod.
Struktur
Die Struktur der ZF-Motive ist äußerst konserviert. Normalerweise haben diese wiederholten Regionen 30 bis 60 Aminosäuren, deren Sekundärstruktur als zwei antiparallele Beta-Blätter vorliegt, die eine Haarnadel und eine Alpha-Helix bilden, die als ββα bezeichnet wird.
Diese Sekundärstruktur wird durch hydrophobe Wechselwirkungen und durch die Koordination eines Zinkatoms stabilisiert, das durch zwei Cystein- und zwei Histidinreste (Cys 2 His 2 ) gegeben ist. Es gibt jedoch ZFs, die mehr als ein Zinkatom und andere koordinieren können, bei denen die Reihenfolge der Cys- und His-Reste variiert.
Die ZFs können in einer Charge wiederholt werden, die linear in demselben Protein konfiguriert ist. Alle haben ähnliche Strukturen, können jedoch durch Variationen von Aminosäureresten, die für die Erfüllung ihrer Funktionen entscheidend sind, chemisch voneinander unterschieden werden.
Ein gemeinsames Merkmal von ZFs ist ihre Fähigkeit, DNA- oder RNA-Moleküle unterschiedlicher Länge zu erkennen, weshalb sie ursprünglich nur als Transkriptionsfaktoren betrachtet wurden.
Im Allgemeinen werden 3bp-Regionen in der DNA erkannt und erreicht, wenn das Protein mit der ZF-Domäne die Alpha-Helix in der Hauptrille des DNA-Moleküls präsentiert.
Einstufung
Es gibt verschiedene ZF-Motive, die sich durch ihre Natur und die unterschiedlichen räumlichen Konfigurationen, die durch die Koordinationsbindungen mit dem Zinkatom erreicht werden, voneinander unterscheiden. Eine der Klassifikationen lautet wie folgt:
C.
Dies ist ein häufig vorkommendes Motiv in ZFs. Die meisten C 2 H 2 -Motive sind spezifisch für die Wechselwirkung mit DNA und RNA. Es wurde jedoch beobachtet, dass sie an Protein-Protein-Wechselwirkungen beteiligt sind. Sie haben zwischen 25 und 30 Aminosäurereste und gehören zur größten Familie der regulatorischen Proteine in Säugetierzellen.
Primärstruktur einer C2H2-Zinkfingerdomäne, einschließlich der Bindungen, die das Zinkion koordinieren, und mit einem "Hand und Finger" -Hintergrund (AngelHerraez, via Wikimedia Commons)
C.
Sie interagieren mit RNA und einigen anderen Proteinen. Sie werden hauptsächlich als Teil einiger Retrovirus-Kapsidproteine gesehen, die bei der Verpackung von viraler RNA unmittelbar nach der Replikation helfen.
C.
Proteine mit diesem Motiv sind Enzyme, die für die DNA-Replikation und -Transkription verantwortlich sind. Ein gutes Beispiel hierfür können die groben T4- und T7-Phagenenzyme sein.
C.
Diese Familie von ZF umfasst Transkriptionsfaktoren, die die Expression wichtiger Gene in zahlreichen Geweben während der Zellentwicklung regulieren. Beispielsweise sind GATA-2- und 3-Faktoren an der Hämatopoese beteiligt.
C.
Diese Domänen sind typisch für Hefe, insbesondere das GAL4-Protein, das die Transkription von Genen aktiviert, die an der Verwendung von Galactose und Melibiose beteiligt sind.
Zinkfinger (C.
Diese besonderen Strukturen besitzen 2 Subtypen von ZF-Domänen (C 3 HC 4 und C 3 H 2 C 3 ) und sind in zahlreichen tierischen und pflanzlichen Proteinen vorhanden.
Sie kommen in Proteinen wie RAD5 vor, die an der DNA-Reparatur in eukaryotischen Organismen beteiligt sind. Sie sind auch in RAG1 enthalten, das für die Rekonfiguration von Immunglobulinen essentiell ist.
H.
Diese Domäne von ZF ist in den Integrasen von Retroviren und Retrotransposons hoch konserviert; Durch die Bindung an das Zielprotein bewirkt es eine Konformationsänderung.
Eigenschaften
Proteine mit ZF-Domänen dienen einer Vielzahl von Zwecken: Sie können auf ribosomalen Proteinen oder auf Transkriptionsadaptern gefunden werden. Sie wurden auch als integraler Bestandteil der Struktur der Hefe-RNA-Polymerase II nachgewiesen.
Sie scheinen an der intrazellulären Zinkhomöostase und an der Regulation der Apoptose oder des programmierten Zelltods beteiligt zu sein. Darüber hinaus gibt es einige ZF-Proteine, die als Chaperone für die Faltung oder den Transport anderer Proteine fungieren.
Die Bindung an Lipide und eine entscheidende Rolle bei Protein-Protein-Wechselwirkungen sind ebenfalls wichtige Funktionen der ZF-Domänen in einigen Proteinen.
Biotechnologische Bedeutung
Im Laufe der Jahre hat das strukturelle und funktionelle Verständnis der ZF-Domänen große wissenschaftliche Fortschritte ermöglicht, bei denen ihre Eigenschaften für biotechnologische Zwecke genutzt werden.
Da einige ZF-Proteine eine hohe Spezifität für bestimmte DNA-Domänen aufweisen, wird derzeit viel Aufwand in das Design spezifischer ZFs investiert, die wertvolle Fortschritte in der Gentherapie beim Menschen bringen können.
Interessante biotechnologische Anwendungen ergeben sich auch aus dem Design von Proteinen mit konstruierten ZFs. Abhängig vom gewünschten Zweck können einige davon durch Zugabe von "Polyzink" -Fingerpeptiden modifiziert werden, die praktisch jede DNA-Sequenz mit hoher Affinität und Spezifität erkennen können.
Nuklease-modifizierte genomische Bearbeitung ist heute eine der vielversprechendsten Anwendungen. Diese Art der Bearbeitung bietet die Möglichkeit, Studien zur genetischen Funktion direkt im interessierenden Modellsystem durchzuführen.
Die Gentechnik mit modifizierten ZF-Nukleasen hat die Aufmerksamkeit von Wissenschaftlern auf dem Gebiet der genetischen Verbesserung von Pflanzensorten von agronomischer Bedeutung auf sich gezogen. Diese Nukleasen wurden verwendet, um ein endogenes Gen zu korrigieren, das in Tabakpflanzen herbizidresistente Formen erzeugt.
Nukleasen mit ZF wurden auch zur Zugabe von Genen in Säugetierzellen verwendet. Die fraglichen Proteine wurden verwendet, um einen Satz isogener Mauszellen mit einem Satz definierter Allele für ein endogenes Gen zu erzeugen.
Ein solcher Prozess findet eine direkte Anwendung bei der Markierung und Erzeugung neuer Allelformen, um Struktur- und Funktionsbeziehungen unter nativen Expressionsbedingungen und in isogenen Umgebungen zu untersuchen.
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