Cấu trúc ngón tay kẽm, phân loại, chức năng và tầm quan trọng



các ngón tay kẽm (ZF) là các họa tiết cấu trúc có trong một lượng lớn protein nhân chuẩn. Chúng thuộc nhóm các metallicoprotein, vì chúng có khả năng liên kết ion kim loại kẽm, mà chúng cần cho hoạt động của chúng. Theo dự đoán, hơn 1500 miền ZF tồn tại trong khoảng 1000 protein khác nhau ở người.

Thuật ngữ "ngón tay kẽm" được đặt ra lần đầu tiên vào năm 1985 bởi Miller, McLachlan và Klug, trong khi nghiên cứu chi tiết về các miền liên kết DNA nhỏ của yếu tố phiên mã TFIIIA. Xenopus laevis, được mô tả bởi các tác giả khác một số năm trước.

Protein có họa tiết ZF là một trong những loại có nhiều nhất trong bộ gen của sinh vật nhân chuẩn và tham gia vào nhiều quá trình tế bào thiết yếu, bao gồm phiên mã di truyền, dịch mã protein, chuyển hóa, gấp và lắp ráp các protein và lipid khác , chết tế bào được lập trình, trong số những người khác.

Chỉ số

  • 1 cấu trúc
  • 2 Phân loại
    • 2.1 C2H2
    • 2.2 C2H
    • 2.3 C4 (vòng lặp hoặc ruy băng)
    • 2.4 C4 (họ GATA)
    • 2,5 C6
    • 2.6 Ngón tay của kẽm (C3HC4-C3H2C3)
    • 2.7 H2C2
  • 3 chức năng
  • 4 Tầm quan trọng công nghệ sinh học
  • 5 tài liệu tham khảo

Cấu trúc

Cấu trúc của các họa tiết ZF được bảo tồn vô cùng. Thông thường các vùng lặp lại này có 30 đến 60 axit amin, có cấu trúc thứ cấp được tìm thấy dưới dạng hai tấm beta chống song song tạo thành một ngã ba và chuỗi xoắn alpha, được ký hiệu là ββα.

Cấu trúc thứ cấp này được ổn định bởi các tương tác kỵ nước và bởi sự phối hợp của một nguyên tử kẽm được cung cấp bởi hai dư lượng cystein và hai dư lượng histidine (Cys2Của anh ấy2). Tuy nhiên, có ZF có thể phối hợp nhiều hơn một nguyên tử kẽm và các nguyên tử khác trong đó thứ tự của Cys và dư lượng của Ngài thay đổi.

ZF có thể được lặp lại song song, được cấu hình tuyến tính trong cùng một protein. Tất cả đều có cấu trúc tương tự nhau, nhưng có thể được phân biệt hóa học với nhau bằng các biến thể của dư lượng axit amin chính để thực hiện các chức năng của chúng.

Một đặc điểm chung của các ZF là khả năng nhận biết các phân tử DNA hoặc RNA có độ dài khác nhau, đó là lý do ban đầu chúng chỉ được coi là yếu tố phiên mã.

Nói chung, sự công nhận là các vùng 3 bp trong DNA và nó đạt được khi protein có miền ZF trình bày chuỗi xoắn alpha đến rãnh lớn hơn của phân tử DNA..

Phân loại

Có các họa tiết ZF khác nhau khác nhau do tính chất của chúng và các cấu hình không gian khác nhau đạt được bằng liên kết phối trí với nguyên tử kẽm. Một trong những cách phân loại như sau:

C2H2

Đây là một mô típ thường được tìm thấy trong ZF. Hầu hết các lý do C2H2 chúng đặc trưng cho sự tương tác với DNA và RNA, tuy nhiên, chúng đã được quan sát thấy khi tham gia vào các tương tác protein-protein. Chúng có từ 25 đến 30 dư lượng axit amin và nằm trong họ protein điều hòa lớn nhất trong các tế bào động vật có vú.

C2H

Chúng tương tác với RNA và một số protein khác. Chúng chủ yếu được quan sát như là một phần của một số protein của capsid retrovirus, hợp tác trong việc đóng gói RNA virus ngay sau khi sao chép.

C4 (cà vạt hoặc ruy băng)

Các protein có mô típ nói trên là các enzyme chịu trách nhiệm sao chép và sao chép DNA. Một ví dụ điển hình trong số này có thể là các enzyme chính của phages T4 và T7.

C4 (Gia đình GATA)

Họ ZF này bao gồm các yếu tố phiên mã quy định sự biểu hiện của các gen quan trọng trong nhiều mô trong quá trình phát triển tế bào. Các yếu tố GATA-2 và 3, ví dụ, có liên quan đến tạo máu.

C6

Các miền này đặc trưng cho men, cụ thể là protein GAL4, kích hoạt phiên mã các gen liên quan đến việc sử dụng galactose và melibiose.

Ngón tay kẽm (C3HC4-C3H2C3)

Các cấu trúc cụ thể này có 2 kiểu con của miền ZF (C3HC4 và C3H2C3) và có mặt trong nhiều protein động vật và thực vật.

Chúng được tìm thấy trong các protein như RAD5, liên quan đến việc sửa chữa DNA ở sinh vật nhân chuẩn. Chúng cũng được tìm thấy trong RAG1, rất cần thiết cho việc cấu hình lại các globulin miễn dịch.

H2C2

Miền ZF này được bảo tồn cao trong các tích hợp của retrovirus và retrotransCPons; bằng cách liên kết với protein trắng gây ra sự thay đổi về hình dạng trong đó.

Chức năng

Protein có miền ZF phục vụ một số mục đích: chúng có thể được tìm thấy trong protein ribosome hoặc trong bộ điều hợp phiên mã. Chúng cũng đã được phát hiện như là một phần không thể thiếu trong cấu trúc của nấm men RNA polymerase II.

Họ dường như có liên quan đến cân bằng nội bào kẽm và trong quy định của apoptosis hoặc chết tế bào được lập trình. Ngoài ra, có một số protein có ZF có chức năng như người đi kèm để gấp hoặc vận chuyển các protein khác.

Liên kết lipid và vai trò chính trong tương tác protein-protein cũng là các chức năng quan trọng của miền ZF trong một số protein.

Tầm quan trọng công nghệ sinh học

Trong những năm qua, sự hiểu biết về cấu trúc và chức năng của các lĩnh vực ZF đã cho phép đạt được những tiến bộ khoa học lớn liên quan đến việc sử dụng các đặc tính của chúng cho các mục đích công nghệ sinh học.

Do một số protein có ZF có tính đặc hiệu cao đối với một số miền DNA nhất định, nhiều nỗ lực hiện đang được đầu tư vào việc thiết kế ZF cụ thể, có thể mang lại những tiến bộ có giá trị trong liệu pháp gen ở người.

Các ứng dụng công nghệ sinh học thú vị cũng phát sinh từ việc thiết kế protein với ZF được sửa đổi bằng kỹ thuật di truyền. Tùy thuộc vào kết thúc mong muốn, một số trong số này có thể được sửa đổi bằng cách bổ sung các peptide ngón tay "kẽm-kẽm", có khả năng nhận ra hầu như bất kỳ chuỗi DNA nào có ái lực và tính đặc hiệu cao.

Phiên bản bộ gen với các hạt nhân sửa đổi là một trong những ứng dụng hứa hẹn nhất hiện nay. Loại phiên bản này cung cấp khả năng thực hiện các nghiên cứu về chức năng di truyền trực tiếp trong hệ thống mô hình quan tâm.

Kỹ thuật di truyền sử dụng các hạt nhân ZF biến đổi đã thu hút sự chú ý của các nhà khoa học trong lĩnh vực cải tiến di truyền các giống cây trồng có tầm quan trọng nông học. Những hạt nhân này đã được sử dụng để điều chỉnh một gen nội sinh tạo ra các dạng kháng thuốc diệt cỏ trong cây thuốc lá.

Các hạt nhân với ZF cũng đã được sử dụng để bổ sung các gen trong các tế bào động vật có vú. Các protein trong câu hỏi đã được sử dụng để tạo ra một tập hợp các tế bào chuột đồng phân với một loạt các alen được xác định cho một gen nội sinh.

Quá trình này có một ứng dụng trực tiếp trong việc ghi nhãn và tạo ra các dạng allel mới để nghiên cứu các mối quan hệ của cấu trúc và chức năng trong các điều kiện biểu hiện tự nhiên và trong môi trường đồng phân.

Tài liệu tham khảo

  1. Berg, J. M. (1990). Miền ngón tay kẽm: giả thuyết và kiến ​​thức hiện tại. Đánh giá hàng năm về sinh lý và hóa lý, 19(39), 405-421.
  2. Dreier, B., Biali, R., Segal, D., Flippin, J., & Barbas, C. (2001). Phát triển các miền ngón tay kẽm để nhận biết họ DNA 5'-ANN-3 'và việc sử dụng chúng trong việc xây dựng các yếu tố phiên mã nhân tạo. JBC, (54).
  3. Gamsjaeger, R., Liew, C.K., Loughlin, F.E., Crossley, M., & Mackay, J.P. (2007). Ngón tay dính: ngón tay kẽm làm họa tiết nhận biết protein. Xu hướng khoa học sinh hóa, 32(2), 63-70.
  4. Klug, A. (2010). Khám phá về ngón tay kẽm và ứng dụng của chúng trong quy định gen và thao tác bộ gen. Đánh giá thường niên về hóa sinh, 79(1), 213-231.
  5. Kluska, K., Adamchot, J., & Krȩzel, A. (2017). Tính chất liên kết kim loại của ngón tay kẽm với vị trí liên kết kim loại thay đổi tự nhiên. Luyện kim, 10(2), 248-263.
  6. Giáo dân, J. H., Lee, B. M., & Wright, P. E. (2001). Protein ngón tay kẽm: Những hiểu biết mới về sự đa dạng về cấu trúc và chức năng. Ý kiến ​​hiện tại về sinh học cấu trúc, 11(1), 39-46.
  7. Miller, J., McLachlan, A. D., & Klug, A. (1985). Các miền liên kết kẽm lặp đi lặp lại trong yếu tố phiên mã protein IIIA từ tế bào trứng Xenopus. Tạp chí các nguyên tố vi lượng trong y học thực nghiệm, 4(6), 1609-1614.
  8. Urnov, F. D., Rebar, E.J., Holmes, M.C., Zhang, H.S., & Gregory, P.D. (2010). Chỉnh sửa bộ gen với các hạt nhân ngón tay kẽm được thiết kế. Tự nhiên Nhận xét Di truyền học, 11(9), 636-646.