Δομή ψευδαργύρου, ταξινόμηση, λειτουργίες και σημασία



Το δάκτυλα ψευδαργύρου (ZF) είναι δομικά μοτίβα που υπάρχουν σε μια μεγάλη ποσότητα ευκαρυωτικών πρωτεϊνών. Ανήκουν στην ομάδα των μεταλλοπρωτεϊνών, επειδή είναι ικανές να δεσμεύουν το ιόν μετάλλου ψευδαργύρου, το οποίο χρειάζονται για τη λειτουργία τους. Προβλέπεται ότι υπάρχουν περισσότεροι από 1500 τομείς ZF σε περίπου 1000 διαφορετικές πρωτεΐνες στον άνθρωπο.

Ο όρος "δακτύλιος ψευδαργύρου" δημιουργήθηκε για πρώτη φορά το 1985 από τους Miller, McLachlan και Klug, μελετώντας λεπτομερώς τα μικρά πεδία σύνδεσης DNA του μεταγραφικού παράγοντα TFIIIA. Xenopus laevis, που έχουν περιγραφεί από άλλους συγγραφείς μερικά χρόνια πριν.

Πρωτεΐνη Motif ZF είναι το πιο άφθονο στο γονιδίωμα των ευκαρυωτικών οργανισμών και συμμετέχουν σε μια ποικιλία από βασικές κυτταρικές διεργασίες, κυρίως τη μεταγραφή γονιδίων, τη μετάφραση πρωτεϊνών, μεταβολισμός, αναδίπλωση και συναρμολόγηση των άλλων πρωτεϊνών και λιπιδίων , προγραμματισμένο κυτταρικό θάνατο, μεταξύ άλλων.

Ευρετήριο

  • 1 Δομή
  • 2 Ταξινόμηση
    • 2.1 C2H2
    • 2.2 C2H
    • 2.3 C4 (βρόχος ή κορδέλα)
    • 2.4 C4 (οικογένεια GATA)
    • 2.5 C6
    • 2.6 Δακτύλιοι ψευδαργύρου (C3HC4-C3H2C3)
    • 2.7 H2C2
  • 3 Λειτουργίες
  • 4 Βιοτεχνολογική σημασία
  • 5 Αναφορές

Δομή

Η δομή των μοτίβων ZF διατηρείται εξαιρετικά. Συνήθως αυτά περιοχές επανάληψης έχουν 30 έως 60 αμινοξέα, των οποίων η δευτεροταγής δομή είναι ως δύο αντιπαράλληλα φύλλα βήτα σχηματίζουν ένα ζυγό και μια άλφα έλικα, που υποδηλώνεται ως ββα.

Αυτή η δευτεροταγής δομή σταθεροποιείται με υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις και με το συντονισμό ενός ατόμου ψευδαργύρου που δίνεται από δύο υπολείμματα κυστεΐνης και δύο υπολείμματα ιστιδίνης (Cys2Το δικό του2). Ωστόσο, υπάρχουν ZF που μπορούν να συντονίσουν περισσότερα από ένα άτομα ψευδαργύρου και άλλα όπου η σειρά των Cys και His υπολειμμάτων ποικίλλει.

Το ZF μπορεί να επαναληφθεί διαδοχικά, διαμορφωμένο γραμμικά στην ίδια πρωτεΐνη. Όλα έχουν παρόμοιες δομές, αλλά μπορούν να διαφοροποιούνται χημικά μεταξύ τους από παραλλαγές βασικών υπολειμμάτων αμινοξέων για την εκπλήρωση των λειτουργιών τους.

Ένα κοινό χαρακτηριστικό μεταξύ των ZFs είναι η ικανότητά τους να αναγνωρίζουν μόρια DNA ή RNA διαφορετικών μηκών, γι 'αυτό αρχικά θεωρούνταν μόνο ως μεταγραφικοί παράγοντες.

Γενικά, η αναγνώριση είναι περιοχών 3 bp στο ϋΝΑ και επιτυγχάνεται όταν η πρωτεΐνη με ZF περιοχή παρουσιάζει την άλφα έλικα στην μεγαλύτερη αυλάκωση του μορίου ϋΝΑ..

Ταξινόμηση

Υπάρχουν διαφορετικά μοτίβα ZF που διαφέρουν μεταξύ τους λόγω της φύσης τους και των διαφορετικών χωρικών διαμορφώσεων που επιτυγχάνονται από τους δεσμούς συντονισμού με το άτομο ψευδαργύρου. Μία από τις ταξινομήσεις είναι η ακόλουθη:

Γ2H2

Αυτό είναι ένα μοτίβο που συνήθως βρίσκεται στο ZF. Οι περισσότεροι από τους λόγους C2H2 είναι ειδικά για την αλληλεπίδραση με το DNA και το RNA, ωστόσο, έχουν παρατηρηθεί συμμετέχοντας σε αλληλεπιδράσεις πρωτεΐνης-πρωτεΐνης. Έχουν μεταξύ 25 και 30 υπολείμματα αμινοξέων και βρίσκονται εντός της μεγαλύτερης οικογένειας ρυθμιστικών πρωτεϊνών σε κύτταρα θηλαστικών.

Γ2H

Αυτά αλληλεπιδρούν με το RNA και ορισμένες άλλες πρωτεΐνες. Παρατηρούνται κυρίως ως μέρος ορισμένων πρωτεϊνών του καψιδίου ρετροϊού, που συνεργάζονται στη συσκευασία του ιικού RNA αμέσως μετά την αντιγραφή.

Γ4 (γραβάτα ή κορδέλα)

Οι πρωτεΐνες με το εν λόγω μοτίβο είναι ένζυμα υπεύθυνα για την αντιγραφή και μεταγραφή του DNA. Ένα καλό παράδειγμα αυτών μπορεί να είναι τα πρωτεύοντα ένζυμα των φάγων Τ4 και Τ7.

Γ4 (Οικογένεια GATA)

Αυτή η οικογένεια ZF περιλαμβάνει παράγοντες μεταγραφής που ρυθμίζουν την έκφραση σημαντικών γονιδίων σε πολυάριθμους ιστούς κατά την ανάπτυξη κυττάρων. Οι παράγοντες GATA-2 και 3, για παράδειγμα, εμπλέκονται στην αιματοποίηση.

Γ6

Αυτά τα πεδία είναι ειδικά για τη ζύμη, συγκεκριμένα η πρωτεΐνη GAL4, η οποία ενεργοποιεί τη μεταγραφή γονιδίων που εμπλέκονται στη χρήση γαλακτόζης και μελιβιόζης.

Δακτύλιοι ψευδαργύρου (C3HC4-Γ3H2Γ3)

Αυτές οι συγκεκριμένες δομές κατέχουν 2 υποτύπους τομέων ZF (C3HC4 και C3H2Γ3) και υπάρχουν σε πολλές ζωικές και φυτικές πρωτεΐνες.

Βρίσκονται σε πρωτεΐνες όπως το RAD5, που εμπλέκονται στην αποκατάσταση του DNA σε ευκαρυωτικούς οργανισμούς. Βρίσκονται επίσης στο RAG1, απαραίτητο για την αναδιάταξη των ανοσοσφαιρινών.

H2Γ2

Αυτός ο τομέας ZF είναι εξαιρετικά διατηρημένος στα ολοκληρώματα των ρετροϊών και των ρετροτρανσπορίων. με τη δέσμευση της λευκής πρωτεΐνης προκαλεί μια μεταβολή της διαμόρφωσης σε αυτήν.

Λειτουργίες

Οι πρωτεΐνες με περιοχές ZF εξυπηρετούν διάφορους σκοπούς: μπορούν να βρεθούν σε ριβοσωμικές πρωτεΐνες ή σε μεταγραφικούς προσαρμογείς. Έχουν επίσης ανιχνευθεί ως αναπόσπαστο τμήμα της δομής της RNA πολυμεράσης II ζύμης.

Φαίνεται ότι εμπλέκονται στην ενδοκυτταρική ομοιόσταση ψευδαργύρου και στη ρύθμιση της απόπτωσης ή προγραμματισμένου κυτταρικού θανάτου. Επιπλέον, υπάρχουν μερικές πρωτεΐνες με ZF που λειτουργούν ως chaperones για την αναδίπλωση ή τη μεταφορά άλλων πρωτεϊνών.

Η δέσμευση λιπιδίων και ένας βασικός ρόλος στις αλληλεπιδράσεις πρωτεΐνης-πρωτεΐνης είναι επίσης σημαντικές λειτουργίες των τομέων ZF σε ορισμένες πρωτεΐνες.

Βιοτεχνολογική σημασία

Με την πάροδο των ετών, η διαρθρωτική και λειτουργική κατανόηση των τομέων ZF επέτρεψε να πραγματοποιηθούν σημαντικές επιστημονικές εξελίξεις που περιλαμβάνουν τη χρήση των χαρακτηριστικών τους για βιοτεχνολογικούς σκοπούς.

Επειδή μερικές πρωτεΐνες με υψηλή εξειδίκευση ZF έχουν ορισμένους τομείς για το DNA, πολλή προσπάθεια σήμερα επενδύεται στο σχεδιασμό των ειδικών ZF, η οποία μπορεί να προσφέρει πολύτιμες προόδους στην γονιδιακή θεραπεία σε ανθρώπους.

Ενδιαφέρουσες βιοτεχνολογικές εφαρμογές προκύπτουν επίσης από το σχεδιασμό πρωτεϊνών με ZF τροποποιημένο με γενετική μηχανική. Ανάλογα με το επιθυμητό άκρο, μερικά από αυτά μπορούν να τροποποιηθούν με την προσθήκη πεπτιδίων δακτύλου "ψευδαργύρου-ψευδαργύρου", τα οποία είναι ικανά να αναγνωρίζουν ουσιαστικά οποιαδήποτε αλληλουχία ϋΝΑ με μεγάλη συγγένεια και ειδικότητα.

Η γονιδιωματική έκδοση με τροποποιημένες νουκλεάσες είναι μία από τις πιο ελπιδοφόρες εφαρμογές επί του παρόντος. Αυτός ο τύπος έκδοσης προσφέρει τη δυνατότητα διεξαγωγής μελετών σχετικά με τη γενετική λειτουργία απευθείας στο πρότυπο σύστημα ενδιαφέροντος.

Η γενετική μηχανική που χρησιμοποιεί τροποποιημένες πυρηνικές πρωτεΐνες ZF έχει προσελκύσει την προσοχή των επιστημόνων στον τομέα της γενετικής βελτίωσης των ποικιλιών φυτών αγρονομικής σημασίας. Αυτές οι νουκλεάσες έχουν χρησιμοποιηθεί για τη διόρθωση ενός ενδογενούς γονιδίου που παράγει ανθεκτικές σε ζιζανιοκτόνα μορφές σε φυτά καπνού.

Οι νουκλεάσες με ZF έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί για την προσθήκη γονιδίων σε κύτταρα θηλαστικών. Οι εν λόγω πρωτεΐνες χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία ενός συνόλου ισογονικών κυττάρων ποντικού με μια σειρά αλληλόμορφων που ορίστηκαν για ένα ενδογενές γονίδιο.

Αυτή η διαδικασία έχει άμεση εφαρμογή στην επισήμανση και τη δημιουργία νέων αλληλικών μορφών για τη μελέτη των σχέσεων δομής και λειτουργίας σε φυσικές συνθήκες έκφρασης και σε ισογονικά περιβάλλοντα.

Αναφορές

  1. Berg, J. Μ. (1990). Περιοχές δάκτυλου ψευδαργύρου: υποθέσεις και τρέχουσες γνώσεις. Ετήσια επισκόπηση της βιοφυσικής και της βιοφυσικής χημείας, 19(39), 405-421.
  2. Dreier, Β., Beerli, R., Segal, D., Flippin, J. & Barbas, C. (2001). Ανάπτυξη τομέων δακτύλων ψευδαργύρου για την αναγνώριση της αλληλουχίας DNA 5'-ΑΝΝ-3 'και τη χρήση τους στην κατασκευή τεχνητών παραγόντων μεταγραφής. JBC, (54).
  3. Gamsjaeger, R., Liew, C.K., Loughlin, F.E., Crossley, Μ., & Mackay, J.P. (2007). Συγκολλημένα δάκτυλα: ψευδάργυρος-δάκτυλα ως μοτίβα αναγνώρισης πρωτεϊνών. Τάσεις στις βιοχημικές επιστήμες, 32(2), 63-70.
  4. Klug, Α. (2010). Η ανακάλυψη των δακτύλων ψευδαργύρου και οι εφαρμογές τους στην γονιδιακή ρύθμιση και τη χειραγώγηση του γονιδιώματος. Ετήσια επισκόπηση της βιοχημείας, 79(1), 213-231.
  5. Kluska, Κ., Adamczyk, J., & Krouzel, Α. (2017). Ιδιότητες πρόσδεσης μεταλλικών δακτυλίων ψευδαργύρου με μεταλλαγμένο φυσικό μεταλλικό σημείο. Metallomics, 10(2), 248-263.
  6. Laity, J. Η., Lee, Β. Μ. & Wright, Ρ. Ε. (2001). Πρωτεΐνες με ψευδάργυρο: Νέες γνώσεις σχετικά με τη δομική και λειτουργική πολυμορφία. Τρέχουσα Γνώση στη Διαρθρωτική Βιολογία, 11(1), 39-46.
  7. Miller, J., McLachlan, Α. D. & Klug, Α. (1985). Επαναλαμβανόμενες περιοχές δέσμευσης ψευδαργύρου στον παράγοντα μεταγραφής πρωτεΐνης ΙΙΙΑ από ωοκύτταρα Xenopus. Εφημερίδα ιχνοστοιχείων στην πειραματική ιατρική, 4(6), 1609-1614.
  8. Urnov, F.D., Rebar, Ε.Ι., Holmes, Μ. C., Zhang, Η. S., & Gregory, P.D. (2010). Γονιδιωματική επεξεργασία με μηχανικές νουκλεϊνές δακτύλων ψευδαργύρου. Φύση Κριτικές Γενετική, 11(9), 636-646.