Çinko parmak (ZF), birçok ökaryotik proteinlerin yapısal motif mevcut bulunmaktadır. Çalışmaları için ihtiyaç duydukları çinko metal iyonunu bağlayabildikleri için metaloproteinler grubuna dahildirler. İnsanlarda yaklaşık 1.000 farklı proteinde 1.500'den fazla ZF alanının var olduğu tahmin edilmektedir.
Çinko parmak veya "çinko parmak" terimi ilk olarak 1985 yılında Miller, McLachlan ve Klug tarafından, birkaç yıl önce diğer yazarlar tarafından tanımlanan Xenopus laevis transkripsiyonel faktör TFIIIA'nın küçük DNA bağlama alanlarını ayrıntılı olarak incelerken icat edildi. .
Proteinlerdeki çinko parmak motifinin grafik gösterimi (Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com), Wikimedia Commons aracılığıyla)
ZF motifli proteinler, ökaryotik organizmaların genomunda en bol bulunanlar arasındadır ve aralarında gen transkripsiyonu, protein çevirisi, metabolizma, diğer proteinlerin ve lipitlerin katlanması ve birleştirilmesi gibi çeşitli temel hücresel süreçlere katılırlar. , programlanmış hücre ölümü, diğerleri arasında.
yapı
ZF motiflerinin yapısı son derece korunmuştur. Genellikle bu tekrarlanan bölgeler 30 ila 60 amino aside sahiptir ve bunların ikincil yapısı, bir firkete oluşturan iki antiparalel beta yaprağı ve asα olarak adlandırılan bir alfa sarmal olarak bulunur.
İkincil yapı hidrofobik etkileşimlerle ve iki sistein ve iki histidin kalıntıları ile verilen bir çinko atomunun koordinasyonu (Cys ile stabilize edilir, bahsedilen 2 His 2 ). Bununla birlikte, Cys ve His kalıntılarının sırasının değiştiği birden fazla çinko atomunu ve diğerlerini koordine edebilen ZF'ler vardır.
ZF'ler, aynı protein içinde doğrusal olarak konfigüre edilen bir parti halinde tekrarlanabilir. Hepsi benzer yapılara sahiptir, ancak işlevlerinin yerine getirilmesinin anahtarı olan amino asit kalıntılarının varyasyonlarıyla birbirinden kimyasal olarak farklılaştırılabilir.
ZF'lerin ortak bir özelliği, farklı uzunluklardaki DNA veya RNA moleküllerini tanıma yetenekleridir, bu nedenle başlangıçta yalnızca transkripsiyon faktörleri olarak kabul edildiler.
Genel olarak, tanıma DNA'daki 3bp bölgeleri içindir ve ZF alanı proteini, alfa sarmalını DNA molekülünün ana oluğuna sunduğunda elde edilir.
sınıflandırma
Doğası gereği birbirinden farklı ZF motifleri ve çinko atomu ile koordinasyon bağlarının sağladığı farklı mekansal konfigürasyonlar vardır. Sınıflandırmalardan biri aşağıdaki gibidir:
C
Bu, ZF'lerde yaygın olarak bulunan bir motiftir. En Cı 2 H 2 motifi , ancak, protein-protein etkileşimlerine dahil olduğu gözlenmiştir, DNA ve RNA ile etkileşim için spesifik olan. 25 ila 30 amino asit kalıntısına sahiptirler ve memeli hücrelerinde en büyük düzenleyici protein ailesinde bulunurlar.
Çinko iyonunu koordine eden bağlar ve "el ve parmak" arka planıyla birlikte C2H2 çinko parmak alanının birincil yapısı (AngelHerraez, Wikimedia Commons aracılığıyla)
C
RNA ve diğer bazı proteinlerle etkileşime girerler. Çoğunlukla bazı retrovirüs kapsid proteinlerinin bir parçası olarak görülürler ve replikasyondan hemen sonra viral RNA'nın paketlenmesine yardımcı olurlar.
C
Bu motife sahip proteinler, DNA replikasyonu ve transkripsiyonundan sorumlu enzimlerdir. Bunların iyi bir örneği, T4 ve T7 faj kaba enzimleri olabilir.
C
Bu ZF ailesi, hücre gelişimi sırasında çok sayıda dokudaki önemli genlerin ekspresyonunu düzenleyen transkripsiyon faktörlerini içerir. Örneğin GATA-2 ve 3 faktör, hematopoezde rol oynar.
C
Bu alanlar, maya için tipiktir, özellikle galaktoz ve melibiyozun kullanımına dahil olan genlerin transkripsiyonunu aktive eden GAL4 proteinidir.
Çinko Parmaklar (C
Bu özel yapılar ZF etki 2 alt tipi (Cı sahip 3 HC 4 ve C 3 H 2 Cı- 3 çok sayıda bitki ve hayvan proteinleri) ve benzerleri mevcut.
Ökaryotik organizmalarda DNA onarımında rol oynayan RAD5 gibi proteinlerde bulunurlar. Ayrıca, immünoglobulinlerin yeniden yapılandırılması için gerekli olan RAG1'de de bulunurlar.
'H
ZF'nin bu alanı, retrovirüslerin ve retrotranspozonların integrazlarında oldukça korunur; hedef proteine bağlanarak onda konformasyonel bir değişikliğe neden olur.
Özellikleri
ZF alanlarına sahip proteinler, çeşitli amaçlara hizmet eder: ribozomal proteinler veya transkripsiyonel adaptörler üzerinde bulunabilirler. Ayrıca maya RNA polimeraz II yapısının ayrılmaz bir parçası olarak da tespit edilmişlerdir.
Hücre içi çinko homeostazına ve apoptozun veya programlanmış hücre ölümünün düzenlenmesine dahil oldukları görülmektedir. Ek olarak, diğer proteinlerin katlanması veya taşınması için şaperon olarak işlev gören bazı ZF proteinleri vardır.
Lipitlere bağlanma ve protein-protein etkileşimlerinde kritik bir rol, bazı proteinlerde ZF alanlarının önemli işlevleridir.
Biyoteknolojik önemi
Yıllar boyunca, ZF alanlarının yapısal ve işlevsel olarak anlaşılması, özelliklerinin biyoteknolojik amaçlarla kullanılmasını içeren büyük bilimsel ilerlemelere izin verdi.
Bazı ZF proteinlerinin belirli DNA alanları için yüksek özgüllüğü olduğundan, şu anda özel ZF'lerin tasarımına çok çaba harcanmaktadır ve bu, insanlarda gen terapisinde değerli ilerlemeler sağlayabilir.
İlginç biyoteknolojik uygulamalar, genetik olarak tasarlanmış ZF'lere sahip proteinlerin tasarımından da ortaya çıkar. İstenen amaca bağlı olarak, bunlardan bazıları, yüksek afinite ve özgüllük ile hemen hemen her DNA dizisini tanıyabilen "poli çinko" parmak peptitlerinin eklenmesiyle değiştirilebilir.
Nükleaz ile modifiye edilmiş genomik düzenleme, günümüzün en umut verici uygulamalardan biridir. Bu tür bir düzenleme, genetik işlevle ilgili çalışmaları doğrudan ilgili model sisteminde yürütme olanağını sunar.
Modifiye edilmiş ZF nükleazları kullanan genetik mühendisliği, tarımsal öneme sahip bitki çeşitlerinin genetik iyileştirilmesi alanındaki bilim adamlarının dikkatini çekmiştir. Bu nükleazlar, tütün bitkilerinde herbisite dirençli formlar üreten bir endojen geni düzeltmek için kullanılmıştır.
Memeli hücrelerinde genlerin eklenmesi için ZF'li nükleazlar da kullanılmıştır. Söz konusu proteinler, bir endojen gen için bir dizi tanımlanmış alel ile bir dizi izojenik fare hücresi oluşturmak için kullanıldı.
Böyle bir işlem, doğal ifade koşullarında ve izojenik ortamlarda yapı ve işlev ilişkilerini incelemek için yeni alelik formların etiketlenmesi ve yaratılmasında doğrudan bir uygulamaya sahiptir.
Referanslar
- Berg, JM (1990). Çinko parmak alanları: hipotezler ve mevcut bilgiler. Biyofizik ve Biyofiziksel Kimya Yıllık İncelemesi, 19 (39), 405–421.
- Dreier, B., Beerli, R., Segal, D., Flippin, J. ve Barbas, C. (2001). DNA dizilerinin 5'-ANN-3 'ailesinin tanınması için çinko parmak alanlarının geliştirilmesi ve bunların yapay transkripsiyon faktörlerinin yapımında kullanılması. JBC, (54).
- Gamsjaeger, R., Liew, CK, Loughlin, FE, Crossley, M. ve Mackay, JP (2007). Yapışkan parmaklar: protein tanıma motifleri olarak çinko parmaklar. Biyokimyasal Bilimlerdeki Eğilimler, 32 (2), 63–70.
- Klug, A. (2010). Çinko Parmakların Keşfi ve Gen Düzenleme ve Genom Manipülasyonunda Uygulamaları. Biyokimyanın Yıllık İncelemesi, 79 (1), 213–231.
- Kluska, K., Adamczyk, J. ve Krȩzel, A. (2017). Doğal olarak değiştirilmiş bir metal bağlama yerine sahip çinko parmakların metal bağlama özellikleri. Metalomik, 10 (2), 248–263.
- Laity, JH, Lee, BM ve Wright, PE (2001). Çinko parmak proteinleri: Yapısal ve işlevsel çeşitlilik hakkında yeni bilgiler. Yapısal Biyolojide Güncel Görüş, 11 (1), 39-46.
- Miller, J., McLachlan, AD ve Klug, A. (1985). Xenopus oositlerinden protein transkripsiyon faktörü IIIA'da tekrarlayan çinko bağlama alanları. Deneysel Tıpta İz Elementler Dergisi, 4 (6), 1609–1614.
- Urnov, FD, İnşaat Demiri, EJ, Holmes, MC, Zhang, HS ve Gregory, PD (2010). Tasarlanmış çinko parmak nükleazları ile genom düzenleme. Nature Reviews Genetics, 11 (9), 636–646.