โครงสร้างของนิ้วมือซิงก์



นิ้วมือสังกะสี (ZF) เป็นลวดลายโครงสร้างที่มีอยู่ในโปรตีนยูคาริโอตจำนวนมาก พวกเขาอยู่ในกลุ่มของ metalloproteins เนื่องจากพวกเขาสามารถผูกพันไอออนโลหะสังกะสีซึ่งพวกเขาต้องการสำหรับการดำเนินงานของพวกเขา เป็นที่คาดการณ์ว่ามีมากกว่า 1,500 โดเมน ZF ในโปรตีนประมาณ 1,000 ชนิดในมนุษย์.

คำว่า "zinc finger" ได้รับการประกาศเกียรติคุณเป็นครั้งแรกในปี 1985 โดย Miller, McLachlan และ Klug ในขณะที่ศึกษารายละเอียดเกี่ยวกับการจับยึด DNA ขนาดเล็กของปัจจัยการถอดรหัส TFIIIA Xenopus laevis, อธิบายโดยผู้เขียนคนอื่นเมื่อหลายปีก่อน.

โปรตีนที่มีลวดลาย ZF เป็นหนึ่งในสิ่งมีชีวิตที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดในจีโนมของสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตและมีส่วนร่วมในกระบวนการเซลล์ต่างๆที่จำเป็นรวมถึงการถอดรหัสพันธุกรรมการแปลโปรตีนการเผาผลาญการพับและการรวมตัวของโปรตีนและไขมันอื่น ๆ โปรแกรมเซลล์ตายหมู่คนอื่น.

ดัชนี

  • 1 โครงสร้าง
  • 2 การจำแนกประเภท
    • 2.1 C2H2
    • 2.2 C2H
    • 2.3 C4 (ห่วงหรือริบบิ้น)
    • 2.4 C4 (ตระกูล GATA)
    • 2.5 C6
    • 2.6 นิ้วของสังกะสี (C3HC4-C3H2C3)
    • 2.7 H2C2
  • 3 ฟังก์ชั่น
  • 4 ความสำคัญทางเทคโนโลยีชีวภาพ
  • 5 อ้างอิง

โครงสร้าง

โครงสร้างของลวดลาย ZF นั้นได้รับการอนุรักษ์ไว้เป็นอย่างดี โดยปกติแล้วภูมิภาคที่มีการทำซ้ำเหล่านี้จะมีกรดอะมิโน 30 ถึง 60 ตัวซึ่งมีโครงสร้างทุติยภูมิพบว่าเป็นแผ่นเบต้าคู่ขนานสองอันที่สร้างทางแยกและอัลฟ่าเฮลิกซึ่งแสดงว่าเป็นββα.

โครงสร้างทุติยภูมินี้เสถียรโดยปฏิกิริยาที่ไม่เข้ากับน้ำและโดยการประสานของอะตอมสังกะสีที่ได้รับจากสองซิสทีนตกค้างและสองฮิสทิดีนตกค้าง (Cys2ของเขา2) อย่างไรก็ตามมี ZF ที่สามารถประสานอะตอมสังกะสีมากกว่าหนึ่งและอื่น ๆ ที่ลำดับ Cys และตกค้างของเขาแตกต่างกันไป.

ZF สามารถทำซ้ำได้ตามกำหนดค่าเชิงเส้นในโปรตีนเดียวกัน ทุกคนมีโครงสร้างที่คล้ายกัน แต่สามารถแยกความแตกต่างทางเคมีจากกันโดยการเปลี่ยนแปลงของกรดอะมิโนที่สำคัญสำหรับการปฏิบัติหน้าที่ของพวกเขา.

คุณสมบัติทั่วไปในหมู่ ZF คือความสามารถในการรับรู้ดีเอ็นเอหรือโมเลกุล RNA ที่มีความยาวต่างกันซึ่งเป็นสาเหตุที่พวกเขาถูกพิจารณาในขั้นต้นว่าเป็นเพียงปัจจัยการถอดเสียง.

โดยทั่วไปการรับรู้ของภูมิภาค 3 bp ใน DNA และจะเกิดขึ้นได้เมื่อโปรตีนที่มีโดเมน ZF นำเสนอ helix alpha ไปยังร่องที่ยิ่งใหญ่ของโมเลกุล DNA.

การจัดหมวดหมู่

มีลวดลายของ ZF ที่แตกต่างกันซึ่งแตกต่างกันเนื่องจากลักษณะของพวกมันและการกำหนดค่าเชิงพื้นที่ที่แตกต่างกันซึ่งเกิดจากการประสานพันธะกับอะตอมสังกะสี หนึ่งในการจำแนกประเภทมีดังต่อไปนี้:

C2H2

นี่คือมาตรฐานที่พบได้ทั่วไปใน ZF เหตุผลส่วนใหญ่ค2H2 มีความเฉพาะเจาะจงสำหรับการมีปฏิสัมพันธ์กับ DNA และ RNA อย่างไรก็ตามพวกเขาได้รับการสังเกตว่ามีส่วนร่วมในปฏิสัมพันธ์ของโปรตีนโปรตีน พวกมันมีกรดอะมิโนอยู่ระหว่าง 25 ถึง 30 และอยู่ในกลุ่มโปรตีนควบคุมที่ใหญ่ที่สุดในเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม.

C2H

พวกมันมีปฏิสัมพันธ์กับ RNA และโปรตีนอื่น ๆ พวกมันส่วนใหญ่ถูกสังเกตว่าเป็นส่วนหนึ่งของโปรตีนบางส่วนของ retrovirus capsid โดยร่วมมือกันในบรรจุภัณฑ์ของ RNA ของไวรัสหลังจากการจำลองแบบ.

C4 (ผูกหรือริบบิ้น)

โปรตีนที่มีแม่ลายดังกล่าวเป็นเอนไซม์ที่รับผิดชอบในการจำลองดีเอ็นเอและการถอดความ ตัวอย่างที่ดีของสิ่งเหล่านี้อาจเป็นเอนไซม์สำคัญของ phages T4 และ T7.

C4 (ตระกูล GATA)

ZF ตระกูลนี้ประกอบด้วยปัจจัยการถอดความที่ควบคุมการแสดงออกของยีนที่สำคัญในเนื้อเยื่อจำนวนมากระหว่างการพัฒนาเซลล์ ยกตัวอย่างเช่น GATA-2 และ 3 เกี่ยวข้องกับการสร้างเม็ดเลือด.

C6

โดเมนเหล่านี้มีเฉพาะยีสต์โดยเฉพาะโปรตีน GAL4 ซึ่งเปิดใช้งานการถอดรหัสยีนที่เกี่ยวข้องกับการใช้กาแลคโตสและเมลิบีส.

นิ้วมือสังกะสี (C3HC4-C3H2C3)

โครงสร้างเฉพาะเหล่านี้มี 2 ประเภทย่อยของโดเมน ZF (C3HC4 และค3H2C3) และมีอยู่ในโปรตีนจากสัตว์และพืชจำนวนมาก.

พวกมันถูกพบในโปรตีนเช่น RAD5 ซึ่งเกี่ยวข้องกับการซ่อมแซม DNA ในสิ่งมีชีวิตยูคาริโอต พวกเขายังพบใน RAG1 ซึ่งจำเป็นสำหรับการตั้งค่าใหม่ของอิมมูโนโกลบูลิน.

H2C2

โดเมน ZF นี้ได้รับการอนุรักษ์ไว้อย่างดีในการบูรณาการไวรัส retroviruses และ retrotransposons โดยการจับกับโปรตีนสีขาวทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง.

ฟังก์ชั่น

โปรตีนที่มีโดเมน ZF มีจุดประสงค์หลายประการ: สามารถพบได้ในโปรตีนไรโบโซมหรือในอะแดปเตอร์สำหรับการถอดเทป พวกเขายังถูกตรวจพบเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างของยีสต์ RNA polymerase II.

ดูเหมือนว่าพวกเขาจะมีส่วนร่วมในภาวะ homeostasis สังกะสีในเซลล์และในการควบคุมการตายของเซลล์หรือโปรแกรมเซลล์ตาย นอกจากนี้ยังมีโปรตีนบางชนิดที่มี ZF ซึ่งทำหน้าที่เป็น chaperones สำหรับการพับหรือขนส่งโปรตีนอื่น ๆ.

การจับกับไขมันและบทบาทสำคัญในการทำปฏิกิริยากับโปรตีนก็เป็นหน้าที่สำคัญของโดเมน ZF ในโปรตีนบางชนิด.

ความสำคัญทางเทคโนโลยีชีวภาพ

ในช่วงหลายปีที่ผ่านมาความเข้าใจในโครงสร้างและหน้าที่ของโดเมน ZF ได้รับอนุญาตให้ใช้ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ซึ่งเกี่ยวข้องกับการใช้คุณลักษณะของพวกเขาเพื่อวัตถุประสงค์ทางเทคโนโลยีชีวภาพ.

เนื่องจากโปรตีนบางชนิดที่มี ZF มีความจำเพาะสูงสำหรับโดเมนดีเอ็นเอบางตัวความพยายามอย่างมากในปัจจุบันคือการลงทุนในการออกแบบ ZF เฉพาะซึ่งสามารถให้ความก้าวหน้าที่มีคุณค่าในการรักษาด้วยยีนในมนุษย์.

การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีชีวภาพที่น่าสนใจก็เกิดขึ้นจากการออกแบบโปรตีนด้วย ZF ที่ดัดแปลงโดยวิศวกรรมพันธุกรรม บางส่วนสามารถแก้ไขได้ด้วยการเพิ่มเปปไทด์นิ้ว "สังกะสี - สังกะสี" ซึ่งสามารถจดจำลำดับดีเอ็นเอใด ๆ ได้อย่างแท้จริงด้วยความสัมพันธ์และความจำเพาะที่ดี.

รุ่นจีโนมที่มีนิวเคลียสที่ได้รับการดัดแปลงเป็นหนึ่งในแอพพลิเคชั่นที่มีแนวโน้มมากที่สุดในปัจจุบัน ประเภทของรุ่นนี้มีความเป็นไปได้ของการดำเนินการศึกษาเกี่ยวกับฟังก์ชั่นทางพันธุกรรมโดยตรงในระบบรูปแบบที่น่าสนใจ.

พันธุวิศวกรรมที่ใช้นิวเคลียส ZF ที่ได้รับการดัดแปลงได้ดึงดูดความสนใจของนักวิทยาศาสตร์ในด้านการปรับปรุงพันธุกรรมของพันธุ์พืชที่มีความสำคัญทางการเกษตร นิวเคลียสเหล่านี้ถูกนำมาใช้เพื่อแก้ไขยีนภายนอกที่ผลิตสารต้านทานกำจัดวัชพืชในพืชยาสูบ.

นิวเคลียสที่มี ZF ยังถูกนำมาใช้สำหรับการเพิ่มของยีนในเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม โปรตีนที่เป็นปัญหาถูกนำมาใช้เพื่อสร้างชุดของเซลล์เมาส์ isogenic กับชุดของอัลลีลที่กำหนดไว้สำหรับยีนภายนอก.

กระบวนการนี้มีการใช้งานโดยตรงในการติดฉลากและการสร้างรูปแบบอัลลีลิคใหม่เพื่อศึกษาความสัมพันธ์ของโครงสร้างและฟังก์ชั่นในสภาพการแสดงออกและสภาพแวดล้อมดั้งเดิม.

การอ้างอิง

  1. Berg, J. M. (1990) โดเมนซิงค์นิ้ว: สมมติฐานและความรู้ในปัจจุบัน. ทบทวนประจำปีของชีวฟิสิกส์และเคมีฟิสิกส์, 19(39), 405-421.
  2. Dreier, B. , Beerli, R. , Segal, D. , Flippin, J. , & Barbas, C. (2001) การพัฒนาโดเมนซิงค์ลายนิ้วมือเพื่อการรับรู้ลำดับดีเอ็นเอตระกูล 5'-ANN-3 'และการใช้ในการสร้างปัจจัยการถอดรหัส. JBC, (54).
  3. Gamsjaeger, R. , Liew, C.K. , Loughlin, F.E. , Crossley, M. , & Mackay, J.P. (2007) Sticky fingers: นิ้วสังกะสีเป็นลวดลายการจดจำโปรตีน. แนวโน้มทางชีวเคมี, 32(2), 63-70.
  4. Klug, A. (2010) การค้นพบนิ้วสังกะสีและการประยุกต์ใช้ในการควบคุมยีนและการจัดการจีโนม. ทบทวนชีวเคมีประจำปี, 79(1), 213-231.
  5. Kluska, K. , Adamczyk, J. , & Krȩzel, A. (2017) คุณสมบัติการจับยึดของโลหะของนิ้วซิงค์ที่มีการจับยึดโลหะที่เปลี่ยนแปลงตามธรรมชาติ. Metallomics, 10(2), 248-263.
  6. ฆราวาส, J. H. , Lee, B. M. , & Wright, P. E. (2001) โปรตีน Finger Zinc: ข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับความหลากหลายของโครงสร้างและการใช้งาน. ความคิดเห็นปัจจุบันทางชีววิทยาโครงสร้าง, 11(1), 39-46.
  7. มิลเลอร์, J. , McLachlan, A. D. , & Klug, A. (1985) โดเมนที่จับกับสังกะสีซ้ำในปัจจัยการถอดรหัสโปรตีน IIIA จาก Xenopus oocytes. วารสารองค์ประกอบติดตามในการทดลองการแพทย์, 4(6), 1609-1614.
  8. Urnov, F. D. , Rebar, E.J. , Holmes, M.C. , Zhang, H.S. , & Gregory, P.D. (2010) การแก้ไขจีโนมด้วยนิวเคลียสของนิ้วซิงค์. พันธุศาสตร์วิจารณ์ธรรมชาติ, 11(9), 636-646.