Çinko parmakların yapısı, sınıflandırılması, işlevleri ve önemi

çinko parmakları (ZF) büyük miktarda ökaryotik proteinlerde bulunan yapısal motiflerdir. Bunlar, operasyonları için ihtiyaç duydukları çinko metal iyonunu bağlayabildiklerinden, metaloprotein grubuna aittir. İnsanlarda yaklaşık 1000 farklı proteinde 1500'den fazla ZF bölgesinin mevcut olduğu tahmin edilmektedir..

"Çinko parmağı" terimi, ilk kez 1985 yılında Miller, McLachlan ve Klug tarafından, aynı zamanda TFIIIA transkripsiyonel faktörün küçük DNA bağlanma bölgelerini inceleyerek tanımlanmıştır. Xenopus laevis, Birkaç yıl önce diğer yazarlar tarafından tarif edildi..

ZF motifli proteinler ökaryotik organizmaların genomunda en fazla bulunanlar arasındadır ve genetik transkripsiyon, protein translasyonu, metabolizma, diğer proteinlerin ve lipitlerin katlanması ve montajı dahil çeşitli temel hücresel işlemlere katılırlar. , programlanmış hücre ölümü, diğerleri arasında.

indeks

• 1 yapı
• 2 Sınıflandırma
  • 2.1 C2H2
  • 2.2 C2H
  • 2.3 C4 (döngü veya şerit)
  • 2,4 C4 (GATA ailesi)
  • 2,5 C6
  • 2.6 Çinko parmakları (C3HC4-C3H2C3)
  • 2.7 H2C2
• 3 İşlev
• 4 Biyoteknolojik önemi
• 5 Kaynakça

yapı

ZF motiflerinin yapısı son derece korunmuştur. Genellikle, bu tekrarlanan bölgeler, ikincil yapısı, bir çatal ve bir alfa helezonu oluşturan iki antiparalel beta yaprağı olarak bulunan 30 ila 60 amino asite sahiptir..

Bu ikincil yapı hidrofobik etkileşimler ve iki sistein artığı ve iki histidin artığı (Cys) tarafından verilen bir çinko atomunun koordinasyonuyla dengelenir₂onun₂). Ancak, birden fazla çinko atomunu ve Cys ve His kalıntılarının sırasının değiştiği diğerlerini koordine edebilen ZF vardır..

ZF, aynı proteinde lineer olarak konfigüre edilmiş, art arda tekrarlanabilir. Hepsi benzer yapılara sahiptir, ancak fonksiyonlarının yerine getirilmesi için anahtar amino asit kalıntılarının varyasyonları ile kimyasal olarak farklılaştırılabilirler..

ZF'ler arasında ortak bir özellik, farklı uzunluklardaki DNA veya RNA moleküllerini tanıma yetenekleridir, bu yüzden başlangıçta sadece transkripsiyonel faktörler olarak kabul edildiler..

Genel olarak tanıma, DNA'daki 3 bp bölgeleridir ve ZF alanlı protein, alfa sarmalını DNA molekülünün daha büyük oluklarına 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:

C₂'H₂

Bu, ZF'de yaygın olarak bulunan bir motifdir. Sebeplerin çoğu C₂'H₂ DNA ve RNA ile etkileşime özgüdürler, ancak protein-protein etkileşimlerine katıldığı gözlemlenmiştir. 25 ila 30 amino asit kalıntısına sahiptirler ve memeli hücrelerinde en büyük düzenleyici protein ailesi içindedirler..

C₂'H

RNA ve diğer bazı proteinlerle etkileşirler. Çoğunlukla retrovirüs kapsidinin bazı proteinlerinin bir parçası olarak görülürler, çoğalmadan hemen sonra viral RNA'nın paketlenmesiyle işbirliği yaparlar..

C₄ (kravat veya şerit)

Sözü edilen motifli proteinler, DNA replikasyonu ve transkripsiyonundan sorumlu enzimlerdir. Bunların iyi bir örneği, T4 ve T7 fajlarının ana enzimleri olabilir..

C₄ (GATA ailesi)

Bu ZF ailesi, hücre gelişimi sırasında sayısız dokularda önemli genlerin ekspresyonunu düzenleyen transkripsiyon faktörlerini içerir. GATA-2 ve 3 faktörleri, örneğin, hematopoezde rol oynar.

C₆

Bu alanlar, maya özgüdür, özellikle galaktoz ve melibiyoz kullanımında yer alan genlerin transkripsiyonunu aktive eden GAL4 proteinidir..

Çinko parmaklar (C₃HC₄-C₃'H₂C₃)

Bu belirli yapılar 2 alt tip ZF alanına sahiptir (C₃HC₄ ve C₃'H₂C₃) ve çok sayıda hayvansal ve bitkisel proteinlerde bulunur.

Ökaryotik organizmalarda DNA'nın tamirinde rol alan RAD5 gibi proteinlerde bulunurlar. Ayrıca immünoglobulinlerin yeniden yapılandırılması için gerekli olan RAG1'de de bulunurlar..

'H₂C₂

Bu ZF alanı, retrovirüslerin ve retrotranspozonların integrallerinde yüksek oranda korunur; beyaz proteine ​​bağlanarak konformasyonel bir değişikliğe neden olur.

fonksiyonlar

ZF alanlarına sahip proteinler çeşitli amaçlara hizmet eder: ribozomal proteinlerde veya transkripsiyonel adaptörlerde bulunabilirler. Ayrıca, maya RNA polimeraz II'nin yapısının ayrılmaz bir parçası olarak tespit edildiler..

Hücre içi çinko homeostazında ve apoptozun veya programlanmış hücre ölümünün düzenlenmesinde rol oynarlar. Ek olarak, ZF'li diğer proteinlerin katlanması veya taşınması için şaperon görevi gören bazı proteinler vardır..

Lipid bağlanması ve protein-protein etkileşimlerinde kilit bir rol de ZF alanlarının bazı proteinlerdeki önemli işlevleridir..

Biyoteknolojik önemi

Yıllar boyunca, ZF alanlarının yapısal ve işlevsel anlayışı, özelliklerinin biyoteknolojik amaçlar için kullanılmasını içeren büyük bilimsel ilerlemeler yapma imkânı sağlamıştır..

ZF'li bazı proteinler, belirli DNA alanları için yüksek bir spesifikliğe sahip olduğu için, insanlarda gen terapisinde değerli ilerlemeler sağlayabilen spesifik ZF'nin tasarımına şu anda çok fazla çaba harcanmaktadır..

İlginç biyoteknolojik uygulamalar, genetik mühendisliği tarafından modifiye edilmiş ZF içeren proteinlerin tasarımından da kaynaklanmaktadır. İstenilen uca bağlı olarak, bunlardan bazıları, büyük bir afinite ve özgüllük ile hemen hemen her DNA dizisini tanıyabilen "çinko-çinko" parmak peptitlerinin eklenmesiyle modifiye edilebilir.

Modifiye nükleazlar ile genomik baskı şu anda en umut verici uygulamalardan biridir. Bu baskı türü doğrudan ilgili model sistemde genetik fonksiyon üzerinde çalışmalar yürütme imkanı sunar..

Modifiye edilmiş ZF nükleazlarını kullanan genetik mühendisliği, agronomik öneme sahip bitki çeşitlerinin genetik gelişimi alanındaki bilim insanlarının dikkatini çekmiştir. Bu nükleazlar, tütün bitkilerinde herbisite dayanıklı formlar üreten endojen bir geni düzeltmek için kullanılmıştır..

ZF'li nükleazlar, memeli hücrelerinde genlerin eklenmesi için de kullanılmıştır. Söz konusu proteinler, endojen bir gen için tanımlanmış bir dizi alleli içeren bir izojenik fare hücresi seti üretmek için kullanıldı..

Bu işlem, etiketleme ve yapı ve işlev ilişkilerini doğal ifade koşullarında ve izojenik ortamlarda incelemek için yeni alelik formların oluşturulmasında doğrudan bir uygulamaya sahiptir..

referanslar

1. Berg, J.M. (1990). Çinko parmak alanları: hipotezler ve güncel bilgiler. Biyofizik ve Biyofiziksel Kimyada Yıllık Gözden Geçirme, 19(39), 405-421.
2. Dreier, B., Beerli, R., Segal, D., Flippin, J. ve Barbas, C. (2001). 5'-ANN-3 'DNA dizileri ailesinin tanınması için çinko parmak alanlarının geliştirilmesi ve yapay transkripsiyon faktörlerinin yapımında kullanımı. JBC, (54).
3. Gamsjaeger, R., Liew, C.K., Loughlin, F., Crossley, M., & Mackay, J.P. (2007). Yapışkan parmaklar: protein tanıma motifleri olarak çinko parmaklar. Biyokimya Bilimlerinde Eğilimler, 32(2), 63-70.
4. Klug, A. (2010). Çinko Parmaklarının Keşfi ve Gen Düzenleme ve Genom Manipülasyonunda Uygulamaları. Biyokimyanın Yıllık Değerlendirmesi, 79(1), 213-231.
5. Kluska, K., Adamczyk, J., & Krȩzel, A. (2017). Doğal olarak değiştirilmiş bir metal bağlama bölgesi ile çinko parmakların metal bağlama özellikleri. Metallomics, 10(2), 248-263.
6. Laity, J.H., Lee, B.M. & Wright, P.E. (2001). Çinko parmak proteinleri: Yapısal ve işlevsel çeşitlilikle ilgili yeni görüşler. Yapısal Biyolojide Güncel Görüşler, 11(1), 39-46.
7. Miller, J., McLachlan, A.D. ve Klug, A. (1985). Xenopus oositlerinden protein transkripsiyon faktörü IIIA'daki tekrarlayan çinko bağlayıcı alanlar. Deneysel Tıpta İz Elementleri Dergisi, 4(6), 1609-1614.
8. Urnov, F.D., Rebar, E.J., Holmes, M.C., Zhang, H.S., ve Gregory, P.D. (2010). Tasarlanmış çinko parmak nükleazlarıyla genom kurgusu. Doğa Genetiği, 11(9), 636-646.