Cink finger (ZF) su strukturni motiv prisutan u mnogim eukariotskim proteina. Spadaju u skupinu metaloproteina, jer su sposobni vezati metalni ion cinka, koji im je potreban za njihov rad. Predviđa se da postoji više od 1500 ZF domena u oko 1000 različitih proteina kod ljudi.
Izraz cink prst ili "cinkov prst" prvi su put uvedli 1985. Miller, McLachlan i Klug, dok su detaljno proučavali male domene koje vežu DNK transkripcijskog faktora XFIIApus Laevis, TFIIIA, koje su drugi autori opisali nekoliko godina ranije.,
Grafički prikaz motiva cinka prsta u proteinima (Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com), putem Wikimedia Commons)
Proteini s ZF motivima su među najzastupljenijima u genomu eukariotskih organizama i sudjeluju u raznim esencijalnim staničnim procesima, među kojima su transkripcija gena, transformacija proteina, metabolizam, savijanje i sastavljanje drugih proteina i lipida., programirao staničnu smrt, među ostalim.
Struktura
Struktura ZF motiva je izuzetno očuvana. Obično u ovim ponovljenim regijama ima 30 do 60 aminokiselina, čija se sekundarna struktura nalazi kao dva antiparalna beta lista koja formiraju čepić za kosu i alfa-helix, što je označeno kao ββα.
Spomenuta sekundarna struktura stabilizirana je hidrofobnim interakcijama i koordinacijom cinkovog atoma koji daju dva cistein i dva histidinska ostatka (Cys 2 His 2). Međutim, postoje ZF koji mogu koordinirati više cinkova atoma i drugi, gdje redoslijed Cys i His ostataka varira.
ZF se mogu ponoviti u šarži, linearno konfigurirani u istom proteinu. Svi imaju slične strukture, ali mogu se kemijski razlikovati jedni od drugih varijacijama aminokiselinskih ostataka koji su ključni za ispunjavanje njihovih funkcija.
Zajedničko obilježje ZF-a je njihova sposobnost prepoznavanja molekula DNA ili RNA različite duljine, zbog čega su u početku razmatrani samo kao faktori transkripcije.
Općenito, prepoznavanje je 3bp područja u DNK i postiže se kada protein ZF domene predstavlja alfa heliksu glavnom utoru molekule DNA.
Klasifikacija
Postoje različiti ZF motivi koji se međusobno razlikuju po svojoj prirodi i različitim prostornim konfiguracijama postignutim koordinacijskim vezama s cinkovim atomom. Jedna od klasifikacija je sljedeća:
C
To je čest motiv u ZF-ima. Većina C 2 H 2 motivi su specifični za interakciju s DNA i RNA, međutim, su uočene za sudjelovanje u protein-protein interakcije. Imaju između 25 i 30 aminokiselinskih ostataka i nalaze se u najvećoj obitelji regulatornih proteina u stanicama sisavaca.
Primarna struktura domene C2H2 cinka s prstom, uključujući veze koje koordiniraju cink ion i s pozadinom "ruke i prsta" (AngelHerraez, putem Wikimedia Commons)
C
Oni komuniciraju s RNA i nekim drugim proteinima. Oni se uglavnom vide kao dio nekih retrovirusnih proteina kapsida, pomažu u pakiranju virusne RNA neposredno nakon replikacije.
C
Proteini s ovim motivom su enzimi odgovorni za replikaciju i transkripciju DNK. Dobar primjer za to mogu biti grubi enzimi T4 i T7 faga.
C
Ova obitelj ZF sadrži transkripcijske faktore koji reguliraju ekspresiju važnih gena u brojnim tkivima tijekom staničnog razvoja. Na primjer, faktori GATA-2 i 3 uključeni su u hematopoezu.
C
Te su domene tipične za kvasac, konkretno protein GAL4, koji aktivira transkripciju gena uključenih u upotrebu galaktoze i melibioze.
Cink prsti (C
Ove posebne strukture posjeduju 2 podtipa ZF domena (C 3 HC 4 i C 3 H 2 C 3), te su prisutni u brojnim biljnih i životinjskih proteina.
Nalaze se u proteinima poput RAD5 koji sudjeluju u popravljanju DNK u eukariotskim organizmima. Pronađeni su i u RAG1, neophodnom za rekonfiguraciju imunoglobulina.
H
Ova domena ZF je visoko očuvana u integraciji retrovirusa i retrotransposona; vezanjem na ciljni protein uzrokuje konformacijske promjene u njemu.
Značajke
Proteini sa ZF domenama služe u različite svrhe: mogu se naći na ribosomalnim proteinima ili na transkripcijskim adapterima. Otkriveni su i kao sastavni dio strukture RNA polimeraze kvasca II.
Čini se da su uključeni u unutarćelijsku homeostazu cinka i u regulaciji apoptoze ili programirane stanične smrti. Uz to, postoje neki ZF proteini koji djeluju kao kaperoni za savijanje ili transport drugih proteina.
Vezanje za lipide i temeljna uloga u interakciji protein-protein su također istaknute funkcije ZF domena u nekim proteinima.
Biotehnološka važnost
Tijekom godina, strukturalno i funkcionalno razumijevanje ZF domena omogućilo je velik znanstveni napredak koji uključuje upotrebu njihovih karakteristika u biotehnološke svrhe.
Budući da neki ZF proteini imaju visoku specifičnost za određene DNA domene, mnogo se truda ulaže u dizajn specifičnih ZF koji mogu pružiti vrijedan napredak u genskoj terapiji kod ljudi.
Zanimljive biotehnološke primjene također proizlaze iz dizajna proteina s genetski inženjeriranim ZF. Ovisno o željenoj svrsi, neki od njih mogu se modificirati dodavanjem peptida prstiju "poli cinka" koji su sposobni prepoznati gotovo bilo koji slijed DNK s visokim afinitetom i specifičnošću.
Nuclease-modificirano gensko uređivanje jedna je od najperspektivnijih aplikacija danas. Ova vrsta uređivanja nudi mogućnost provođenja studija o genetskoj funkciji izravno u modelu sustava koji nas zanima.
Genetski inženjering korištenjem modificiranih ZF nukleusa privukao je pažnju znanstvenika na području genetskog poboljšanja kultivara biljaka od agronomske važnosti. Ove nukleoze koriste se za ispravljanje endogenog gena koji stvara biljke otporne na herbicide u biljkama duhana.
Nukleaze sa ZF koriste se i za dodavanje gena u stanicama sisavaca. Dotični proteini korišteni su za stvaranje skupa izogenih mišjih stanica sa skupom definiranih alela za endogeni gen.
Takav postupak ima izravnu primjenu u označavanju i stvaranju novih alelnih oblika za proučavanje strukture i funkcionalnih odnosa u izvornim izraznim uvjetima i u izogenim okruženjima.
Reference
- Berg, JM (1990). Domene cinkova prsta: hipoteze i trenutno znanje. Godišnji pregled biofizike i biofizičke kemije, 19 (39), 405–421.
- Dreier, B., Beerli, R., Segal, D., Flippin, J., i Barbas, C. (2001). Razvoj domena cinkovih prstiju za prepoznavanje 5'-ANN-3 'familije DNK sljedova i njihovu uporabu u konstrukciji faktora umjetne transkripcije. JBC, (54).
- Gamsjaeger, R., Liew, CK, Loughlin, FE, Crossley, M., i Mackay, JP (2007). Ljepljivi prsti: cinčani prsti kao motivi za prepoznavanje proteina. Trendovi u biokemijskim znanostima, 32 (2), 63–70.
- Klug, A. (2010). Otkriće cinkovih prstiju i njihove primjene u regulaciji gena i manipulaciji genima. Godišnji pregled biokemije, 79 (1), 213–231.
- Kluska, K., Adamczyk, J., i Krȩzel, A. (2017). Metalna svojstva vezanja cinkovih prstiju s prirodno izmijenjenim mjestom vezivanja metala. Metallomika, 10 (2), 248–263.
- Laity, JH, Lee, BM i Wright, PE (2001). Proteini cinkovog prsta: Novi uvid u strukturalnu i funkcionalnu raznolikost. Trenutno mišljenje o strukturalnoj biologiji, 11 (1), 39–46.
- Miller, J., McLachlan, AD, & Klug, A. (1985). Ponavljajuće domene za vezanje cinka u faktoru transkripcije proteina IIIA iz oocita Xenopus-a. Časopis za elemente u tragovima eksperimentalne medicine, 4 (6), 1609–1614.
- Urnov, FD, Rebar, EJ, Holmes, MC, Zhang, HS, i Gregory, PD (2010). Uređivanje genoma s inženjeriziranim cinkovim prstom nuclise. Nature Review Genetics, 11 (9), 636–646.