هيكل أصابع الزنك ، التصنيف ، الوظائف والأهمية



ال أصابع الزنك (ZF) هي الزخارف الهيكلية الموجودة في كمية كبيرة من البروتينات حقيقية النواة. إنهم ينتمون إلى مجموعة البروتينات المعدنية ، حيث أنهم قادرون على ربط أيون معدن الزنك ، والتي يحتاجون إليها لتشغيلها. من المتوقع وجود أكثر من 1500 مجال ZF في حوالي 1000 بروتين مختلف في البشر.

صاغ مصطلح "إصبع الزنك" لأول مرة في عام 1985 من قبل ميلر ومكلشلان وكلوغ ، بينما كان يدرس بالتفصيل مجالات ربط الحمض النووي الصغيرة لعامل النسخ في TFIIIA. Xenopus laevis, وصفها مؤلفون آخرون قبل بضع سنوات.

تعد البروتينات المزخرفة بأشكال ZF من بين أكثرها وفرة في جينوم الكائنات حقيقية النواة ، وتشارك في مجموعة متنوعة من العمليات الخلوية الأساسية ، بما في ذلك النسخ الجيني ، وترجمة البروتين ، والتمثيل الغذائي ، والطي وتجميع البروتينات والدهون الأخرى موت الخلية المبرمج ، من بين أشياء أخرى.

مؤشر

  • 1 هيكل
  • 2 التصنيف
    • 2.1 C2H2
    • 2.2 C2H
    • 2.3 C4 (حلقة أو شريط)
    • 2.4 C4 (عائلة GATA)
    • 2.5 C6
    • 2.6 أصابع الزنك (C3HC4-C3H2C3)
    • 2.7 H2C2
  • 3 وظائف
  • 4 أهمية التكنولوجيا الحيوية
  • 5 المراجع

هيكل

هيكل الزخارف ZF محفوظ للغاية. عادةً ما تحتوي هذه المناطق المكررة على 30 إلى 60 من الأحماض الأمينية ، والتي يوجد هيكلها الثانوي كصفحتين بيتا مضادتين متوازيتين تشكل شوكة وحلقة ألفا ، والتي يشار إليها باسم ββα.

يتم تثبيت هذا الهيكل الثانوي من خلال تفاعلات مسعور وبتنسيق ذرة الزنك بواسطة اثنين من بقايا السيستين وبقايا الهيستدين (Cys2له2). ومع ذلك ، هناك ZF يمكنه تنسيق أكثر من ذرة واحدة من الزنك وأخرى حيث يختلف ترتيب Cys ومخلفاته.

يمكن تكرار ZF بالترادف ، تكوينه خطيًا في نفس البروتين. جميعها لها هياكل متشابهة ، ولكن يمكن تمييزها كيميائيًا عن بعضها البعض من خلال الاختلافات في مخلفات الأحماض الأمينية الرئيسية لتحقيق وظائفها.

السمة المشتركة بين ZFs هي قدرتها على التعرف على جزيئات الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي (RNA) بأطوال مختلفة ، وهذا هو السبب في أنها كانت تعتبر في البداية فقط عوامل نسخية.

بشكل عام ، يتم التعرف على مناطق 3 بي بي في الحمض النووي ويتحقق ذلك عندما يقدم البروتين مع مجال ZF الحلزون ألفا إلى الأخدود الأكبر لجزيء الحمض النووي..

تصنيف

هناك أشكال مختلفة من ZF تختلف عن بعضها البعض بسبب طبيعتها والتكوينات المكانية المختلفة التي تحققها روابط التنسيق مع ذرة الزنك. أحد التصنيفات هو ما يلي:

C2H2

هذا عزر شائع في ZF. معظم الأسباب ج2H2 أنها محددة للتفاعل مع الحمض النووي والحمض النووي الريبي ، ومع ذلك ، فقد لوحظت المشاركة في تفاعلات البروتين البروتين. لديهم ما بين 25 و 30 من بقايا الأحماض الأمينية وهي ضمن أكبر مجموعة من البروتينات التنظيمية في خلايا الثدييات.

C2H

تتفاعل مع الحمض النووي الريبي وبعض البروتينات الأخرى. يتم ملاحظتها بشكل أساسي كجزء من بعض بروتينات كابسد الفيروس القهقري ، وتتعاون في عبوات الحمض النووي الريبي الفيروسي مباشرةً بعد النسخ المتماثل.

C4 (ربطة عنق أو شريط)

البروتينات ذات الحافز المذكور هي إنزيمات مسؤولة عن تكرار الحمض النووي ونسخه. وخير مثال على ذلك هو أنزيمات الفاجات الأولية T4 و T7.

C4 (عائلة GATA)

تضم هذه العائلة من ZF عوامل النسخ التي تنظم التعبير عن الجينات المهمة في العديد من الأنسجة أثناء نمو الخلية. عوامل GATA-2 و 3 ، على سبيل المثال ، تشارك في تكون الدم.

C6

هذه المجالات خاصة بالخميرة ، وتحديداً بروتين GAL4 ، الذي ينشط عملية نسخ الجينات المشاركة في استخدام الجلاكتوز والمليبيوز.

أصابع الزنك3HC4-C3H2C3)

هذه الهياكل الخاصة تمتلك 2 أنواع فرعية من مجالات ZF (C3HC4 و ج3H2C3) وتوجد في العديد من البروتينات الحيوانية والنباتية.

تم العثور عليها في البروتينات مثل RAD5 ، المشاركة في إصلاح الحمض النووي في الكائنات حقيقية النواة. تم العثور عليها أيضًا في RAG1 ، وهي ضرورية لإعادة تكوين الغلوبولين المناعي.

H2C2

يتم الحفاظ على نطاق ZF هذا بشكل كبير في تكاملات الفيروسات القهقرية وإعادة نقلها ؛ من خلال ربط البروتين الأبيض يؤدي إلى حدوث تغيير في التوافقية.

وظائف

تخدم البروتينات ذات نطاقات ZF عدة أغراض: يمكن العثور عليها في بروتينات الريبوسوم أو في محولات النسخ. كما تم اكتشافها كجزء لا يتجزأ من بنية الخميرة RNA polymerase II.

يبدو أنهم متورطون في التوازن داخل الزنك داخل الخلايا وفي تنظيم موت الخلايا المبرمج أو موت الخلية المبرمج. بالإضافة إلى ذلك ، هناك بعض البروتينات التي تحتوي على ZF تعمل كمعاونة لطي أو نقل البروتينات الأخرى.

ربط الدهون والدور الرئيسي في تفاعلات البروتين البروتين هي أيضًا وظائف مهمة لنطاقات ZF في بعض البروتينات.

أهمية التكنولوجيا الحيوية

على مر السنين ، سمح الفهم الهيكلي والوظيفي لمجالات ZF بتحقيق تقدم علمي كبير يتضمن استخدام خصائصها لأغراض التكنولوجيا الحيوية.

نظرًا لأن بعض البروتينات التي تحتوي على ZF لها خصوصية عالية في مجالات معينة من الحمض النووي ، يتم حاليًا بذل الكثير من الجهد في تصميم ZF معين ، والذي يمكن أن يوفر تطورات قيمة في العلاج الجيني في البشر.

تنشأ أيضًا تطبيقات تكنولوجية حيوية مثيرة للاهتمام من تصميم البروتينات مع تعديل ZF بواسطة الهندسة الوراثية. اعتمادًا على الغاية المرغوبة ، يمكن تعديل بعض هذه العناصر عن طريق إضافة ببتيدات الإصبع "الزنك والزنك" ، والتي تكون قادرة على التعرف على أي تسلسل الحمض النووي تقريبًا بعلاقة وخصوصية كبيرة.

الطبعة الجينومية مع nucleases المعدلة هي واحدة من أكثر التطبيقات الواعدة في الوقت الحاضر. يوفر هذا النوع من الطبعة إمكانية إجراء دراسات حول الوظيفة الوراثية مباشرة في نظام نموذج الاهتمام.

جذبت الهندسة الوراثية التي تستخدم نويات ZF المعدلة انتباه العلماء في مجال التحسين الوراثي لأصناف النباتات ذات الأهمية الزراعية. وقد استخدمت هذه الأسلحة النووية لتصحيح الجين الداخلي الذي ينتج أشكال مقاومة لمبيدات الأعشاب في نباتات التبغ.

كما تم استخدام نوكلياز مع ZF لإضافة الجينات في خلايا الثدييات. تم استخدام البروتينات المعنية لتوليد مجموعة من خلايا الفأر المتجانسة مع سلسلة من الأليلات المحددة للجينة الداخلية.

هذه العملية لها تطبيق مباشر في وضع العلامات وإنشاء أشكال أليلية جديدة لدراسة علاقات التركيب والوظيفة في الظروف الأصلية للتعبير وفي البيئات المتجانسة.

مراجع

  1. بيرج ، م. (1990). مجالات إصبع الزنك: الفرضيات والمعرفة الحالية. الاستعراض السنوي للفيزياء الحيوية والكيمياء الحيوية, 19(39) ، 405-421.
  2. Dreier، B.، Beerli، R.، Segal، D.، Flippin، J.، & Barbas، C. (2001). تطوير مجالات إصبع الزنك للتعرف على عائلة 5'-ANN-3 'من تسلسل الحمض النووي واستخدامها في بناء عوامل النسخ الاصطناعي. JBC, (54).
  3. Gamsjaeger، R.، Liew، C.K.، Loughlin، F.E.، Crossley، M.، & Mackay، J.P. (2007). الأصابع اللزجة: أصابع الزنك كأشكال التعرف على البروتين. الاتجاهات في علوم الكيمياء الحيوية, 32(2) ، 63-70.
  4. كلوج ، أ. (2010). اكتشاف أصابع الزنك وتطبيقاتها في تنظيم الجينات ومعالجة الجينوم. الاستعراض السنوي للكيمياء الحيوية, 79(1) ، 213-231.
  5. Kluska، K.، Adamczyk، J.، & Krȩzel، A. (2017). خصائص الربط المعدنية لأصابع الزنك مع موقع ربط المعدن المعدلة بشكل طبيعي. Metallomics, 10(2) ، 248-263.
  6. Laity، J. H.، Lee، B. M.، & Wright، P. E. (2001). بروتينات إصبع الزنك: رؤى جديدة في التنوع الهيكلي والوظيفي. الرأي الحالي في علم الأحياء الإنشائي, 11(1) ، 39-46.
  7. Miller، J.، McLachlan، A. D.، & Klug، A. (1985). مجالات ربط الزنك المتكررة في عامل نسخ البروتين IIIA من بويضات Xenopus. مجلة العناصر النزرة في الطب التجريبي, 4(6) ، 1609-1614.
  8. Urnov، F. D.، Rebar، E.J.، Holmes، M.C.، Zhang، H.S. & & Gregory، P.D. (2010). تحرير الجينوم مع nucleases إصبع الزنك هندسيا. مراجعات الطبيعة الوراثة, 11(9) ، 636-646.