Struktur, klasifikasi, fungsi dan kepentingan jari seng



itu jari seng (ZF) adalah motif struktural yang terdapat dalam sejumlah besar protein eukariotik. Mereka termasuk dalam kelompok metalloprotein, karena mereka mampu mengikat ion logam seng, yang mereka butuhkan untuk operasi mereka. Diperkirakan bahwa lebih dari 1500 domain ZF ada di sekitar 1000 protein berbeda pada manusia.

Istilah "jari seng" diciptakan untuk pertama kalinya pada tahun 1985 oleh Miller, McLachlan dan Klug, sambil mempelajari secara rinci domain pengikatan DNA kecil dari faktor transkripsi TFIIIA. Xenopus laevis, dijelaskan oleh penulis lain beberapa tahun sebelumnya.

Protein dengan motif ZF termasuk yang paling banyak dalam genom organisme eukariotik dan berpartisipasi dalam berbagai proses seluler penting, termasuk transkripsi genetik, penerjemahan protein, metabolisme, pelipatan dan perakitan protein dan lipid lainnya , kematian sel terprogram, antara lain.

Indeks

  • 1 Struktur
  • 2 Klasifikasi
    • 2.1 C2H2
    • 2.2 C2H
    • 2.3 C4 (lingkaran atau pita)
    • 2.4 C4 (keluarga GATA)
    • 2,5 C6
    • 2,6 Jari seng (C3HC4-C3H2C3)
    • 2,7 H2C2
  • 3 Fungsi
  • 4 Pentingnya bioteknologi
  • 5 Referensi

Struktur

Struktur motif ZF sangat terjaga. Biasanya daerah yang diulang ini memiliki 30 hingga 60 asam amino, yang struktur sekundernya ditemukan sebagai dua lembar beta antiparalel yang membentuk garpu dan alfa helix, yang dilambangkan sebagai ββα.

Struktur sekunder ini distabilkan oleh interaksi hidrofobik dan dengan koordinasi atom seng yang diberikan oleh dua residu sistein dan dua residu histidin (Cys2Miliknya2). Namun, ada ZF yang dapat mengoordinasikan lebih dari satu atom seng dan lainnya di mana urutan Cys dan residu-Nya bervariasi.

ZF dapat diulang bersamaan, dikonfigurasi secara linear dalam protein yang sama. Semua memiliki struktur yang serupa, tetapi dapat dibedakan secara kimia dari satu sama lain dengan variasi residu asam amino utama untuk pemenuhan fungsinya..

Fitur umum di antara ZF adalah kemampuannya untuk mengenali molekul DNA atau RNA dengan panjang yang berbeda, itulah sebabnya mereka awalnya dianggap hanya sebagai faktor transkripsi.

Secara umum, pengakuan adalah daerah 3 bp dalam DNA dan itu dicapai ketika protein dengan domain ZF menyajikan heliks alfa ke alur molekul DNA yang lebih besar..

Klasifikasi

Ada berbagai motif ZF yang berbeda satu sama lain karena sifatnya dan konfigurasi spasial yang berbeda yang dicapai oleh ikatan koordinasi dengan atom seng. Salah satu klasifikasi adalah sebagai berikut:

C2H2

Ini adalah motif yang biasa ditemukan di ZF. Sebagian besar alasan C2H2 mereka spesifik untuk interaksi dengan DNA dan RNA, namun, mereka telah diamati berpartisipasi dalam interaksi protein-protein. Mereka memiliki antara 25 dan 30 residu asam amino dan berada dalam keluarga terbesar protein pengatur dalam sel mamalia.

C2H

Mereka berinteraksi dengan RNA dan beberapa protein lain. Mereka terutama diamati sebagai bagian dari beberapa protein kapsid retrovirus, berkolaborasi dalam pengemasan RNA virus segera setelah replikasi.

C4 (dasi atau pita)

Protein dengan motif tersebut adalah enzim yang bertanggung jawab untuk replikasi dan transkripsi DNA. Contoh yang baik dari ini adalah enzim utama fag T4 dan T7.

C4 (Keluarga GATA)

Keluarga ZF ini terdiri dari faktor-faktor transkripsi yang mengatur ekspresi gen-gen penting dalam banyak jaringan selama perkembangan sel. Faktor GATA-2 dan 3, misalnya, terlibat dalam hematopoiesis.

C6

Domain-domain ini spesifik-ragi, khususnya protein GAL4, yang mengaktifkan transkripsi gen yang terlibat dalam penggunaan galaktosa dan melibiosa..

Jari seng (C3HC4-C3H2C3)

Struktur khusus ini memiliki 2 subtipe domain ZF (C3HC4 dan C3H2C3) dan hadir dalam berbagai protein hewani dan nabati.

Mereka ditemukan dalam protein seperti RAD5, yang terlibat dalam perbaikan DNA pada organisme eukariotik. Mereka juga ditemukan dalam RAG1, penting untuk konfigurasi ulang imunoglobulin.

H2C2

Domain ZF ini sangat dilestarikan dalam integral retrovirus dan retrotransposon; dengan mengikat protein putih menyebabkan perubahan konformasi di dalamnya.

Fungsi

Protein dengan domain ZF melayani beberapa tujuan: mereka dapat ditemukan dalam protein ribosom atau dalam adaptor transkripsi. Mereka juga telah terdeteksi sebagai bagian integral dari struktur RNA polimerase II ragi.

Mereka tampaknya terlibat dalam homeostasis seng intraseluler dan dalam pengaturan apoptosis atau kematian sel yang terprogram. Selain itu, ada beberapa protein dengan ZF yang berfungsi sebagai pendamping untuk melipat atau mengangkut protein lain.

Pengikatan lemak dan peran kunci dalam interaksi protein-protein juga merupakan fungsi penting dari domain ZF dalam beberapa protein.

Pentingnya bioteknologi

Selama bertahun-tahun, pemahaman struktural dan fungsional domain ZF telah memungkinkan untuk membuat kemajuan ilmiah besar yang melibatkan penggunaan karakteristik mereka untuk tujuan bioteknologi..

Karena beberapa protein dengan ZF memiliki spesifisitas tinggi untuk domain DNA tertentu, banyak upaya saat ini sedang diinvestasikan dalam desain ZF spesifik, yang dapat memberikan kemajuan yang berharga dalam terapi gen pada manusia.

Aplikasi bioteknologi yang menarik juga muncul dari desain protein dengan ZF yang dimodifikasi oleh rekayasa genetika. Bergantung pada ujung yang diinginkan, beberapa di antaranya dapat dimodifikasi dengan penambahan peptida jari "seng-seng", yang mampu mengenali hampir semua urutan DNA dengan afinitas dan kekhususan yang luar biasa..

Edisi genomik dengan nukleasi yang dimodifikasi adalah salah satu aplikasi yang paling menjanjikan saat ini. Jenis edisi ini menawarkan kemungkinan melakukan studi tentang fungsi genetik secara langsung dalam model sistem yang menarik.

Rekayasa genetika menggunakan nukleasi ZF yang dimodifikasi telah menarik perhatian para ilmuwan di bidang perbaikan genetik kultivar tanaman yang memiliki kepentingan agronomis. Nuklease ini telah digunakan untuk memperbaiki gen endogen yang menghasilkan bentuk tahan herbisida pada tanaman tembakau.

Nuklease dengan ZF juga telah digunakan untuk penambahan gen dalam sel mamalia. Protein yang dimaksud digunakan untuk menghasilkan satu set sel tikus isogenik dengan serangkaian alel yang ditentukan untuk gen endogen.

Proses ini memiliki aplikasi langsung dalam pelabelan dan penciptaan bentuk alelik baru untuk mempelajari hubungan struktur dan fungsi dalam kondisi ekspresi asli dan dalam lingkungan isogenik..

Referensi

  1. Berg, J. M. (1990). Domain jari seng: hipotesis dan pengetahuan saat ini. Tinjauan Tahunan Biofisika dan Kimia Biofisik, 19(39), 405-421.
  2. Dreier, B., Beerli, R., Segal, D., Flippin, J., & Barbas, C. (2001). Pengembangan domain jari seng untuk pengenalan sekuens DNA 5'-ANN-3 'dan penggunaannya dalam pembangunan faktor transkripsi buatan. JBC, (54).
  3. Gamsjaeger, R., Liew, C.K., Loughlin, F.E., Crossley, M., & Mackay, J.P. (2007). Jari lengket: jari seng sebagai motif pengenal protein. Tren dalam Ilmu Biokimia, 32(2), 63-70.
  4. Klug, A. (2010). Penemuan Jari Seng dan Aplikasinya dalam Regulasi Gen dan Manipulasi Genom. Tinjauan Tahunan Biokimia, 79(1), 213-231.
  5. Kluska, K., Adamczyk, J., & Krȩzel, A. (2017). Sifat pengikat logam dari jari-jari seng dengan situs pengikatan logam yang diubah secara alami. Metallomik, 10(2), 248-263.
  6. Laity, J. H., Lee, B. M., & Wright, P. E. (2001). Protein jari seng: Wawasan baru tentang keragaman struktural dan fungsional. Opini Saat Ini dalam Biologi Struktural, 11(1), 39-46.
  7. Miller, J., McLachlan, A. D., & Klug, A. (1985). Domain pengikat seng yang berulang dalam faktor transkripsi protein IIIA dari Xenopus oocytes. Jurnal Elemen Jejak dalam Pengobatan Eksperimental, 4(6), 1609-1614.
  8. Urnov, F. D., Rebar, E.J., Holmes, M.C., Zhang, H.S., & Gregory, P.D. (2010). Pengeditan genom dengan nukleasi jari seng yang direkayasa. Ulasan Alam Genetika, 11(9), 636-646.