Dita di zinco, struttura, classificazione, funzione

Struttura primaria di un dominio del dito di zinco C2H2, compresi i collegamenti che coordinano lo ione di zinco e con uno sfondo di "mano e dito". Angel Herraez, Wikimedia Commons

IL Dita di zinco (ZF) sono motivi strutturali presenti in un gran numero di eucarioti. Appartengono al gruppo di metalloproteine, in quanto sono in grado di unire lo ione di metallo di zinco, che richiedono per il suo funzionamento. Si prevede che esistono oltre 1500 domini ZF in circa 1000 diverse proteine ​​nell'uomo.

Il termine dito di zinco o "dito di zinco" è stato coniato per la prima volta nel 1985 da Miller, McLachlan e Klug, mentre studiavano in dettaglio i piccoli domini del DNA del DNA del fattore trascrizionale Tfiiia di Xenopus Laevis, descritto da altri autori alcuni anni prima.

Le proteine ​​con motivi ZF sono le più abbondanti nel genoma degli organismi eucariotici e partecipano alla diversità dei processi cellulari essenziali, tra cui la trascrizione genetica, la traduzione di proteine, il metabolismo, la piegatura e l'assemblaggio di altre proteine ​​e lipidi si distinguono altri.

Struttura

La struttura dei motivi ZF è estremamente conservata. Di solito queste regioni ripetute hanno da 30 a 60 aminoacidi, la cui struttura secondaria è come due fogli beta antiparalleli che formano una forcella e un proxy alfa, che è indicato come ββα.

Questa struttura secondaria è stabilizzata dalle interazioni idrofobiche e dal coordinamento di un atomo di zinco dato da due cisteina e due rifiuti di istidina (CYS₂Il suo₂). Tuttavia, ci sono ZF che possono coordinare più di un atomo di zinco e altri in cui l'ordine di Cys e i suoi rifiuti varia.

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Gli ZF possono essere ripetuti in batch, configurati linearmente nella stessa proteina. Tutti hanno strutture simili, ma possono differenziarsi chimicamente per variazioni di rifiuti di aminoacidi chiave per l'adempimento delle loro funzioni.

Una caratteristica comune tra ZF è la sua capacità di riconoscere le molecole di DNA o RNA di diverse lunghezze, motivo per cui inizialmente sono stati considerati solo fattori trascrittivi.

In generale, il riconoscimento è le regioni di 3pb nel DNA e si ottiene quando la proteina con il dominio ZF presenta l'elica alfa al solco principale della molecola di DNA.

Classificazione

Esistono diversi motivi ZF che differiscono l'uno dall'altro per la loro natura e le diverse configurazioni di spazio che raggiungono i collegamenti di coordinamento con l'atomo di zinco. Una delle classificazioni è la seguente:

C₂H₂

Questa è una ragione comunemente trovata nello ZF. La maggior parte dei motivi c₂H₂ Sono specifici per l'interazione con DNA e RNA, tuttavia sono stati osservati partecipando alle interazioni proteina-proteina. Hanno tra 25 e 30 rifiuti di aminoacidi e rientrano nella più grande famiglia di proteine ​​regolatori nei mammiferi.

C₂H

Interagisci con l'RNA e alcune altre proteine. Sono osservati principalmente come parte di alcune proteine ​​del capside del retrovirus, collaborando nella confezione dell'RNA virale subito dopo la replicazione.

C₄ (loop o nastro)

Le proteine ​​con questo motivo sono enzimi responsabili della replicazione e della trascrizione del DNA. Un buon esempio di questi può essere gli enzimi grezzi dei fagi T4 e T7.

C₄ (Gata Family)

Questa famiglia ZF include fattori di trascrizione che regolano l'espressione di geni importanti in numerosi tessuti durante lo sviluppo cellulare. I fattori GATA-2 e 3, ad esempio, sono coinvolti nell'ematopoiesi.

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C₆

Questi domini sono tipici dei lieviti, in particolare la proteina Gal4, che attiva la trascrizione dei geni coinvolti nell'uso di galattosio e meligio.

Dita di zinco (c₃HC₄-C₃H₂C₃)

Queste strutture particolari hanno 2 sottotipi di dominio ZF (c₃HC₄ e C₃H₂C₃) e sono presenti in numerose proteine ​​animali e vegetali.

Si trovano in proteine ​​come RAD5, coinvolte nella riparazione del DNA negli organismi eucariotici. Si trovano anche in Rag1, indispensabili per la riconfigurazione delle immunoglobuline.

H₂C₂

Questo dominio ZF è altamente preservato negli integrali di retrovirus e retrotrasposoni; Quando si uniscono alla proteina bianca, provoca un cambiamento conformazionale nello stesso.

Funzioni

Le proteine ​​dei domini ZF servono a vari scopi: possono essere trovate nelle proteine ​​ribosomiali o negli adattatori trascrittivi. Sono stati anche rilevati come parte integrante della struttura dell'RNA polimerasi II del lievito.

Sembrano essere coinvolti nell'omeostasi di zinco intracellulare e nella regolazione dell'apoptosi o della morte cellulare programmata. Inoltre, ci sono alcune proteine ​​ZF che funzionano come accompagnatori per il piegamento o il trasporto di altre proteine.

Unione lipidica e un ruolo fondamentale nelle interazioni proteina-proteina sono anche funzioni eccezionali dei domini ZF in alcune proteine.

Importanza biotecnologica

Nel corso degli anni, la comprensione strutturale e funzionale dei domini ZF ha consentito grandi progressi scientifici che implicano l'uso delle loro caratteristiche per scopi biotecnologici.

Poiché alcune proteine ​​ZF hanno una grande specificità a causa di determinati domini del DNA, attualmente si investe molti sforzi nel design ZF specifico, il che può fornire preziosi progressi nella terapia genica nell'uomo.

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Interessanti applicazioni biotecnologiche derivano anche dal design proteico con ZF modificato dall'ingegneria genetica. A seconda dell'estremità desiderata, alcuni di questi possono essere modificati dall'aggiunta di dita con dita "Poli zinco", che sono in grado di riconoscere praticamente qualsiasi sequenza di DNA con grande affinità e specificità.

L'edizione genomica con nuclea modificata è una delle applicazioni più promettenti oggi. Questo tipo di edizione offre la possibilità di svolgere studi sulla funzione genetica direttamente nel sistema di interesse.

L'ingegneria genetica con nucleasas ZF modificata ha catturato l'attenzione degli scienziati nel campo del miglioramento genetico delle cultivar di importanza agronomica. Queste nuclea sono state usate per correggere un gene endogeno che produce forme resistenti erbicide nelle piante di tabacco.

Le nuclea con ZF sono state utilizzate anche per l'aggiunta di geni nelle cellule dei mammiferi. Le proteine ​​in questione sono state utilizzate per generare una serie di cellule di topo isogenico con una serie di alleli definiti per un gene endogeno.

Tale processo ha un'applicazione diretta nell'etichettatura e nella creazione di nuove forme alleliche per studiare le relazioni di struttura e funzione in condizioni di espressione nativa e in ambienti isogenici.

Riferimenti

1. Berg, j. M. (1990). Domini di dito di zinco: ipotesi e conoscenze attuali. Revisione annuale della biofisica e della chimica biofisica, 19(39), 405-421.
2. Kluska, k., Adamczyk, J., & Krȩzel, a. (2017). Proprietà di legame in metallo delle dita di zinco con un sito di legame metallico naturalmente alten. Metallomica, 10(2), 248-263.