징크 핑거 (ZF)는 많은 진핵 단백질의 구조적 모티프 존재한다. 그들은 작동에 필요한 아연 금속 이온을 결합 할 수 있기 때문에 금속 단백질 그룹에 속합니다. 인간의 약 1,000 개의 서로 다른 단백질에 1,500 개 이상의 ZF 도메인이 존재할 것으로 예측됩니다.
징크 핑거 또는 "아연 핑거"라는 용어는 1985 년 Miller, McLachlan 및 Klug에 의해 처음 만들어졌으며 몇 년 전에 다른 저자가 설명한 Xenopus laevis 전사 인자 TFIIIA의 작은 DNA 결합 도메인을 자세히 연구했습니다. .
단백질 내 징크 핑거 모티프의 그래픽 표현 (Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com), Wikimedia Commons를 통해)
ZF 모티프를 가진 단백질은 진핵 생물의 게놈에서 가장 풍부하며 유전자 전사, 단백질 번역, 대사, 다른 단백질 및 지질의 접힘 및 조립과 같은 다양한 필수 세포 과정에 참여합니다. , 프로그램 된 세포 사멸 등.
구조
ZF 모티프의 구조는 매우 보존되어 있습니다. 일반적으로 이러한 반복 영역에는 30 ~ 60 개의 아미노산이 있으며, 그 2 차 구조는 헤어핀을 형성하는 두 개의 역 평행 베타 시트와 ββα로 표시되는 알파 나선으로 발견됩니다.
상기 2 차 구조는 소수성 상호 작용과 2 개의 시스테인과 2 개의 히스티딘 잔기 (Cys 2 His 2 )에 의해 주어진 아연 원자의 배위에 의해 안정화된다 . 그러나 하나 이상의 아연 원자와 Cys 및 His 잔기의 순서가 다른 다른 원자를 조정할 수있는 ZF가 있습니다.
ZF는 동일한 단백질에서 선형으로 구성된 배치에서 반복 될 수 있습니다. 모두 유사한 구조를 가지고 있지만 기능을 수행하는 데 중요한 아미노산 잔기의 변형에 의해 서로 화학적으로 구별 될 수 있습니다.
ZF의 공통적 인 특징은 길이가 다른 DNA 또는 RNA 분자를 인식하는 능력이며, 이것이 처음에는 전사 인자로만 간주되었던 이유입니다.
일반적으로 인식은 DNA의 3bp 영역이며 ZF 도메인 단백질이 DNA 분자의 주요 홈에 알파 나선을 제시 할 때 달성됩니다.
분류
그 성질과 아연 원자와의 배위 결합에 의해 달성되는 다른 공간 구성에 따라 서로 다른 ZF 모티프가 있습니다. 분류 중 하나는 다음과 같습니다.
씨
이것은 ZF에서 일반적으로 발견되는 모티프입니다. 대부분의 C 2 H 2 모티프 는 DNA 및 RNA와의 상호 작용에 특이 적이지만 단백질-단백질 상호 작용에 참여하는 것으로 관찰되었습니다. 그들은 25 ~ 30 개의 아미노산 잔기를 가지고 있으며 포유류 세포에서 가장 큰 조절 단백질 군에서 발견됩니다.
아연 이온을 조정하고 "손과 손가락"배경을 가진 결합을 포함하는 C2H2 징크 핑거 도메인의 기본 구조 (AngelHerraez, via Wikimedia Commons)
씨
그들은 RNA 및 다른 단백질과 상호 작용합니다. 이들은 주로 일부 레트로 바이러스 캡시드 단백질의 일부로 보이며 복제 직후 바이러스 RNA의 패키징을 지원합니다.
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이 모티프가있는 단백질은 DNA 복제 및 전사를 담당하는 효소입니다. 이들의 좋은 예는 T4 및 T7 파지 거친 효소 일 수 있습니다.
씨
이 ZF 계열은 세포 발달 동안 수많은 조직에서 중요한 유전자의 발현을 조절하는 전사 인자를 포함합니다. 예를 들어 GATA-2와 3 가지 요인이 조혈에 관여합니다.
씨
이러한 도메인은 효모, 특히 갈락토스 및 멜리 비오스의 사용과 관련된 유전자의 전사를 활성화하는 GAL4 단백질에 고유합니다.
아연 핑거 (C
이러한 특정 구조는 ZF 도메인의 2 개의 하위 유형 (C 3 HC 4 및 C 3 H 2 C 3 )을 보유하고 수많은 동물 및 식물 단백질에 존재합니다.
그들은 진핵 생물의 DNA 복구에 관여하는 RAD5와 같은 단백질에서 발견됩니다. 그들은 또한 면역 글로불린의 재구성에 필수적인 RAG1에서 발견됩니다.
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이 ZF 도메인은 레트로 바이러스와 레트로 트랜스포존의 통합에서 매우 보존됩니다. 표적 단백질에 결합함으로써 형태 변화를 일으 킵니다.
풍모
ZF 도메인이있는 단백질은 다양한 용도로 사용됩니다. 리보솜 단백질 또는 전사 어댑터에서 찾을 수 있습니다. 그들은 또한 효모 RNA 중합 효소 II 구조의 필수적인 부분으로 검출되었습니다.
이들은 세포 내 아연 항상성 및 세포 자멸사 또는 프로그램 된 세포 사멸의 조절에 관여하는 것으로 보입니다. 또한 다른 단백질의 접힘 또는 운반을위한 보호자 역할을하는 ZF 단백질이 있습니다.
지질에 대한 결합과 단백질-단백질 상호 작용에서 중요한 역할은 또한 일부 단백질에서 ZF 도메인의 두드러진 기능입니다.
생명 공학적 중요성
수년에 걸쳐 ZF 도메인에 대한 구조적 및 기능적 이해는 생명 공학적 목적을 위해 특성을 사용하는 것을 포함하는 큰 과학적 발전을 가능하게했습니다.
일부 ZF 단백질은 특정 DNA 도메인에 대해 높은 특이성을 갖기 때문에 현재 특정 ZF 설계에 많은 노력을 기울이고 있으며, 이는 인간의 유전자 치료에 귀중한 발전을 제공 할 수 있습니다.
흥미로운 생명 공학 응용은 유 전적으로 조작 된 ZF를 가진 단백질의 설계에서도 발생합니다. 원하는 목적에 따라 이들 중 일부는 "폴리 아연"핑거 펩타이드를 추가하여 변형 될 수 있으며, 이는 높은 친화 성과 특이성을 가진 거의 모든 DNA 서열을 인식 할 수 있습니다.
뉴 클레아 제 변형 게놈 편집은 오늘날 가장 유망한 응용 프로그램 중 하나입니다. 이러한 유형의 편집은 관심 모델 시스템에서 직접 유전 기능에 대한 연구를 수행 할 수있는 가능성을 제공합니다.
변형 된 ZF 뉴 클레아 제를 사용하는 유전 공학은 농업 적으로 중요한 식물 품종의 유전 적 개선 분야에서 과학자들의 관심을 끌었습니다. 이 뉴 클레아 제는 담배 식물에서 제초제 저항성 형태를 생성하는 내인성 유전자를 수정하는 데 사용되었습니다.
ZF가있는 뉴 클레아 제는 포유류 세포에 유전자를 추가하는 데에도 사용되었습니다. 문제의 단백질은 내인성 유전자에 대해 정의 된 대립 유전자 세트를 갖는 일련의 동위 원소 마우스 세포를 생성하는 데 사용되었습니다.
이러한 과정은 새로운 대립 유전자 형태의 태깅 및 생성에 직접 적용되어 고유 한 발현 조건과 동위 원소 환경에서 구조와 기능의 관계를 연구합니다.
참고 문헌
- Berg, JM (1990). 징크 핑거 도메인 : 가설 및 현재 지식. Biophysics and Biophysical Chemistry의 연례 검토, 19 (39), 405–421.
- Dreier, B., Beerli, R., Segal, D., Flippin, J., & Barbas, C. (2001). DNA 서열의 5'-ANN-3 '패밀리 인식을위한 징크 핑거 도메인 개발 및 인공 전사 인자의 구축에 사용. JBC, (54).
- Gamsjaeger, R., Liew, CK, Loughlin, FE, Crossley, M., & Mackay, JP (2007). 끈적한 손가락 : 단백질 인식 모티프로서의 아연 손가락. 생화학 과학 동향, 32 (2), 63–70.
- Klug, A. (2010). 아연 핑거의 발견과 유전자 조절 및 게놈 조작에서의 응용. Annual Review of Biochemistry, 79 (1), 213–231.
- Kluska, K., Adamczyk, J., & Krȩzel, A. (2017). 자연적으로 변경된 금속 결합 부위를 가진 아연 핑거의 금속 결합 특성. Metallomics, 10 (2), 248–263.
- Laity, JH, Lee, BM 및 Wright, PE (2001). 징크 핑거 단백질 : 구조적 및 기능적 다양성에 대한 새로운 통찰력. 구조 생물학의 현재 의견, 11 (1), 39–46.
- Miller, J., McLachlan, AD 및 Klug, A. (1985). Xenopus 난 모세포의 단백질 전사 인자 IIIA의 반복적 인 아연 결합 도메인. Journal of Trace Elements in Experimental Medicine, 4 (6), 1609–1614.
- Urnov, FD, Rebar, EJ, Holmes, MC, Zhang, HS 및 Gregory, PD (2010). 조작 된 징크 핑거 뉴 클레아 제를 사용한 게놈 편집. Nature Reviews Genetics, 11 (9), 636–646.