The zinc finger (ZF) adalah struktur motif hadir dalam banyak protein eukariotik. Mereka termasuk dalam kelompok metaloprotein, karena mereka mampu mengikat ion logam seng, yang mereka butuhkan untuk operasi mereka. Lebih dari 1.500 domain ZF diperkirakan ada di sekitar 1.000 protein berbeda pada manusia.
Istilah jari seng atau "jari seng" pertama kali diciptakan pada tahun 1985 oleh Miller, McLachlan, dan Klug, saat mempelajari secara rinci domain pengikat DNA kecil dari faktor transkripsi Xenopus laevis TFIIIA, dijelaskan oleh penulis lain beberapa tahun sebelumnya. .
Representasi grafis dari motif jari seng dalam protein (Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com), melalui Wikimedia Commons)
Protein dengan motif ZF termasuk yang paling melimpah dalam genom organisme eukariotik dan berpartisipasi dalam keragaman proses seluler esensial, di antaranya adalah transkripsi gen, translasi protein, metabolisme, pelipatan dan perakitan protein dan lipid lainnya. , kematian sel terprogram, antara lain.
Struktur
Struktur motif ZF sangat dipertahankan. Biasanya daerah berulang ini memiliki 30 sampai 60 asam amino, struktur sekundernya ditemukan sebagai dua lembar beta antiparalel yang membentuk jepit rambut dan alfa heliks, yang dilambangkan sebagai ββα.
Struktur sekunder tersebut distabilkan oleh interaksi hidrofobik dan dengan koordinasi atom seng yang diberikan oleh dua residu sistein dan histidin (Cys 2 His 2 ). Namun, ada ZF yang dapat mengoordinasikan lebih dari satu atom seng dan atom seng lainnya di mana urutan Cys dan residunya bervariasi.
ZF dapat diulang dalam batch, dikonfigurasi secara linier dalam protein yang sama. Semua memiliki struktur yang serupa, tetapi secara kimiawi dapat dibedakan satu sama lain dengan variasi kunci residu asam amino untuk memenuhi fungsinya.
Ciri umum di antara ZF adalah kemampuannya untuk mengenali molekul DNA atau RNA dengan panjang berbeda, itulah sebabnya mereka awalnya dianggap hanya sebagai faktor transkripsi.
Secara umum, pengenalan adalah daerah 3bp dalam DNA dan dicapai ketika protein domain ZF menampilkan alfa heliks ke alur utama molekul DNA.
Klasifikasi
Ada berbagai motif ZF yang berbeda satu sama lain menurut sifatnya dan konfigurasi spasial yang berbeda dicapai oleh ikatan koordinasi dengan atom seng. Salah satu klasifikasinya adalah sebagai berikut:
C
Ini adalah motif yang umum ditemukan di ZFs. Kebanyakan motif C 2 H 2 spesifik untuk interaksi dengan DNA dan RNA, namun, telah diamati berpartisipasi dalam interaksi protein-protein. Mereka memiliki antara 25 dan 30 residu asam amino dan ditemukan dalam keluarga protein pengatur terbesar dalam sel mamalia.
Struktur primer domain jari seng C2H2, termasuk ikatan yang mengoordinasikan ion seng dan dengan latar belakang "tangan dan jari" (AngelHerraez, melalui Wikimedia Commons)
C
Mereka berinteraksi dengan RNA dan beberapa protein lain. Mereka terlihat terutama sebagai bagian dari beberapa protein kapsid retrovirus, membantu pengemasan RNA virus tepat setelah replikasi.
C
Protein dengan motif ini adalah enzim yang bertanggung jawab atas replikasi dan transkripsi DNA. Contoh yang bagus dari ini adalah enzim kasar fag T4 dan T7.
C
Keluarga ZF ini terdiri dari faktor transkripsi yang mengatur ekspresi gen penting di banyak jaringan selama perkembangan sel. Faktor GATA-2 dan 3, misalnya, terlibat dalam hematopoiesis.
C
Domain ini unik untuk ragi, khususnya protein GAL4, yang mengaktifkan transkripsi gen yang terlibat dalam penggunaan galaktosa dan melibiosa.
Jari Seng (C
Struktur khusus ini memiliki 2 subtipe domain ZF (C 3 HC 4 dan C 3 H 2 C 3 ) dan terdapat di banyak protein hewani dan tumbuhan.
Mereka ditemukan dalam protein seperti RAD5, yang terlibat dalam perbaikan DNA pada organisme eukariotik. Mereka juga ditemukan di RAG1, penting untuk konfigurasi ulang imunoglobulin.
H.
Domain ZF ini sangat terkonservasi dalam integrase retrovirus dan retrotransposon; dengan mengikat protein target itu menyebabkan perubahan konformasi di dalamnya.
fitur
Protein dengan domain ZF memiliki berbagai tujuan: dapat ditemukan pada protein ribosom atau pada adaptor transkripsi. Mereka juga telah terdeteksi sebagai bagian integral dari struktur ragi RNA polimerase II.
Mereka tampaknya terlibat dalam homeostasis seng intraseluler dan dalam regulasi apoptosis atau kematian sel terprogram. Selain itu, terdapat beberapa protein ZF yang berfungsi sebagai pendamping untuk pelipatan atau pengangkutan protein lainnya.
Mengikat lipid dan peran penting dalam interaksi protein-protein juga merupakan fungsi menonjol dari domain ZF di beberapa protein.
Pentingnya bioteknologi
Selama bertahun-tahun, pemahaman struktural dan fungsional dari domain ZF telah memungkinkan kemajuan ilmiah besar yang melibatkan penggunaan karakteristik mereka untuk tujuan bioteknologi.
Karena beberapa protein ZF memiliki spesifisitas tinggi untuk domain DNA tertentu, banyak upaya saat ini diinvestasikan dalam desain ZF tertentu, yang dapat memberikan kemajuan berharga dalam terapi gen pada manusia.
Aplikasi bioteknologi yang menarik juga muncul dari desain protein dengan ZF yang direkayasa secara genetik. Tergantung pada tujuan yang diinginkan, beberapa di antaranya dapat dimodifikasi dengan penambahan peptida jari "poli seng", yang mampu mengenali hampir semua urutan DNA dengan afinitas dan spesifisitas tinggi.
Pengeditan genomik yang dimodifikasi Nuclease adalah salah satu aplikasi paling menjanjikan saat ini. Jenis pengeditan ini menawarkan kemungkinan untuk melakukan studi tentang fungsi genetik secara langsung dalam sistem model yang diminati.
Rekayasa genetika menggunakan nuklease ZF yang dimodifikasi telah menarik perhatian para ilmuwan di bidang perbaikan genetik tanaman yang memiliki kepentingan agronomi. Nuklease ini telah digunakan untuk mengoreksi 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 satu set alel yang ditentukan untuk gen endogen.
Proses seperti itu memiliki aplikasi langsung dalam penandaan dan pembuatan bentuk alel baru untuk mempelajari hubungan struktur dan fungsi dalam kondisi asli ekspresi dan dalam lingkungan isogenik.
Referensi
- Berg, JM (1990). Domain jari seng: hipotesis dan pengetahuan saat ini. Review Tahunan Biofisika dan Biofisika Kimia, 19 (39), 405–421.
- Dreier, B., Beerli, R., Segal, D., Flippin, J., & Barbas, C. (2001). Pengembangan domain jari seng untuk pengenalan rangkaian DNA 5'-ANN-3 'dan penggunaannya dalam pembangunan faktor transkripsi buatan. JBC, (54).
- Gamsjaeger, R., Liew, CK, Loughlin, FE, Crossley, M., & Mackay, JP (2007). Jari lengket: jari-jari seng sebagai motif pengenalan protein. Tren Ilmu Biokimia, 32 (2), 63-70.
- Klug, A. (2010). Penemuan Jari Seng dan Aplikasinya dalam Regulasi Gen dan Manipulasi Genom. Review Tahunan Biokimia, 79 (1), 213–231.
- Kluska, K., Adamczyk, J., & Krȩzel, A. (2017). Sifat pengikatan logam dari jari-jari seng dengan situs pengikatan logam yang diubah secara alami. Metallomics, 10 (2), 248–263.
- Awam, JH, Lee, BM, & Wright, PE (2001). Protein jari seng: Wawasan baru tentang keragaman struktural dan fungsional. Opini Saat Ini dalam Biologi Struktural, 11 (1), 39-46.
- Miller, J., McLachlan, AD, & Klug, A. (1985). Domain pengikat seng berulang dalam faktor transkripsi protein IIIA dari oosit Xenopus. Jurnal Elemen Jejak dalam Pengobatan Eksperimental, 4 (6), 1609-1614.
- Urnov, FD, Rebar, EJ, Holmes, MC, Zhang, HS, & Gregory, PD (2010). Pengeditan genom dengan nuklease jari seng yang direkayasa. Nature Reviews Genetics, 11 (9), 636-646.