في إصبع الزنك (ZF) والهيكلي زخارف موجودة في العديد من البروتينات حقيقية النواة. ينتمون إلى مجموعة البروتينات المعدنية ، لأنها قادرة على ربط أيون معدن الزنك ، الذي يحتاجونه لتشغيلهم. من المتوقع وجود أكثر من 1500 مجال ZF في حوالي 1000 بروتين مختلف في البشر.
تمت صياغة مصطلح إصبع الزنك أو "إصبع الزنك" لأول مرة في عام 1985 بواسطة Miller و McLachlan و Klug ، أثناء الدراسة التفصيلية لمجالات ربط الحمض النووي الصغيرة لعامل النسخ TFIIIA Xenopus laevis ، الذي وصفه مؤلفون آخرون قبل بضع سنوات..
تمثيل رسومي لعنصر إصبع الزنك في البروتينات (Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) ، عبر ويكيميديا كومنز)
البروتينات ذات الأشكال ZF هي من بين أكثر البروتينات وفرة في جينوم الكائنات حقيقية النواة وتشارك في مجموعة متنوعة من العمليات الخلوية الأساسية ، من بينها نسخ الجينات ، وترجمة البروتين ، والتمثيل الغذائي ، وطي وتجميع البروتينات والدهون الأخرى. ، موت الخلية المبرمج ، من بين أمور أخرى.
بناء
هيكل الزخارف ZF محفوظ للغاية. عادةً ما تحتوي هذه المناطق المتكررة على 30 إلى 60 حمضًا أمينيًا ، يوجد التركيب الثانوي لها على شكل صفحتين بيتا متوازيتين تشكلان دبوس شعر ولولب ألفا ، والذي يُشار إليه باسم ββα.
يتم تثبيت البنية الثانوية المذكورة عن طريق التفاعلات الكارهة للماء وبالتنسيق بين ذرة الزنك المعطاة من اثنين من السيستين واثنين من بقايا الهيستيدين (Cys 2 His 2). ومع ذلك ، هناك ZFs التي يمكنها تنسيق أكثر من ذرة زنك وأخرى حيث يختلف ترتيب Cys ومخلفاته.
يمكن تكرار ZFs في دفعة ، تم تكوينها خطيًا في نفس البروتين. جميعها لها هياكل متشابهة ، ولكن يمكن تمييزها كيميائيًا عن بعضها البعض من خلال الاختلافات في بقايا الأحماض الأمينية الرئيسية لتحقيق وظائفها.
السمة المشتركة بين ZFs هي قدرتها على التعرف على جزيئات الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي ذات الأطوال المختلفة ، وهذا هو السبب في أنها كانت تعتبر في البداية عوامل نسخ فقط.
بشكل عام ، يكون التعرف على مناطق 3bp في الحمض النووي ويتحقق عندما يقدم البروتين مع مجال ZF اللولب ألفا إلى الأخدود الرئيسي لجزيء الحمض النووي.
تصنيف
هناك أشكال مختلفة من ZF تختلف عن بعضها البعض حسب طبيعتها والتكوينات المكانية المختلفة التي حققتها روابط التنسيق مع ذرة الزنك. أحد التصنيفات كما يلي:
ج
هذا عنصر شائع في ZFs. معظم أشكال C 2 H 2 محددة للتفاعل مع DNA و RNA ، ومع ذلك ، فقد لوحظ أنها تشارك في تفاعلات البروتين البروتين. تحتوي على ما بين 25 و 30 من بقايا الأحماض الأمينية وتوجد داخل أكبر عائلة من البروتينات المنظمة في خلايا الثدييات.
البنية الأساسية لمجال إصبع الزنك C2H2 ، بما في ذلك الروابط التي تنسق أيون الزنك وخلفية "اليد والأصابع" (AngelHerraez ، عبر ويكيميديا كومنز)
ج
يتفاعلون مع RNA وبعض البروتينات الأخرى. يُنظر إليها بشكل أساسي على أنها جزء من بعض بروتينات قفيصة الفيروسات القهقرية ، مما يساعد في تغليف الحمض النووي الريبي الفيروسي بعد التكاثر مباشرة.
ج
البروتينات التي تحمل هذا الشكل هي إنزيمات مسؤولة عن تكرار الحمض النووي ونسخه. مثال جيد على ذلك يمكن أن يكون T4 و T7 الإنزيمات الخشنة.
ج
تشتمل عائلة ZF هذه على 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.
ج
هذه المجالات نموذجية للخميرة ، وتحديداً بروتين GAL4 ، الذي ينشط نسخ الجينات المشاركة في استخدام الجالاكتوز والمليبيوز.
أصابع الزنك (C.
تمتلك هذه الهياكل الخاصة نوعين فرعيين من مجالات ZF (C 3 HC 4 و C 3 H 2 C 3) وهي موجودة في العديد من البروتينات الحيوانية والنباتية.
توجد في بروتينات مثل RAD5 ، تشارك في إصلاح الحمض النووي في الكائنات حقيقية النواة. توجد أيضًا في RAG1 ، وهي ضرورية لإعادة تكوين الغلوبولين المناعي.
ح
هذا المجال من ZF محفوظ بشكل كبير في تكامل الفيروسات القهقرية و retrotransposons ؛ من خلال الارتباط بالبروتين المستهدف يتسبب في تغيير تكوينه.
المميزات
تخدم البروتينات التي تحتوي على مجالات ZF مجموعة متنوعة من الأغراض: يمكن العثور عليها في بروتينات الريبوسوم أو على محولات النسخ. تم اكتشافها أيضًا كجزء لا يتجزأ من بنية الخميرة RNA polymerase II.
يبدو أنهم متورطون في توازن الزنك داخل الخلايا وفي تنظيم موت الخلايا المبرمج أو موت الخلايا المبرمج. بالإضافة إلى ذلك ، هناك بعض بروتينات ZF التي تعمل كمرافقين لطي أو نقل البروتينات الأخرى.
يعتبر الارتباط بالدهون والدور الحاسم في تفاعلات البروتين والبروتين من الوظائف البارزة لمجالات ZF في بعض البروتينات.
أهمية التكنولوجيا الحيوية
على مر السنين ، سمح الفهم الهيكلي والوظيفي لمجالات ZF بإحداث تقدم علمي كبير يتضمن استخدام خصائصها لأغراض التكنولوجيا الحيوية.
نظرًا لأن بعض بروتينات ZF لها خصوصية عالية لبعض مجالات الحمض النووي ، يتم حاليًا استثمار الكثير من الجهد في تصميم ZFs محددة ، والتي يمكن أن توفر تقدمًا قيِّمًا في العلاج الجيني لدى البشر.
تنشأ تطبيقات التكنولوجيا الحيوية المثيرة للاهتمام أيضًا من تصميم البروتينات باستخدام ZFs المعدلة وراثيًا. اعتمادًا على الغرض المطلوب ، يمكن تعديل بعض هذه بإضافة ببتيدات أصابع "بولي زنك" ، والتي تكون قادرة على التعرف فعليًا على أي تسلسل DNA ذي تقارب وخصوصية عالية.
يعد التحرير الجيني المعدل للنوكلياز أحد أكثر التطبيقات الواعدة اليوم. يوفر هذا النوع من التحرير إمكانية إجراء دراسات حول الوظيفة الجينية مباشرةً في النظام النموذجي محل الاهتمام.
استحوذت الهندسة الوراثية باستخدام نوكليازات ZF المعدلة على اهتمام العلماء في مجال التحسين الوراثي لأصناف النباتات ذات الأهمية الزراعية. تم استخدام هذه النيوكليزات لتصحيح الجين الداخلي الذي ينتج أشكالًا 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 الفئران المتجانسة مع مجموعة من الأليلات المحددة لجين داخلي.
مثل هذه العملية لها تطبيق مباشر في وضع العلامات وإنشاء أشكال أليلية جديدة لدراسة الهيكل والعلاقات الوظيفية في ظروف التعبير الأصلية وفي البيئات المتجانسة.
المراجع
- بيرج ، جي إم (1990). مجالات أصابع الزنك: الفرضيات والمعرفة الحالية. المراجعة السنوية للفيزياء الحيوية والكيمياء الفيزيائية الحيوية ، 19 (39) ، 405-421.
- Dreier ، B. ، Beerli ، R. ، Segal ، D. ، Flippin ، J. ، & Barbas ، C. (2001). تطوير مجالات أصابع الزنك للتعرف على عائلة 5'-ANN-3 'من تسلسل الحمض النووي واستخدامها في بناء عوامل النسخ الاصطناعية. جي بي سي ، (54).
- Gamsjaeger ، R. ، Liew ، CK ، Loughlin ، FE ، Crossley ، M. ، & Mackay ، JP (2007). الأصابع اللاصقة: أصابع الزنك كأشكال للتعرف على البروتين. الاتجاهات في العلوم البيوكيميائية ، 32 (2) ، 63-70.
- كلوج ، أ. (2010). اكتشاف أصابع الزنك وتطبيقاتها في تنظيم الجينات ومعالجة الجينوم. المراجعة السنوية للكيمياء الحيوية ، 79 (1) ، 213-231.
- Kluska ، K. ، Adamczyk ، J. ، & Krȩzel ، A. (2017). خصائص الربط المعدني لأصابع الزنك مع موقع ربط معدني متغير بشكل طبيعي. علم المعادن ، 10 (2) ، 248-263.
- Laity ، JH ، Lee ، BM ، & Wright ، PE (2001). بروتينات أصابع الزنك: رؤى جديدة في التنوع الهيكلي والوظيفي. الرأي الحالي في علم الأحياء الإنشائي ، 11 (1) ، 39-46.
- ميلر ، ج. ، مكلاتشلان ، إيه دي ، وكلوج ، إيه (1985). مجالات ربط الزنك المتكررة في عامل نسخ البروتين IIIA من بويضات Xenopus. مجلة العناصر النزرة في الطب التجريبي ، 4 (6) ، 1609-1614.
- Urnov، FD، Rebar، EJ، Holmes، MC، Zhang، HS، & Gregory، PD (2010). تحرير الجينوم باستخدام نوكلياز إصبع الزنك المصمم هندسيًا. مراجعات الطبيعة علم الوراثة، 11 (9) ، 636-646.