אצבע אבץ (ZF) נוכחים מוטיבים מבניים חלבונים איקריוטיים רבים. הם שייכים לקבוצת המטאלופרוטאינים, מכיוון שהם מסוגלים לקשור את יון המתכת האבץ, אותם הם זקוקים להפעלתם. יותר מ -1,500 תחומי ZF צפויים להתקיים בכאלף חלבונים שונים בבני אדם.
המונח אצבע אבץ או "אצבע אבץ" נטבע לראשונה בשנת 1985 על ידי מילר, מקלצ'לן וקלוג, תוך כדי לימוד בפירוט של התחומים הקטנים הקשורים ל- DNA של גורם התמליל Xenopus laevis TFIIIA, שתוארו על ידי מחברים אחרים כמה שנים קודם לכן. .
ייצוג גרפי של מוטיב אצבע האבץ בחלבונים (תומאס ספלטסטוסטר (www.scistyle.com), באמצעות ויקימדיה Commons)
חלבונים עם מוטיבים ZF הם מהשכיחים ביותר בגנום של אורגניזמים אוקיארוטיים ומשתתפים במגוון תהליכים תאיים חיוניים, ביניהם שעתוק גנים, תרגום חלבונים, חילוף חומרים, קיפול והרכבה של חלבונים וליפידים אחרים. , מוות תאים מתוכנת, בין היתר.
מִבְנֶה
מבנה מוטיבי ה- ZF שמור ביותר. בדרך כלל באזורים החוזרים על עצמם יש 30 עד 60 חומצות אמינו, שהמבנה המשני שלהן נמצא כשני גיליונות בטא אנטי-פאראליים היוצרים סיכת שיער וסליל אלפא, המכונה ββα.
המבנה המשני האמור מתייצב על ידי אינטראקציות הידרופוביות ועל ידי תיאום אטום אבץ הניתן על ידי שני ציסטאין ושני שאריות היסטידין (Cys 2 His 2 ). עם זאת, ישנם ZFs אשר יכולים לתאם יותר מאטום אבץ אחד ואחרים שבהם סדר Cys ומשקעיו משתנה.
ניתן לחזור על ה- ZFs בקבוצה, המוגדרים באופן לינארי באותו חלבון. לכולם מבנים דומים, אך ניתן להבדיל ביניהם כימית על ידי וריאציות של שאריות חומצות אמיניות המפתח למילוי תפקידיהן.
מאפיין נפוץ בקרב ZFs הוא היכולת שלהם לזהות מולקולות DNA או RNA באורכים שונים, וזו הסיבה שהם נחשבו בתחילה רק כגורמים לתמלול.
באופן כללי, ההכרה היא של אזורים 3bp ב- DNA והיא מושגת כאשר החלבון עם תחום ה- ZF מציג את סליל האלפא לחריץ העיקרי של מולקולת ה- DNA.
מִיוּן
ישנם מוטיבי ZF שונים השונים זה מזה על פי טיבם והתצורות המרחביות השונות המושגות על ידי קשרי התיאום עם אטום האבץ. אחת הסיווגים היא כדלקמן:
ג
זהו מוטיב נפוץ ב- ZFs. מרבית מוטיבי ה- C 2 H 2 הם ספציפיים לאינטראקציה עם DNA ו- RNA, עם זאת, נצפו כי הם משתתפים באינטראקציות עם חלבון. יש להם בין 25 ל -30 שאריות חומצות אמיניות ונמצאים בתוך המשפחה הגדולה ביותר של חלבונים רגולטוריים בתאי יונקים.
מבנה ראשוני של תחום אצבעות אבץ C2H2, כולל הקשרים המתאמים את יון האבץ ועם רקע "יד ואצבע" (AngelHerraez, באמצעות Wikimedia Commons)
ג
הם מקיימים אינטראקציה עם RNA וכמה חלבונים אחרים. הם נראים בעיקר כחלק מכמה חלבוני קפסיד רטרו-וירוס, ומסייעים באריזה של RNA נגיפי ממש לאחר שכפול.
ג
חלבונים עם מוטיב זה הם אנזימים האחראים על שכפול DNA ותמלול. דוגמה טובה לכך יכולה להיות אנזימים גסים T4 ו- T7.
ג
משפחה זו של ZF כוללת גורמי שעתוק המסדירים את הביטוי של גנים חשובים ברקמות רבות במהלך התפתחות התאים. גורמי GATA-2 ו- 3, למשל, מעורבים בהמטופואיזיס.
ג
תחומים אלה אופייניים לשמרים, ובמיוחד חלבון ה- GAL4, שמפעיל תעתיק של גנים המעורבים בשימוש בגלקטוזה ומליביוזה.
אצבעות אבץ (ג
למבנים מסוימים אלה שני תת-סוגים של תחומי ZF (C 3 HC 4 ו- C 3 H 2 C 3 ) והם קיימים במספר רב של חלבונים מן החי והצמחים.
הם נמצאים בחלבונים כמו RAD5, המעורבים בתיקון DNA באורגניזמים אוקריוטים. הם נמצאים גם ב- RAG1, חיוניים לתצורה מחדש של אימונוגלובולינים.
ח
תחום זה של ZF שמור מאוד בשילובים של רטרו-וירוסים ורטרוטרנספוזונים; על ידי קשירה לחלבון המטרה זה גורם לשינוי קונפורמטיבי בו.
מאפיינים
חלבונים בעלי תחומי ZF משמשים למטרות מגוונות: ניתן למצוא אותם על חלבונים ריבוזומליים או על מתאמי תעתיק. הם התגלו גם כחלק אינטגראלי ממבנה RNA פולימראז II שמרים.
נראה שהם מעורבים בהומאוסטזיס אבץ תוך תאי ובוויסות אפופטוזיס או מוות תאים מתוכנת. בנוסף, ישנם כמה חלבוני ZF המתפקדים כצ'פרונים לקיפול או הובלה של חלבונים אחרים.
כריכה לליפידים ותפקיד קריטי באינטראקציות חלבון-חלבון הם גם תפקידים בולטים של תחומי ה- ZF בחלק מהחלבונים.
חשיבות ביוטכנולוגית
במהלך השנים, ההבנה המבנית והתפקודית של תחומי ה- ZF אפשרה התקדמות מדעית רבה הכרוכה בשימוש בתכונותיהם למטרות ביוטכנולוגיות.
מכיוון שיש לחלבוני ZF ספציפיות גבוהה לתחומי DNA מסוימים, מושקע כיום מאמץ רב בתכנון ZFs ספציפיים, שיכולים לספק התקדמות חשובה בטיפול גנטי בבני אדם.
יישומים ביוטכנולוגיים מעניינים נובעים גם מתכנון חלבונים עם ZFs מהונדסים גנטית. בהתאם למטרה הרצויה, ניתן לשנות כמה כאלה על ידי תוספת של פפטידי אצבעות "אבץ פולי", המסוגלים לזהות כמעט כל רצף DNA בעל זיקה וספציפיות גבוהה.
עריכה גנומית ששינתה Nuclease היא אחד היישומים המבטיחים ביותר כיום. עריכה מסוג זה מציעה אפשרות לבצע מחקרים על תפקוד גנטי ישירות במערכת המודל המעניינת.
הנדסה גנטית תוך שימוש בגרעיני ZF ששונו תפסה את תשומת ליבם של מדענים בתחום השיפור הגנטי של זנים של צמחים בעלי חשיבות אגרונומית. גרעינים אלה שימשו לתיקון גן אנדוגני המייצר צורות עמידות לקוטלי עשבים בצמחי טבק.
גרעינים עם ZF שימשו גם לתוספת גנים בתאי יונקים. החלבונים המדוברים שימשו לייצור קבוצה של תאי עכבר איזוגניים עם קבוצה של אללים מוגדרים לגן אנדוגני.
לתהליך כזה יש יישום ישיר בתיוג ויצירת צורות אלליות חדשות לחקר יחסי מבנה ותפקוד בתנאי ביטוי טבעיים ובסביבות איזוגניות.
הפניות
- ברג, JM (1990). תחומי אצבע אבץ: השערות וידע עדכני. סקירה שנתית של ביופיסיקה וכימיה ביו-פיזיקלית, 19 (39), 405–421.
- דרייר, ב., בארלי, ר., סגל, ד., פליפין, ג'., וברבאס, סי (2001). פיתוח תחומי אצבעות אבץ להכרה במשפחת 5'-ANN-3 'של רצפי DNA ושימושם בבניית גורמי שעתוק מלאכותיים. JBC, (54).
- Gamsjaeger, R., Liew, CK, Loughlin, FE, Crossley, M., & Mackay, JP (2007). אצבעות דביקות: אצבעות אבץ כמוטיבים לזיהוי חלבון. מגמות במדעים ביוכימיים, 32 (2), 63-70.
- קלוג, א '(2010). גילוי אצבעות אבץ ויישומיהם בוויסות גנים ומניפולציה של הגנום. סקירה שנתית של ביוכימיה, 79 (1), 213–231.
- Kluska, K., Adamczyk, J., & Krȩzel, A. (2017). מאפייני כריכת מתכת של אצבעות אבץ עם אתר כריכת מתכת שונה. Metallomics, 10 (2), 248–263.
- Laity, JH, Lee, BM, & Wright, PE (2001). חלבוני אצבע אבץ: תובנות חדשות על מגוון מבני ופונקציונאלי. חוות דעת נוכחית בביולוגיה מבנית, 11 (1), 39–46.
- מילר, ג'יי, מקלכלן, א.ד., וקלוג, א '(1985). תחומים מחייבים אבץ חוזרים ונשנים בשיעור החלבון של גורם החלבון IIIA מביוץ Xenopus. Journal of Trace Elements in Medicine Experiment, 4 (6), 1609–1614.
- Urnov, FD, Rebar, EJ, Holmes, MC, Zhang, HS, & Gregory, PD (2010). עריכת גנום עם גרעיני אצבע אבץ מהונדסים. Nature Reviews Genetics, 11 (9), 636–646.