O dedos de zinco (ZF) são motivos estruturais presentes em um grande número de proteínas eucarióticas. Pertencem ao grupo das metaloproteínas, pois são capazes de se ligar ao íon zinco metálico de que necessitam para seu funcionamento. Prevê-se que mais de 1.500 domínios ZF existam em cerca de 1.000 proteínas diferentes em humanos..
O termo dedo de zinco ou "dedo de zinco" foi cunhado pela primeira vez em 1985 por Miller, McLachlan e Klug, enquanto estudava em detalhes os pequenos domínios de ligação ao DNA do fator de transcrição TFIIIA de Xenopus laevis, descrito por outros autores alguns anos antes.
Proteínas com motivos ZF estão entre as mais abundantes no genoma de organismos eucarióticos e participam de uma variedade de processos celulares essenciais, incluindo transcrição de genes, tradução de proteínas, metabolismo, dobramento e montagem de outras proteínas e lipídios., Morte celular programada, entre outras.
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A estrutura dos motivos ZF é extremamente conservada. Normalmente, essas regiões repetidas têm 30 a 60 aminoácidos, cuja estrutura secundária é encontrada como duas folhas beta antiparalelas que formam um grampo de cabelo e uma hélice alfa, que é denotada como ββα.
A referida estrutura secundária é estabilizada por interações hidrofóbicas e pela coordenação de um átomo de zinco dado por dois resíduos de cisteína e dois de histidina (CysdoisSeudois) No entanto, existem ZFs que podem coordenar mais de um átomo de zinco e outros onde a ordem dos resíduos Cys e His varia..
As ZFs podem ser encontradas repetidas em lotes, configuradas linearmente na mesma proteína. Todos têm estruturas semelhantes, mas podem ser diferenciados quimicamente uns dos outros por variações de resíduos de aminoácidos essenciais para o cumprimento de suas funções.
Uma característica comum entre as ZFs é a capacidade de reconhecer moléculas de DNA ou RNA de diferentes comprimentos, razão pela qual foram inicialmente consideradas apenas como fatores de transcrição..
Em geral, o reconhecimento é de regiões de 3 pb no DNA e é obtido quando a proteína com domínio ZF apresenta a hélice alfa para o sulco principal da molécula de DNA..
Existem diferentes motivos ZF que diferem uns dos outros por sua natureza e as diferentes configurações espaciais alcançadas pelas ligações de coordenação com o átomo de zinco. Uma das classificações é a seguinte:
Este é um motivo comumente encontrado em ZFs. A maioria dos motivos CdoisHdois Eles são específicos para interação com DNA e RNA, no entanto, observou-se que participam de interações proteína-proteína. Eles têm entre 25 e 30 resíduos de aminoácidos e são encontrados dentro da maior família de proteínas regulatórias em células de mamíferos..
Eles interagem com o RNA e algumas outras proteínas. Eles são observados principalmente como parte de algumas proteínas do capsídeo de retrovírus, auxiliando no empacotamento do RNA viral logo após a replicação..
Proteínas com este motivo são enzimas responsáveis pela replicação e transcrição do DNA. Um bom exemplo disso pode ser as enzimas grosseiras dos fagos T4 e T7.
Esta família ZF compreende fatores de transcrição que regulam a expressão de genes importantes em vários tecidos durante o desenvolvimento celular. Fatores GATA-2 e 3, por exemplo, estão envolvidos na hematopoiese.
Esses domínios são típicos de leveduras, especificamente a proteína GAL4, que ativa a transcrição de genes envolvidos no uso da galactose e da melibiose..
Estas estruturas particulares possuem 2 subtipos de domínios ZF (C3HC4 e C3HdoisC3) e estão presentes em várias proteínas animais e vegetais.
Eles são encontrados em proteínas como RAD5, envolvida no reparo de DNA em organismos eucarióticos. Eles também são encontrados em RAG1, essenciais para a reconfiguração de imunoglobulinas.
Este domínio de ZF é altamente conservado nas integrases de retrovírus e retrotransposons; ao se ligar à proteína alvo, causa uma mudança conformacional nela.
As proteínas com domínios ZF têm vários propósitos: podem ser encontradas em proteínas ribossômicas ou em adaptadores transcricionais. Eles também foram detectados como parte integrante da estrutura da RNA polimerase II de levedura..
Eles parecem estar envolvidos na homeostase intracelular do zinco e na regulação da apoptose ou morte celular programada. Além disso, existem algumas proteínas com ZF que funcionam como chaperones para o dobramento ou transporte de outras proteínas..
A ligação a lipídios e um papel fundamental nas interações proteína-proteína também são funções proeminentes dos domínios ZF em algumas proteínas..
Ao longo dos anos, o entendimento estrutural e funcional dos domínios ZF tem permitido grandes avanços científicos que envolvem o uso de suas características para fins biotecnológicos..
Uma vez que algumas proteínas com ZF têm uma alta especificidade para certos domínios de DNA, muito esforço é atualmente investido no projeto de ZFs específicas, que podem fornecer avanços valiosos na terapia gênica em humanos.
Aplicações biotecnológicas interessantes também surgem do projeto de proteínas com ZFs geneticamente modificadas. Dependendo da finalidade desejada, alguns deles podem ser modificados pela adição de peptídeos de dedo de "poli-zinco", que são capazes de reconhecer virtualmente qualquer sequência de DNA com alta afinidade e especificidade..
A edição genômica modificada por nuclease é uma das aplicações mais promissoras hoje. Este tipo de edição oferece a possibilidade de realizar estudos sobre a função genética diretamente no sistema modelo de interesse..
A engenharia genética com nucleases ZF modificadas tem chamado a atenção de cientistas na área de melhoramento genético de cultivares de plantas de importância agronômica. Essas nucleases têm sido usadas para corrigir um gene endógeno que produz formas resistentes a herbicidas em plantas de tabaco..
Nucleases com ZF também têm sido usadas para a adição de genes em células de mamíferos. As proteínas em questão foram usadas para gerar um conjunto de células isogênicas de camundongo com uma série de alelos definidos para um gene endógeno..
Tal processo tem aplicação direta na marcação e criação de novas formas alélicas para estudar as relações de estrutura e função em condições nativas de expressão e em ambientes isogênicos..
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