Dedos de zinco: estrutura, classificação, função e importância

O dedo de zinco (ZF) são motivos estruturais presentes em muitas proteínas eucarióticas. Eles pertencem ao grupo de metaloproteínas, pois são capazes de unir o íon zinco-metal, necessários para o seu funcionamento. Prevê-se que existam mais de 1500 domínios ZF em cerca de 1000 proteínas diferentes em humanos.

O termo dedo de zinco ou “dedo de zinco” foi cunhado em 1985 por Miller, McLachlan e Klug, enquanto estudava em detalhes os pequenos domínios de ligação ao DNA do fator transcricional TFIIIA de Xenopus laevis , descrito por outros autores alguns anos antes. .

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Representação gráfica do motivo do dedo do zinco em proteínas (Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) ou CC BY-SA 4.0 (https: // creativecommons .org / licenças / by-sa / 4.0)], via Wikimedia Commons)

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 genética, tradução de proteínas, metabolismo, dobragem e montagem de outras proteínas e lipídios , morte celular programada, entre outros.

Estrutura

A estrutura dos motivos ZF é extremamente preservada. Normalmente, essas regiões repetidas têm de 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.

Essa estrutura secundária é estabilizada por interações hidrofóbicas e pela coordenação de um átomo de zinco dado por dois resíduos de cisteína e dois resíduos de histidina (Cys 2 His 2 ). No entanto, existem ZFs que podem coordenar mais de um átomo de zinco e outros onde a ordem dos resíduos Cys e His varia.

O ZF pode ser encontrado repetido em um lote, configurado linearmente na mesma proteína. Todos têm estruturas semelhantes, mas podem ser quimicamente diferenciados entre si por variações dos principais resíduos de aminoácidos para o cumprimento de suas funções.

Uma característica comum entre os ZFs é a capacidade de reconhecer moléculas de DNA ou RNA de diferentes comprimentos, razão pela qual elas foram inicialmente consideradas apenas como fatores transcricionais.

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Tipicamente, o reconhecimento é de regiões de 3 pb no DNA e é alcançado quando a proteína do domínio ZF apresenta a hélice alfa no sulco principal da molécula de DNA.

Classificação

Existem diferentes motivos ZF que diferem uns dos outros por sua natureza e pelas diferentes configurações espaciais que alcançam vínculos de coordenação com o átomo de zinco. Uma das classificações é a seguinte:

C 2 H 2

Esse é um motivo comumente encontrado na ZF. A maioria dos motivos C 2 H 2 são específicas para a interacção com o ADN e ARN, no entanto, não têm sido envolvidos em interacções proteína-proteína. Eles têm entre 25 e 30 resíduos de aminoácidos e são encontrados na maior família de proteínas reguladoras das células de mamíferos.

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Estrutura primária de um domínio de dedo de zinco C2H2, incluindo os links que coordenam o íon de zinco e com um fundo de “mão e dedo” (AngelHerraez [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa /4.0)], via Wikimedia Commons)

C 2 H

Eles interagem com o RNA e algumas outras proteínas. Eles são observados principalmente como parte de algumas proteínas do capsídeo do retrovírus, colaborando no empacotamento do RNA viral logo após a replicação.

C 4 (laço ou fita)

As proteínas com esse motivo são enzimas responsáveis ​​pela replicação e transcrição do DNA. Um bom exemplo disso pode ser as enzimas brutas dos fagos T4 e T7.

C 4 (família GATA)

Esta família de ZF compreende fatores de transcrição que regulam a expressão de genes importantes em numerosos tecidos durante o desenvolvimento celular. Os fatores GATA-2 e 3, por exemplo, estão envolvidos na hematopoiese.

C 6

Esses domínios são típicos de leveduras, especificamente a proteína GAL4, que ativa a transcrição de genes envolvidos no uso de galactose e melibiosa.

Dedos de zinco (C 3 HC 4 -C 3 H 2 C 3 )

Estas estruturas particulares possuem dois subtipos domínios ZF (C 3 HC 4 e C 3 H 2 C 3 ) e estão presentes em muitas proteínas animais e vegetais.

Eles são encontrados em proteínas como a RAD5, envolvidas no reparo do DNA em organismos eucarióticos. Eles também são encontrados no RAG1, indispensável para a reconfiguração das imunoglobulinas.

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H 2 C 2

Este domínio ZF é altamente conservado nas integrase de retrovírus e retrotransposons; juntar a proteína branca causa uma mudança conformacional nela.

Funções

As proteínas com domínios ZF servem a 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 da 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 acompanhantes para dobrar ou transportar outras proteínas.

A ligação lipídica e um papel fundamental nas interações proteína-proteína também são funções proeminentes dos domínios ZF em algumas proteínas.

Importância biotecnológica

Ao longo dos anos, o entendimento estrutural e funcional dos domínios da ZF nos permitiu grandes avanços científicos que envolvem o uso de suas características para fins biotecnológicos.

Como algumas proteínas com ZF têm grande especificidade para certos domínios do DNA, atualmente são investidos muito esforços no design de ZFs específicas, o que pode contribuir com avanços valiosos na terapia gênica em humanos.

Aplicações biotecnológicas interessantes também surgem do projeto de proteínas com ZF modificado por engenharia genética. Dependendo da finalidade desejada, alguns destes podem ser modificados pela adição de peptídeos com dedos de “zinco-zinco”, capazes de reconhecer virtualmente qualquer sequência de DNA com alta afinidade e especificidade.

A edição genômica com nucleases modificadas é uma das aplicações mais promissoras atualmente. Este tipo de edição oferece a possibilidade de realizar estudos sobre a função genética diretamente no sistema modelo de interesse.

A engenharia genética usando nucleases de ZF modificadas chamou a atenção de cientistas no campo do aprimoramento genético de cultivares de importância agronômica. Essas nucleases foram usadas para corrigir um gene endógeno que produz formas resistentes a herbicidas em plantas de tabaco.

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Nucleases com ZF também foram empregadas 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 uma aplicação direta na rotulagem e criação de novas formas alélicas para estudar as relações de estrutura e função em condições nativas de expressão e em ambientes isogênicos.

Referências

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