锌指蛋白

null锌指蛋白锌指蛋白Zinc Finger Protein学生：陈露 乔柯柯outlineoutline锌指蛋白背景知识 锌指蛋白的概念 锌指蛋白的分类 锌指蛋白的结构 锌指蛋白与核酸的作用以及锌指蛋白之间的作用背景知识背景知识 锌指蛋白最初于1983 年在非洲爪蟾卵母细胞的转录因子TFⅢA 中被发现，是迄今在真核生物基因组中分布最广的一类蛋白，人类基因组中可能有近1％的序列编码含有锌指结构的蛋白。赵楠,赵飞,李玉花. 锌指蛋白结构及功能研究进展[J]. 生物技术通讯,2009,01:131-134 null 锌指蛋白主要分布在动植物和微生物中，对基因的调控都起着重要的作用，而且在基因表达调控、细胞分化、胚胎发育、增强植物抗逆性等方面也具有重要的作用。 概念概念 锌指蛋白是一类具有“指状”结构域的转录因子。宋冰,王丕武,洪洋,王贺,付永平,张卓,丁孝营. 大豆C_2H_2型锌指蛋白的研究进展[J]. 农业机械,2011,14:81-85 锌指蛋白的分类锌指蛋白的分类 根据半胱氨酸(C) 和组氨酸(H) 残基的数目和位置可将锌指转录因子分为C2H2、C4、C6、C4HC3、C3HC4、C2HC、C3H 以及联合型等多种类型， 其中大部分锌指蛋白属C2H2型。　结合DNA 的锌指蛋白—转录因子　结合DNA 的锌指蛋白—转录因子李晓波,张俊武. 真核生物中锌指蛋白的结构与功能[J]. 中国生物化学与分子生物学报,2009,03:206-211 null 具有转录因子活性的锌指蛋白是锌指蛋白家族中最庞大的成员. 锌指蛋白类转录因子主要包括C2H2、C4 以及C6 等类型,其中以C2H2 型最为多见,它们分别通过特定的锌指结构识别特异的DNA序列,调控基因的转录.null三类主要锌指蛋白（转录因子）结构示意图null C2H2锌指结构 (螺旋-折迭-折迭模序ββα) nullC6锌指：CX2CX6CX5~6CX2CX6C。6个C与2个Zn2+结合 nullCX2CX13CX2CX14~15CX5CX9CX2C。前面4个C与后面4个C分别与1个Zn2+结合 C4锌指锌指蛋白的结构锌指蛋白的结构 锌指蛋白的共同特征是通过结合Zn2+来稳定一种很短的可自我折叠成“手指” 的多肽空间构型。 锌可与多个半胱氨酸和（或）组氨酸排列成不同的组合，通过疏水作用组成稳定的四面体结构，如图所示。null四面体结构null 锌指结构的稳定性主要是由锌离子提供的链间的交叉链接，锌离子缺乏时不能形成折叠结构。 锌离子的存在是锌指蛋白发挥调控作用的关键。null 当用Zn2＋螯合剂除去Zn2＋，或用Fe、Cu、Mn、Co、Ni 等金属离子置换锌离子后，锌指蛋白与DNA 等结合特异性就会显著地被抑制，同时蛋白本身的结构稳定性也会被破坏，影响基因表达。null 用半胱氨酸或组氨酸代替锌离子通常也会导致锌指功能的丧失。由此可见， 锌指结构的稳定性保证了锌指功能的有效性。null锌指蛋白以C2H2 型最为多见。 C2H2 型锌指蛋白的简单介绍C2H2 型锌指蛋白的结构C2H2 型锌指蛋白的结构 null 1989 年,Lee 等通过核磁共振方法发现,每个锌指均由1 对反向平行的β折叠片和1 个α螺旋组成,并通过2 个保守的His 和2 个Cys 螯合1 个锌离子,每1 个锌指结构都形成独立的包含锌离子的小结构域。null 锌与β 链末端的两个半胱氨酸和α 螺旋C 端部分的两个组氨酸形成四面体结构， 如图所示。null 典型的C2H2 锌指约由23 个氨基酸残基组成, 一个锌指结构的保守序列为: Cys-X2~4-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X3-His (其中C 代表半胱氨酸， H 代表组氨酸， X 代表任何氨基酸) ；即保守残基是2 个Cys 和2 个His ,以及1 个Phe和1 个Leu.nullC2H2示意图与DNA 的识别作用与DNA 的识别作用 锌指蛋白能特异性地识别DNA，主要是由于其DNA 结合域具有与DNA 双螺旋结构互补的特殊表面结构，依靠其指型空间结构伸入到DNA 双螺旋的大沟内， 通过α 螺旋与DNA 碱基发生特异性接触。nullnull 对小鼠转录因子Zif268、人GLI 蛋白和果蝇转录因子等锌指蛋白与各自所结合的DNA 形成的复合物的X射线晶体结构的研究表明,其主要的识别模式是锌指α-螺旋中的3 个氨基酸残基( - 1、+ 3、+ 6 位) 与DNA 3 个相邻碱基一对一的识别，如图所示。李晓波,张俊武. 真核生物中锌指蛋白的结构与功能[J]. 中国生物化学与分子生物学报,2009,03:206-211 nullC2H2 zinc finger proteins contact DNA with their N terminal α-helixnull　(A) Three rotational views of the three-finger Zif268-DNA complex. Fingers 1 (red) , 2 (blue) and 3 (green) primarily contact one DNA strand (orange) . Phosphate groups (gray) and zinc ions (yellow) are shown ; (B) Cartoon of the protein∕DNA interface. Amino acid positions 21 through 11 of theα2helix are labeled. Residues involved in specific base contact are highlighted with circular labels. DNA base2pairs are depicted as blocks. The three2nucleotidesubsite interacted with specific residues are shown with the 5′, middle and 3′; (C) An axial view of the α-helixnull C2H2 型锌指蛋白的锌指就是通过a 螺旋与DNA 双螺旋结构的大沟结合，从而识别特定的DNA 序列。null大多数C2H2型锌指蛋白都含有一个连接相邻锌指的高度保守的接头序列TG（Q／E）KP。 接头序列通过氢键与相邻锌指的α 螺旋C 端结合，称为C 端加帽（C－capping）null SWISSPROT 蛋白序列数据库中显示，70％以上的接头序列可以形成这样的帽子结构， DNA 结合诱导的α螺旋加帽在锌指蛋白的功能上起着重要的作用。null 锌指DNA 结合模型假设接头序列的稳定性促进了锌指蛋白结合DNA 时的移动。一旦锌指蛋白在寻找其结合的同源位点时遇到正确的DNA序列，接头结构就会随之发生变化，形成“弹簧锁”结构，使处于正确位置的锌指能与DNA 双螺旋表面的大沟发生最佳结合。C4 型锌指C4 型锌指C4型锌指家族包括锌纽（2 Zn2 ／ Cys4，zinc twist）和锌带（Zn ／Cys4，zinc ribbon）两类。null锌纽锌指由8 个保守的Cys 残基与2 个Zn2＋分别组成2 个四面体配位结构， 形成了一个纽形的DNA 识别位点。 锌带锌指由3 条反平行的β 折叠组成null与C2H2型锌指不同，C4型锌指以二聚体方式与DNA 结合。通常，同源二聚体识别靶基因的反向重复序列，而异源二聚体结合正向重复序列。nullCX2CX13CX2CX14~15CX5CX9CX2C。前面4个C与后面4个C分别与1个Zn2+结合 C4锌指C6 型锌指C6 型锌指C6型锌指蛋白主要包括一些真菌转录调控因子， 研究最多的是酵母转录激活因子GAL4。 该蛋白包含一个由6 个半胱氨酸围绕着2 个锌离子而形成的DNA 结合区，又称锌簇（Zn2 ／ Cys6，zinc cluster）。null这类转录因子的特点在于其只有一个锌指区域，但是却可以结合2 个锌离子。 C6型锌指蛋白能够以单体、二聚体的方式与DNA 结合。 nullC6锌指：CX2CX6CX5~6CX2CX6C。6个C与2个Zn2+结合 nullGAL4 是酵母转录活化因子， 它也以二聚体方式结合DNA。其中N 端1～62 位是含有Zn2 ／ Cys6的锌簇肽段， 与靶DNA 序列5＇－CCG－3＇ 结合； 而C 端α 螺旋用于形成二聚体， 能够与DNA小沟发生特异性结合作用。null一般情况下，锌指蛋白识别DNA 需要2-4 个串联的锌指。 锌指排列顺序的不同使其能识别大量的不同的DNA 序列。与RNA的作用与RNA的作用 由于结构的不同，有些锌指蛋白仅能与DNA 结合，有些锌指蛋白仅能与RNA 结合，有些锌指蛋白既可以与DNA相互识别作用，也可以与RNA 相互识别作用。洪洋,宋冰,王丕武,王贺. 锌指蛋白结构及其功能研究[J]. 才智,2010,35:42 null由于RNA 的二级和三级结构比较复杂，特别是内部的环和与发夹圈相似的螺旋部分，因而对于锌指与RNA 结合的研究较少。nullTF Ⅲ A 是第一个被发现的不仅能与DNA 结合，而且还能与爪蟾属的成熟卵母细胞的 5SrRNA 结合的锌指蛋白。锌指蛋白之间的相互作用锌指蛋白之间的相互作用 C2H2 型锌指蛋白不仅可以识别DNA、RNA 分子，也可以同蛋白质相互作用，间接地调节转录，影响锌指结合DNA 的性质。研究表明锌指蛋白之间可以互相作用，与其它蛋白之间也可以相互影响。总结 目前，随着对锌指识别DNA,RNA 及锌指间相互作用机制的深入研究, 以后可以出更多更好的人工锌指来调节相应的基因转录与核酸及蛋白质的相互作用。根据需要利用锌指蛋白来调控真核生物中基因的表达，用于疾病的基因治疗，为基因的分析和控制开拓了一个全新的领域，具有广阔的应用前景。null