O dedo de zinco (ZF) são motivos estruturais presentes em muitas 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 estudavam em detalhes os pequenos domínios de ligação ao DNA do fator de transcrição TFIIIA de Xenopus laevis, descrito por outros autores alguns anos antes..
Representação gráfica do motivo do dedo de zinco em proteínas (Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com), via Wikimedia Commons)
As proteínas com motivos ZF estão entre as mais abundantes no genoma dos organismos eucarióticos e participam de uma diversidade de processos celulares essenciais, entre os quais a transcrição de genes, tradução de proteínas, metabolismo, dobramento e montagem de outras proteínas e lipídios., morte celular programada, entre outros.
Estrutura
A estrutura dos motivos ZF é extremamente conservada. Normalmente, essas regiões repetidas têm 30 a 60 aminoácidos, a estrutura secundária dos quais 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 (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.
As ZFs podem ser repetidas em lote, 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 inicialmente foram 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 o domínio ZF apresenta a hélice alfa ao sulco principal da molécula de DNA.
Classificação
Existem diferentes motivos ZF que diferem uns dos outros por sua natureza e pelas diferentes configurações espaciais alcançadas pelas ligações de coordenação com o átomo de zinco. Uma das classificações é a seguinte:
C
Este é um motivo comumente encontrado em ZFs. A maioria C 2 H 2 motivos são específicos para a interacção com o ADN e ARN, no entanto, eles têm sido observados para participar em interacções proteína-proteína. Eles têm entre 25 e 30 resíduos de aminoácidos e são encontrados dentro da maior família de proteínas reguladoras em células de mamíferos.
Estrutura primária de um domínio de dedo de zinco C2H2, incluindo as ligações que coordenam o íon zinco e com um fundo de "mão e dedo" (AngelHerraez, via Wikimedia Commons)
C
Eles interagem com o RNA e algumas outras proteínas. Eles são vistos principalmente como parte de algumas proteínas do capsídeo de retrovírus, auxiliando no empacotamento do RNA viral logo após a replicação.
C
Proteínas com este motivo são enzimas responsáveis pela replicação e transcrição do DNA. Um bom exemplo destes pode ser as enzimas grosseiras de fago T4 e T7.
C
Esta família de 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.
C
Esses domínios são típicos de leveduras, especificamente a proteína GAL4, que ativa a transcrição de genes envolvidos no uso da galactose e da melibiose.
Dedos de zinco (C
Estas estruturas particulares possuem 2 subtipos de domínios ZF (C 3 HC 4 e C 3 H 2 C 3) e estão presentes em numerosas 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, essencial para a reconfiguração de imunoglobulinas.
H
Este domínio de ZF é altamente conservado nas integrases de retrovírus e retrotransposons; ao ligar-se à proteína alvo, causa uma mudança conformacional nela.
Recursos
As proteínas com domínios ZF têm uma variedade de propósitos: podem ser encontradas em proteínas ribossomais 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 ZF que funcionam como chaperones para o dobramento ou transporte de outras proteínas.
A ligação a lipídios e um papel crítico nas interações proteína-proteína também são funções importantes dos domínios ZF em algumas proteínas.
Importância biotecnológica
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 ZF têm 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 "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 um conjunto de alelos definidos para um gene endógeno.
Tal processo tem aplicação direta na marcação e criação de novas formas alélicas para estudar relações de estrutura e função em condições nativas de expressão e em ambientes isogênicos.
Referências
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