Dedos de zinco: estrutura, classificação, função e importância - Ciência - 2023

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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, 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 (Cys₂Seu₂) No entanto, existem ZFs que podem coordenar mais de um átomo de zinco e outros onde a ordem dos resíduos Cys e His varia.

Os ZFs podem ser repetidos em lotes, configurados linearmente na mesma proteína. Todos eles 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 sua 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 do 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 as diferentes configurações espaciais alcançadas pelas ligações de coordenação com o átomo de zinco. Uma das classificações é a seguinte:

C₂H₂

Este é um motivo comumente encontrado em ZFs. A maioria dos motivos C₂H₂ 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 reguladoras em células de mamíferos.

C₂H

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.

C₄(arco ou fita)

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.

C₄(Família GATA)

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.

C₆

Esses domínios são exclusivos da levedura, especificamente da proteína GAL4, que ativa a transcrição de genes envolvidos no uso de galactose e melibiose.

Dedos de zinco (C₃HC₄-C₃H₂C₃)

Estas estruturas particulares possuem 2 subtipos de domínios ZF (C₃HC₄ e C₃H₂C₃) 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, essencial para a reconfiguração de imunoglobulinas.

H₂C₂

Este domínio de ZF é altamente conservado nas integrases de retrovírus e retrotransposons; ao se ligar à proteína alvo, causa uma mudança conformacional nela.

Características

As proteínas com domínios ZF têm vários 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 proeminentes 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 uma alta especificidade para certos domínios de DNA, muito esforço é investido atualmente 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 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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