结构生物化学/锌指
锌指是一种自包含的结构域,通过一个锌离子与一对半胱氨酸和一对组氨酸的结合而形成。此外,还有一个内部疏水基团也与它相连。锌指的发现揭示了一种新的蛋白质折叠方式,但也揭示了 DNA 识别的一个重要方面。与其他通常利用双螺旋的二元对称性来识别 DNA 的蛋白质不同,锌指以单列形式结合在一起,以识别不同长度的核酸序列。这种标准设计为特定识别 DNA 或 RNA 提供了许多组合。因此,预计锌指在自然界中大量存在。这也解释了为什么它是人类基因组中 3% 的基因。
锌指最适合用于工程化蛋白质以寻找特定基因并对其进行靶向。1994 年的一个应用使用了三指蛋白来敲除转化成小鼠细胞系的癌基因的表达。此外,靶向一个错配的锌指启动子导致了报告基因的激活。因此,可以通过将锌指肽融合到抑制或激活域来以精心选择的方式开启或关闭基因。此外,有可能将锌指与其他效应域(例如来自核酸酶或整合酶的效应域)结合起来,以制造嵌合蛋白,从而控制和修饰基因组。工程化锌指蛋白有一些应用,可能具有治疗意义。
对染色质结构的研究进行了大约十年,最终发现了核小体及其基本结构的普遍描述。这也导致了发现 DNA 在 300-A 染色质纤维中折叠的下一级结构。这引起了人们对当时被称为“活跃染色质”的兴趣。这是参与转录或以平衡方式维持转录的染色质,以及寻找一种易处理的系统。这可能导致提取相对大量的材料用于生化和结构研究的许多可能性。
研究非洲爪蟾 5S RNA 基因(由 RNA 聚合酶 III 转录)的罗伯特·罗德和多纳尔·布朗很有意思。他们发现转录的准确起始阶段需要结合一种 40kDA 的蛋白质因子,也称为因子 A 或转录因子 IIIA,该因子是从卵母细胞提取物中提取和纯化的。通过利用一种称为缺失作图的方法,发现这种因子与基因内大约 50 个核苷酸长的区域相互作用,该区域也称为内部控制区。这是第一个描述的真核转录因子。
发育不完全的卵母细胞是储存 5s RNA 分子的场所,以 7S 核糖核蛋白颗粒的形式储存,每个颗粒都包含一个单一的 40-kDa 蛋白质,该蛋白质被证实与 TFIIIa 相同。因此,TFIIIA 附着在 5S RNA 及其同源 DNA 上。实际上,人们认为它可能调节 5S 基因转录的自调节。无论这种自调节是否在体内发生,这种双重相互作用都提出了一个有趣的结构问题,由于在未成熟的非洲爪蟾卵母细胞中存在大量蛋白质 TFIIIA,因此可以解决这个问题。
一位名叫米勒的研究生研究了 TFIIIA,发现蛋白质中存在一个惊人的重复基序,后来被称为锌指,因为它含有锌并附着在 DNA 上。这种重复结构是通过生化方法发现的,而不是通过计算机序列分析发现的。
当米勒反复进行关于纯化 7S RNP 的已发表协议的实验时,他获得了非常低的产量,这与解离有关。布朗和罗德使用了含有二硫苏糖醇的缓冲液,因为蛋白质含有高水平的半胱氨酸含量,以及 EDTA 去除任何金属污染物,这些污染物会水解核酸。在 0.1 mM DTT 中对复合物进行凝胶过滤导致蛋白质和 5S RNA 分开洗脱。然而,当强还原剂硼氢化钠没有改变复合物时,发现蛋白质没有通过二硫键结合在一起,并且可能与金属相关。然后,在用一系列螯合剂孵育颗粒后,只有事先添加 Zn2+ 才能防止颗粒分解,而其他类型的金属则无法做到这一点。当使用原子吸收光谱法分析和部分纯化的 7S 制备溶液时,也表明存在大量的锌浓度。
在这些实验进行的同时,7S RNP 中锌的比例为每颗粒两个。这是低于准确值的,因为它们的缓冲液中含有 0.5M 或 1mM DTT,DTT 对锌具有很高的结合常数。米勒用纯净完整的颗粒制备重复了这一过程,没有使用 DTT。他得出结论,天然 7S RNp 约有 7 和 11 个锌离子。
↑ Klug Aaron(2009). 锌指的发现及其应用。“生物化学年度评论”,p. 3-6。