Семейство C2H2


1) Введение.

    Cys2His2 (далее — просто C2H2) — это семейство связывающихся с ДНК белковых доменов, встречающихся в транскрипционных факторах эукариот. Цинковые пальцы, примером которых является С2Н2, — одни из наиболее перспективных с точки зрения практического применения ДНК-узнающих белков. Предполагается, что изучение этих доменов позволит проектировать белки с цинковыми пальцами, которые будут узнавать специфические последовательности, что актуально в системах диагностики и генной инженерии.

2) Распространение.

    Цинковый палец семейства C2H2 был впервые идентифицирован в белке TFIIIA из ооцитов шпорцевой лягушки Xenopus laevis. Фактор TFIIIA необходим для инициации транскрипции гена 5S pRNA. Он содержит 9 тандемно повторяющихся цинковых пальцев, приблизительно по 30 аминокислот каждый.

    Белки, содержащие С2Н2-домены, встречаются в геномах эукариот. У организмов Saccharomyces cerevisiae и Caenorhabditis elegans примерно 0,7% генов содержит C2H2-домены. C2H2 есть у животных, грибов и растений. При этом различается число доменов в полипептидной цепи, а также последовательности самих доменов и линкеров между доменами. Собственно C2H2-домены не присутствуют в белках прокариот, хотя у них встречаются домены со схожей структурой.

3) Первичная структура домена С2H2.

    При анализе семейства была обнаружена консервативная последовательность:

(F/Y)-X-C-X2-5-C-X3-(F/Y)-X5-Ψ-X2-H-X3-5-H
где Х — любой остаток, а Ψ — гидрофобный остаток.

    Показано, что С2H2-домены не имеют строго консервативных по последовательности областей. В тоже время, при замене любого из двух цистеинов или гистидинов на другой остаток теряется функция домена.

4) Пространственная структура C2H2 домена.

    С2Н2 домены обязаны своей структурой в первую очередь атому цинка и связывающим его остаткам цистеина и гистидина. Отсутствие атома цинка ведет к распаду структуры. На рисунке представлен один C2H2 домен, где присутствует одиночный ион цинка, который располагается между бета-шпилькой (т.е., антипараллельным бета-листом из двух бета-тяжей) и альфа-спиралью. Атом цинка координируется двумя цистеинами с одного конца бета-листа и двумя гистидинами с С-концевой части альфа-спирали. На N-концевой части альфа-спирали присутствуют аминокислоты в позициях -1, +2, +3 и +6 (в принятой нумерации номер +1 соответствует началу альфа-спирали), которые отвечают за распознавание и связывание с ДНК.

5) Связывание с ДНК.

    Связывание с ДНК рассмотрим на примере транскрипционного фактора ZIF268, который содержит три С2H2 домена. Как говорилось выше, каждый домен на N-конце альфа спирали имеет четыре остатка -1, +2, +3, +6, которые ложатся в большую бороздку двойной спирали ДНК. При этом остатки -1, +3, +6 взаимодействуют с одной цепочкой DNA, а остаток +2 (как правило, это аспартат) — с комплементарной. При этом белок оборачивает собой спираль ДНК, не нарушая её пространственной ориентации.


На рисунке (слева) изображена пространственная структура комплекса белка ZIF268 с ДНК. Справа приведена общая схема контактов. Белковые домены ("пальцы") и связанные с ними нуклеотиды обозначены соответствующими цветами.

5` 3`
A T
C G FINGER 1
G C
C G
C G FINGER 2
C G
A T
C G FINGER 3
G C
C G
3` 5`

© А.Алексеевский, А.Карягина, С.Спирин, Д.Кирсанов
S&S main page