Zinkvinger

Een zinkvinger is een structuurmotief in eiwitten met een zinkion (Zn²⁺). Het zinkion stabiliseert de eiwitvouwing. De polypeptideketen vormt door het zinkion een lusvormige structuur: de zogenoemde zinkvinger, die een specifieke wisselwerking kan hebben met het DNA of RNA.^[1] De zinkvinger werd in 1985 door Aaron Klug ontdekt bij de transcriptiefactor IIIA in de oöcyten van de klauwkikker (Xenopus laevis).^[2] Gedacht werd dat de DNA-bindingslus gevormd door de donor-acceptorbinding van de liganden vingers vertegenwoordigden, vandaar de naam zinkvingers.^[3]

Een zinkvingerproteïne, dat uit een α-helix en een antiparallelle β-sheet-structuur bestaat. Het groen weergegeven zinkion wordt door twee histidine- en cysteïne-resten gebonden met een donor-acceptorbinding.

De transcriptiefactor Zif268 (blauw) bevat drie met elkaar verbonden zinkvingers en bindt bij dit voorbeeld aan het DNA (oranje). De donor-acceptorgebonden aminozuurresten om de zinkionen (groen) zijn geaccentueerd.

Sinds de ontdekking en opheldering van de zinkvingerstructuren blijken ze alomtegenwoordig te zijn. Zo komen ze bijvoorbeeld voor bij 3% van de menselijke genen.^[4]

De zinkvingereiwitmotieven zijn hoofdzakelijk aan DNA bindende eiwitmotieven. Daarom zijn het meestal transcriptiefactoren. Ook zijn er RNA-bindende zinkvingereiwitten bekend. Tot de zinkvingereiwitmotieven behoren echter ook receptoren voor steroïdhormonen.

Bouw

Zinkvingereiwitten hebben ten minste een zinkvingereiwitmotief, dat zich om een centraal zinkion vouwt. Hierbij vormt het zinkion door zijn volle d-orbitaalschil sterke wisselwerkingen met de zwavel-, stikstof- of zuurstofatomen van de aminozuurresiduen (meestal cysteïne en histidine). Hierdoor ontstaat een tetraëdrische donor-acceptorbinding. Het zinkion is er ook verantwoordelijk voor, dat relatief kleine delen van een polypeptidebinding zo gestabiliseerd worden, dat zij een wisselwerking met de nucleïnezuren kunnen aangaan.^[5] Daar zink maar één stabiel oxidatieniveau heeft, kan het in de cel geen ongewenste reacties katalyseren.

Bij een transcriptiefactor bindt de eiwitlus, die in het midden telkens twee cysteïne- en twee histidineresten rond het centrale Zn²⁺-ion heeft (Cys₂His₂-zinkvingereiwit), aan een bepaalde base van de grote groeve van de DNA-dubbele helix. Zinkvingereiwitten kunnen ook uit vier of zes zinkbindende cysteïne-resten bestaan (Cys₄- respectievelijk Cys₆-zinkvingereiwit).

Het zinkvingereiwitmotief bestaat altijd uit een donor-acceptorbindingsequentie, die per soort zinkvingereiwitmotief verschillend kan zijn.

Structuren

De volgende tabel^[6] toont verschillende zinkvingerstructuren met hun kenmerkende eigenschappen:

Vouwingsgroep	Representatieve structuur	Plaats ligand
Cys2His2		Twee liganden vormen een gewricht (knuckle) en de andere twee liganden vormen de C-terminus van een helix.
Gag knuckle		Twee liganden vormen een gewricht en de andere twee liganden vormen een korte helix of lus.
Treble clef		Twee liganden vormen een gewricht en de andere twee liganden vormen de N-terminus van een helix. (In de vorm van een vioolsleutel)
Zinc ribbon		Twee liganden vormen twee gewrichten.
Zn2/Cys6		Twee liganden vormen de N-terminus van een helix en de andere twee liganden vormen een lus.
TAZ2-eiwitmotief-achtig		Twee liganden vormen de termini van twee helices.
Short zinc‐binding loops		Korte zinkbindingslussen, die voorkomen in de grotere eiwitten en beschouwd kunnen worden als kleine, afzonderlijke eiwitmotieven. Ze bestaan ten minste uit drie liganden, die in de betreffende sequentie dicht bij elkaar liggen en geen deel uitmaken van de secundaire structuurelementen.
Metallothioneïnen		Bèta-E-eiwitmotief van gewone tarwe. Ec-1-metallothioneïne gebonden aan zinkionen. Cysteïnen in geel, zink in paars.

Bronnen, noten en/of referenties

1. G. Thiel, M. Lietz: Regulator neuronaler Gene: Zinkfingerprotein REST. In: Biologie in unserer Zeit. 34 (2004), S. 96–101. DOI:10.1002/biuz.200410244
2. J Miller, A D McLachlan, and A Klug. Repetitive zinc-binding domains in the protein transcription factor IIIA from Xenopus oocytes. EMBO J. 1985 June; 4(6): 1609–1614. PMCID: PMC554390
3. (1987). Zinc fingers: a novel protein fold for nucleic acid recognition. Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology 52: 473–82. PMID 3135979. DOI: 10.1101/sqb.1987.052.01.054.
4. (2010). The discovery of zinc fingers and their applications in gene regulation and genome manipulation. Annual Review of Biochemistry 79: 213–31. PMID 20192761. DOI: 10.1146/annurev-biochem-010909-095056. Gearchiveerd van origineel op 10 juli 2019. Geraadpleegd op 26 mei 2017.
5. D. Voet, J. Voet, C. Pratt: Lehrbuch der Biochemie. 2. Auflage. Wiley-VCH, Weinheim 2010, ISBN 978-3-527-32667-9, S. 177.
6. (January 2003). Structural classification of zinc fingers: survey and summary. Nucleic Acids Research 31 (2): 532–50. PMID 12527760. PMC 140525. DOI: 10.1093/nar/gkg161.

Mediabestanden

Zie de categorie Zinc fingers van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.