鋅指

鋅指（英語：Zinc finger），又稱鋅手指，是一種小的蛋白質結構模體，其特徵在於配合一個或多個鋅離子（Zn²⁺）以穩定摺疊。最初用來描述非洲爪蟾卵母細胞轉錄因子IIIA假說結構的手指狀外觀，鋅指名稱現在已經包含了各種不同的蛋白質結構^[1]。在1983年，非洲爪蟾TFIIIA最初被證明含有鋅，並且需要這種金屬才能運行，這是被報道的第一個基因調節蛋白中具有鋅的要求^[2][3]。

此為Cys2His2的鋅手指之結構，由α螺旋和反式的β折疊所組成。鋅離子（綠色）是由兩個組氨酸殘基和兩個半胱氨酸殘基所調

含有三個鋅指與DNA（橙色）複合的蛋白Zif268（英語：Zif268）（藍色）的卡通圖形表示。突出顯示配位氨基酸殘基和鋅離子（綠色）

這些具有鋅指結構的蛋白大多都是與基因表達的調控有關的功能蛋白。鋅指結構的共同特徵是通過肽鏈中氨基酸殘基的特徵基團與Zn²⁺的結合來穩定一種很短的，可自我摺疊成「手指」形狀的的多肽空間構型。

含有鋅指的蛋白（鋅指蛋白）被分為幾個不同的結構家族。大多數的超二級結構，包括希臘鑰匙、β髮夾（英語：Beta hairpin），都已經被清楚定義。但鋅指的狀況並不是那麼簡單，含有鋅指的蛋白質大約分成幾類，每個鋅指結構都有相當特殊的三級結構，但其加上鋅離子的一級結構也是可以辨認配體。雖然鋅指之間有很大的變異，但大多是都是與DNA、RNA、蛋白質結合。

自從它們最初的發現和它們的結構闡明以來，這些相互作用的模塊已經在生物世界中無處不在，並且可以在人類基因組的3％基因中被發現^[4]。另外，鋅指在各種治療和研究能力方面已經變得非常有用。研究者會設計出特殊的鋅手指，使其有不同的親合性。鋅指核酸酶和鋅指轉錄因子（英語：Zinc finger transcription factor）是當今最重要的應用。

歷史

鋅指首先在阿龍·克盧格（Aaron Klug）實驗室的爪蟾非洲爪蟾（Xenopus laevis）的轉錄研究中發現。對特定RNA序列轉錄的研究表明，小轉錄因子（轉錄因子IIIA; TFIIIA）的結合強度是由於存在鋅配位的手指狀結構^[5]。TFIIIA的氨基酸測序揭示了9個30個氨基酸的串聯序列，包括兩個不變對的半胱氨酸和組氨酸殘基。擴展的X射線吸收精細結構（英語：Extended X-ray absorption fine structure）證實了鋅配體的身份：兩個半胱氨酸和兩個組氨酸^[4]。 由這些配體鋅配位形成的DNA結合環被認為與手指相似，因此被命名為^[1]。近來在各種生物體中表徵蛋白質的工作已經揭示了鋅離子在多肽穩定中的重要性^[6][7]。

分類

最初，術語鋅指僅用於描述非洲爪蟾中發現的DNA結合基序; 然而，它現在用於指代任何數量的與鋅離子配位相關的結構。一般而言，鋅指與鋅離子配合半胱氨酸和組氨酸殘基。最初，這些殘基的數量和順序被用於分類不同類型的鋅指（例如，Cys₂His₂, Cys₄, 和 Cys₆）。最近，一種更系統的方法已被用於分類鋅指蛋白。該方法根據摺疊域中蛋白質骨架的整體形狀將鋅指蛋白分類為「摺疊組（Fold Group）」。鋅指最常見的「摺疊組」是Cys₂His₂-like（「經典鋅指」），高音譜號（Treble clef），和鋅帶^[8]。

下表^[8] 顯示了不同的結構及其主要特徵：

摺疊組 （Fold Group）	代表結構	配體放置
Cys2His2		兩個配體形成一個關節，另外兩個配體形成一個螺旋的c末端。
Gag knuckle		兩個配體形成一個關節，另外兩個形成短螺旋或環。
高音譜號		兩個配體形成一個結，另外兩個形成螺旋的N末端。
鋅帶		兩個配體各自形成兩個關節。
Zn2/Cys6		兩個配體形成螺旋的N末端，另外兩個形成環。
TAZ2 domain like		兩個配體形成兩個螺旋的末端。

Cys2His2

Zinc finger, C2H2 type
鑑定
標誌	zf-C2H2
Pfam	PF00096（舊版）
Pfam宗系	CL0361（舊版）
InterPro（英語：InterPro）	IPR007087
PROSITE（英語：PROSITE）	PS00028
現有可用的蛋白結構： Pfam 結構（舊版） / ECOD PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum（英語：PDBsum） 結構概要

類Cys2β類摺疊組迄今為鋅指最佳特徵類別，並且在哺乳動物轉錄因子中極為常見。這些結構域採用簡單的ββα摺疊並具有氨基酸序列模體（英語：Sequence motif）：^[9]

X₂-Cys-X_2,4-Cys-X₁₂-His-X_3,4,5-His

這類鋅指可以具有多種功能，如結合RNA和調節蛋白質-蛋白質相互作用，但以其在序列特異性DNA結合蛋白例如Zif268（英語：Zif268）（Egr1）中的作用而聞名。在這樣的蛋白質中，單個鋅指結構域通常作為具有包含蛋白質的DNA結合結構域的兩個，三個或更多個指狀物的串聯重複發生。這些串聯陣列可以結合在DNA的大溝中，並且通常間隔3-bp間隔。每個結構域的α-螺旋（通常稱為「識別螺旋」）可以與DNA鹼基進行序列特定性的接觸; 來自單個識別螺旋的殘基可以接觸4個或更多個鹼基以產生與相鄰鋅指的接觸的重疊模式。

參閱

• 結構模體
• 序列模體（英語：Sequence motif）
• 類轉錄活化因子核酸酶
• 鋅指抑制劑（英語：Zinc finger inhibitor）
• 鋅指核酸酶
• 鋅指轉錄因子（英語：Zinc finger transcription factor）

參考資料

1. Klug A, Rhodes D. Zinc fingers: a novel protein fold for nucleic acid recognition. Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology. 1987, 52: 473–82. PMID 3135979. doi:10.1101/sqb.1987.052.01.054.
2. Hanas JS, Hazuda DJ, Bogenhagen DF, Wu FY, Wu CW. Xenopus transcription factor A requires zinc for binding to the 5 S RNA gene. The Journal of Biological Chemistry. December 1983, 258 (23): 14120–5. PMID 6196359.
3. Berg JM. Zinc fingers and other metal-binding domains. Elements for interactions between macromolecules. The Journal of Biological Chemistry. April 1990, 265 (12): 6513–6. PMID 2108957.
4. Klug A. The discovery of zinc fingers and their applications in gene regulation and genome manipulation. Annual Review of Biochemistry. 2010, 79: 213–31 [2018-03-24]. PMID 20192761. doi:10.1146/annurev-biochem-010909-095056. （原始內容存檔於2019-07-10）. – 透過Annual Reviews
5. Miller J, McLachlan AD, Klug A. Repetitive zinc-binding domains in the protein transcription factor IIIA from Xenopus oocytes. The EMBO Journal. June 1985, 4 (6): 1609–14. PMC 554390 . PMID 4040853.
6. Miller Y, Ma B, Nussinov R. Zinc ions promote Alzheimer Abeta aggregation via population shift of polymorphic states. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. May 2010, 107 (21): 9490–5. Bibcode:2010PNAS..107.9490M. PMC 2906839 . PMID 20448202. doi:10.1073/pnas.0913114107.
7. Low LY, Hernández H, Robinson CV, O'Brien R, Grossmann JG, Ladbury JE, Luisi B. Metal-dependent folding and stability of nuclear hormone receptor DNA-binding domains. Journal of Molecular Biology. May 2002, 319 (1): 87–106. PMID 12051939. doi:10.1016/S0022-2836(02)00236-X.
8. Krishna SS, Majumdar I, Grishin NV. Structural classification of zinc fingers: survey and summary. Nucleic Acids Research. January 2003, 31 (2): 532–50. PMC 140525 . PMID 12527760. doi:10.1093/nar/gkg161.
9. ^ 引用錯誤：沒有為名為Pabo2001的參考文獻提供內容

外部連結

• 自然期刊：鋅手指的重要作用^{[永久失效連結]}