锌指蛋白

June 21, 2015
具有锌指构型的蛋白是一种参与许多真 核生物基因调控的转录因子。
锌指结构使激活子蛋白与增强子序列特异性结 合而调节基因的表达。
11
June 21, 2015
真激活子与启动子区域转录复合体直接接触来 激活转录。 真激活子包括两个功能区域：
与强化子结合的DNA结合区域 与转录体蛋白质互作的反式调控激活区域
16
June 21, 2015
二、锌指蛋白与RNA结合
锌指不仅与DNA
发生作用，也可以识别RNA， 也可以与某些基因的转录产物结合形成复合物。 螺旋主要与DNA发生相互作用，而对于RNA识 别，磷酸骨架起主导作用。
三、与DNA-RNA杂交双链结合
锌指蛋白与杂交双链DNA-RNA分子的作用是
3
June 21, 2015
锌指蛋白的分类
锌指存在于动物、植物和真菌中，但不同种属
典型锌指数目和相邻锌指间连接长度有很大不 同；不同代表结构对应不同功能。 根据锌指Cys和His残基围绕锌离子所构成的空 间结构不同，Krishna等把锌指蛋白分成8个不 同的折叠群： 类C2H2型锌指、塞结状锌指、高音谱号锌指、 带状锌指、Zn2/Cys6型锌指、类TAZ2型锌指、 锌离子结合短环锌指、金属硫蛋白锌指。
21
June 21, 2015
基于这种新的熟悉，科学家们测验考察了多种
办法来阻拦CCR5蛋白质的正常产生或者来改变 CCR5蛋白质的形态，从而让HIV病毒无法搭载 上去。这可是“劫机”测验考试的第一步，目 的就是破坏HIV病毒的搭载对象。此策略就如 同在进行摔跤比赛之前，先剪掉自己的头发， 不让对手有器械可抓。
当用锌离子螯合剂除去锌离子，或用Fe
Cu Mn Co Ni等金属离子臵换锌离子后，锌指蛋白与 DNA特异性结合就会被显著抑制，同时蛋白本 身的结构稳定也会被破坏，影响基因表达。 用半胱氨酸或组氨酸代替锌离子通常也会导致 锌指功能的丧失。
锌指结构的稳定性保证了锌指功能的有效性。
锌指蛋白
10
23
June 21, 2015
15
June 21, 2015
TF ⅢA中的Zn
1、 TF ⅢA中的锌离子提供结构中心，指导蛋白质 的折叠，使其与DNA上特定部位定位识别并结合， 在控制5S核糖体RNA基因转录起关键作用； 2、这种含锌蛋白与DNA上约45bp序列相结合并 可抵御核酸酶的切割消化； 3、蛋白酶解研究表明，锌离子的加入使肽段被蛋 白酶裂解的敏感性大大下降。
序列特异性的，并且是链特异性的。
17
June 21, 2015
四、锌指蛋白的相互作用
锌指也可以与其他蛋白发生蛋白-蛋白相互作用，
通过这种相互作用，进而影响锌指结合DNA特 性。例如激活基因的表达，调控细胞内蛋白质 正常折叠，对生物体基因的转录起重要的调控 作用等。
18
June 21, 2015
7
June 21, 2015
大自然为什么选择锌？
1、锌在自然界的天然丰度较高； 2、锌没有氧化还原活性，而氧化还原活性会促
使DNA损伤。
8
June 21, 2015
锌指结构的稳定性主要是由锌离子提供的链间
的交叉连接，锌离子起着规定蛋白质折叠及三 维框架结构的作用。
9
June 21, 2015
14
June 21, 2015
例2：TF ⅢA在转录中的作用
TF ⅢA是锌指蛋白的一种，其含有9个不完整重复列， 每个重复域中2个Cys烃硫基及2个His的咪唑基与锌离 子配位。9个锌指协作地结合于5SRNA基因的内控区。 其作用过程为： 1）5SRNA基因的启动子序列首先与TF ⅢA结合， TF ⅢA稳定另一转录因子TF ⅢC与启动子的结合； 2）TF ⅢA与TF ⅢC共同协助TF ⅢB与启动子的结合； 2）TF ⅢB是定位因子，能促使RNA聚合酶Ⅲ与DNA序 列结合并正确定位，从15
锌指结构
由一个α-螺旋和两个反平行的β-折叠三个肽段自我折叠成 “手指”形状。锌指的N-端有一对半胱氨酸残基，C-端有 一对组氨酸残基，这四个残基在空间上形成一个洞穴，恰 好容纳一个Zn离子，组成稳定的四面体结构。通过疏水作 用来稳定。（每个重复域中2个Cys烃硫基及2个His的咪唑 基与锌离子配位）
锌指蛋白的研究与发展
打造个性化的DNA结合蛋白。 利用锌指蛋白识别出人类基因组里的任意一段
DNA序列。 商业化的人工锌指可供选择。
19
June 21, 2015
改写基因使人体对艾滋病具有免疫力？
HIV病毒平日是附着在名为CCR5蛋白质潜入人体细 胞的。CCR5蛋白质主要覆盖于T细胞外面，是一种 蛋白受体。T细胞是人体两种主要的白细胞之一，对 人体的免疫力和抗感染能力等机能发挥着至关重要 的作用。
5
June 21, 2015
其保守重复序列为Cys-N2-4-Cys-N12-14-His-N3-His
6
June 21, 2015
锌指蛋白每个重复的“指”状结构约含23个氨
基酸残基。整个蛋白质分子可有2-9个这样的锌 指重复单位。 由于Zn离子可稳定模体中α-螺旋结构，致使每 一个单位以其指部α-螺旋伸入到DNA双螺旋的 大沟中，接触5个核苷酸。
其DNA结合区域具有特定的三维构型，包括α 螺旋-转角-α螺旋，锌指，碱性亮氨酸拉链。
12
June 21, 2015
一、锌指蛋白与DNA结合
锌指蛋白能特异性得识别DNA，主要是由于其
DNA结构域具有与DNA双螺旋互补的特殊表面结 构，依靠其指型空间结构伸入到DNA双螺旋的大 沟内，通过α螺旋与DNA碱基发生特异性接触。 锌指与DNA结合时必须满足一下条件： 1.锌指蛋白α螺旋位于大沟； 2.锌指蛋白携带正电荷的区域接近磷酸骨架； 3.锌指间的接头结构相对固定
22
June 21, 2015
新近开辟的“基因编辑”技巧能“改写”人体
中的任何一个基因，从而改变CCR5蛋白质的形 态和特点，以达到治疗爱滋病的效果。在此疾 病防治办法的最新版本中，美国宾西法尼亚大 学的科学家卡尔〃琼恩（Carl June）和他的同 事应用了一种高工程技巧改进的蛋白质，叫 “锌指核酸酶”，即锌指蛋白，用它来剥离T 细胞表层的CCR5基因。锌指蛋白载有一种核酸 酶，可以与基因黏附，并使基因永远开启或闭 合。所以，T细胞没有了CCR5蛋白质，HIV病 毒几乎很难入侵人体细胞。琼恩将其研究成果 发表在7月1日出版的《自然-生物工艺学》杂志 上。
20
June 21, 2015
二十世纪九十年代，研究人员曾经对一组特殊
的男同性恋者进行了研究，发明他们虽然同患 有艾滋病的性伴经久保持着稳定的性关系，但 从未被感染过。于是，科学家对他们进行了研 究，发现他们体内发生了基因突变，导致他们 的人体细胞不再产生正常的CCR5蛋白质，HIV 病毒也就没有了可以进入人体细胞的载体，是 以就不能“混入”人体细胞中去。
13
June 21, 2015
例1：Zif268与DNA结合形成复合物。Zif268的三个锌指模体排列成C字形的
夹子环绕形成特异性接触。每个锌指的α螺旋与DNA大沟上3个碱基对各自结合: 此时DNA大沟变宽边深，每一个锌指相对于DNA取向相同，但与DNA反平行。所有 碱基特异性接触都位于DNA双螺旋的一条链上。 锌指DNA结合区在大肠杆菌中功能性表达成功为锌指蛋白-DNA相互作用的胞 内遗传筛选模型的建立奠定了基础。
June 21, 2015
锌指蛋白
生物无机化学
1
2
June 21, 2015
锌指（zinc finger）
锌指蛋白最初在非洲爪蟾的卵母细胞中发现，已知广
泛分布在动物、植物和微生物中，人类基因组中可能 有将近1%的序列编码的是含有锌指结构的蛋白质。目 前人们已经清楚地知道锌指结构是识别特定碱基序列 的一种普遍性的转录因子结构。 锌指蛋白是指含有通过结合Ｚｎ2 +稳定的短的可以 自我折叠形成“手指”结构的一类蛋白质。由于其自 身的结构特点 ,可以选择性的结合特异的靶结构 ,使锌 指蛋白在基因的表达调控、细胞分化、胚胎发育等生 命过程中发挥重要作用。