Zif268的锌指DNA结合区在大肠杆菌中的功能性表达

锌指蛋白是最大的蛋白家族,是识别核酸最常见的、最有效的结构元件。通过选择合适的表达载体及诱导表达条件,实现了小鼠转录因子Zif268的锌指DNA结合区在大肠杆菌中的部分可溶性表达。凝胶迁移率移动试验证实纯化的可溶部分锌指DNA结合区可以特异性识别、结合其天然靶序列,提示锌指DNA结合区在大肠杆菌中得到了功能性表达。锌指DNA结合区在大肠杆菌中的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。     

真核生物中锌指蛋白的结构与功能

真核生物中的许多蛋白质分子包含锌指结构区,这类蛋白称为锌指蛋白.锌指蛋白因其包含特殊的指状结构,在对DNA、蛋白质和RNA的识别和结合中起重要作用.许多锌指蛋白的锌指结构域包含能与DNA特异结合的区域,并与某些效应结构域（如KRAB、SCAN、BTB/POZ、SNAG、SANT和PLAG等）相连,这类锌指蛋白常作为转录因子起作用,可调控靶基因的转录.一些锌指蛋白包含蛋白质识别结构域（如LIM锌指、MYND锌指、PHD锌指和RING锌指等）,它们能够特异地介导蛋白质之间的相互作用,因此被称作蛋白适配器.此外,某些锌指蛋白还可以结合RNA,起转录后调控作用.本文就锌指蛋白与DNA、RNA以及蛋白质分子间的相互作用作一综述.     

基于FoldX力场的蛋白突变建模方法可用于人工锌指酶辅助设计

锌指酶是一种可对动植物基因组内特异序列进行高效遗传修饰的人工重组核酸酶.目前,获取一对有活性的人工锌指酶的常规方法是通过构建大量的锌指蛋白突变体,利用细菌杂交方法从中筛选有结合活性的个体,工作量庞大、专业性强,普通研究人员往往难以胜任,极大地限制了锌指酶技术的广泛应用.因此,采用计算机辅助人工锌指酶设计的方法降低筛选难度和工作量显得十分有必要.本研究选用FoldX分子力场软件对国际锌指酶协会研究人员采用OPEN方法构建的共420个锌指蛋白突变体进行蛋白-DNA复合体建模,并计算模型中锌指蛋白与靶标DNA的结合自由能.经统计分析发现,模拟复合体中的锌指蛋白-DNA结合自由能与该锌指蛋白在哺乳动物细胞内形成无活性锌指酶的概率存在明显相关关系.当结合自由能低于？13.132kcal/mol时形成无活性锌指酶的概率可降低至5%以下,而当结合自由能大于？5kcal/mol时形成无活性锌指酶的概率高达40%.因此,采用FoldX构建锌指蛋白-DNA复合体模型的方法可以辅助缩小锌指蛋白的筛选范围,提高人工锌指酶设计的成功率.     

锌指蛋白结构及功能研究进展

锌指蛋白是一类具有手指状结构域的转录因子,对基因调控起重要的作用。根据其保守结构域的不同,可将锌指蛋白主要分为C2H2型、C4型和C6型。锌指通过与靶分子DNA、RNA、DNA-RNA的序列特异性结合,以及与自身或其他锌指蛋白的结合,在转录和翻译水平上调控基因的表达。我们简要综述了近年来锌指蛋白结构、分类及其与核酸及蛋白质相互作用等方面的研究进展。     

胡杨锌指蛋白基因克隆及其结构分析

锌指蛋白属于核转录因子家族,在原核生物与真核生物基因转录调控中发挥作用。分析了耐盐锌指蛋白Alfin-1基因在苜蓿与拟南芥中的保守性后,设计了一对引物。以胡杨水培叶片为材料,从总RNA中通过RT-PCR分离得到一个锌指蛋白基因,其cDNA长924bp。分析其氨基酸序列表明,存在一个典型的Cys2/His2锌指结构,从第556位开始有一个富含G的启动子结合位点GTGGGG。由于具有相同功能的转录因子在结构和DNA结合区的氨基酸序列上具有保守性,因此,从结构分析上可以推测该基因与Alfin-1在功能上是有一定的相关性。     

人造锌指蛋白的应用

C2H2锌指是真核细胞中最常见的DNA结合模体。由于C2H2锌指域靶位点特异性与结构和功能的模块性构成,使得C2H2锌指域成为构建特定的DNA结合蛋白的常用骨架。保持C2H2锌指的基本骨架不变,替换锌指特定位点的氨基酸残基,并融合表达其他功能域就可以得到具有靶向性的人造锌指蛋白(ZFP)。ZFP可以介导靶基因的转录调控,抑制或激活特定基因的表达与配体依赖的靶基因激活或抑制;对DNA进行修饰,如人造限制性内切酶,重组酶,整合酶;抗病毒感染等。因此,人造锌指蛋白应用前景广阔,研究价值显著,是未来人类基因治疗的革命性的工具。     

锌指结构：最普遍的核酸识别元件

锌指是最大的DNA结合蛋白家庭,是识别DNA最有效、最成功的一种结构元件。其模块性结构特点及与核酸作用的相对简单性,使其成为研究蛋白-核酸相互作用的理想材料,以及人为设计筛选新的核酸结合蛋白的最佳元件。     

锌指蛋白的核酸识别特异性研究进展

锌指蛋白是最大的DNA结合蛋白,它能和DNA进行特异性识别,是研究蛋白—DNA相互作用的理想对象。改变锌指元件上的几个保守的氨基酸位点可设计筛选出序列特异的全新锌指蛋白,计算机在锌指蛋白设计方面的应用,使得全新的锌指蛋白识别特异性明显增强。这在基因治疗等方面,具有广阔的应用前景。     

CCCH型锌指蛋白研究进展

锌指蛋白是一类生物体中广泛存在的具有典型锌指结构特征的超蛋白家族,几乎参与了生物体生长发育的各个阶段。根据锌指蛋白的结构及功能特点,锌指蛋白主要分为9大类,其中CCCH型锌指蛋白相比其它几类来说较少,约占所有锌指蛋白的0.8%,在植物、动物、微生物中都有发现。CCCH型锌指蛋白包含一个或多个由3个半胱氨酸和一个组氨酸组成的能与锌离子结合的基序。综述了CCCH型锌指蛋白的定义、结构、表达、作用方式和功能。     

锌指蛋白的核酸识别特异性研究进展

锌指蛋白是最大的DNA结合蛋白,它能和DNA进行特异性识别,是研究蛋白－DNA相互作用的理想对象。改变锌指元件上的几个保守的氨基酸位点可设计筛选出序列特异的全新锌指蛋白,计算机在锌指蛋白设计方面的应用,使得全新的锌指蛋白识别特异性明显增强。这在基因治疗等方面,具有广阔的应用前景。     

C2H2型锌指蛋白结合的DNA序列预测方法的研究进展

C2H2型锌指蛋白是哺乳动物中数量最多的一类转录调控因子.C2H2型锌指蛋白中含有的C2H2型锌指基序多是不相同的,表明它们很可能结合不同的DNA序列,从而调控不同的基因,行使多样化的调控功能.然而,目前大多数C2H2型锌指蛋白结合的DNA序列仍不明确,这阻碍了C2H2型锌指蛋白的功能研究.目前,针对C2H2型锌指蛋白的靶序列预测已有一些初步的研究.本文介绍了C2H2型锌指基序与DNA结合的经典模式,并对C2H2型锌指蛋白靶序列预测方法中所用到的算法、训练集、金标准数据集及相应工具进行了全面系统的总结归纳,旨在丰富对C2H2型锌指蛋白靶序列预测原理和工具的认识,为C2H2型锌指蛋白靶序列的精确预测和更深入的功能研究打下基础.     

锌指蛋白及人工锌指蛋白对微生物代谢影响的研究进展

锌指蛋白由于锌指结构域序列相对保守,识别DNA序列具有高度特异性,所以成为研究较广泛的DNA结合蛋白,但目前对锌指蛋白的研究多集中在真核细胞,而对微生物锌指蛋白,尤其是原核微生物锌指蛋白的研究相对较少。本文综述了近年来微生物锌指蛋白,尤其是原核微生物锌指蛋白的发现及功能的最新研究进展,以及人工锌指蛋白技术在微生物菌株改造中的应用。特定人工锌指蛋白不仅可调控微生物细胞中多基因控制的复杂性状,例如耐热性、乙醇和丁醇耐性、渗透胁迫耐受性等,还可以利用锌指结构域构建DNA脚手架系统,进而构建复合酶系统,从而提高催化效率和代谢物产量。目前报道的用于微生物代谢调控的人工锌指蛋白利用的都是哺乳动物的基因,未来根据不同微生物中天然锌指蛋白的序列进行人工锌指的设计,将拓展人工转录因子技术在微生物全局基因表达调控中的应用。     

针对DNA长片段靶标的锌指筛选体系

锌指蛋白能够特异性识别目标DNA序列,常被作为分子靶向因子用于定点核酸编辑以及定点转录调控等方面,具有十分广泛的应用前景.然而,目前常规采用的实验方法得到的锌指蛋白通常结合的目标DNA序列较短,结合能力不强,因而一直难以高效运用在核酸序列与调控蛋白在基因组上的原位互作等方面的研究中.为了解决这个问题,本研究构建了一个高通量筛选系统,利用N4噬菌体gp8毒蛋白和LacZ作为报告基因,以300 bp以上的DNA长片段为靶标,来筛选能够结合多位点的锌指蛋白组合,提高锌指蛋白应用的精确度以及效率.该系统针对小鼠Nrxn-1?启动子区域进行了锌指蛋白文库筛选,得到了具有序列选择特异性的混合锌指蛋白库,并对筛选结果进行了初步功能验证.研究表明,本系统具有简便快捷的特点,不仅大幅度缩短了筛选时间,而且减少了因靶标序列DNA片段较长而不得不反复设计多位点结合锌指蛋白造成的成本浪费;筛选得到的锌指蛋白库具有较高的长片段DNA靶标结合能力和一定的序列特异性,并且能够在真核细胞内特异地结合目标DNA序列.因此,本研究建立的新型锌指筛选系统不仅可以广泛应用于高通量筛选,而且在DNA-蛋白相互作用的研究中也具有重要意义.     

C2H2型锌指蛋白的研究进展

锌指基因家族是人体中最大的基因家族,它参与细胞分化、胚胎发育,并与许多疾病的发生相关．根据半胱氨酸(c)和组氨酸(H)的数目和位置可将锌指蛋白分为c2H2、c2Hc2、c2c2 CHCC2C2、C2C2C2C2等亚类．c2H2型锌指是最普遍的类型,它们作为重要的转录调控因子参与许多的生理过程．c2H2型锌指蛋白包含的锌指数目从1个到30多个不等．依据锌指的数量以及在蛋白中的分布情况,大多数c2H2型锌指蛋白属于下列3类之一：1)含3个c：H：锌指的蛋白(tC2H2);2)含多个锌指的c2H2型锌指结构蛋白(mac2H2);3)锌指成对间隔排列的c2H2型锌指蛋白(spC2H2)、一些c2H2型锌指蛋白能识别并结合特异性RNA或DNA片段．另一些则只能与RNA结合．通常锌指蛋白含锌指数目越多。它选择结合的能力就越强．     

锌指蛋白的设计及其应用

人工设计的锌指蛋白一般包括两个结构域：DNA结合结构域和效应结构域。DNA结合结构域主要采用对DNA序列特异性识别结合的C2H2型锌指结构域,而功能结构域常常采用某些转录激活结构域、转录抑制结构域或某些酶的活性结构域。这样进行设计的锌指蛋白就可以在特定的核酸序列上行使相应的功能,这对于目的基因的表达调控及蛋白质与核酸的相互作用研究提供了新的思路。     

植物C_2H_2型锌指蛋白的研究进展

锌指蛋白是转录因子的一种,对真核生物的生长发育及逆境胁迫的耐受能力都有着重要关系,而植物C2H2型锌指蛋白是研究较多、较为明确的一种锌指蛋白,该蛋白大部分锌指结构具有一段高度保守的氨基酸序列QALGGH,这是植物中独有的特征,且据报道该C2H2型锌指蛋白与逆境胁迫是相关的。本文主要综述了植物C2H2型锌指蛋白的分类、结构和功能,植物C2H2型锌指蛋白与DNA、RNA和蛋白质的相互作用,以及概述了与盐胁迫、低温胁迫、干旱胁迫、氧胁迫和光胁迫等逆境胁迫相关的植物C2H2型锌指蛋白,最后还对其进一步的深入研究进行了展望,这就为日后利用基因工程技术改良作物品质、提高作物的抗逆性提供了有利条件。     

KRAB型锌指蛋白(KZNF)的研究进展

KRAB型锌指蛋白是哺乳动物中最大的转录调控因子家族, 它的多数成员在基因组上成簇分布。其结构特征是N端含有KRAB结构域, C端含有多个C2H2型锌指结构。KRAB结构域为一蛋白质-蛋白质相互作用区, 可以与多种协同转录抑制因子和转录因子结合, 使KRAB型锌指蛋白作为转录因子和/或转录调控因子发挥依赖于DNA结合的转录抑制功能, 在胚胎发育、细胞分化、细胞转化及细胞周期的调控中发挥重要功能。     

KRAB型锌指蛋白的进化及在物种演化中的功能

C2H2型锌指蛋白家族是目前发现的哺乳动物中最大的转录/转录调控因子家族,由一小群古老的含有真核锌指结构的转录因子经过多次基因复制和功能分化演化而来。KRAB型锌指蛋白(KRAB-containing zinc finger proteins, KRAB-ZFPs)作为C2H2型锌指蛋白家族中最大的亚家族,最早出现在四足脊椎动物,并随物种的进化数量快速增长,在人类中占据C2H2型锌指蛋白的60%左右。在物种演化中,进化压力主要改变KRAB-ZFPs的DNA结合能力,而KRAB-ZFPs介导的转录抑制能力则稳定存在。同时,多种KRAB-ZFPs能够与KRAB相关蛋白1(KRAB-associated protein 1, KAP1)协同作用沉默哺乳动物中反转录元件的活性,并与之协同进化,严格限制反转录原件的跳跃能力。本文综述了KRAB-ZFPs的数量倍增、锌指结构的灵活多变、KRAB-ZFPs/KAP1的转录抑制能力和反转录元件的跳跃性在促进哺乳动物调控网络的差异、基因组稳定性的变化和物种进化中的作用,旨在进一步揭示KRAB-ZFPs在推动物种稳定演化中的特点和功能。     

真菌中锌簇蛋白的结构和功能

锌簇家族蛋白即Zn₂Cys₆类锌指蛋白,是真菌中特有的一类蛋白,它们属于转录因子类,广泛参与真菌中初级和次级代谢、胁迫应答和细胞分裂等生命活动的调控。锌簇蛋白主要包括N端的DNA结合结构域、中间的调节结构域和C端的酸性区域,其中DNA结合结构域包含锌指基序并负责结合靶基因的启动子。目前已经解析了多个锌簇家族转录因子DNA结合结构域的三维结构,并发现该家族中一些蛋白能够参与调控多个基因的表达,但缺乏对其结构、动力学和功能关系的全面分析。本文综合分析了不同锌簇蛋白与DNA结合的结构特征,总结其结构域与功能的关系,指出锌簇蛋白研究的重要方向,旨在为锌簇家族蛋白的深入研究提供思路。     

锌指核酸酶技术在植物基因工程中的应用

锌指核酸酶(zinc finger nucleases,ZFNs)由3到4个锌指结构(zinc fingers,ZFs)和FokⅠ核酸内切酶的剪切结构域组成。锌指核酸酶(ZFNs)通过锌指结构(ZFs)与特异核酸位点结合,再利用FokⅠ的酶切作用切割DNA,引起特异位点DNA双链断裂(double strand break,DSB)。DNA双链断裂可以通过非同源末端连接(non-homologous end joining,NHEJ) 或同源重组(homologous recombination,HR)来修复。在修复过程中实现对基因组DNA的靶向修饰。介绍了锌指核酸酶结构、人工构建途径,作用机理和试验步骤,重点综述了锌指核酸酶技术在植物基因工程的应用。