ジンクフィンガー

ジンクフィンガー（Zinc finger）

ジンクフィンガーは、多くのタンパク質に見られる構造ドメインの大きなグループを指します。このドメインの主要な機能は、DNAやRNA、または他のタンパク質といった様々な生体分子に結合することです。特にDNAへの結合能力が高く、遺伝子発現の制御など細胞の基本的な機能において重要な役割を担っています。

このドメインの名称は、その構造が「指」のような形状をしており、構造の安定化に亜鉛イオンが必須であることに由来します。ジンクフィンガーは比較的小さなドメインであり、疎水性の中心構造を持たないため、亜鉛イオンが構造全体の折りたたみや安定性を保つために不可欠です。

構造的特徴

典型的なジンクフィンガー構造は、約30アミノ酸残基から構成され、その基本的な形態は高度に保存されています。構造的には、通常2つの逆平行なβシートと1つのαヘリックスからなるββαフォールドと呼ばれる立体構造を形成します。このフォールドの中心には、亜鉛イオンが配位しており、これがドメイン全体の構造を強固に安定させています。アミノ酸配列において、N末端側にβシートが位置し、C末端側にαヘリックスが配置されるのが一般的です。

分類と亜鉛配位

ジンクフィンガーは、亜鉛イオンと結合するアミノ酸の種類や数、それらの配置パターンに基づいていくつかのクラスに分類されます。最も代表的で広く研究されているのはC2H2クラスです。このクラスでは、βシート上に2つのシステイン残基（C）が、そしてαヘリックス上に2つのヒスチジン残基（H）があり、これらの4つのアミノ酸側鎖が亜鉛イオンに配位します。他にも、4つのシステイン残基が亜鉛に結合するC4クラスや、6つのシステインが結合するC6クラスなどが存在します。

C2H2クラスのジンクフィンガーに多く見られる特徴的なアミノ酸配列のパターンとして、`Cys-X{}2-4-Cys-X{}3-Phe-X{}5-Leu-X{}2-His-X{}3-His` という保存配列が知られています。ここでXは任意のアミノ酸を示し、添え字はXの個数を表します。

DNA結合と機能

ジンクフィンガーがDNAに結合する際には、特にαヘリックスの部分が重要な役割を果たします。多くのジンクフィンガーを持つタンパク質では、αヘリックスがDNA二重らせんの主溝（major groove）に入り込み、特定のアミノ酸残基がDNA塩基と直接相互作用します。このDNAへの結合は、ジンクフィンガーの構造が亜鉛イオンによって安定化され、特定の形状を保つことで可能になります。

αヘリックスにおける特定の結合部位は、たとえばヘリックス開始部から数えて-1、3、6番目の位置にあるアミノ酸残基などがDNAとの相互作用に関与することが知られています。これらの残基がDNA塩基配列を認識し、結合特異性を決定します。また、αヘリックスが部分的に構造を緩めることで、DNAへのアクセスと結合を可能にします。これらの主要な結合残基以外の位置にあるアミノ酸も、ドメイン全体が特定のDNA配列に正確に位置決めされるのを助けたり、DNAの反対側の鎖と補助的な結合を形成したりすることで、結合の特異性をさらに高める役割を果たします。

ジンクフィンガー構造は、Zif268のような多くの転写因子や、初期の神経発達を制御するニューロン特異的な調節タンパク質など、多様な機能を持つタンパク質に見られます。これらのタンパク質は、ジンクフィンガーを介して特定の遺伝子のDNA配列に結合し、その遺伝子の転写（遺伝子からRNAが作られるプロセス）を活性化または抑制することで、細胞の機能や発生を制御しています。

ジンクフィンガー