李璐，魏旋，刘佳

上海科技大学 免疫化学研究所，上海 201210

1 锌指蛋白的分类及基本结构

锌指（zinc finger,ZF）广泛存在于动植物和微生物中，是细胞转录因子中的重要结构域，对基因表达的调控（抑制或激活）起重要作用[1]。锌指蛋白（zinc finger protein,ZFP）中含有数量不等的锌指基序，每一个锌指基序通过结合Zn2+形成稳定的类似“手指”的结构，并根据自身序列及结构特性选择性地结合特异性下游靶标DNA或RNA来实现基因表达的调控[2]。根据锌指基序序列的特点（主要是半胱氨酸 （Cys） 和组氨酸 （His）的数量和位置）可将锌指蛋白分为不同的类别，如Jeremy Berg等[3]划分的9类锌指蛋白（图1）。其中，C2H2型锌指被称为经典型锌指，具有同源保守序列：（Tyr,Phe）-X-Cys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X2-6-His（X为可变氨基酸）[4]。

图1 目前已解析的9类锌指蛋白结构（黑字为锌指基序类型，蓝字为代表蛋白质，红字为基序序列）

2 C2H2锌指结构蛋白在基因编辑中的应用

许多人类疾病都直接或间接与遗传因素有关。“人类基因组计划”的完成为人们理解和操纵基因组提供了可能，因此应用位点特异性核酸酶对疾病相关基因序列进行修复逐渐成为疾病治疗领域的焦点[5]。目前主要有3种核酸酶被广泛应用：锌指蛋白核酸酶（zinc-finger nuclease,ZFN）、TALENs和CRISPR-Cas9（表1）。

1996年，约翰霍普金斯医学院的Kim等设计并开发了世界上第一个ZFN，将能结合DNA的C2H2锌指蛋白结构域和 FokI 限制性内切酶的核酸酶结构域融合（图2），通过改变锌指蛋白的序列改变其识别DNA的特异性，从而实现其对基因组不同位点的靶向结合[6]。除与核酸酶元件结合外，ZFP还可与转录因子、甲基转移酶等形成融合蛋白，用于基因表达调控、表观修饰等[7]。……