エンドヌクレアーゼ
エンドヌクレアーゼは、ポリヌクレオチド鎖内のホスホジエステル結合を切断する酵素です。デオキシリボヌクレアーゼIなど、一部はDNAを比較的非特異的に（配列に関係なく）切断しますが、多くの場合、通常は制限エンドヌクレアーゼまたは制限酵素と呼ばれ、非常に特異的なヌクレオチド配列のみを切断します。エンドヌクレアーゼは、中間（エンド）部分ではなく認識配列の末端を切断するエキソヌクレアーゼとは異なります。しかし、「 エキソエンドヌクレアーゼ 」として知られるいくつかの酵素は、どちらのヌクレアーゼ機能にも限定されず、エンドおよびエキソの両方のような性質を示します。証拠は、エンドヌクレアーゼ活性がエキソヌクレアーゼ活性と比較して遅れを経験することを示唆しています。
制限酵素は、特定のDNA配列を認識する真正細菌および古細菌のエンドヌクレアーゼです。制限酵素による切断が認識されるヌクレオチド配列は、制限部位と呼ばれます。通常、制限部位は、約4〜6ヌクレオチド長のパリンドローム配列です。ほとんどの制限エンドヌクレアーゼはDNA鎖を不均一に切断し、相補的な一本鎖末端を残します。これらの末端は、ハイブリダイゼーションを介して再接続でき、「スティッキーエンド」と呼ばれます。対になると、断片のホスホジエステル結合はDNAリガーゼによって結合されます。数百の制限エンドヌクレアーゼが知られており、それぞれが異なる制限部位を攻撃しています。同じエンドヌクレアーゼによって切断されたDNAフラグメントは、DNAの起源に関係なく結合できます。このようなDNAは組換えDNAと呼ばれます。遺伝子を新しい組み合わせに結合することにより形成されるDNA。 制限エンドヌクレアーゼ （制限酵素）は、その作用メカニズムに応じて、タイプI、タイプII、およびタイプIIIの3つのカテゴリーに分類されます。これらの酵素は、細菌、植物、または動物の細胞に導入するための組換えDNAを作るための遺伝子工学、および合成生物学でよく使用されます。最も有名なエンドヌクレアーゼの1つはCas9です。
カテゴリー
最終的に、特定の配列の切断に比較的寄与する3つのカテゴリーの制限エンドヌクレアーゼがあります。タイプIおよびIIIは、エンドヌクレアーゼとメチラーゼ活性の両方を含む大きなマルチサブユニット複合体です。タイプIは、認識配列から約1000塩基対以上のランダムな部位で切断でき、エネルギー源としてATPが必要です。タイプIIはわずかに異なる動作をし、1970年にハミルトンスミスによって最初に分離されました。エンドヌクレアーゼのより単純なバージョンであり、分解プロセスでATPを必要としません。タイプII制限エンドヌクレアーゼのいくつかの例には、 BamHI、EcoRI、EcoRV 、およびHaelIIが含まれる 。ただし、III型は認識配列から約25塩基対でDNAを切断し、その過程でATPも必要とします。
表記法
制限エンドヌクレアーゼに一般的に使用される表記は、「 vwxyz 」という形式です。「 vwx 」は、この制限エンドヌクレアーゼが見つかる可能性のある生命体（細菌）、「 y 」は株（およびオプション）、「 z 」 （ローマ数字）は、同じ生命体（細菌）の異なる制限エンドヌクレアーゼを示します。したがって、例えば、「EcoRI」は、制限エンドヌクレアーゼが大腸菌 （「Eco」）で見つかることを意味します。 RY13株（「R」）、制限エンドヌクレアーゼ番号「I」。別の例：「HaeII」および「HaeIII」は、それぞれ細菌番号Haemophilus aegyptius 、番号IIおよび番号IIIを指します。たとえば、 EcoRI酵素は5 '– GAATTC – 3'というシーケンスを認識して切断します。
制限エンドヌクレアーゼにはいくつかの種類があります。制限エンドヌクレアーゼは通常、認識部位と切断パターン（通常、ヌクレオチド塩基のA、C、G、T）を必要とします。認識部位が切断パターンの領域外にある場合、制限エンドヌクレアーゼはI型と呼ばれます。認識配列が切断配列と重複する場合、制限エンドヌクレアーゼ制限酵素はII型です。
さらなる議論
標準的なdsDNA（二本鎖DNA）、ssDNA（一本鎖DNA）、またはRNAを切断する制限エンドヌクレアーゼが見つかります。この説明はdsDNAに限定されています。ただし、議論は次のように拡張できます。
- 標準dsDNA
- 非標準DNA
- ホリデージャンクション
- 三本鎖DNA、四本鎖DNA（G-quadruplex）
- DNAとRNAの二本鎖ハイブリッド（一方の鎖はDNA、もう一方の鎖はRNA）：72–73
- 合成または人工DNA（たとえば、A、C、G、T以外の塩基を含む、Eric T. Koolの研究を参照）。合成コドンを用いた研究は、S。Bennerの研究を参照し、ポリペプチドのアミノ酸セットを拡大し、プロテオームまたはプロテオミクスを拡大します。P。Schultzの研究を参照してください。
さらに、特にゲノム内でユニークな認識部位を用いて、合成または人工の制限エンドヌクレアーゼを構築する研究が進行中です。
制限エンドヌクレアーゼまたは制限酵素は、通常、2つの方法で切断します：平滑末端パターンまたは粘着末端パターン。 I型制限エンドヌクレアーゼの例：64
さらに、 Serratia marcescensに見られるような、dsDNA、ssDNA、およびRNAに作用するDNA / RNA非特異的エンドヌクレアーゼが存在します。
DNA修復
エンドヌクレアーゼはDNA修復に役割を果たします。具体的には、APエンドヌクレアーゼは、AP部位のみでDNAの切断を触媒するため、その後の切除、修復合成、およびDNAライゲーションのためにDNAを準備します。たとえば、脱プリンが発生すると、この病変により、デオキシリボースの糖が失われ、塩基が失われます。 APエンドヌクレアーゼはこの糖を認識し、基本的にこの部位でDNAを切断し、その後DNA修復を続行します。 大腸菌細胞には、エンドヌクレアーゼIV（endoIV）とエキソヌクレアーゼIII（exoIII）の2つのAPエンドヌクレアーゼが含まれていますが、真核生物では、APエンドヌクレアーゼは1つしかありません。
一般的なエンドヌクレアーゼ
以下は、一般的な原核生物および真核生物のエンドヌクレアーゼの表です。
| 原核酵素 | ソース | コメント |
|---|---|---|
| RecBCDエノヌクレアーゼ | 大腸菌 | 部分的にATPに依存。エキソヌクレアーゼ;組換えと修復の機能 |
| T7エンドヌクレアーゼ（P00641） | ファージT7（遺伝子3） | 複製に不可欠です。二本鎖DNAよりも一本鎖の方が好ましい |
| T4エンドヌクレアーゼII（P07059） | ファージT4（denA） | -TpC-配列を分割して、5'-dCMP-終端オリゴヌクレオチドを生成します。製品のチェーンの長さは条件によって異なります |
| Bal 31エンドヌクレアーゼ | エスペジアナ | エキソヌクレアーゼ。二本鎖DNAの3 'および5'末端を少しずつ削ります。少なくとも2つのヌクレアーゼの混合物、高速および低速。 |
| エンドヌクレアーゼI（endo I; P25736） | 大腸菌（endA） | 周辺質の場所;製品の平均チェーン長は7です。 tRNAによって阻害されます。二本鎖DNA切断を生成します。 tRNAと複合するとニックを生成します。エンドI変異体は正常に成長します |
| 球菌ヌクレアーゼ（P00644） | ブドウ球菌 | 3'-P末端を生成します。 Ca2 +が必要です。 RNAにも作用します。一本鎖DNAおよびATリッチ領域を好む |
| エンドヌクレアーゼII（endo VI、exo III、P09030） | 大腸菌（xthA） | APサイトの隣の切断。 3 '-> 5'エキソヌクレアーゼ; 3'-P末端のホスホモノエステラーゼ |
| 真核生物の酵素 | ソース | コメント |
| ニューロスポラエンドヌクレアーゼ | アカパンカビ、ミトコンドリア | RNAにも作用します。 |
| S1ヌクレアーゼ（P24021） | アスペルギルス・オリゼ | RNAにも作用します |
| P1-ヌクレアーゼ（P24289） | ペニシリウムシトリナム | RNAにも作用します |
| 緑豆ヌクレアーゼI | もやし | RNAにも作用します |
| ウスティラゴヌクレアーゼ（DNA I） | ウスティラゴメイディス | RNAにも作用します |
| Dnase I（P00639） | ウシ膵臓 | 製品の平均チェーン長は4です。 Mn2 +の存在下で二本鎖切断を生じる |
| APエンドヌクレアーゼ | 核、ミトコンドリア | DNA塩基除去修復経路に関与 |
| 遠藤R | HeLa細胞 | GCサイトに固有 |
突然変異
色素性乾皮症は、UV特異的エンドヌクレアーゼの欠陥によって引き起こされるまれな常染色体劣性疾患です。突然変異のある患者は、日光によって引き起こされるDNA損傷を修復することができません。
鎌状赤血球貧血は、点突然変異によって引き起こされる病気です。突然変異によって変更された配列は、ヌクレオチド配列を認識する制限エンドヌクレアーゼMstIIの認識部位を除去します。
tRNAスプライシングエンドヌクレアーゼ変異は、橋小脳形成不全を引き起こします。先天性小脳形成不全（PCH）は、tRNA-スプライシングエンドヌクレアーゼ複合体の4つの異なるサブユニットのうち3つの変異によって引き起こされる神経変性常染色体劣性疾患のグループです。
