エキソヌクレアーゼ

エキソヌクレアーゼは、ポリヌクレオチド鎖の末端（エキソ）からヌクレオチドを1つずつ切断することにより機能する酵素です。 3 'または5'末端でホスホジエステル結合を破壊する加水分解反応が起こります。その近縁はエンドヌクレアーゼであり、ポリヌクレオチド鎖の中央（エンド）のホスホジエステル結合を切断します。真核生物と原核生物には、mRNAの通常の代謝回転に関与する3種類のエキソヌクレアーゼがあります。5 'から3'へのエキソヌクレアーゼ（Xrn1）。 3 '〜5'エキソヌクレアーゼ、独立したタンパク質。およびポリ（A）特異的3 'から5'エキソヌクレアーゼ。

古細菌と真核生物の両方において、RNA分解の主な経路の1つは、主に3 'から5'のエキソリボヌクレアーゼで構成される多タンパク質エキソソーム複合体によって行われます。

ポリメラーゼの意義

RNAポリメラーゼIIは、転写終結時に有効であることが知られています。 5 'エキソヌクレアーゼ（ヒト遺伝子Xrn2）と連携して、新しく形成された転写産物を下流で分解し、ポリアデニル化部位を残し、同時にポリメラーゼを射撃します。このプロセスには、エキソヌクレアーゼがpol IIに追いつき、転写を終了することが含まれます。

次に、Pol Iは、除去したばかりのRNAプライマーの代わりにDNAヌクレオチドを合成します。 DNAポリメラーゼIは、3 'から5'および5 'から3'のエキソヌクレアーゼ活性もあり、エラーのDNAの編集および校正に使用されます。 3 'から5'は一度に1つのモノヌクレオチドのみを除去でき、5 'から3'活性は一度にモノヌクレオチドまたは最大10ヌクレオチドを除去できます。

大腸菌の種類

1971年、リーマンIRは大腸菌でエキソヌクレアーゼIを発見しました。それ以来、エキソヌクレアーゼ、II、III、IV、V、VI、VII、およびVIIIを含む多数の発見がありました。エキソヌクレアーゼの各タイプには、特定のタイプの機能または要件があります。

エキソヌクレアーゼIは、一本鎖DNAを3 '→5'方向に分解し、デオキシリボヌクレオシド5'-一リン酸を次々と放出します。 末端3'-OH基のないDNA鎖は、ホスホリルまたはアセチル基によってブロックされるため、切断されません。

エキソヌクレアーゼIIは、DNAポリメラーゼIに関連付けられています。DNAポリメラーゼIは、DNA合成部位のすぐ上流に含まれるRNAプライマーを5 '→3'の方法で切り取る5 'エキソヌクレアーゼを含んでいます。

エキソヌクレアーゼIIIには4つの触媒活性があります。

二本鎖DNAに特異的な3 'から5'のエキソデオキシリボヌクレアーゼ活性
RNase活性
3 'ホスファターゼ活性
APエンドヌクレアーゼ活性（後にエンドヌクレアーゼIIと呼ばれることが判明）。

エキソヌクレアーゼIVは水分子を追加するため、オリゴヌクレオチドとヌクレオシド5 '一リン酸の結合を切断できます。このエキソヌクレアーゼは機能するためにMg 2+を必要とし、エキソヌクレアーゼIよりも高い温度で機能します。

エキソヌクレアーゼVは、直線状の二本鎖DNAとCa2 +を必要とする一本鎖DNAを触媒する3 'から5'の加水分解酵素です。この酵素は、相同組換えのプロセスにおいて非常に重要です。

エキソヌクレアーゼVIIIは5 'から3'の二量体タンパク質であり、ATPや鎖のギャップやニックを必要としませんが、その機能を実行するには遊離の5 'OH基が必要です。

人間の発見

3 'から5'のヒト型エンドヌクレアーゼは、ヒストンpre-mRNAの適切なプロセシングに不可欠であることが知られています。ヒストンpre-mRNAでは、U7 snRNPが単一の切断プロセスを指示します。下流の切断産物（DCP）の除去後、Xrn1は、完全に分解されるまで製品をさらに分解し続けます。これにより、ヌクレオチドをリサイクルできます。 Xrn1は前駆体として機能する共転写切断（CoTC）活性にリンクしており、遊離の5 '非保護末端を開発するため、エキソヌクレアーゼは下流の切断産物（DCP）を除去および分解できます。体内にDNAまたはRNA鎖が蓄積することを望まないため、これにより転写終結が開始されます。

酵母の発見

CCR4-NOTは酵母の一般的な転写調節複合体であり、mRNA代謝、転写開始、mRNA分解に関連していることがわかっています。 CCR4は、RNAおよび一本鎖DNAの3 '〜5'エキソヌクレアーゼ活性を含むことがわかっています。 CCR4複合体に関連する別の成分はCAF1タンパク質であり、これはマウスおよびCaenorhabditis elegansに 3 'から5'または5 'から3'のエキソヌクレアーゼドメインを含むことがわかっています。このタンパク質は酵母では発見されておらず、後生動物に見られるような異常なエキソヌクレアーゼドメインを持つ可能性が高いことを示唆しています。酵母にはRat1およびXrn1エキソヌクレアーゼが含まれています。 Rat1は、ヒト型（Xrn2）と同様に機能し、細胞質のXrn1機能は5 'から3'方向にあり、Rat1の非存在下でRNA（5.8s以前および25s rRNA）を分解します。