エンドヌクレアーゼ

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紹介

エンドヌクレアーゼは、特定のヌクレオチド配列を認識し、結合し、各鎖の特定の部位で二本鎖デオキシリボヌクレオチド間のホスホジエステル結合を切断することができる酵素の一群であり、制限酵素と呼ばれます。制限酵素の構造、補因子の必要な切断部位、および作用モードに基づいて、制限酵素はタイプI、タイプII、タイプIIIの3種類に分類されます。タイプI制限エンドヌクレアーゼは、宿主DNAのメチル化と非メチル化DNAの加水分解の両方を触媒しますが、タイプII制限エンドヌクレアーゼは非メチル化DNAの加水分解のみを触媒します。タイプIII制限エンドヌクレアーゼは、修飾と認識の両方の切断役割を持っています。

分布

制限エンドヌクレアーゼは広く分布しており、ほぼすべての細菌の属と種に少なくとも1つの制限エンドヌクレアーゼが見られ、1つの属には数十種類の制限エンドヌクレアーゼが存在します。例えば、属Haemophilus (Haemophilus)には22種類の制限エンドヌクレアーゼが見つかっています。一部の株は非常に低い酵素含量を持ち、分離して特性を明らかにするのが難しいですが、他の株では酵素含量が非常に高いです。例えば、E. coliのpMB4（EcoRI酵素）やH. aegyptius（Hal Ⅲ酵素）は高酵素産生株です。H. aegyptiusの10gの細胞から、10gのλファージDNAを消化できる酵素が分離・精製できることが報告されています。細菌は制限エンドヌクレアーゼの主要な供給源であり、特に非常に特異的なタイプI制限エンドヌクレアーゼが多く見られます。

タイプ

制限酵素の構造、補因子の必要な切断部位、および作用モードに基づいて、制限酵素はタイプI、タイプII、タイプIIIの3種類に分類されます。

• タイプI制限エンドヌクレアーゼ酵素

タイプI制限酵素は、修飾と制限認識の両方を持ち、DNA上の特定の塩基配列を認識する能力があります。通常、切断部位は認識部位から数千塩基離れています。

• タイプII制限エンドヌクレアーゼ酵素

切断部位のみを認識し、修飾は他の酵素によって行われます。認識される部位は主に短いパリンドローム配列であり、切断される塩基配列は通常、認識された配列です。これは遺伝子工学において非常に有用な制限酵素です。

• タイプIII制限エンドヌクレアーゼ酵素

タイプI制限酵素に似ており、修飾と認識の両方の機能を持っています。短い非対称配列を認識でき、切断部位は認識配列から約24-26塩基対離れています。

応用

• DNAゲノムの物理マップの構築、遺伝子の局在化と遺伝子の分離、DNA分子の塩基配列分析、関連するDNA分子の比較、遺伝子工学の実施、遺伝子工学編集の実施。
• 制限エンドヌクレアーゼは細菌によって生成され、その生理的意義は自己防御能力を向上させることです。
• 制限酵素は一般に自分のDNA分子を切断せず、外因性DNAのみを切断します。

生理的意義

• 制限は実際には外因性DNAの酵素的分解を制限し、宿主の遺伝的安定性を維持する保護メカニズムです。メチル化は、アデニンAとシトシンCのメチル化によって保護する一般的な修飾効果です。
• メチル化は自己の遺伝物質と外来の遺伝物質を認識する目的を果たします。したがって、ウイルス感染に対する防御のために制限酵素を生成できる細菌は、自己のゲノム内に酵素によって認識される配列を持っている可能性があり、ただし認識配列または酵素の切断部位がメチル化されています。
• メチル化されたDNAを切断する能力は、制限酵素の内在的で予測不可能な特性であるため、DNAの効率的な切断のためには、DNAメチル化とそのタイプのメチル化に対する制限酵素の感受性の両方を考慮する必要があります。