DNASE1

デオキシリボヌクレアーゼI、一般にDNase Iと呼ばれるものは、二つのジスルフィド結合を持つ単一の糖鎖ポリペプチド鎖をカバーする特定のDNAエンドヌクレアーゼであり、ヒト遺伝子DNASE1によってコードされています。DNase Iの最適pHは約7.5です。DNase Iの活性と構造的完全性は二価カチオンに依存しており、Mg²⁺またはMn²⁺がDNase Iを活性化し、Ca²⁺が完全なDNase I活性を発揮するために必要です。DNase Iはアクチンモノマーに対して非常に高い（サブナノモル）親和性で結合し、アクチンポリマーには低い親和性で結合しますが、どちらもアクチンに結合したDNase Iを不活性化する可能性があります。ここで、DNase-アクチン複合体は、遺伝情報の損傷を抑制するDNase Iの効果的な貯蔵形態である可能性があります。一般的に、DNase Iは核膜のゼイモゲングラニュールに保存されています。

ゲノミクス

ゲノミクスにおいて、DNase Iの過敏部位は開放的でアクセス可能なクロマチンによって特徴付けられると考えられ、多くの異なるタイプの遺伝子調節要素、すなわちエンハンサー、プロモーター、インスレーター、サイレンサー、ローカスコントロール領域、ヒストン修飾をラベリングする能力があることが示されています。その結果、DNase I感受性アッセイは、どのゲノム領域が活性遺伝子を含む可能性があるかを特定するためにゲノミクスで広く採用されています。DNase Iの配列は、ヒト筋肉特異的DNase様タンパク質およびヒトタンパク質DHP1およびDHP2の配列と進化的に関連しており、DNase Iの最初のジスルフィド結合は保存されていません。DNASE1の代替転写スプライスバリアントが認識されていますが、十分に特性評価されていません。

特異性

DNase Iは最近、実験条件に依存する可能性のあるいくつかのレベルの配列特異性を示すことが報告されています。他の高い基質特異性を持つ酵素とは異なり、DNase Iは絶対的な配列特異性で機能することはできません。しかし、3'末端にCまたはGを含む部位での切断は効率が低いことがわかっています。ピリミジンの5'側で切断する傾向があり、これは主に代替コポリマーで顕著です。ツイスト角の変化がDNase Iによって認識されることが示されています。DNase Iの特異性は、現在存在する二価カチオンにも依存しています。Ca²⁺およびMg²⁺の存在は一本鎖切断を引き起こし、Mn²⁺の出現は二本鎖切断に関連している可能性があります。

作用モード

DNase Iは、ピリミジンヌクレオチドの隣接するリン酸ジエステル結合を無差別に消化し、5'-リン酸化および3'-ヒドロキシ化された末端を持つオリゴヌクレオチド、トリヌクレオチド、またはジヌクレオチド断片を生成します。DNase Iは、エンドヌクレアーゼ的な方法で一本鎖および二本鎖DNA、DNA-RNAハイブリッドを切断することができます。DNase Iは、グルタミン酸とヒスチジンを含むプロトン受容体-供与体鎖が3'-P-O結合を切断するために求核性ヒドロキシルイオンを生成する際に、二重鎖DNAにおいて一本鎖のニックを引き起こします。また、アポトーシス中のクロマチンの分解を促進します。DNase Iは通常細胞外に分泌されますが、アポトーシスに関連して核内に入ることができる可能性があります。DNase Iの作用様式は塩基特異的でも配列特異的でもありませんが、切断パターンと切断頻度は明らかに配列依存性があり、DNase IがDNA骨格の幾何学的変化を認識できることを示しています。DNase Iはまた、そのクロマチン環境に強く依存して機能します。

図1. DNase Iの触媒メカニズム。

機能

DNase Iは通常、細胞損傷により組織培養に漏れ出たDNAを消化するための組織解離プロトコルに適用されます。DNase Iは、膜結合DNA断片の除去にも使用されます。廃棄物管理エンドヌクレアーゼとしての役割に加えて、DNase Iはアポトーシス中のDNA断片化に関与していると推奨されています。軟骨、ミクログリア、上皮、結腸、肺、肝臓、神経、幹細胞などのヒト組織の消化は、DNase Iの処理によって達成できます。活性DNase Iは免疫刺激を防ぐために重要であり、分解能力の低下は抗ヌクレオソーム抗体の生成リスクを高め、全身性エリテマトーデスの発症を示唆します。G-アクチンとの複合体の形成は、DNase活性の抑制とG-アクチンの繊維への重合能力の喪失を引き起こします。DNase Iは、膿性肺分泌物に見られるDNAを破壊することによって嚢胞性線維症患者の肺の問題を制御するために使用され、粘度を減少させ、患者が呼吸しやすくすることを試みます。経皮的冠動脈インターベンション中に発生する一過性心筋虚血は、血清DNase I活性の顕著な上昇を引き起こす可能性があり、これは一過性心筋虚血の検出のための敏感な指標として有用である可能性があります。また、哺乳類のDNaseの適用は、現在利用可能な免疫毒素よりも毒性が少なく、免疫原性が低いため、免疫毒素療法の限界を克服する可能性があることも注目に値します。

参考文献