DNASE1

デオキシリボヌクレアーゼI（慣用的にDNase I）は、2本のジスルフィド結合を有する単一の糖鎖修飾ポリペプチド鎖からなるDNA特異的エンドヌクレアーゼであり、ヒト遺伝子DNASE1によりコードされる。DNase Iの至適pHは約7.5である。DNase Iの活性および構造的完全性は二価陽イオンに依存し、Mg²⁺またはMn²⁺がDNase Iを活性化し、Ca²⁺はDNase Iの活性を最大限に発揮させるために必要である。DNase Iはアクチン単量体に対して極めて高い（サブナノモル）親和性で結合し、アクチン重合体にはより低い親和性で結合するが、いずれの場合もアクチン結合型DNase Iは不活化され得る。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の有効な貯蔵形態となり得る。一般に、DNase Iは核膜のザイモゲン顆粒に貯蔵される。

ゲノミクス

ゲノミクス分野では、DNase I高感受性部位は開いたアクセス可能なクロマチンにより特徴づけられると考えられており、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、ローカス制御領域、ヒストン修飾など、多様な遺伝子制御エレメントを標識し得ることが示されている。その結果、DNase I感受性アッセイは、ゲノム上のどの領域に活性遺伝子が存在し得るかを同定する目的で広く用いられている。DNase Iの配列は、ヒト筋特異的DNase様タンパク質およびヒトタンパク質DHP1、DHP2の配列と進化的に関連しているが、DNase Iの第1ジスルフィド結合は保存されていない。DNASE1の代替転写スプライスバリアントが報告されているものの、十分な特性解析は行われていない。

特異性

DNase Iは、実験条件に依存し得る一定程度の配列特異性を示すことが近年報告されている。高い基質特異性を有する他の酵素とは異なり、DNase Iが絶対的な配列特異性で作用することはない。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見出されている。DNase Iはピリミジンの5’側での切断を選好し、この傾向は交互共重合体で特に顕著である。ねじれ角の変動がDNase Iにより認識されることが示されている。DNase Iの特異性は、存在する二価陽イオンにも依存する。Ca²⁺およびMg²⁺の存在下では一本鎖切断が生じ、Mn²⁺の存在は二本鎖切断と関連し得る。

作用様式

DNase Iは、ピリミジンヌクレオチドに隣接するホスホジエステル結合を非選択的に加水分解し、5’末端がリン酸化され3’末端が水酸化された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する。DNase Iは、一本鎖および二本鎖DNA、ならびにDNA-RNAハイブリッドをエンドヌクレアーゼ様式で切断し得る。グルタミン酸およびヒスチジンを含むプロトン受容体—供与体連鎖が求核性水酸化物イオンを生成して3'-P-O結合を切断する際、DNase Iは二本鎖DNAに一本鎖ニックを生じさせる。また、アポトーシスにおけるクロマチン分解を促進する。DNase Iは通常細胞外へ分泌されるが、核内へ移行し得て、アポトーシスに関連してプログラム細胞死を誘導する可能性が高い。DNase Iの作用様式は塩基特異的でも配列特異的でもない一方で、切断パターンおよび切断頻度は明確に配列依存性を示し、DNase IがDNA骨格の幾何学的変動を認識し得ることを示している。DNase Iはまた、クロマチン環境に強く依存する速度で機能する。

図1. DNase Iの触媒機構。

機能

DNase Iは通常、細胞損傷により組織培養中へ漏出したDNAを消化する目的で、組織解離プロトコールに適用される。DNase Iはまた、膜結合性DNA断片の除去にも用いられる。廃棄物処理エンドヌクレアーゼとしての役割に加え、DNase Iはアポトーシス時のDNA断片化に関与すると推奨されている。軟骨、ミクログリア、上皮、結腸、肺、肝、神経系、幹細胞などのヒト組織の消化は、DNase Iの使用により達成可能である。活性型DNase Iは免疫刺激の予防に重要であり、分解能の低下は抗ヌクレオソーム抗体産生のリスクを増大させ得る。これは全身性エリテマトーデスの発症を示唆する。G-アクチンとの複合体形成はDNase活性の阻害をもたらし、さらにG-アクチンが線維へ重合する能力を喪失させる。DNase Iは、嚢胞性線維症患者における肺病変の管理に用いられており、膿性肺分泌物中に存在するDNAを分解することで粘稠度を低下させ、呼吸を容易にすることを目的とする。経皮的冠動脈インターベンション中に生じる一過性心筋虚血は、血清DNase I活性の顕著な上昇を誘発し得て、一過性心筋虚血の検出における高感度指標として有用である可能性がある。さらに、哺乳類DNaseの適用は、現行の免疫毒素と比較して毒性および免疫原性が低く、免疫毒素療法の限界を克服し得る点も注目に値する。

参考文献