エンドヌクレアーゼ

エンドヌクレアーゼ（英: endonuclease）は、ポリヌクレオチド鎖内部のホスホジエステル結合を切断する酵素である。デオキシリボヌクレアーゼI（英語版）（DNase I）など一部の酵素はDNAを非特異的に（配列に関係なく）切断するが、一般的に制限酵素と呼ばれる多くの種類は特定のヌクレオチド配列のみを非常に高い特異性で切断する。エンドヌクレアーゼは、認識配列の末端ではなく内部（endo-）を切断する点で、エキソヌクレアーゼとは異なる。一方、一部の酵素は"exo-endonuclease"として知られ、エンドヌクレアーゼ様の活性とエキソヌクレアーゼ様の活性の双方を示す。エンドヌクレアーゼの活性には、エキソヌクレアーゼの活性と比較して遅れがみられることが示唆されている。 制限酵素は、特定のDNA配列を認識する、真正細菌や古細菌由来のエンドヌクレアーゼである。一般的に、制限酵素認識部位は4から6ヌクレオチドの長さの回文配列となっている。大部分の制限酵素は、相補的な一本鎖末端を残すような形で切断する。こうした末端はハイブリダイゼーションによって再連結することができ、「粘着末端」と呼ばれる。末端どうしが対合すると、断片はDNAリガーゼによって連結される。これまで数百種類の制限酵素が知られており、それぞれ異なる部位を攻撃する。同じ酵素によって切断されたDNA断片は、異なる起源のDNAどうしであっても連結することができる。こうして作られたDNAは組換えDNAと呼ばれる。制限酵素はその作用機序によってタイプI、II、IIIの3つのカテゴリに分類される。こうした酵素は、細菌、植物、動物細胞へ導入するための組換えDNAを作製するための遺伝子操作によく利用され、また合成生物学においても利用される。Cas9もよく知られたエンドヌクレアーゼの1つである。 制限酵素は、特異的配列の切断に関して3つのカテゴリに分類される。タイプIとIIIはエンドヌクレアーゼ活性とメチラーゼ活性を持つ多サブユニット複合体である。タイプIは認識配列から約1000塩基対もしくはそれ以上離れたランダムな部位を切断し、エネルギー源としてATPを必要とする。タイプIIは1970年にHamilton Smithによって初めて単離された、より単純なエンドヌクレアーゼであり、分解過程にATPを必要としない。タイプII制限酵素の例としては、BamHI、EcoRI、EcoRV、HindIII、HaeIIIなどがある。タイプIIIは認識配列から約25塩基対離れたDNAを切断し、ATPを必要とする。 エンドヌクレアーゼはDNA修復にも関与している。APエンドヌクレアーゼ（英語版）はAP部位（英語版）でのみDNAへの切り込み（incision）を触媒し、その後のDNAの切除（excision）、修復合成、ライゲーションに備える。例えば脱プリン化が生じた際には、塩基を持たないデオキシリボースが残される。APエンドヌクレアーゼはこうした糖を認識してこの部位のDNAに切り込みを入れ、DNA修復の継続を可能にする。 原核生物、真核生物の一般的なエンドヌクレアーゼの表を下に示す。 色素性乾皮症は、エンドヌクレアーゼの欠陥によって引きこされる稀な常染色体劣性遺伝疾患である。変異を抱える患者は、日光によって引き起こされたDNA損傷を修復することができない。 鎌状赤血球症はヘモグロビンβ鎖の点変異によって引き起こされる疾患である。変異による配列の変化によって制限酵素MstIIの認識部位が消失するため、この酵素を診断に利用することができる。 tRNAのスプライシングに関与するエンドヌクレアーゼの変異によって、橋小脳低形成（英語版）（PCH）が引き起こされる。PCHはtRNAスプライシングエンドヌクレアーゼ複合体の4つのサブユニットのうちの3つの変異によって引き起こされる、常染色体劣性神経変性疾患群である。 ^ “Properties of Exonucleases and Endonucleases”. New England BioLabs (2017年). May 21, 2017閲覧。 ^ Slor, Hanoch (April 14, 1975). “Differenttation between exonucleases and endonucleases and between haplotomic and diplotomic endonucleases using 3H-DNA-coated wells of plastic depression plates as substrate”. Nucleic Acids Research 2 (6): 897–903. doi:10.1093/nar/2.6.897. PMC 343476. PMID 167356. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC343476/.  ^ Stephen T. Kilpatrick; Jocelyn E. Krebs; Lewin, Benjamin; Goldstein, Elliott (2011). Lewin's genes X. Boston: Jones and Bartlett. ISBN 978-0-7637-6632-0. https://archive.org/details/lewinsgenesx0000unse  ^ a b Lehninger principles of biochemistry. San Francisco: W.H. Freeman. (2005). pp. 952. ISBN 978-0-7167-4339-2. https://archive.org/details/lehningerprincip00lehn_0/page/952  ^ Simon M (2010). Emergent computation: Emphasizing Bioinformatics. New York: Springer. pp. 437. ISBN 978-1441919632  ^ DNA repair and mutagenesis. Washington, D.C: ASM Press. (2006). ISBN 978-1-55581-319-2  ^ Alberts B (2002). Molecular biology of the cell. New York: Garland Science. ISBN 978-0-8153-3218-3  ^ Tania A. Baker; Kornberg, Arthur (2005). DNA replication. University Science. ISBN 978-1-891389-44-3  ^ Wei, CF; Alianell, GA; Bencen, GH; Gray HB, Jr (25 November 1983). “Isolation and comparison of two molecular species of the BAL 31 nuclease from Alteromonas espejiana with distinct kinetic properties.”. The Journal of Biological Chemistry 258 (22): 13506–12. PMID 6643438. http://www.jbc.org/content/258/22/13506.long.  ^ Linn, S; Lehman, IR (10 June 1966). “An endonuclease from mitochondria of Neurospora crassa.”. The Journal of Biological Chemistry 241 (11): 2694–9. PMID 4287861.  ^ Holloman, WK; Holliday, R (10 December 1973). “Studies on a nuclease from Ustilago maydis. I. Purification, properties, and implication in recombination of the enzyme.”. The Journal of Biological Chemistry 248 (23): 8107–13. PMID 4201782.  ^ Gottlieb, J; Muzyczka, N (5 July 1990). “Purification and characterization of HeLa endonuclease R. A G-specific mammalian endonuclease.”. The Journal of Biological Chemistry 265 (19): 10836–41. PMID 2358441.  ^ Medical Biochemistry at a Glance. New York: Wiley. (2012). ISBN 978-0-470-65451-4  ^ Biochemistry. Philadelphia: Wolters Kluwer/Lippincott Williams & Wilkins. (2008). ISBN 978-0-7817-6960-0  ^ “tRNA splicing endonuclease mutations cause pontocerebellar hypoplasia”. Nat. Genet. 40 (9): 1113–8. (September 2008). doi:10.1038/ng.204. PMID 18711368.  エキソヌクレアーゼ 制限酵素 ヌクレアーゼ リボヌクレアーゼ APエンドヌクレアーゼ（英語版） HUHエンドヌクレアーゼ（英語版）