ヌクレアーゼ
1960年代後半、科学者のスチュアート・リンとヴェルナー・アーバーは、大腸菌(E. coli)でのファージ増殖制限に関与する2種類の酵素の標本を単離した。これらの酵素の一方はDNAにメチル基を付加してメチル化DNAを生成し、他方は非メチル化DNAを分子の長さ方向に沿ったさまざまな場所で切断した。最初の種類の酵素は「メチラーゼ」、もう一方は「制限ヌクレアーゼ」と呼ばれた。DNA分子を「切り貼り」するための必要な道具を集めていた科学者にとって、これらの酵素学的な道具は重要であった。そこで必要とされたのが、分子の長さに沿ったランダムな位置ではなく、特定の部位でDNAを切断し、科学者が予測可能かつ再現性のある方法でDNA分子を切断できる道具であった。
1968年、ジョンズ・ホプキンス大学で研究していたハミルトン・スミス、K・W・ウィルコックス、トーマス・J・ケリー(英語版)が、特定のDNAヌクレオチド配列に依存して機能する最初の制限酵素を単離し、その特徴を明らかにしたとき、重要な進展がもたらされた。このグループは、インフルエンザ菌を使った研究で、6つの塩基対からなる特定の配列内の特定の位置で常にDNA分子を切断するHindIIと呼ばれる酵素を単離した。彼らは、HindII酵素が常にその配列の中心(3番目と4番目の塩基対の間)を直接切断することを発見した。
既知の生物におけるDNAミスマッチ修復は、一連のミスマッチ特異的エンドヌクレアーゼによって行われる。原核生物では、この役割は主にMutSLHと超短鎖パッチ修復(英語版)関連タンパク質によって担われている。
MutSLHシステム(MutS(英語版)、MutL、MutHから構成される)は、点変異と小ターン変異を修正する。MutSはミスマッチを認識して結合し、ここでMutLとMutHを動員する。MutLは、MutSとMutHの相互作用を仲介し、MutHのエンドヌクレアーゼ活性を高める。MutHは、ヘミメチル化された5'—GATC—3'部位を認識し、非メチル化鎖(最近合成された鎖)のGの隣で切断する。
VSP修復はエンドヌクレアーゼVsrによって開始される。Vsrは、メチル化シトシンのチミンへの自発的な脱アミノ化によって起こる特定のT/Gミスマッチを修正する。Vsrは配列5'—CTWGG—3'を認識し、ミスマッチしたチミンの 5' 側のDNA鎖にニック(切れ目)を入れる(前出の配列で下線が引かれている)。次に、エキソヌクレアーゼRecJ、ExoVII、またはExoIのいずれかが、DNAポリメラーゼが鎖のギャップを再合成する前に、この部位を分解する。