エンドヌクレアーゼは、ヌクレオチドの鎖の中に位置するホスホジエステル結合を切断する酵素です。エンドヌクレアーゼ制限部位は非常に多様です。これらの酵素のいくつかは、ほとんどどこでもDNA（私たちの遺伝物質であるデオキシリボ核酸）を切断します。つまり、それらは非特異的です。
対照的に、切断される領域または配列に非常に特異的なエンドヌクレアーゼの別のグループがあります。この酵素のグループは制限酵素として知られており、分子生物学において非常に有用です。このグループには、よく知られている酵素Bam HI、Eco RI、Alu Iがあります。
エンドヌクレアーゼはDNAを内部で切断します。
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エンドヌクレアーゼとは異なり、別のタイプの触媒タンパク質-エキソヌクレアーゼ-が鎖の末端にあるホスホジエステル結合の破壊を担っています。
制限エンドヌクレアーゼ
制限エンドヌクレアーゼまたは制限酵素は、非常に特異的なシーケンスでDNA鎖内のホスホジエステル結合を切断する触媒タンパク質です。
これらの酵素は複数のバイオテクノロジー企業から購入することができ、それらの使用は現在のDNA操作技術においてほぼ必須です。
制限エンドヌクレアーゼは、それらが由来する生物の二項科学名の最初の文字を使用して名前が付けられ、その後に株（これはオプションです）が続き、それらが属する制限酵素のグループで終わります。たとえば、Bam HIとEco RIは広く使用されているエンドヌクレアーゼです。
酵素が認識するDNAの領域は制限部位と呼ばれ、各エンドヌクレアーゼに固有ですが、いくつかの酵素は制限部位で一致する場合があります。このサイトは通常、AGCT（Alu Iの場合）やGAATTC（Eco RIの場合）など、長さが約4〜6塩基対の短い回文配列で構成されています。
回文配列は、5から3または3から5の方向に読み取られても、同一である配列です。たとえば、Eco RIの場合、回文配列はGAATTCとCTTAAGです。
制限エンドヌクルの機能と応用
幸いなことに、分子生物学者にとってバクテリアは、進化の過程で遺伝物質を内部で断片化する一連の制限エンドヌクレアーゼを開発しました。
自然界では、これらの酵素は、おそらく、ファージからのものなどの外来DNA分子の侵入に対する細菌保護システムとして進化してきました。
天然と外来の遺伝物質を区別するために、これらの制限エンドヌクレアーゼは特定のヌクレオチド配列を認識することができます。したがって、この配列を持たないDNAは、バクテリアの内部で乱されません。
対照的に、エンドヌクレアーゼが制限部位を認識すると、DNAに結合して切断します。
生物学者は生物の遺伝物質の研究に興味を持っています。しかし、DNAは数百万塩基対の長さで構成されています。これらの分子は非常に長く、小さなフラグメントで分析する必要があります。
この目標を達成するために、制限エンドヌクレアーゼはさまざまな分子生物学プロトコルに統合されています。たとえば、個々の遺伝子をキャプチャして、将来の分析のために複製することができます。このプロセスは、遺伝子の「クローニング」と呼ばれます。
制限断片長多型（RFLP）
制限断片長多型とは、制限エンドヌクレアーゼが認識して切断できる、DNA内の特定のヌクレオチド配列のパターンを指します。
酵素の特異性のおかげで、各生物はDNAの特定の切断パターンによって特徴付けられ、可変長のフラグメントを発生させます。
制限エンドヌクレアーゼの種類
歴史的に、制限エンドヌクレアーゼはローマ数字で示された3種類の酵素に分類されてきました。最近、第四のタイプのエンドヌクレアーゼが記載された。
タイプI
I型エンドヌクレアーゼの最も重要な特徴は、いくつかのサブユニットから構成されるタンパク質であることです。これらのそれぞれは、単一のタンパク質複合体として機能し、通常、R、2つのM、1つのSと呼ばれる2つのサブユニットを持っています。
S部分はDNAの制限部位の認識に関与しています。Rサブユニットは、その一部として、切断に不可欠であり、Mはメチル化反応を触媒する役割を果たします。
A、B、C、Dの文字で知られるタイプIの酵素には4つのサブカテゴリがあり、一般的に使用されています。この分類は遺伝的補完に基づいています。
I型酵素は、発見および精製された最初の制限エンドヌクレアーゼでした。ただし、分子生物学で最も有用なのはタイプIIで、次のセクションで説明します。
タイプII
タイプII制限エンドヌクレアーゼは、特定のDNA配列と、5 'リン酸と3'ヒドロキシルを生成する配列に近い一定の位置での切断を認識します。それらは一般的に補因子としてマグネシウムイオン（Mg 2+）を必要としますが、もっと特別な要件を持つものもあります。
構造的には、それらはモノマー、ダイマー、さらにはテトラマーとして現れる可能性があります。組換え技術はタイプIIエンドヌクレアーゼを使用するため、3,500を超える酵素が特徴付けられています。
タイプIII
これらの酵素系は、modとresと呼ばれる2つの遺伝子で構成され、DNAを認識するサブユニットと、修飾または制限をコードします。両方のサブユニットは、ATP加水分解に完全に依存するプロセスである制限に必要です。
DNA分子を切断するために、酵素は非パリンドローム認識配列の2つのコピーと相互作用する必要があり、部位は基質上で逆方向でなければなりません。切断の前には、DNA転座が起こります。
タイプIV
最近、追加のグループが特定されました。このシステムは、メチル化、ヒドロキシメチル化、またはヒドロメチル化されたグルコシルのいずれかの修飾されたDNA配列のみを切断するタンパク質をコードする2つ以上の遺伝子で構成されています。
たとえば、酵素EckKMcrBCは、一般的な形のRmCの2つのジヌクレオチドを認識します。プリンの後にメチル化シトシンが続きます。これは、40からほぼ3000までのいくつかの塩基対で分離できます。切断は、酵素が認識する部位の後に約30塩基対発生します。
エンドヌクレアーゼV型
このタイプのエンドヌクレアーゼは、「ホーミング」エンドヌクレアーゼとしても知られています。これらの酵素は、ゲノムのユニークな部位で14〜40 bpのターゲットDNA配列を認識して切断します。
これらの酵素はイントロンにコードされていることが多く、その機能は切断配列の水平移動を促進することであると考えられています。切断後、相補的配列に基づいてDNA二重らせんに切断修復が起こります。
例
大腸菌のエンドヌクレアーゼIは、ファージや寄生虫に対する防御システムとして機能します。主に細胞膜と細胞壁の間に位置しています。それは、ペリプラズム空間で相互作用する外来DNAに二本鎖切断を生成します。
CRISPR-Casエンドヌクレアーゼは、多くの種類の細菌の防御メカニズムに作用する酵素です。これらは、一般的にウイルスである侵入生物から特定のDNA配列を識別してカットします。
最近、マサチューセッツ工科大学（MIT）の研究者は、ヒト細胞の改変のための高精度のCRISPR-Cas12bmゲノム編集システムを発見しました。
参考文献
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