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| バムHI | |||||||||
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 制限酵素Bam HI が非特異的 DNA に結合しました。 | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| シンボル | バムHI | ||||||||
| パム | PF02923 | ||||||||
| ファム一族 | CL0236 | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
| SCOP2 | 1bhm / スコープ / SUPFAM | ||||||||
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Bam HI (「バムエイチワン」と発音) ( Bacillus amyloliquefaciens由来) は、タイプ II制限エンドヌクレアーゼで、DNA の短い配列 (6 bp) を認識し、標的部位で特異的に切断する能力があります。この展示は、Newman ら (1995) によって説明された BamHI の構造と機能の関係に焦点を当てています。BamHI は認識配列5'-GGATCC-3' に結合し、各鎖の 5'-グアニンの直後でこれらの配列を切断します。この切断により、 4 bp の長さの粘着末端が生成されます。結合していない状態の BamHI は、 α ヘリックスの間にある中央のb シートを示します。
BamHI は、 DNA を認識すると、一連の非従来型の構造変化を起こします。これにより、DNA は酵素の結合を容易にするために変形することなく、通常の B-DNA 構造を維持できます。BamHI は対称的な二量体です。DNA は二量体の間に形成される大きな溝に結合し、酵素は「交差」方式で結合します。各 BamHI サブユニットは、そのバックボーンの大部分を DNA ハーフサイトのリン酸と接触させますが、塩基対の接触は、各 BamHI サブユニットと反対側の DNA ハーフサイトの主溝にある窒素塩基との間で行われます。タンパク質は、タンパク質と主溝内のすべての水素結合供与体/受容体基との間の直接水素結合または水媒介水素結合のいずれかを介して塩基に結合します。主溝接触は、平行 4 ヘリックス束のアミノ末端にある原子によって形成されます。この束はBamHI二量体界面を形成し、この束上のNH 2末端原子の双極子モーメントが静電安定化に寄与していると考えられています。
BamHIとDNAの認識部位
BamHI 酵素は、DNA と多数の接触を行うことができます。水媒介水素結合、および主鎖と側鎖の両方の相互作用が、BamHI 認識配列の結合を助けます。主溝では、酵素/DNA 接触の大部分は、各サブユニットの a4 と a6 で構成される平行 4 ヘリックス束のアミノ末端で発生します。各サブユニットの a6 は DNA 主溝に入りませんが、その前のループは認識部位の外側の端と相互作用します。逆に、各サブユニットの a4 は、認識配列の中央にある主溝に入ります。6 塩基対の認識配列全体で、酵素と DNA の間に合計 18 の結合が形成されます (12 の直接結合と 6 の水媒介結合)。 a6の前のらせんリングに位置するArg155とAsp154は外側のG:C塩基対で結合し、中央のG:C対はAsp154、Arg122、およびAsn116で結合しています（直接結合）。水とAsn116の間の水素結合により、内側のA:T塩基対で結合します（水を介した結合）。[1]上で説明したように、LサブユニットとRサブユニットは交差して結合し、Bam H IのRサブユニットは認識配列の左側のDNA半分の部位に接触します。各Bam H Iサブユニットの結合は、その対称的なパートナーとまったく同じです。Bam H Iの認識部位には回文配列があり、結合を示しやすいように半分に切ることができます。
認定サイト
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2010年末現在、タンパク質データバンクにはBam H Iの結晶構造が5つ掲載されている。
2つの金属のメカニズム
BamHIは、他のタイプII制限エンドヌクレアーゼと同様に、DNA切断を触媒するための補因子として二価金属を必要とすることが多い。[2] 2金属イオン機構は、BamHIの可能な触媒機構の1つであり、BamHIの結晶構造は活性部位で2つの金属イオンを結合する能力を有し、古典的な2金属イオン機構の進行に適している。2金属イオン機構は、2つの金属イオンを使用して制限酵素の切断反応を触媒する。BamHIには、金属触媒にとって重要な3つの重要な活性部位残基がある。これらは、Asp94、Glu111、およびGlu113として知られている。これらの残基は通常酸性である。金属イオンが存在する場合、残基は金属イオンの方向を向いている。金属イオンが存在しない場合、残基は外を向いている。2つの金属イオン（AとB）は活性部位で互いに4.1離れており、これらの残基と一列に並んでいる。[3]一般的に、2つの金属イオン（AとB）が活性部位に結合すると、遷移状態中に酸素原子が離脱することによって活性部位に局在する負電荷のクラスター分布を安定化するのに役立ちます。まず、活性部位で金属イオンAによって水分子が活性化されます。この水分子はBamHI-DNA複合体を攻撃する攻撃分子として機能し、複合体を負にします。その後、別の水が金属イオンBに結合し、複合体の脱離基にプロトンを供与し、脱離する酸素原子の負電荷の蓄積を安定化します。[4]
BamHI の活性部位における Ca2+ の機能は既知である。これは DNA 切断の阻害剤であり、BamHI を反応前状態に変換する。これにより、水分子が攻撃分子であることが明らかになった。これは、Ca2+ に結合して 90o OPO 結合角を形成する脱離基にプロトンを供与する。Glu 113 がリジンに置き換えられると、Glu 113 が攻撃する水分子からプロトンを受け入れるため、切断は失われる。[3]
生物学的意義
BamHIは特定のDNA配列を認識し、ヌクレアーゼで切断する能力があるため、II型制限酵素の理解、DNAのクローニング、そして遺伝子治療による特定のDNA変異由来疾患の治療においてさまざまな重要性を持っています。[1]たとえば、NARP症候群やMILS症候群は、ミトコンドリアDNAの変異によって引き起こされるミトコンドリア疾患です。ミトコンドリアは、制限酵素による変異配列の除去後に機能を回復することができます。[5]
参考文献
- ^ ab Tong Z、Zhao B、Zhao G、Shang H、Guan Y (2014 年 9 月)。「2'-O-メチルヌクレオチド修飾 DNA 基質は BamHI および BglII の切断効率に影響を与える」。Journal of Biosciences。39 ( 4 ): 621–30。doi : 10.1007 /s12038-014-9466-4。PMID 25116617。S2CID 15537179 。
- ^ Ninfa AJ、Ballou DP、Benore M (2008)。生化学とバイオテクノロジーのための基礎実験アプローチ（第2版）。ホーボーケン、ニュージャージー：Wiley。p. 345。ISBN 978-0-470-08766-4。
- ^ ab Viadiu H、Aggarwal AK (1998 年 10 月)。 「制限エンドヌクレアーゼ BamHI による触媒作用における金属の役割」。Nature Structural Biology。5 ( 10): 910–6。doi : 10.1038/2352。PMID 9783752。S2CID 25062657。
- ^ Mordasini T、 Curioni A、Andreoni W (2003 年 2 月)。「なぜ二価金属イオンは酵素反応を促進または阻害するのか? 量子古典シミュレーションを組み合わせた BamHI 制限エンドヌクレアーゼのケース」。The Journal of Biological Chemistry。278 ( 7): 4381–4。doi : 10.1074/ jbc.C200664200。PMID 12496295。
- ^ Alexeyev MF、Venediktova N、 Pastukh V、Shokolenko I、Bonilla G、Wilson GL (2008 年 4 月)。「NARP および MILS 症候群の治療戦略としての変異ミトコンドリアゲノムの選択的除去」。遺伝子治療。15 (7): 516–23。doi :10.1038/sj.gt.2008.11。PMID 18256697 。
さらに読む
外部リンク
- 米国国立医学図書館の医学件名標目表(MeSH)におけるデオキシリボヌクレアーゼ + BamHI