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DNAポリメラーゼは、DNAの分子前駆体であるヌクレオシド三リン酸からDNA分子の合成を触媒する酵素ファミリーの一員です。これらの酵素はDNA複製に不可欠であり、通常はグループで働き、1つの元のDNA二重らせんから2つの同一のDNA二重らせんを作成します。この過程で、DNAポリメラーゼは既存のDNA鎖を「読み取り」、既存の鎖と一致する2つの新しい鎖を作成します。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] これらの酵素は化学反応を触媒します。
DNAポリメラーゼは、DNA鎖の3'末端にヌクレオチドを1つずつ付加します。細胞が分裂するたびに、DNAポリメラーゼは細胞のDNAを複製し、元のDNA分子のコピーを各娘細胞に受け継がせる必要があります。このようにして、遺伝情報は世代から世代へと受け継がれていきます。
複製が行われる前に、ヘリカーゼと呼ばれる酵素がDNA分子を密に絡まった状態からほどき、その過程でヌクレオチド塩基間の水素結合を切断します。これにより、二本鎖DNAが開き、2本の1本鎖DNAが生成されます。これらの1本鎖DNAは、上記の反応における複製の鋳型として使用できます。
1956年、アーサー・コーンバーグとその同僚は、大腸菌でDNAポリメラーゼI（Pol I）を発見した。彼らは、DNAポリメラーゼが鋳型DNA鎖の塩基配列をコピーするDNA複製プロセスを記述した。コーンバーグは後に、この研究で1959年にノーベル生理学・医学賞を受賞した。 [ 7 ] DNAポリメラーゼIIは、1970年にトーマス・コーンバーグ（アーサー・コーンバーグの息子）とマルコム・E・ゲフターによって、大腸菌のDNA複製におけるPol Iの役割をさらに解明している際に発見された。[ 8 ]さらに3つのDNAポリメラーゼが大腸菌で発見されており、DNAポリメラーゼIII（1970年代に発見）とDNAポリメラーゼIVおよびV（1999年に発見）が含まれる。[ 9 ] 1983年以降、DNAポリメラーゼはポリメラーゼ連鎖反応（PCR）に使用され、1988年からは耐熱性DNAポリメラーゼが代わりに使用されるようになった。これは、PCRの各サイクルで添加する必要がないためである。
DNAポリメラーゼの主な機能は、DNAの構成要素であるデオキシリボヌクレオチドからDNAを合成することです。DNAのコピーは、元のDNA分子の各鎖に存在する塩基とヌクレオチドが対合することによって作られます。この対合は常に特定の組み合わせで起こり、シトシンとグアニン、チミンとアデニンがそれぞれ別のペアを形成します。一方、RNAポリメラーゼは、 RNAまたはDNAのいずれかからリボヌクレオチドを用いてRNAを合成します。
DNAポリメラーゼは、新しいDNAを合成する際に、遊離ヌクレオチドを新たに形成される鎖の3'末端にのみ付加することができる。この結果、新たに形成される鎖は5'→3'方向に伸長する。
新たに形成される鎖（娘鎖）の方向性は、DNAポリメラーゼが鋳型鎖に沿って移動する方向とは逆になります。DNAポリメラーゼは合成開始に3'末端の遊離OH基を必要とするため、既存のヌクレオチド鎖の3'末端を伸長させることで一方向にのみ合成できます。したがって、DNAポリメラーゼは鋳型鎖に沿って3'→5'方向に移動しますが、娘鎖は5'→3'方向に形成されます。この違いにより、形成される二本鎖DNAは互いに逆平行な2本のDNA鎖から構成されます。
DNAポリメラーゼの機能は完全ではなく、10億塩基対を複製するごとに約1つの間違いが生じます。エラー訂正は一部のDNAポリメラーゼに備わっている機能ですが、すべてのDNAポリメラーゼに備わっているわけではありません。このプロセスは、新しく合成されたDNAの間違いを修正します。誤った塩基対が認識されると、DNAポリメラーゼは1塩基対分だけ後退します。酵素の3'→5'エキソヌクレアーゼ活性により、誤った塩基対が切除されます（この活性は校正と呼ばれます）。塩基が切除された後、ポリメラーゼは正しい塩基を再挿入し、複製は前進を続けることができます。これにより、娘細胞に受け継がれる元のDNA鎖の完全性が維持されます。
DNA複製において忠実度は非常に重要です。DNA塩基対のミスマッチは、機能不全タンパク質を引き起こし、癌につながる可能性があります。多くのDNAポリメラーゼはエキソヌクレアーゼドメインを含み、塩基対のミスマッチを検出し、さらに誤ったヌクレオチドを除去して正しいヌクレオチドに置き換える働きをします。[ 10 ]ワトソン・クリック塩基対の形状と相互作用が、エラーの検出に主に寄与しています。水素結合は、塩基対の結合と相互作用において重要な役割を果たします。ミスマッチで発生する相互作用の喪失は、テンプレート-プライマーの結合のバランスをポリメラーゼからエキソヌクレアーゼドメインへとシフトさせると言われています。さらに、誤ったヌクレオチドの取り込みは、DNA重合の遅延を引き起こします。この遅延により、DNAがポリメラーゼ部位からエキソヌクレアーゼ部位に切り替わる時間が与えられます。異なるミスマッチでは、異なる構造変化と相互作用の喪失が発生します。プリン:ピリミジンミスマッチでは、ピリミジンが主溝に向かって、プリンが副溝に向かって変位します。DNAポリメラーゼの結合ポケットの形状に対して、プリンと副溝の残基との間に立体的な衝突が発生し、ピリミジンによって重要なファンデルワールス相互作用と静電相互作用が失われます。 [ 11 ]ピリミジン:ピリミジンおよびプリン:プリンミスマッチでは、塩基が主溝に向かって変位し、立体障害が少ないため、変化はそれほど顕著ではありません。しかし、異なるミスマッチによって異なる立体特性が生じますが、DNAポリメラーゼはそれらを均一に検出および識別し、DNA複製の忠実性を維持することができます。[ 12 ] DNA重合は多くの突然変異誘発プロセスにも重要であり、バイオテクノロジーで広く利用されています。
既知のDNAポリメラーゼは高度に保存された構造を持ち、これは、ドメイン構造に関係なく、全体的な触媒サブユニットが種間でほとんど変化しないことを意味します。保存された構造は通常、細胞の重要で代替不可能な機能を示し、その維持は進化上の利点をもたらします。形状は、親指、指、手のひらのドメインを持つ右手に似ていると説明できます。手のひらドメインは、リン酸転移反応におけるリン酸基の転移を触媒する機能を持つようです。酵素が活性なとき、DNAは手のひらに結合します。この反応は、2つの金属イオン機構によって触媒されると考えられています。指ドメインは、ヌクレオシド三リン酸を鋳型塩基に結合させる機能を持ちます。親指ドメインは、DNAのプロセス性、転座、および位置決めにおいて潜在的な役割を果たします。[ 13 ]
DNAポリメラーゼの迅速な触媒作用は、そのプロセス性によるものです。プロセス性とは、ポリマー基質上で機能する酵素の特徴です。DNAポリメラーゼの場合、プロセス性の程度は、酵素がテンプレートに結合するたびに追加されるヌクレオチドの平均数を指します。平均的なDNAポリメラーゼは、プライマー/テンプレート接合部を見つけて結合するのに約1秒かかります。結合すると、非プロセス性のDNAポリメラーゼは1秒あたり1ヌクレオチドの速度でヌクレオチドを追加します。 [ 14 ]： 207-208しかし、プロセス性のDNAポリメラーゼは、1秒あたり複数のヌクレオチドを追加し、DNA合成速度を劇的に増加させます。プロセス性の程度は、DNA合成速度に直接比例します。生細胞におけるDNA合成速度は、最初にファージ感染した大腸菌におけるファージT4 DNA伸長速度として決定されました。37℃での指数関数的DNA増加期間中 、速度は1秒あたり749ヌクレオチドでした。[ 15 ]
DNAポリメラーゼがDNAテンプレートに沿って滑走する能力により、プロセス性が向上します。複製フォークではプロセス性が劇的に向上します。この向上は、スライディングDNAクランプと呼ばれるタンパク質とDNAポリメラーゼが結合することによって促進されます。クランプは、リング状に結合した複数のタンパク質サブユニットです。スライディングクランプローディングタンパク質と呼ばれるタンパク質群は、ATPの加水分解を利用して、スライディングDNAクランプのリング構造を開き、DNA鎖への結合と解離を可能にします。クランプとのタンパク質間相互作用により、DNAポリメラーゼがDNAテンプレートから拡散するのを防ぎ、酵素が同じプライマー/テンプレート接合部に結合して複製を継続することを保証します。[ 14 ]： 207-208 DNAポリメラーゼはコンフォメーションを変化させ、クランプと結合しているときはクランプへの親和性を高め、DNAの断片の複製を完了すると親和性を低下させてクランプからの解離を可能にします。
DNAポリメラーゼのプロセス性は、 in vitro単一分子実験（すなわち、光ピンセットと磁気ピンセット）によって研究され、DNAポリメラーゼとレプリソームの他の分子（ヘリカーゼとSSB）およびDNA複製フォークとの間の相乗効果が明らかになった。 [ 16 ]これらの結果により、結果として生じるDNAポリメラーゼのプロセス性の増加を記述するDNA複製の相乗的速度論モデルが開発された。[ 16 ]
配列相同性に基づいて、DNAポリメラーゼはさらにA、B、C、D、X、Y、RTの7つの異なるファミリーに分類できる。
ウイルスの中には、 B型肝炎ウイルスDNAポリメラーゼのような特殊なDNAポリメラーゼをコードするものもある。これらは、さまざまなメカニズムを介してウイルスDNAを選択的に複製する可能性がある。レトロウイルスは、逆転写酵素と呼ばれる特殊なDNAポリメラーゼをコードしており、これはRNA依存性DNAポリメラーゼ（RdDp）である。これはRNAを鋳型としてDNAを重合する。
原核生物のDNAポリメラーゼには、コアポリメラーゼとホロ酵素の2種類が存在する。コアポリメラーゼはDNA鋳型からDNAを合成するが、単独では合成を開始できず、また正確に開始することもできない。ホロ酵素は合成を正確に開始する。
原核生物ファミリーAポリメラーゼには、 polA遺伝子によってコードされ、原核生物に広く存在するDNAポリメラーゼI （Pol I）酵素が含まれます。この修復ポリメラーゼは、3'–5'および5'–3'エキソヌクレアーゼ活性とラギング鎖合成中に生成される岡崎フラグメントの処理の両方で切除修復に関与しています。 [ 21 ] Pol Iは最も豊富なポリメラーゼであり、大腸菌のポリメラーゼ活性の95%以上を占めています。しかし、Pol Iを欠損した細胞が見つかっており、Pol I活性は他の4つのポリメラーゼによって代替できることが示唆されています。Pol Iは1秒あたり約15～20ヌクレオチドを追加するため、プロセス性は低いです。代わりに、Pol Iは複製起点（ori）として知られるRNAプライマー：テンプレート接合部でヌクレオチドの追加を開始します。起点から約400 bp下流で、Pol IIIホロ酵素が組み立てられ、非常に高いプロセス速度と性質で複製を引き継ぎます。[ 22 ]
DNAポリメラーゼIIは、polB遺伝子によってコードされるファミリーBポリメラーゼです。Pol IIは3'–5'エキソヌクレアーゼ活性を持ち、DNA修復、損傷を回避するための複製再開に関与し、SOS誘導時には細胞あたり約30～50コピーから約200～300コピーに細胞内存在量が急増します。Pol IIはホロ酵素タンパク質と相互作用し、高いレベルのプロセス性を発揮できるため、Pol IIIのバックアップとしても考えられています。Pol IIの主な役割は、複製フォークでポリメラーゼ活性を誘導し、停止したPol IIIが末端ミスマッチを回避するのを助ける能力であると考えられています。[ 24 ]
Pfu DNAポリメラーゼは、超好熱性古細菌Pyrococcus furiosusに見られるこのファミリーの耐熱性酵素である。 [ 25 ]詳細な分類では、古細菌のファミリーBはB1、B2、B3に分けられ、B2は偽酵素のグループである。PfuはファミリーB3に属する。古細菌に見られる他のPolBは、「カスポソン」、 Cas1依存性トランスポゾンの一部である。 [ 26 ]一部のウイルス（ Φ29 DNAポリメラーゼを含む）やミトコンドリアプラスミドもpolBを持っている。 [ 27 ]
DNAポリメラーゼIIIホロ酵素は、大腸菌におけるDNA複製に関与する主要な酵素であり、Cファミリーポリメラーゼに属します。これは、pol IIIコア、βスライディングクランププロセス因子、およびクランプローディング複合体の3つのアセンブリから構成されています。コアは、α（ポリメラーゼ活性ハブ）、ε（エキソヌクレアーゼ校正因子）、およびθ（εの安定化因子として機能する可能性がある）の3つのサブユニットから構成されています。βスライディングクランププロセス因子も、各コアに1つずつ重複して存在し、DNAを囲むクランプを作成して高いプロセス性を実現しています。[ 28 ] 3番目のアセンブリは、7つのサブユニット（τ2γδδ′χψ ）からなるクランプローダー複合体です。
古い教科書の「トロンボーンモデル」では、各複製フォーク（RF）にコア酵素が2当量ずつ存在する伸長複合体が描かれており、これはラギング鎖とリーディング鎖それぞれに1つずつ割り当てられています。[ 24 ]しかし、最近の単一分子研究の証拠によると、Pol IIIと枯草菌のPolCの両方について、各RFにコア酵素が平均3当量存在することが示されています。[ 29 ] 細胞内蛍光顕微鏡観察により、リーディング鎖の合成は完全に連続的ではない可能性があり、Pol III*（すなわち、β2スライディングクランプのないホロ酵素α、ε、τ、δ、χサブユニット）は活性RFから解離する頻度が高いことが明らかになっています。[ 30 ] これらの研究では、複製フォークのターンオーバー率はPol III*で約10秒、β2スライディングクランプで47秒、DnaBヘリカーゼで15分でした。これは、DnaBヘリカーゼがRFに安定して結合したままで、機能的なホロ酵素の核形成点として機能する可能性があることを示唆している。 試験管内単一分子研究では、Pol III*は過剰に存在するとRFのターンオーバー率が高いが、濃度が制限されている場合は複製フォークに安定して結合したままであることが示されている。[ 30 ] 別の単一分子研究では、DnaBヘリカーゼ活性と鎖伸長は、分離した確率的速度論で進行する可能性があることが示されている。[ 30 ]
大腸菌では、DNAポリメラーゼIV（Pol IV）は、非標的変異誘発に関与するエラーを起こしやすいDNAポリメラーゼです。[ 31 ] Pol IVは、複製フォークで停止したポリメラーゼによって引き起こされるSOS誘導によって活性化されるdinB遺伝子 によって発現されるファミリーYポリメラーゼです。SOS誘導中、Pol IVの産生は10倍に増加し、この間の機能の1つは、Pol IIIホロ酵素のプロセス性を阻害することです。これによりチェックポイントが作成され、複製が停止し、適切な修復経路を介してDNA損傷を修復する時間が確保されます。[ 32 ] Pol IVのもう1つの機能は、停止した複製フォークで損傷乗り越え合成を実行することです。たとえば、損傷のないDNAを通過するよりも速い速度でN2-デオキシグアニン付加物を迂回します。dinB遺伝子を欠損した細胞は、DNA損傷剤によって引き起こされる変異誘発率が高くなっています。[ 33 ]
DNAポリメラーゼV （Pol V）は、 SOS応答および損傷乗り越え合成DNA修復機構に関与するYファミリーDNAポリメラーゼです。 [ 34 ] umuDC遺伝子を介したPol Vの転写は、細胞内に損傷したDNAが存在しSOS応答を生成する場合にのみPol Vを生成するように厳密に制御されています。停止したポリメラーゼはRecAをssDNAに結合させ、LexAタンパク質の自己消化を引き起こします。その後、 LexAはumuDCオペロンの転写を抑制する能力を失います。同じRecA-ssDNAヌクレオプロテインは、UmuDタンパク質をUmuD'タンパク質に翻訳後修飾します。UmuDとUmuD'はヘテロ二量体を形成し、UmuCと相互作用し、その結果、損傷したDNA上でumuCのポリメラーゼ触媒活性が活性化されます。[ 35 ]大腸菌では、停止した複製フォークでポリメラーゼ III とポリメラーゼ IV を切り替えるためのポリメラーゼ「ツールベルト」モデルが提案されており、両方のポリメラーゼが同時に β クランプに結合します。[ 36 ]しかし、損傷をバイパスするために連続して働く複数の TLS ポリメラーゼの関与は、大腸菌ではまだ示されていません。さらに、ポリメラーゼ IV は挿入と伸長の両方を高効率で触媒できますが、ポリメラーゼ V は主要な SOS TLS ポリメラーゼと考えられています。1 つの例は、鎖内グアニンチミン架橋のバイパスであり、2 つのポリメラーゼの変異シグネチャの違いに基づいて、ポリメラーゼ IV とポリメラーゼ V が鎖内架橋の TLS を競合することが示されています。[ 36 ]
1998年、DNAポリメラーゼのファミリーDがPyrococcus furiosusとMethanococcus jannaschiiで発見された。[ 38 ] PolD複合体は、それぞれDP1（小校正）とDP2（大触媒）によってコードされる2つの鎖のヘテロ二量体である。他のDNAポリメラーゼとは異なり、DP2触媒コアの構造とメカニズムは、多サブユニットRNAポリメラーゼのそれに似ている。DP1-DP2インターフェースは、真核生物クラスBポリメラーゼの亜鉛フィンガーとその小サブユニットのそれに似ている。[ 18 ] Mre11様エキソヌクレアーゼであるDP1 [ 39 ]は、 Pol αとεの小サブユニットの前駆体である可能性が高く、現在真核生物では失われている校正機能を提供している。[ 26 ]そのN末端HSHドメインは、 AAAタンパク質、特にPol IIIサブユニットδとRuvBの構造に似ている。 [ 40 ] DP2はクラスII KHドメインを持つ。[ 18 ] Pyrococcus abyssi polDはTaqポリメラーゼよりも耐熱性と精度が高いが、まだ商品化されていない。 [ 41 ] DファミリーDNAポリメラーゼは細胞生物で最初に進化し、最後の普遍的細胞祖先（LUCA）の複製ポリメラーゼはDファミリーに属していたと提唱されている。 [ 42 ]
X ファミリーのポリメラーゼには、よく知られている真核生物ポリメラーゼpol β (beta)のほか、Pol σ (sigma)、Pol λ (lambda)、Pol μ (mu)、末端デオキシヌクレオチジルトランスフェラーゼ (TdT)などの他の真核生物ポリメラーゼが含まれます。X ファミリーのポリメラーゼは主に脊椎動物に見られ、植物や菌類にも少数存在します。これらのポリメラーゼは、DNA とポリメラーゼの相互作用に不可欠な 2 つのヘリックス ヘアピン ヘリックス モチーフを含む高度に保存された領域を持っています。1 つのモチーフは下流の DNA と相互作用する 8 kDa ドメインにあり、もう 1 つのモチーフはプライマー鎖と相互作用するサム ドメインにあります。POLB 遺伝子によってコードされる Pol β は、アルキル化または酸化された塩基やア塩基部位の修復に不可欠な DNA 修復経路であるショートパッチ塩基除去修復に必要です。POLL遺伝子とPOLM遺伝子によってそれぞれコードされるPol λとPol μは、過酸化水素と電離放射線によって生じたDNA二本鎖切断を再結合するメカニズムである非相同末端結合に関与している。TdTはリンパ組織でのみ発現し、V(D)J組換え中に形成された二本鎖切断に「nヌクレオチド」を追加して免疫学的多様性を促進する。[ 43 ]
Pol α (アルファ)、Pol δ (デルタ)、およびPol ε (イプシロン)はファミリー B ポリメラーゼのメンバーであり、核 DNA 複製に関与する主要なポリメラーゼです。Pol α 複合体 (pol α-DNA プライマーゼ複合体) は、触媒サブユニットPOLA1、調節サブユニットPOLA2、および小型と大型のプライマーゼサブユニットPRIM1とPRIM2の 4 つのサブユニットから構成されます。プライマーゼが RNA プライマーを作成すると、Pol α は複製を開始し、プライマーを約 20 ヌクレオチド伸長します。[ 44 ] Pol δ は高いプロセス性を持つため、リーディング鎖とラギング鎖の合成を Pol α から引き継ぎます。[ 14 ] : 218–219 Pol δ は、触媒サブユニットを生成するPOLD1遺伝子、増殖細胞核抗原(PCNA)と相互作用する他のサブユニットを生成するPOLD2、POLD3、およびPOLD4遺伝子によって発現され、PCNAは Pol δ がプロセス性を持つことを可能にするDNA クランプです。 [ 45 ] Pol ε は、触媒サブユニットであるPOLE1、POLE2、およびPOLE3遺伝子 によってコードされています。Pol ε の機能は複製中にリーディング鎖を伸長することであると報告されていますが、[ 46 ] [ 47 ] Pol δ は主にラギング鎖を複製します。しかし、最近の証拠は、Pol δ が DNA のリーディング鎖の複製にも役割を果たしている可能性があることを示唆しています。[ 48 ] Pol εのC末端「ポリメラーゼ遺物」領域は、ポリメラーゼ活性には不要であるにもかかわらず、[ 49 ]細胞の生存に不可欠であると考えられている。C末端領域は、後期に入る前のチェックポイントを提供し、ホロ酵素に安定性を与え、複製開始に必要なタンパク質をホロ酵素に追加すると考えられている。[ 50 ] Pol εは、PCNAとは独立して高いプロセス性を提供するより大きな「パーム」ドメインを持っている。[ 49 ]
他のファミリーBポリメラーゼと比較して、校正を担うDEDDエキソヌクレアーゼファミリーはPol αでは不活性化されている。[ 26 ] Pol εは、2つのジンクフィンガードメインと、C末端に別のファミリーBポリメラーゼの不活性コピーを持つ点で独特である。このジンクフィンガーの存在は真核生物の起源に関係しており、この場合、真核生物は古細菌B3ポリメラーゼとともにアスガルドグループに分類される。[ 51 ]
Pol η (イータ)、Pol ι (イオタ)、およびPol κ (カッパ)は、翻訳合成による DNA 修復に関与するファミリー Y DNA ポリメラーゼであり、それぞれ POLH、POLI、およびPOLK遺伝子によってコードされています。ファミリー Y のメンバーは、基質およびプライマー末端の結合を助ける 5 つの共通モチーフを持ち、典型的な右手の親指、手のひら、指のドメインに加えて、小指 (LF)、ポリメラーゼ関連ドメイン (PAD)、または手首などのドメインが含まれています。ただし、修復される損傷が異なるため、ファミリーのメンバー間で活性部位が異なります。ファミリー Y のポリメラーゼは低忠実度ポリメラーゼですが、ポリメラーゼに影響を与える変異が皮膚がんや色素性乾皮症変異型 (XPS) などのさまざまな疾患を引き起こす可能性があるため、害よりも益をもたらすことが証明されています。これらのポリメラーゼの重要性は、DNAポリメラーゼηをコードする遺伝子がXPVと呼ばれていることからも明らかです。この遺伝子の欠損は色素性乾皮症変異型を引き起こします。Pol ηは、紫外線照射によって生じたDNA損傷の正確な損傷乗り越え合成を可能にするために特に重要です。Pol κの機能は完全には解明されていませんが、研究者は2つの可能性のある機能を発見しました。Pol κは、特定のDNA損傷部位で特定の塩基の伸長または挿入を行うと考えられています。3つの損傷乗り越え合成ポリメラーゼはすべて、Rev1とともに、停止した複製DNAポリメラーゼを介して損傷部位にリクルートされます。損傷修復には2つの経路があり、研究者は、選択された経路は損傷を含む鎖（リーディング鎖またはラギング鎖）によって決まると結論付けています。[ 52 ]
Pol ζは、Bファミリーポリメラーゼの1つで、触媒サブユニットであるRev3と、ポリメラーゼの触媒機能を高め、翻訳合成に関与するRev7（ MAD2L2）の2つのサブユニットから構成されています。Pol ζは3'から5'へのエキソヌクレアーゼ活性を欠いており、末端ミスマッチを持つプライマーを伸長できるという点で独特です。Rev1は、 BRCTドメイン、ユビキチン結合ドメイン、C末端ドメインの3つの領域に関心領域を持ち、複製ポリメラーゼPol δとPol εを停止させる損傷部位の反対側にデオキシシチジンを付加するdCMPトランスフェラーゼ能を持っています。停止したポリメラーゼはユビキチン複合体を活性化し、それが複製ポリメラーゼを解離させ、Pol ζとRev1をリクルートします。Pol ζとRev1が協力してデオキシシチジンを付加し、Pol ζは損傷部位を越えて伸長します。まだ解明されていないプロセスを経て、Pol ζは解離し、複製ポリメラーゼは再結合して複製を継続する。Pol ζとRev1は複製に必須ではないが、出芽酵母でREV3遺伝子が失われると、複製ポリメラーゼが停止した複製フォークの崩壊により、DNA損傷剤に対する感受性が増加する可能性がある。[ 53 ]
テロメラーゼは、通常のDNAポリメラーゼでは染色体の末端、すなわちテロメアを複製できないため、線状染色体の末端を複製する機能を持つリボ核タンパク質である。二本鎖染色体の5'-TTAGGG-3'配列を持つ一本鎖3'突出部がテロメラーゼをリクルートする。テロメラーゼは他のDNAポリメラーゼと同様に3'末端を伸長するが、他のDNAポリメラーゼとは異なり、鋳型を必要としない。逆転写酵素の一例であるTERTサブユニットは、RNAサブユニットを用いてプライマー-鋳型接合部を形成し、テロメラーゼが染色体末端の3'末端を伸長できるようにする。生涯にわたる多数の複製の結果としてテロメアのサイズが徐々に減少することは、老化の影響と関連していると考えられている。[ 14 ]： 248-249
Pol γ (ガンマ)、Pol θ (シータ)、および Pol ν (ニュー) はファミリー A ポリメラーゼです。POLG遺伝子によってコードされる Pol γ は、長い間、唯一のミトコンドリアポリメラーゼであると考えられていました。しかし、最近の研究では、少なくともファミリー X ポリメラーゼであるPol β (ベータ)もミトコンドリアに存在することが示されています。 [ 54 ] [ 55 ] Pol γ の機能不全または機能制限につながるあらゆる変異は、mtDNA に大きな影響を与え、常染色体遺伝性ミトコンドリア疾患の最も一般的な原因です。[ 56 ] Pol γ は、C 末端ポリメラーゼ ドメインと N 末端 3'–5' エキソヌクレアーゼ ドメインを含み、これらはリンカー領域を介して接続されており、このリンカー領域は補助サブユニットを結合します。補助サブユニットは DNA に結合し、Pol γ のプロセス性に必要です。リンカー領域の点突然変異A467Tは、Pol γ関連ミトコンドリア疾患の3分の1以上を占める原因となっている。[ 57 ] POLQ遺伝子 によってコードされるPol θの多くの相同体は真核生物に見られるが、その機能は明確には理解されていない。C末端のアミノ酸配列によってPol θはファミリーAポリメラーゼに分類されるが、Pol θのエラー率はファミリーYポリメラーゼにより近い。Pol θはミスマッチプライマー末端を伸長し、ヌクレオチドを追加することでア塩基部位をバイパスすることができる。また、ポリメラーゼドメインにデオキシリボホスホジエステラーゼ（dRPase）活性があり、ssDNAの近傍でATPase活性を示すことができる。 [ 58 ] Pol ν（nu）はポリメラーゼ酵素の中で最も効率が低いと考えられている。[ 59 ]しかし、DNAポリメラーゼnuは、架橋に対する細胞応答中の相同修復において積極的な役割を果たし、ヘリカーゼとの複合体としてその役割を遂行する。[ 59 ]
植物は、ミトコンドリアゲノムと葉緑体ゲノムの両方を複製するために、2つのファミリーAポリメラーゼを使用します。これらは、哺乳類のPol γよりも細菌のPol Iに似ています。[ 60 ]
レトロウイルスは、逆転写酵素と呼ばれる特殊なDNAポリメラーゼをコードしており、これはRNA依存性DNAポリメラーゼ（RdDp）であり、RNAを鋳型としてDNAを合成します。逆転写酵素ファミリーは、DNAポリメラーゼ機能とRNase H機能の両方を持ち、RNase HはDNAに塩基対を形成したRNAを分解します。レトロウイルスの例としてはHIVが挙げられます。[ 14 ]逆転写酵素は、研究目的でRNAを増幅する際によく用いられる。PCRでは、RNAテンプレートを用いて逆転写酵素を利用し、DNAテンプレートを作成することができる。この新しいDNAテンプレートは、通常のPCR増幅に使用できる。このような実験の産物は、RNAから増幅されたPCR産物である。[ 9 ]
HIVレトロウイルス粒子はそれぞれ2つのRNAゲノムを含みますが、感染後、各ウイルスは1つのプロウイルスのみを生成します。[ 61 ] 感染後、逆転写は2つのゲノムコピー間のテンプレートスイッチング（コピー選択組換え）を伴います。[ 61 ] ゲノムあたり5～14回の組換えイベントが各複製サイクルで発生します。[ 62 ] テンプレートスイッチング（組換え）は、ゲノムの完全性を維持するため、および損傷したゲノムを修復するためのメカニズムとして必要であると考えられます。[ 63 ] [ 61 ]
バクテリオファージ（ファージ）T4は、5'から3'の方向にDNA合成を触媒するDNAポリメラーゼをコードしている。[ 64 ]ファージポリメラーゼは、3'から5'の方向に作用するエキソヌクレアーゼ活性も有しており、 [ 65 ]この活性は、新たに挿入された塩基の校正と編集に利用されている。[ 66 ]温度感受性DNAポリメラーゼを持つ ファージ変異体は、許容温度で培養すると、野生型ファージの約2倍の頻度で組換えを起こすことが観察された。 [ 67 ]
ファージDNAポリメラーゼの突然変異が複製中の鋳型鎖スイッチング（コピー選択組換え）を促進する可能性があると提唱された。[ 67 ]