エキソヌクレアーゼ

エキソヌクレアーゼは、ポリヌクレオチド鎖の末端（エキソ）からヌクレオチドを1つずつ切断する酵素です。3 ' 末端または5' 末端のいずれかでホスホジエステル結合を切断する加水分解反応が発生します。その近縁種はエンドヌクレアーゼで、ポリヌクレオチド鎖の中間（エンド）でホスホジエステル結合を切断します。真核生物と原核生物には、 mRNAの正常なターンオーバーに関与する3種類のエキソヌクレアーゼがあります。5 ' から 3' エキソヌクレアーゼ（Xrn1）は依存性脱キャップタンパク質です。3' から 5' エキソヌクレアーゼは独立タンパク質です。そして、ポリ（A）特異的な 3' から 5' エキソヌクレアーゼです。^[1]^[2]

古細菌と真核生物の両方において、RNA分解の主な経路の1つは、主に3'から5'エキソリボヌクレアーゼで構成される多タンパク質エキソソーム複合体によって実行されます。

ポリメラーゼの重要性

RNAポリメラーゼIIは転写終結時に作用することが知られており、5'エキソヌクレアーゼ（ヒト遺伝子Xrn2）と連携して下流で新たに形成された転写物を分解し、ポリアデニル化部位を離れ、同時にポリメラーゼを撃ちます。このプロセスには、エキソヌクレアーゼがpol IIに追いつき、転写を終結させることが含まれます。^[3]

次に、 Pol I は、除去したばかりの RNA プライマーの代わりに DNA ヌクレオチドを合成します。DNA ポリメラーゼ I には、3' から 5' および 5' から 3' のエキソヌクレアーゼ活性もあり、DNA のエラーの編集および校正に使用されます。3' から 5' の活性では、一度に 1 つのモノヌクレオチドしか除去できませんが、5' から 3' の活性では、一度にモノヌクレオチドまたは最大 10 ヌクレオチドを除去できます。

大腸菌種類

1971年、レーマンIRは大腸菌のエキソヌクレアーゼIを発見しました。それ以来、エキソヌクレアーゼII、III、IV、V、VI、VII、VIIIなど、数多くの発見がありました。各タイプのエキソヌクレアーゼには、特定のタイプの機能または要件があります。^[4]

エキソヌクレアーゼIは一本鎖DNAを3'→5'方向に分解し、デオキシリボヌクレオシド5'-一リン酸を次々に放出する。末端3'-OH基のないDNA鎖はリン酸化基やアセチル基によってブロックされているため切断されない。 ^[5]

エキソヌクレアーゼ IIは DNA ポリメラーゼ I と関連しており、DNA 合成部位のすぐ上流に含まれる RNA プライマーを 5' → 3' 方式で切り取る 5' エキソヌクレアーゼが含まれています。

エキソヌクレアーゼ IIIには 4 つの触媒活性があります。

3'から5'へのエキソデオキシリボヌクレアーゼ活性は二本鎖DNAに特異的である。
RNase活性
3'ホスファターゼ活性
APエンドヌクレアーゼ活性（後にエンドヌクレアーゼIIと呼ばれるようになった）。^[6]

エキソヌクレアーゼIVは水分子を付加し、オリゴヌクレオチドとヌクレオシド5'一リン酸の結合を切断することができる。このエキソヌクレアーゼは機能するためにMg 2+を必要とし、エキソヌクレアーゼIよりも高い温度で作用する。^[7]

エキソヌクレアーゼVは、 Ca2+を必要とする線状二本鎖DNAと一本鎖DNAを触媒する3'から5'への加水分解酵素です。^{[8]この酵素は}相同組換えのプロセスにおいて非常に重要です。

エキソヌクレアーゼ VIIIは 5' から 3' の二量体タンパク質であり、ATP や鎖内のギャップや切れ目は必要としませんが、その機能を実行するには遊離の 5' OH 基が必要です^{[引用が必要]}。

dnaQ

大腸菌では、 dnaQ遺伝子はDNAポリメラーゼIIIのεサブユニットをコードしている。^[9] εサブユニットはDNAポリメラーゼ複合体の3つのコアタンパク質のうちの1つである。これは、複製中に誤って組み込まれた塩基を除去する3'→5' DNA指向性校正エキソヌクレアーゼとして機能する。^[10] 同様に、サルモネラチフス菌では、 DNA複製中に用いられる3'から5'への編集機能は、DNAポリメラーゼIIIホロ酵素の3つの別々にコードされたコアタンパク質のうちの1つである3'から5'エキソヌクレアーゼサブユニットを指定する遺伝子dnaQによってコードされている。^[11]

大腸菌やチフス菌ではポリメラーゼと編集機能が別々の遺伝子でコードされているのに対し、細菌種ブフネラ・アフィディコラでは、DNA III (polC) 遺伝子でコードされているDNAポリメラーゼには、DNAポリメラーゼと3'から5'エキソヌクレアーゼドメインの両方が含まれています。^[11]大腸菌とチフス菌につながる系統では、進化の分岐 (約2億5千万年前から12億年前)が、DNAポリメラーゼ遺伝子機能と3'から5'エキソヌクレアーゼ 編集遺伝子機能の分離と関連しているようです。^[11]

人間における発見

3' から 5' へのヒト型エンドヌクレアーゼは、ヒストンのプレ mRNA の適切な処理に不可欠であることが知られており、U7 snRNP が単一の切断プロセスを指示します。下流切断産物 (DCP) の除去後、Xrn1 は産物が完全に分解されるまでさらに分解を続けます。^[12]これにより、ヌクレオチドがリサイクルされます。Xrn1は共転写切断 (CoTC) 活性にリンクされており、これは保護されていない 5' 末端を遊離させる前駆体として機能し、エキソヌクレアーゼが下流切断産物 (DCP) を除去して分解できるようにします。これにより、DNA または RNA 鎖が体内に蓄積されることは望ましくないため、転写終結が開始されます。^[13]

酵母の発見

CCR4-Notは出芽酵母の一般的な転写制御複合体であり、mRNA代謝、転写開始、およびmRNA分解に関連することがわかっています。CCR4には、 RNAおよび一本鎖DNAの3'から5'へのエキソヌクレアーゼ活性が含まれていることがわかっています。^[14]CCR4-Not に関連する別の成分はCAF1タンパク質であり、マウスおよびCaenorhabditis elegansに3'から5'または5'から3'のエキソヌクレアーゼドメインが含まれていることがわかっています。^[15]このタンパク質は酵母では見つかっていないため、後生動物に見られるような異常なエキソヌクレアーゼドメインを持っている可能性が高いことが示唆されています。^{[16]酵母には}Rat1およびXrn1エキソヌクレアーゼが含まれています。 Rat1はヒト型（Xrn2）と同じように機能し、細胞質内でのXrn1の機能は5'から3'方向で、Rat1が存在しない場合にRNA（pre-5.8sおよび25s rRNA）を分解します。^[17]^[18]

コロナウイルスの発見

SARS-CoV-2を含むベータコロナウイルスでは、ウイルスゲノムの一部である校正エキソヌクレアーゼnsp14-ExoNが、新しい株の出現に関与する組み換えに関与している。^[19]

参考文献

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外部リンク

米国国立医学図書館医学件名標目表(MeSH)のエキソヌクレアーゼ

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