ヒンドIII

HindIII制限エンドヌクレアーゼ
PDB : 2E52​ 座標に基づく、二重らせん DNA (茶色) と複合体を形成した HindIII 制限エンドヌクレアーゼ二量体 (シアンおよび緑) の結晶構造。
識別子
シンボル	RE_ヒンディー語
パム	PF09518
インタープロ	著作権
利用可能なタンパク質構造: パム   構造 / ECOD   ＰＤＢ RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBサム 構造の概要

Hin dIII（発音は「ヒンディースリー」）は、インフルエンザ菌から単離されたII型部位特異的デオキシリボヌクレアーゼ制限酵素であり、補因子Mg ²⁺の存在下で加水分解により。 ^[1]

AA 間のこの配列の切断により、DNA 上にスティッキー エンドと呼ばれる 5' オーバーハングが生成されます。

5'-A |AGCT T-3'

3'-TTCGA| A-5'

制限エンドヌクレアーゼは、原核生物の制限修飾システムにおける防御機構として使用されます。その主な機能は、外来DNA、主にバクテリオファージDNAの侵入から宿主ゲノムを保護することです。制限酵素が修飾酵素とともに利己的要素として作用したり、遺伝子組み換えや転座に関与したりすることを示唆する証拠もあります。^[2]

HindIIIの構造は複雑で、ホモ二量体からなる。他のII型制限酵素と同様に、4つのβシートと1つのαヘリックスからなる共通の構造コアを含むと考えられている。各サブユニットには300個のアミノ酸が含まれ、予測される分子量は34,950 Daである。分子生物学とDNA技術におけるこの酵素の重要性にもかかわらず、DNA認識とリン酸ジエステル結合切断のメカニズムに関する情報はほとんどない。^{[1]しかし、HindIIIは、} Eco RI、Bam HI、Bgl IIなどの他のII型酵素に見られるDNA認識と触媒の共通のメカニズム を利用していると考えられている。これらの酵素には、ほとんどのII型制限酵素でDNAを切断するために必要な陽イオンであるMg ^{2+を配位する}アミノ酸配列モチーフPD-(D/E)XKが含まれている。^[4] 補因子Mg ^2+は、他の陽イオンとともに水分子と結合し、酵素の触媒部位に運ぶと考えられています。ほとんどの文書化されたII型制限エンドヌクレアーゼとは異なり、HindIIIは、Mg ^{2+がMn 2+}などの他の補因子の代わりに使用されると、触媒活性がほとんどまたはまったくないという点で独特です。^[1]

タイプ II エンドヌクレアーゼの構造と触媒作用の関係については不確実性があるものの、制限酵素 HindIII の部位特異的変異誘発により、関与する主要なアミノ酸残基に関する多くの知見が得られました。特に、残基 125 の Lys を Asn に、残基 108 の Asp を Leu に置換すると、DNA 結合と HindIII の触媒機能が大幅に低下しました。 [ ^{1]別の変異誘発研究では、残基 123 の Asp から Asn への変異により酵素活性が低下することが示されました。この残基は、攻撃する}求核剤 との直接的な相互作用ではなく、DNA の巻き戻しと水への配位に関与している可能性が高いにもかかわらず、その特定の機能は不明です。^[4]

制限酵素は特定のDNA配列を切断しますが、制限部位に局在する前に、まずDNA骨格と非特異的に結合する必要があります。平均して、制限酵素は認識配列の塩基と15〜20個の水素結合を形成します。他のファンデルワールス相互作用の助けを借りて、この結合はDNA酵素複合体の構造変化を促進し、触媒中心の活性化につながります。^[2]

HindIIIによるDNA切断の正確なメカニズムを示唆する証拠はないが、部位変異分析とEcoRVにおける金属イオン媒介触媒のより詳細な研究とを組み合わせることで、以下の触媒メカニズムが提案された。EcoRVによるDNAの加水分解中に、触媒残基Lys-92が攻撃する水求核剤を安定化および配向し、Asp-90のカルボキシレートが離脱する水酸化物アニオンをMg 2+の配位によって安定化することが示唆されている。さらに、酵素機能はAsp-74残基の正しい位置に依存しており、攻撃する水分子の求核性を高める^役割を果たしていることを示唆している。^[5]

前述の部位変異誘発実験の結果、HindIII の Lys-125、Asp-123、Asp-108 はそれぞれEcoRVの Lys-92、Asp-90、Asp-74 と同様に機能することが提案されています。Lys-125 は攻撃する水分子の位置を決め、Asp-108 は求核性を高めます。Asp-123 は Mg2+ に配位し、今度は離脱する水酸化物イオンを安定化します。

HindIIIやその他のタイプII制限酵素は、現代科学、特にDNAの配列決定とマッピングにおいて非常に有用である。タイプI制限酵素とは異なり、タイプII制限酵素はDNAを非常に特異的に切断する。タイプI制限酵素は特定の配列を認識し、認識部位以外の部位でDNAをランダムに切断するのに対し、タイプII制限酵素は特定の認識部位でのみ切断する。^{[6] 1970年代初頭の発見以来、タイプII制限酵素は、特に}遺伝子工学と分子生物学の 分野で、科学者がDNAを扱う方法に革命をもたらしてきた。

II型制限酵素の主な用途には、遺伝子分析とクローニングがあります。これらは、タンパク質と核酸の相互作用、構造と機能の関係、進化のメカニズムの研究のための理想的なモデリングシステムであること が証明されています。^{[2]これらは、DNAを特異的に切断してDNAの除去または挿入を可能にする能力により、}遺伝子変異の研究のための優れたアッセイになります。制限酵素を使用することで、科学者は特定の遺伝子を変更、挿入、または削除することができ、特に生物のゲノムを変更する場合は非常に強力なツールとなります。