I-CreI

DNAエンドヌクレアーゼI-CreI
識別子
生物	クラミドモナス
シンボル	?
ユニプロット	P05725
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I- Cre Iはホーミングエンドヌクレアーゼであり、その遺伝子は単細胞緑藻類の一種であるクラミドモナス・ラインハルティの葉緑体ゲノムで初めて発見されました。^[1]この遺伝子は、Iイントロンに存在すること、クラミドモナス・ラインハルティから単離されたこと、そしてクラミドモナス・ラインハルティから単離された最初の（I）遺伝子であったことから名付けられました。この遺伝子は、クラミドモナス・ラインハルティ葉緑体の23SリボソームRNA遺伝子のグループIイントロンに存在し、I- Cre Iは、そのmRNAが23S遺伝子の一次転写産物からスプライスされた場合にのみ発現します。ホモ二量体として機能するI- Cre I酵素は、22ヌクレオチドの二重鎖DNAの配列を認識し、特定の位置で各鎖の1つのホスホジエステル結合を切断します。 I- Cre I は、 LAGLIDADG ホーミングエンドヌクレアーゼファミリーのメンバーです。これらのエンドヌクレアーゼはすべて、関連ドメインと活性部位に寄与する保存された LAGLIDADG アミノ酸モチーフを持っています。I- Cre I を含むイントロンが、イントロンのない 23S 対立遺伝子に遭遇すると、I- Cre I 酵素は 23S の「イントロンのない」対立遺伝子に「ホーミング」し、その親イントロンをイントロンのない対立遺伝子に挿入します。この動作をするイントロンは、可動イントロンと呼ばれます。I- Cre I は、宿主に利益を与えずに自身の増殖を可能にするため、利己的 DNAの例です。

I- Cre Iは、 C. reinhardtii葉緑体ゲノムの23S rRNA遺伝子の介在配列として初めて観察されました。 ^[1] 23S遺伝子はRNA遺伝子であり、その転写産物はタンパク質に翻訳されません。RNAとして、リボソームの大サブユニットの一部を形成します。163アミノ酸のタンパク質をコードするオープンリーディングフレームがこの23Sイントロンで発見され、タンパク質が可動性イントロンのホーミング挙動を促進する可能性があることが示唆されました。さらに、予測されたタンパク質には、グループI可動性イントロンでコードされている他のタンパク質に存在する保存されたアミノ酸配列であるLAGLIDADGモチーフがありました。1991年の研究では、ORFがDNAエンドヌクレアーゼI- Cre Iをコードし、これが23S一次転写産物からイントロンが切り取られる場所に対応する部位を選択的に切断することが判明しました。^[2]この研究では、イントロンがまだ存在しない23S対立遺伝子に侵入できることも示されました。^[2]

I- Cre I は、I- Cre I を含むイントロンを欠く 23S リボソーム RNA 遺伝子の対立遺伝子に発生する 22 ヌクレオチドの DNA 配列を切断するように進化しました。このような「イントロンのない」対立遺伝子が切断されると、細胞内で二本鎖切断修復経路が活性化されます。細胞は、原因となる I- Cre I 酵素を生成した 23S 対立遺伝子を修復のテンプレートとして使用し、I- Cre I を含むイントロンを複製します。^{[3]結果として生じる「イントロンのある」対立遺伝子には、I-} Cre I 酵素の完全なホーミング サイトが含まれないため、切断されません。このイントロンは、宿主に利益を与えることなく自身の複製を提供するため、I- Cre I は利己的な DNAの一種です。

I- Cre I はこのような長い DNA 配列を切断するように進化したため、通常 4 または 6 ヌクレオチド配列を切断する制限酵素とは異なり、非常に大きなゲノム内の 1 つの部位を切断することができます。4 または 6 ヌクレオチド配列は、単なる偶然により、数百万または数十億ヌクレオチドのゲノム中に何度も出現することが予想されますが、22 ヌクレオチド配列は 1 回しか出現しない可能性があります (10 ⁹ /4 ⁶対 10 ⁹ /4 ²² )。この I- Cre I 切断の特異性により、I- Cre I は遺伝子ターゲティングの有望なツールとなっています。ある遺伝子の欠陥のある対立遺伝子が原因で病気になった場合、その対立遺伝子を機能する対立遺伝子に置き換えることができれば役立つでしょう。 I- Cre I が欠陥のある対立遺伝子のみの DNA を切断するようにし、同時に細胞が修復テンプレートとして使用するための正常な対立遺伝子を提供することができれば、患者自身の相同組み換え機構が機能不全の対立遺伝子の代わりに目的の対立遺伝子を挿入することができます。また、I- Cre Iの特異性により、目的の遺伝子の外側の 二重鎖切断による有害な影響を軽減することもできます。

I- Cre I をこのようにツールとして使用するには、本来のホーミング部位とは異なる DNA 配列を認識して切断できるようにする必要があります。I- Cre I 構造とホーミング部位特異性の関係を研究するための大腸菌遺伝子システムが1997年に作成されました。^[5] 1997 年に I-CreI タンパク質の構造が決定され、^[6] 1998 年には本来の DNA ホーミング部位に結合した結晶構造が解明され、タンパク質のホーミング部位認識を変更する研究に大きく貢献しました。^[4]それ以来、ホーミング部位特異性が変更されたタンパク質の変異体が作成されています。^{[7] [8] [9]}サッカロミセス セレビシエの遺伝子システムも作成され、ホーミング部位特異性が変更された追加の I- Cre I 変異体が生成されています。^{[10] [11]}

I- Cre Iは、非常に人気のある真核生物モデル生物であるショウジョウバエにおいて相同組換えを誘導するためにすでに成功裏に使用されています。^{[12]分子生物学的技術の進歩とI} -Cre I由来の新規エンドヌクレアーゼのライブラリーの生成により、最終的には病因学的に重要な多くの遺伝子を標的とすることが可能になる可能性が非常に高いと思われます。