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| エキソデオキシリボヌクレアーゼV | |||||||||
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 図1 RecBCD酵素の結晶構造（PDB：1W36）。[1]酵素のRecB、RecC、RecDサブユニットはそれぞれシアン、緑、マゼンタで色付けされており、酵素が結合している部分的にほどけたDNAヘリックスは茶色で色付けされている。 | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 3.1.11.5 | ||||||||
| CAS番号 | 37350-26-8 | ||||||||
| データベース | |||||||||
| インテンズ | IntEnzビュー | ||||||||
| ブレンダ | BRENDAエントリー | ||||||||
| エクスパス | NiceZyme ビュー | ||||||||
| ケッグ | KEGGエントリー | ||||||||
| メタサイク | 代謝経路 | ||||||||
| プリアモス | プロフィール | ||||||||
| PDB構造 | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
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エキソデオキシリボヌクレアーゼV（EC 3.1.11.5、RecBCD、エキソヌクレアーゼV、大腸菌エキソヌクレアーゼV、大腸菌エキソヌクレアーゼV、遺伝子recBCエンド酵素、RecBCデオキシリボヌクレアーゼ、遺伝子recBC DNase、遺伝子recBCD酵素）は、大腸菌の酵素であり、電離放射線、複製エラー、エンドヌクレアーゼ、酸化損傷、およびその他の多くの要因によって生じる可能性のあるDNAの潜在的に致命的な二重鎖切断からの組換え修復を開始します。 [2] [3] RecBCD酵素は、DNAの鎖をほどく、つまり分離するヘリカーゼであると同時に、 DNAに一本鎖の切れ目を作るヌクレアーゼでもあります。 [1]エキソヌクレアーゼ切断（ATP存在下）を5′から3′または3′から5′方向へ触媒し、5′ホスホオリゴヌクレオチドを生成する。
構造
酵素複合体は、RecB、RecC、RecDと呼ばれる3つの異なるサブユニットで構成されているため、RecBCDと名付けられています（図1）。recD遺伝子が発見される前は、 [ 4]この酵素は「RecBC」として知られていました。各サブユニットは別々の遺伝子によってコードされています。
関数
RecDサブユニットとRecBサブユニットは両方ともヘリカーゼ、すなわちDNA（または他のタンパク質の場合はRNA）を巻き戻すエネルギー依存性分子モーターです。RecBサブユニットはさらにヌクレアーゼ機能を持っています。[5] 最後に、RecBCD酵素（おそらくRecCサブユニット）は、Chi （ギリシャ文字のχで示されることもあります）として知られるDNAの特定の配列5'- GCTGGTGG -3'を認識します。
RecBCDはヘリカーゼの中でも珍しいもので、異なる速度で移動する2つのヘリカーゼを持ち[6]、Chi DNA配列を認識して変更できる。[7] [8] RecBCDは線状二本鎖（ds）DNAの末端に熱心に結合します。RecDヘリカーゼは酵素が巻き戻しを開始する5'末端を持つ鎖上を移動し、RecBは3'末端を持つ鎖上を移動します。RecBはRecDよりも遅いため、一本鎖（ss）DNAループがRecBの前に蓄積します（図2）。これにより、電子顕微鏡で観察すると、2つのssテール（短い3'末端テールと長い5'末端テール）と1つのssループ（3'末端鎖上）を持つDNA構造が生成されます。[9] ssテールはアニールして、最初のループと相補的な2番目のssループを生成します。このようなツインループ構造は当初「ラビットイヤー」と呼ばれていました。
作用機序
巻き戻し中、RecBのヌクレアーゼは、反応条件、特にMg 2+イオンとATP の濃度比に応じてさまざまな方法で作用します。 (1) ATPが過剰の場合、酵素は単にChiで鎖（最初の3'末端を持つ鎖）に切り込みを入れます（図2）。[10] [11] 巻き戻しは継続し、末端近くにChiを持つ3' ssテールを生成します。このテールはRecAタンパク質と結合することができ、これは完全な相同DNA二重鎖との鎖交換を促進します。[12] RecBCDがDNAの末端に到達すると、3つのサブユニットすべてが分解し、酵素は1時間以上不活性のままです。[13] Chiで作用したRecBCD分子は別のDNA分子を攻撃しません。 （２） Mg2 +イオンが過剰の場合、RecBCDは両方のDNA鎖をエンドヌクレアーゼ的に切断しますが、5'末端の切断頻度は低くなります（図3）。 [14] RecBCDが3'末端鎖上のChi部位に遭遇すると、巻き戻しが一時停止し、3'末端の消化が減少します。[15] RecBCDが巻き戻しを再開すると、今度は反対の鎖（つまり、5'末端）を切断し[16] [17]、RecAタンパク質を3'末端鎖にロードします。[12] 1つのDNA分子に対する反応を完了した後、酵素はすぐに2番目のDNAを攻撃し、最初のDNAと同じ反応が起こります。
どちらの反応も細胞内 DNA の分析によって検証されていないが、反応中間体の一過性のため、遺伝学的証拠は最初の反応が細胞内の反応をよりよく模倣していることを示している。[2] たとえば、Chi の活性は、細胞内および過剰な ATP との反応の両方で 3' 側のヌクレオチドの影響を受けるが、過剰な Mg 2+との反応では影響を受けない[PMID 27401752、27330137]。検出可能なエキソヌクレアーゼ活性を欠く RecBCD 変異体は、細胞内で高い Chi ホットスポット活性を維持し、細胞外で Chi での切断が起こる。[18] 細胞内の 1 つの DNA 分子上の Chi サイトは、別の DNA 上の Chi 活性を低下または排除する。これは、過剰な ATP および Chi での DNA 切断の条件下で in vitro で観察された RecBCD の Chi 依存的分解を反映している可能性がある。[19] [20]
どちらの反応条件でも、3' 鎖は Chi の下流で無傷のままです。次に、 RecAタンパク質は RecBCD によって 3' テールに積極的にロードされます。[12] RecBCD は DNA から解離しますが、RecBCD は少なくとも 60 kb の DNA を脱落することなくほどくことができます。RecA は、結合している DNA 鎖を、無傷の DNA 二重鎖内の同一またはほぼ同一の鎖と交換します。この鎖交換により、D ループなどの結合 DNA 分子が生成されます(図 2)。結合 DNA 分子は、侵入した Chi を含む 3' 末端鎖によってプライミングされた複製、または D ループの切断とホリデイジャンクションの形成によって分解されると考えられています。ホリデイジャンクションは、 RuvABC複合体によって線状 DNA に分解されるか、RecG タンパク質によって解離されます。これらの各イベントにより、親 DNA とは異なる新しい遺伝子マーカーの組み合わせを持つ完全な DNA が生成されることがあります。このプロセス(相同組換え) により、二本鎖 DNA 切断の修復が完了します。
アプリケーション
RecBCDは、タンパク質-DNA相互作用の機能をよりよく理解するための実験技術として、単一分子蛍光を利用するためのモデル酵素です。 [21] この酵素は、活性にDNA末端を必要とするため、環状二本鎖DNAの調製物から一本鎖または二本鎖の線状DNAを除去するのにも有用です。
参考文献
- ^ ab Singleton MR、Dillingham MS、 Gaudier M、Kowalczykowski SC、 Wigley DB (2004 年 11 月)。 「 RecBCD 酵素の結晶構造が DNA 切断を処理する機械を明らかにする」。Nature。432 ( 7014 ) : 187–93。Bibcode :2004Natur.432..187S。doi : 10.1038/nature02988。PMID 15538360。S2CID 2916995 。
- ^ ab Smith, GR (2012年6月). 「RecBCD酵素とChiがDNA切断修復と組み換えを促進する仕組み：分子生物学者の視点」Microbiol Mol Biol Rev . 76 (2): 217–28. doi :10.1128/MMBR.05026-11. PMC 3372252 . PMID 22688812.
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外部リンク
- 米国国立医学図書館の医学件名標目表(MeSH)のエキソデオキシリボヌクレアーゼ + V
- 米国国立医学図書館の医学件名標目(MeSH)にあるエキソデオキシリボヌクレアーゼ + V、+ E + coli
- EC3.1.11.5
