粘着性と鈍い端

DNA 末端とは、線状DNA分子の末端の特性を指し、分子生物学では、末端の相補鎖の形状に基づいて「粘着性」または「鈍い」と表現されます。粘着末端では、一方の鎖がもう一方の鎖よりも長く (通常は少なくとも数ヌクレオチド分)、長い方の鎖には対になっていない塩基が残ります。鈍い末端では、両方の鎖の長さが同じです。つまり、同じ塩基位置で終わっており、どちらの鎖にも対になっていない塩基は残りません。

この概念は分子生物学、クローニング、または挿入 DNA をベクター DNAにサブクローニングするときに使用されます。このような末端は、分子のホスホジエステル骨格を特定の位置で切断する制限酵素によって生成されることがあり、それ自体はエキソヌクレアーゼおよびエンドヌクレアーゼと呼ばれるより大きなクラスの酵素に属します。両方の鎖の骨格を隣接していない位置で切断する制限酵素は、交互に切断して 2 つの重なり合った粘着末端を生成しますが、直線切断 (両方の鎖で互いに真向かいの位置) を行う酵素は 2 つの平滑末端を生成します。^[1]

一本鎖の非環状 DNA 分子には、 3' 末端と 5' 末端という2 つの非同一末端があります(通常、「スリープライム末端」および「ファイブプライム末端」と発音されます)。数字は、DNA 分子のバックボーンの重要な部分を形成する糖であるデオキシリボースの炭素原子の番号を示します。DNA のバックボーンでは、1 つのデオキシリボースの 5' 炭素が、ホスホジエステル結合によって別のデオキシリボースの 3' 炭素に連結されています。^[2]

DNA分子が通常二本鎖の場合、2本の鎖は反対方向に伸びます。したがって、分子の一方の端には鎖1の3'末端と鎖2の5'末端があり、もう一方の端ではその逆になります。^[2]しかし、分子が二本鎖であるという事実により、さまざまなバリエーションが可能になります。

二本鎖分子の最も単純な DNA 末端は、平滑末端と呼ばれます。平滑末端は非付着末端とも呼ばれます。平滑末端分子では、両方の鎖が塩基対で終わっています。バイオテクノロジーでは、平滑末端が常に望ましいわけではありません。DNAリガーゼを使用して2 つの分子を 1 つに結合する場合、平滑末端では収量が大幅に低くなるためです。^[3]サブクローニングを実行する場合、挿入 DNA が望まれる方向とは逆の方向に挿入される可能性があるという欠点もあります。一方、平滑末端は常に互いに互換性があります。以下は、平滑末端 DNA の小片の例です。

5'- GATCTGACTGATGCGTATGCTAGT -3'
3'- CTAGACTGACTACGCATACGATCA -5'

非平滑末端は、さまざまなオーバーハングによって作られます。オーバーハングは、DNA分子の末端にある不対ヌクレオチドの連続です。これらの不対ヌクレオチドはどちらの鎖にもあり、3'または5'オーバーハングを形成します。^[3]これらのオーバーハングはほとんどの場合回文構造です。

最も単純なオーバーハングの例は、単一のヌクレオチドです。これはほとんどの場合アデニンであり、一部のDNA ポリメラーゼによって 3' オーバーハングとして生成されます。これは、このような酵素によって生成されたPCR産物のクローニングで最もよく使用されます。産物は、3'チミンオーバーハングを持つ線状 DNA 分子と結合されます。アデニンとチミンは塩基対を形成するため、リガーゼによって 2 つの分子が結合しやすくなり、環状分子が生成されます。以下は A オーバーハングの例です。

5'- ATCTGACTA -3'
3'- TAGACTGA -5'

より長いオーバーハングは、付着末端または粘着末端と呼ばれます。^{[3]これらは、}制限エンドヌクレアーゼがDNAを切断するときに最もよく生成されます。多くの場合、制限エンドヌクレアーゼは2本のDNA鎖を互いに4塩基対切断し、一方の分子に4塩基の3'オーバーハングを作成し、もう一方の分子に相補的な3'オーバーハングを作成します。これらの末端は、リガーゼによって簡単に結合できるため、付着末端と呼ばれます。

たとえば、次の 2 つの「粘着」末端 (4 塩基の 5' オーバーハング) は互換性があります。

5'- ATCTGACT         GATGCGTATGCT -3'
3'- TAGACTGACTACG         CATACGA -5'

また、異なる制限酵素は通常異なるオーバーハングを生成するため、DNA 片を（各末端に異なる酵素を使用）切除し、同じ酵素で末端を切り取った別の DNA 分子に結合させることでプラスミドを生成することが可能です。リガーゼが機能するにはオーバーハングが相補的でなければならないため、2 つの分子は 1 つの方向にしか結合できません。これは分子生物学では非常に望ましいことです。

粘着末端は、平滑化と呼ばれるプロセスによって平滑末端に変換できます。平滑末端では、粘着末端を相補的なヌクレオチドで埋めます。これにより平滑末端が得られますが、粘着末端の方が好ましい場合が多く、この方法の主な用途は、ギャップを埋めるために放射性標識ヌクレオチドを使用して DNA を標識することです。^[4]平滑末端は、粘着末端を作成する制限エンドヌクレアーゼの認識配列を含む二本鎖リンカー配列を追加し、その後制限酵素を適用することによっても粘着末端に変換できます。または、ホモポリマーテーリングによっても、平滑末端は粘着末端に変換できます。ホモポリマーテーリングとは、分子の 3' 末端を 1 つのヌクレオチドのみで延長し、一致するヌクレオチドとの特定のペアリングを可能にすることです (例: ポリ C とポリ G)。^[3]

DNA の各一本鎖の向かい側では、通常、アデニンとチミン、シトシンとグアニンが対になって、以下に示すように平行な相補鎖を形成します。このように互いに対応する 2 つのヌクレオチド配列は、相補的と呼ばれます。

5'- ATCTGACT -3'
3'- TAGACTGA -5'

ほつれた末端とは、二本鎖（またはその他の多重鎖）DNA分子の末端付近に、非相補的配列の割合がかなり多い領域を指します。つまり、隣接する鎖のヌクレオチドが正しく一致しない配列です。

5'- ATCTGACTAGGCA -3'
3'- TAGACTGA CTACG -5'

「ほつれた」という用語が使用されるのは、間違って一致したヌクレオチドは結合を避ける傾向があり、ほつれたロープの糸のように見えるためです。

二本鎖 DNA の中央に非相補的な配列が存在する可能性もありますが、末端から離れた不一致領域は「ほつれた」とは呼ばれません。

ロナルド・W・デイビスは、制限酵素EcoRIの作用によって生じる粘着末端を初めて発見した。^[5]

スティッキーエンドリンクはそれぞれ安定性が異なります。形成の自由エネルギーを測定することで安定性を推定できます。オリゴヌクレオチドのUV熱変性曲線に関連するデータから、さまざまな配列の自由エネルギーを近似することができます。^[6]また、分子動力学シミュレーションからの予測では、一部のスティッキーエンドリンクは他のものよりも伸縮性がはるかに強いことが示されています。^[7]

Wikidata には次のプロパティがあります:

• 凝集末端を生成する（P4914）（用途を参照）

• サムブルック、ジョセフ、デイビッド・ラッセル（2001年）。『分子クローニング：実験マニュアル』ニューヨーク：コールド・スプリング・ハーバー・ラボラトリー・プレス、ISBN  0879695765。