Эндонуклеазы рестрикции, рестриктазы (от лат.restrictio — ограничение) — группа ферментов, относящихся к классу гидролаз, катализирующих реакцию гидролиза нуклеиновых кислот.
В отличие от экзонуклеаз, рестриктазы расщепляют нуклеиновые кислоты не с конца молекулы, а в середине. При этом каждая рестриктаза узнаёт определённый участок ДНК длиной от четырёх пар нуклеотидов и расщепляет нуклеотидную цепь внутри участка узнавания или вне его.
Защита бактериального генома от собственной рестриктазы осуществляется с помощью метилирования нуклеотидных остатков аденина и цитозина (маскированием)[1].
При проведении рестрикции в неоптимальных условиях эндонуклеазы проявляют звёздную активность (снижение специфичности рестрикции).
Рестриктазы первого типа (например, ЕсоК из Escherichia coli К12) узнают определённую последовательность нуклеотидов и разрезают двухцепочную молекулу ДНК неподалёку от этой последовательности в произвольной точке и само место разреза не строго специально (по-видимому, после образования комплекса с ДНК фермент неспецифически взаимодействует с удалённой областью ДНК или передвигается вдоль цепи ДНК).
Рестриктазы второго типа (например, EcoRI, XbaI) узнают определённую последовательность и разрезают двойную спираль ДНК в определённой фиксированной точке внутри этой последовательности. Рестриктазы этого типа узнают палиндромные последовательности, которые обладают центральной осью и считываются одинаково в обе стороны от оси симметрии.
Рестриктазы третьего промежуточного типа (например, EcoPI) узнают нужную последовательность и разрезают двухцепочную молекулу ДНК, отступив определённое число нуклеотидных пар от её конца (или в нескольких точках на разном удалении от сайта узнавания). При этом образуются фрагменты ДНК либо с ровными (тупыми) концами, либо с выступающими (липкими) 5'- или 3'-концами. Эти рестриктазы узнают асимметричные сайты.
К 2007 году выделено более трёх тысяч эндонуклеаз рестрикции.[3] Более шестисот рестриктаз доступны в виде коммерческих препаратов и повседневно используются в лабораториях для модификации ДНК и решения генно-инженерных задач.[4][5][6]
Изошизомеры
Изошизомеры — это пары эндонуклеаз рестрикции, имеющих специфичность к распознаванию одинаковых последовательностей, но иногда отличающихся по наличию метилированных нуклеотидных остатков, и разрезающих эти последовательности в одинаковых местах. Например, изошизомерами являются рестриктазы Sph I (CGTAC^G) и Bbu I (CGTAC^G). Первый выделенный фермент для узнавания и специфического разрезания заданной последовательности, называют прототипом, а все остальные подобные рестриктазы называют изошизомерами.
Изошизомеры выделяют из разных штаммов бактерий и поэтому разные изошизомеры могут требовать разных условий реакции.
Гетерошизомеры (неошизомеры)
Фермент, узнающий такую же последовательность, но разрезающий её по-другому, называют гетерошизомером (неошизомером). Изошизомеры, таким образом, являются частным случаем гетерошизомеров. Например, рестриктазы Sma I (GGG^CCC) и Xma I (G^GGCCC) являются гетерошизомерами, но не изошизомерами друг для друга.
Изокаудомеры
Рестриктазы, распознающие совершенно разные последовательности, но образующие одинаковые концы, называют изокаудомерами.
Искусственные рестриктазы
В генной инженерии широко используются искусственные рестриктазы, получаемые путём слияния ДНК-связывающего домена цинкового пальца с ДНК-разрезающим доменом нуклеазы[7][8].
Домен цинкового пальца может быть спроектирован так чтобы узнавать и связываться с желаемой последовательностью ДНК[9]. Альтернативой нуклеазам с цинковым пальцем являются искусственные ферменты рестрикции TALEN, получаемые путём слияния ДНК-связывающего домена TAL-эффектора с доменом расщепления ДНК [10][11][12][13].
Эндонуклеазы, работающие по «наводке» РНК
Для редактирования генома в клетках человека используются также эндонуклеазы системы CRISPR-Cas9, расщепляющие определенные последовательности ДНК по «наводке» комплементарной РНК[14][15][16][17][18][19].
В отличие от цинковых пальцев и TALEN, системе CRISPR-Cas для узнавания ДНК требуется только создание соответствующей последовательности РНК «гида», а не создание новых белковых доменов фермента, что делает этот метод гораздо более доступным благодаря простоте и сравнительной дешевизне[20][21][22][23][24].
Значение
В практической молекулярной биологии чаще всего используются рестриктазы II типа, сайт узнавания для которых в большинстве случаев представляет собой палиндром. Все рестриктазы II типа — Mg2+-зависимы.
Рестриктазы — часть сложной системы рестрикции-модификации, используемой бактериальными клетками для регуляции содержания и активности ДНК в клетке.
↑ Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Робертс К., Уотсон Дж.Молекулярная биология клетки: в трех томах.— 2.— Москва: Мир, 1994.— Т.1.— 517с.— 10 000 экз.— ISBN 5030019855.
↑ Primrose, Sandy B.; Old, R. W.Principles of gene manipulation: an introduction to genetic engineering.— Oxford: Blackwell Scientific, 1994.— ISBN 0-632-03712-1.
↑ Micklos, David A.; Bloom, Mark V.; Freyer, Greg A.Laboratory DNA science: an introduction to recombinant DNA techniques and methods of genome analysis.— Menlo Park, Calif: Benjamin/Cummings Pub. Co, 1996.— ISBN 0-8053-3040-2.
↑ Adrianne Massey; Helen Kreuzer.Recombinant DNA and Biotechnology: A Guide for Students.— Washington, D.C: ASM Press, 2001.— ISBN 1-55581-176-0.
↑ Fujii W, Kano K, Sugiura K, Naito K (2013) Repeatable Construction Method for Engineered Zinc Finger Nuclease Based on Overlap Extension PCR and TA-Cloning. PLoS ONE 8(3): e59801. DOI:10.1371/journal.pone.0059801
↑ Zhu, C., Gupta, A., Hall, V. L. et al. & Wolfe, S. A. (2013). Using defined finger–finger interfaces as units of assembly for constructing zinc-finger nucleases. Nucleic acids research, 41(4), 2455-246541 DOI:10.1093/nar/gks1357.
↑ Mussolino, C., & Cathomen, T. (2012). TALE nucleases: tailored genome engineering made easy. Current Opinion in Biotechnology, 23(5), 644-650 DOI:10.1016/j.copbio.2012.01.013
↑ Beumer, K. J., Trautman, J. K., Christian, M.,et al. & Carroll, D. (2013). Comparing Zinc Finger Nucleases and Transcription Activator-Like Effector Nucleases for Gene Targeting in Drosophila. G3: Genes| Genomes| Genetics, 3(10), 1717-1725 DOI:10.1534/g3.113.007260
↑ Sun, N., & Zhao, H. (2013). Transcription activator‐like effector nucleases (TALENs): A highly efficient and versatile tool for genome editing. Biotechnology and bioengineering, 110(7), 1811–1821 DOI:10.1002/bit.24890
↑ Zhang Z, Zhang S, Huang X, Orwig KE, Sheng Y (2013) Rapid Assembly of Customized TALENs into Multiple Delivery Systems. PLoS ONE 8(11): e80281. DOI:10.1371/journal.pone.0080281
↑ Cho, S. W., Kim, S., Kim, J. M., & Kim, J. S. (2013). Targeted genome engineering in human cells with the Cas9 RNA-guided endonuclease. Nature biotechnology, 31, 230–232. DOI:10.1038/nbt.2507
↑ Hsu, P. D., Scott, D. A., Weinstein, J. A.,et al. & Zhang, F. (2013) DNA targeting specificity of RNA-guided Cas9 nucleases. Nature biotechnology, 31(9), 827-832. DOI:10.1038/nbt.2647
↑ Golic, K. G. (2013) RNA-Guided Nucleases: A New Era for Engineering the Genomes of Model and Nonmodel Organisms. Genetics, 195(2), 303-308. DOI:10.1534/genetics.113.155093
↑ Ran, F. A., Hsu, P. D., Wright, J., et al. & Zhang, F. (2013). Genome engineering using the CRISPR-Cas9 system. Nature protocols, 8(11), 2281-2308 DOI:10.1038/nprot.2013.143
↑ Luhan Yang, Prashant Mali, Caroline Kim-Kiselak, and George Church (2014) CRISPR-Cas Mediated Targeted Genome Editing in Human Cells. In: Gene Correction. Methods and Protocols. Series: Methods in Molecular Biology, Vol. 1114 Storici, Francesca (Ed.) ISBN 978-1-62703-760-0
↑ Neena K. Pyzocha, F. Ann Ran, Patrick D. Hsu, and Feng Zhang (2014) RNA-Guided Genome Editing of Mammalian Cells. In: Gene Correction. Methods and Protocols. Series: Methods in Molecular Biology, Vol. 1114 Storici, Francesca (Ed.) ISBN 978-1-62703-760-0
↑ Li, M., Suzuki, K., Kim, N. Y., Liu, G. H., & Belmonte, J. C. I. (2013). A cut above the rest: targeted genome editing technologies in human pluripotent stem cells. Journal of Biological Chemistry, jbc-R113. DOI:10.1074/jbc.R113.488247
↑ Slaymaker, I. M., Gao, L., Zetsche, B., Scott, D. A., Yan, W. X., & Zhang, F. (2016). “Rationally engineered Cas9 nucleases with improved specificity”. Science. 351 (6268): 84–88. DOI:10.1126/science.aad5227.
↑ Kleinstiver B. P., Pattanayak V., Prew M. S., et al., & J. Keith Joung (2016). “High-fidelity CRISPR–Cas9 nucleases with no detectable genome-wide off-target effects”. Nature. DOI:10.1038/nature16526.
Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".
Другой контент может иметь иную лицензию. Перед использованием материалов сайта WikiSort.ru внимательно изучите правила лицензирования конкретных элементов наполнения сайта.
2019-2024 WikiSort.ru - проект по пересортировке и дополнению контента Википедии