トポイソメラーゼIとIIの違いとは?分かりやすく解説!

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トポイソメラーゼIとIIの主な違いは、トポイソメラーゼIがDNA二重らせんの片方の鎖を切断するのに対し、トポイソメラーゼIIはDNA二重らせんの両方の鎖を切断する点です。

さらに、トポイソメラーゼIはATPの加水分解を必要としないのに対し、トポイソメラーゼIIはATPの加水分解を必要とすることもわかっています

さらに、トポイソメラーゼIには、IA型トポイソメラーゼ、IB型トポイソメラーゼ、IC型トポイソメラーゼがあり、IIには、IIA型トポイソメラーゼとIIB型トポイソメラーゼがあることが分かっています。

トポイソメラーゼIとIIは、DNA二重らせんのトポロジー上の問題を解決するための2つの酵素のクラスです。

一般に、このようなトポロジカルな問題は、スーパーコイル、ノッティング、カテネーションの3種類が主です。

これらは、DNAの複製や転写の際に発生する。

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トポイソメラーゼIとは

トポイソメラーゼIは、真核生物にのみ存在するトポイソメラーゼの一種である

真核生物にのみ存在するトポイソメラーゼで、DNAの二重らせんの巻き過ぎや巻き不足によるストレスを緩和させる役割を担っています。

この酵素の主な特徴は、その過程で一本鎖切断を生じることである

切断されたDNA鎖は、切断されていないDNA鎖の周りを回転することができ、ストレスを軽減することができます。

また、トポイソメラーゼIのもう一つの特徴は、この酵素はその機能にATPの加水分解を必要としないことである

弛緩後、切断された鎖は退去する。

図1: DNA複製におけるトポイソメラーゼの機能

トポイソメラーゼIには、IA型トポイソメラーゼ、IB型トポイソメラーゼ、IC型トポイソメラーゼの3つのサブクラスがあり、IA型トポイソメラーゼはDNA複製に重要な役割を果たす。

  • IA型トポイソメラーゼ:負のスーパーコイルを除去する役割を担う。その機能はマグネシウムに依存する。また、切断されるDNA鎖の5’末端と共有結合の中間体を形成する。
  • IB型トポイソメラーゼ – 回転機構を制御する。正負両方のスーパーコイルを除去し、3’末端と中間体を形成する。
  • IC型トポイソメラーゼ – 正負両方のスーパーコイルを除去する役割を担い、DNA修復に関与する。IB型トポイソメラーゼと同じで、3’末端と中間体を形成する。

トポイソメラーゼIIとは

トポイソメラーゼIIは、真核生物と原核生物の両方に存在するもう一つのクラスのトポイソメラーゼです。

DNA二重らせんのストレスを緩和する機能を持つが、二重鎖切断を生じる。

また、ATPの加水分解を利用する。

しかし、トポイソメラーゼIIには、IIA型トポイソメラーゼとIIB型トポイソメラーゼの2つのサブクラスが存在します。

図2:ヒトIIA型トポイソメラーゼ

  • IIA型トポイソメラーゼ・・・主に4種類。大腸菌のDNAジャイレース(負のスーパーコイルを生成)、大腸菌のトポイソメラーゼIV(負のスーパーコイルを緩和し、デカンテーションに関与)、ヒトのトポイソメラーゼIIα(転写時にDNAを緩和)、ヒトトポイソメラーゼIIβ(組換えを抑制)の4種類に大別される。
  • IIB型トポイソメラーゼは、正負両方のスーパーコイルを緩和させる役割を担っています。

両トポイソメラーゼともマグネシウムイオンに依存し、5’末端と中間体を形成することが重要です。

特に、トポイソメラーゼIIの機能はすべての生物の機能に必須であり、この酵素を欠いた細胞は生存不能になる。

トポイソメラーゼIとIIの類似性

  • トポイソメラーゼIとIIは、DNA二重らせんのトポロジー上の問題を解決するための2つの酵素です。
  • 巻かれたDNAと巻かれていないDNAの両方に作用する。
  • また、DNAの複製や転写の進行に不可欠な酵素です。
  • また、トポイソメラーゼは、1回の作用で切断されるDNA鎖の本数によって分類されます。

トポイソメラーゼIとIIの違い

定義

トポイソメラーゼIは、二本鎖DNAの片方の鎖を切断し、鎖を弛緩させ、再び結合させる酵素を指し、トポイソメラーゼIIは、DNAのもつれやスーパーコイルを制御するために、DNAらせんの両鎖を同時に切断する酵素を指す。

これがトポイソメラーゼIとIIの大きな違いです。

DNA鎖切断の種類

トポイソメラーゼIとIIのもう一つの大きな違いは、トポイソメラーゼIが一本鎖切断を起こすのに対して、トポイソメラーゼIIは二本鎖切断を起こすことである

発生状況

さらに、トポイソメラーゼIは真核生物に、トポイソメラーゼIIは真核生物と原核生物に存在する。

ATPの利用


トポイソメラーゼIはATPの加水分解を必要としないが、トポイソメラーゼIIはATPの加水分解を必要とする

したがって、この点もトポイソメラーゼIとIIの違いと言えます。

サブクラス

トポイソメラーゼIには、IA型トポイソメラーゼ、IB型トポイソメラーゼ、IC型トポイソメラーゼが、IIには、IIA型トポイソメラーゼとIIB型トポイソメラーゼが存在します。

結論

トポイソメラーゼIは、真核生物にのみ存在するトポイソメラーゼの一種である

一本鎖切断を生成し、切断の解除にATPを必要としません

一方、トポイソメラーゼIIは、真核生物と原核生物の双方に存在するトポイソメラーゼの一種です

ATPのエネルギーを使って二重鎖切断を生じさせます。

どちらのタイプのトポイソメラーゼも、DNAの複製や転写の際に発生するDNA二重らせんのストレスを和らげる役割を担っています。

しかし、トポイソメラーゼIとIIの主な違いは、それぞれのタイプの酵素が生成する鎖切断の種類にあります。

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