主な違い – エンドヌクレアーゼとエキソヌクレアーゼ
ヌクレアーゼは、DNAやRNAなどの核酸に含まれるヌクレオチド間のホスホジエステル結合を切断する加水分解酵素の一種である。
ヌクレアーゼは、作用する基質核酸の種類によって、リボヌクレアーゼとデオキシリボヌクレアーゼの2種類に分類される。
リボヌクレアーゼはRNAに作用するのに対し、デオキシリボヌクレアーゼはDNAに作用する。
また、ヌクレアーゼはエンドヌクレアーゼとエキソヌクレアーゼの2つに分けられる。
エンドヌクレアーゼとエキソヌクレアーゼの主な違いは、エンドヌクレアーゼが核酸鎖の中央で切断するのに対し、エキソヌクレアーゼは核酸鎖の末端から切断する点です。
細胞内におけるヌクレアーゼの主な役割は、DNAの修復機構に関与することである。
エンドヌクレアーゼとは
エンドヌクレアーゼとは、核酸を途中で切断する加水分解酵素の一種です。
エンドヌクレアーゼの作用により、核酸の断片が2つ以上になることがあります。
エンドヌクレアーゼは、DNAとRNAの両方に作用することができる。
デオキシリボヌクレアーゼ（DNase）のような一部のエンドヌクレアーゼの切断は非特異的です。
しかし、多くのエンドヌクレアーゼは、標的のヌクレオチド配列を特異的に切断する。
このような特異的なエンドヌクレアーゼは、制限酵素と呼ばれる。
制限酵素は、核酸鎖の特定の塩基配列を認識することができる。
このため、制限酵素は、核酸に作用する前に、特定の塩基配列をスキャンするタイムラグがあります。
この特定の塩基配列のことを制限部位と呼ぶ。
典型的な制限部位は、4～6個のヌクレオチドからなる回文状の配列です。
多くの制限酵素はDNA鎖を切断し、スティッキーエンドと呼ばれる一本鎖の末端を残す。
遺伝子工学では、このような制限酵素を利用して、目的の異なるDNA鎖を結紮して組換えDNAを作製することが広く行われている。
高等生物のDNAはメチル化されており、エンドヌクレアーゼがゲノムに作用するのを防いでいる。
しかし、原核生物のDNAはメチル化されていない。
したがって、真核生物宿主内の原核生物のDNAは、容易に切断の標的とすることができる。
図1に制限酵素Hind IIIの作用によるスティッキーエンドの形成の様子を示す。
エキソヌクレアーゼとは
エキソヌクレアーゼとは、核酸鎖の末端を切断する加水分解酵素の一種である。
3’末端または5’末端のホスホジエステル結合を加水分解することにより、核酸鎖からヌクレオチドを1つずつ除去する。
原核生物、真核生物ともに3種類のエキソヌクレアーゼが確認されている。
それらは、5′-3’エキソヌクレアーゼ、3′-5’エキソヌクレアーゼ、ポリ（A）-特異的3′-5’エキソヌクレアーゼです。
この3種類はいずれもmRNAのターンオーバーに関与している。
大腸菌のDNAポリメラーゼIIIは、原核生物のDNA複製時に成長鎖へのヌクレオチドの付加を触媒するが、そのεサブユニットには3′-5’エクソヌクレアーゼ活性が備わっている。
εサブユニットは、成長する鎖の末端から誤ったヌクレオチドを除去する。
図2: DNAポリメラーゼIの3′-5’エキソヌクレアーゼドメイン
DNAポリメラーゼIIIの3′-5’エキソヌクレアーゼ活性は、この酵素のプルーフリーディング活性と呼ばれるものです。
DNAポリメラーゼIは、5′-3’エキソヌクレアーゼ活性と3′-5’エキソヌクレアーゼ活性を併せ持つ。
5′-3’エキソヌクレアーゼ活性は一度に最大10個のヌクレオチドを除去することができる。
エキソヌクレアーゼは、DNAの校正、DNAの修復、DNAの安定化において重要な役割を担っている。
図2に、DNAポリメラーゼIの3′-5’エキソヌクレアーゼドメインを示す。
エンドヌクレアーゼとエキソヌクレアーゼの類似性
- エンドヌクレアーゼとエキソヌクレアーゼは、核酸を切断する2種類のヌクレアーゼです。
- エンドヌクレアーゼ、エキソヌクレアーゼともに、DNAとRNAの両方に作用する。
- いずれのヌクレアーゼも細胞内のDNA修復に関与している。
エンドヌクレアーゼとエキソヌクレアーゼの相違点
定義
エンドヌクレアーゼ。
ポリヌクレオチド鎖の両末端以外のヌクレオチドを切断する酵素のこと。
エキソヌクレアーゼ。
ポリヌクレオチド鎖の末端からヌクレオチドを1つずつ取り除いて切断する酵素を指す。
作用機序
エンドヌクレアーゼ。
エンドヌクレアーゼは、核酸の途中で切断する。
エキソヌクレアーゼ。
核酸の末端を切断する。
ラグフェーズ
エンドヌクレアーゼのこと。
制限酵素が活性化するまでにラグ期があります。
Exonuclease（エキソヌクレアーゼ）。
エキソヌクレアーゼは、活性化するまでにラグがない。
結果
エンドヌクレアーゼ。
エンドヌクレアーゼは、オリゴヌクレオチドを生成します。
エキソヌクレアーゼ。
エキソヌクレアーゼは、シングルヌクレオチドまたはヌクレオシドを生成します。
ブラント/スティッキーエンド
エンドヌクレアーゼ。
エンドヌクレアーゼは、ブラントエンドとスティッキーエンドのいずれかを形成することができる。
エキソヌクレアーゼ。
エキソヌクレアーゼは粘着性のある末端を形成する。
役割
エンドヌクレアーゼ。
エンドヌクレアーゼは、病原体の侵入を阻止する。
エキソヌクレアーゼ。
エキソヌクレアーゼは、病原体の侵入を阻止する上で重要な役割はない。
例
エンドヌクレアーゼ。
DNase、S1 nuclease、Bam H1、Hind III、Eco RIなどの制限酵素がエンドヌクレアーゼとして挙げられる。
エキソヌクレアーゼ。
ヘビ毒、脾臓ホスホジエステラーゼ、DNAポリメラーゼIIIの3’〜5’エキソヌクレアーゼドメイン、DNAポリメラーゼIの5’〜3’エキソヌクレアーゼ活性および3’〜5’エキソヌクレアーゼドメインが挙げられる。
結論
エンドヌクレアーゼとエキソヌクレアーゼは、ヌクレオチド間のホスホジエステル結合を加水分解することによって核酸を切断する2種類のヌクレアーゼです。
エンドヌクレアーゼはポリヌクレオチド鎖の中央を切断し、エキソヌクレアーゼはポリヌクレオチド鎖の末端を切断する。
制限酵素はエンドヌクレアーゼの一種で、ポリヌクレオチド鎖を特定の配列で切断する。
エキソヌクレアーゼは、複製されたDNAの校正に重要です。
しかし、エンドヌクレアーゼとエキソヌクレアーゼの主な違いは、ポリヌクレオチド鎖を切断する場所です。
