エンドヌクレアーゼとエキソヌクレアーゼの違い

核酸エンドヌクレアーゼと核酸エキソヌクレアーゼの違いを見る前に、ヌクレアーゼとは何かを正確に理解することが重要である。ヌクレアーゼとは、核酸中のヌクレオチド間のホスホジエステル結合を切断する酵素のことである。核酸エンドヌクレアーゼと核酸エキソヌクレアーゼは、核酸酵素の2つの主要なグループです。核酸エンドヌクレアーゼと核酸エキソヌクレアーゼの大きな違いは、核酸エンドヌクレアーゼは核酸分子内のヌクレオチド間の結合を切断するのに対し、核酸エキソヌクレアーゼは核酸分子の3'や5'末端のヌクレオチド間の結合を切断する点である。

目次1. 概要と主な違い2. 核とは3. 核酸エンドヌクレアーゼとは4. 核酸エキソヌクレアーゼとは5. 横から見た比較-核酸エンドヌクレアーゼと核酸エキソヌクレアーゼ6. 総括

ヌクレアーゼ（a nuclease）は何ですか？

リボヌクレアーゼは、核酸中のヌクレオチド間のホスホジエステラーゼ結合を切断する酵素である。ヌクレオチド間の化学結合を加水分解することができるため、ヒドロラーゼのクラスに属します。この酵素は、細胞内で起こる自然なDNA修復機構や、バイオテクノロジープロセス（遺伝子クローニング、組み換えDNA技術、RFLP、AFLP、遺伝子配列決定、遺伝子治療、ゲノムマッピングなど）に不可欠なものである。

リボザイムには大きく分けてリボヌクレアーゼとデオキシリボヌクレアーゼがあり、それぞれRNAとDNAのモノマー間の化学結合に作用して切断する。ヌクレアーゼの作用部位により、エンドヌクレアーゼとエキソヌクレアーゼに大別される。核酸エンドヌクレアーゼは、核酸の特定の配列領域を認識し、核酸の途中に存在するヌクレオチド間のホスホジエステル結合を切断する。核酸エキソヌクレアーゼの間に位置する。

図1：ヌクレアーゼ活性

エンドヌクレアーゼは何ですか？

核酸エンドヌクレアーゼは、核酸を途中から切断するヌクレアーゼである。核酸の特定のヌクレオチド配列を認識し、ヌクレオチド間の化学結合を切断するものである。特定の制限部位を探し、結合を切断して制限フラグメントを生成することから、制限エンドヌクレアーゼとも呼ばれる。細菌および古細菌において100種類以上の制限酵素が同定されており、商業的に利用することが可能である。

制限酵素は、バイオテクノロジーにおいて幅広い用途があります。分子クローニングにおいて重要な役割を担っている。多くは2つのタンパク質サブユニットからなる二量体酵素である。2つのタンパク質サブユニットが二本鎖DNAに巻きつき、両側から両鎖を切断する。細菌にはユニークな認識部位を持つ制限酵素が何百種類も存在する。制限条件下での高い特異性**により、特定の配列のみを切断する。そのため、組換えDNA技術において非常に有用な分子ツールであると考えられている。制限酵素がなければ、組換えDNA分子の製造は不可能である。組換えDNA分子の構築は、ほとんどの分子生物学的手法において基本的なステップである。

制限酵素のユニークな配列識別を理解するために、以下の例を参考にしてください。

Bam HIは、DNA分子中の以下の制限部位（赤文字で示す部位）を探索する制限酵素で、Bam HIが制限部位から核酸を切断すると、以下の2つの断片を生成する。EcoRIも組み換えDNA技術に非常に有用な制限酵素で、図2のように特定の制限認識部位に作用してDNAを切断する。

図2：EcoRI

核酸エキソヌクレアーゼ（エキソヌクレアーゼの一種）は何ですか？

ヌクレアーゼは核酸の外鎖の3末端で切断する。鎖の末端にある個々のヌクレオチドを切断し、リン酸基を水に転移させることでヌクレオシドを生成する。核酸エキソヌクレアーゼは、古細菌、バクテリア、真核生物に存在する。大腸菌には、DNAポリメラーゼ1、2、3など17種類の核酸エキソヌクレアーゼが存在し、一部のDNAポリメラーゼは、3'から5'の核酸エキソヌクレアーゼの校正活性を示す。

核酸エキソヌクレアーゼは、DNA修復、遺伝子組み換え、突然変異の防止、ゲノムの安定化などに重要な役割を担っています。

図3：大腸菌RecBCDの核酸エキソヌクレアーゼ作用

エンドヌクレアーゼとエキソヌクレアーゼの違い

概要 - エンドヌクレアーゼ vs. エキソヌクレアーゼ

リボヌクレアーゼは、核酸のヌクレオチド間のホスホジエステル結合を切断する役割を担っています。ヌクレアーゼは、核酸鎖の内部で作用するものと、末端で作用するものがある。生体内のヌクレアーゼは、作用する部位により、大きく2種類に分けられる。核酸エンドヌクレアーゼと核酸エキソヌクレアーゼである。核酸エンドヌクレアーゼは核酸鎖の途中から、核酸エキソヌクレアーゼは核酸鎖の末端からヌクレオチドを切り出す。核酸エンドヌクレアーゼは、核酸鎖の特定の塩基配列を認識し、ヌクレオチド間の結合を切断できるため、組換えDNA技術において非常に重要な役割を担っている。

参考文献：1. "Restriction Enzymes", Restriction Enzymes | Open Access Articles | Open Access Journals | Conference Proceedings | Editorial | Authors | Reviews | Scientific Events. n, p., N.d. Web. 11 March 2017, Pingoud, Alfred and Albert Jeltsch.「タイプII制限エンドヌクレアーゼの構造と機能」Nucleic Acids Research.オックスフォード大学出版局、2001年9月15日。1973年3月11日、Lovett, Susan T. "DNA Exonucleases of Escherichia coli", EcoSal Plus.u, US National Library of Medicine, December 2011.に掲載されました。Web. 2017年3月11日