HindIII - HindIII

Эндонуклеаза рестрикции HindIII
2e52.png
Кристаллографическая структура димера эндонуклеазы рестрикции HindIII (голубой и зеленый) в комплексе с двойной спиральной ДНК (коричневый) на основе PDB: 2Э52Координаты.
Идентификаторы
СимволRE_Hindiii
PfamPF09518
ИнтерПроIPR019043
эндонуклеаза рестрикции hindIIIR типа II
Идентификаторы
СимволhindIIIR
Ген NCBI950303
PDB2e52 Больше структур
UniProtP43870
Прочие данные
Номер ЕС3.1.21.4

HindIII (произносится как «Hin D Three») представляет собой сайт-специфичную дезоксирибонуклеазу типа II. рестрикционный фермент изолирован от Haemophilus influenzae который расщепляет палиндромную последовательность ДНК AAGCTT в присутствии кофактора Mg2+ через гидролиз.[1]

HinПроцесс ограничения dIII приводит к образованию нависающих палиндромных липких концов.

Расщепление этой последовательности между AA приводит к образованию 5 'выступов на ДНК, называемых липкие концы:

5'-A | A G C T T-3 '

3'-T T C G A | А-5 '

Эндонуклеазы рестрикции используются в качестве защитных механизмов при прокариотический организмов в система модификации ограничений. Их основная функция - защищать геном хозяина от вторжения чужеродной ДНК, в первую очередь бактериофаг ДНК. Есть также данные, свидетельствующие о том, что рестрикционные ферменты могут действовать вместе с модифицирующими ферментами как эгоистичные элементы или могут участвовать в генетическая рекомбинация и транспозиция.[2]

Структура фермента

BglII каталитический сайт, показывающий координацию Asp 84 и Mg2+ с водой[3]

Структура HindIII сложна и состоит из гомодимера. Как и другие эндонуклеазы рестрикции типа II, он, как полагают, содержит общее структурное ядро, состоящее из четырех β-листы и один α-спираль. Каждая субъединица содержит 300 аминокислоты и прогнозируемая молекулярная масса составляет 34 950 Да. Несмотря на важность этого фермента в молекулярная биология и технологии ДНК, имеется мало информации о механизме распознавания ДНК и фосфодиэфирная связь расщепление.[1] Однако считается, что HindIII использует общий механизм распознавания и катализ ДНК, обнаруженной в других ферментах типа II, таких как ЭкоRI, БамЗДРАВСТВУЙ, и BglII. Эти ферменты содержат аминокислота мотив последовательности PD- (D / E) XK для координации Mg2+, катион, необходимый для расщепления ДНК в большинстве эндонуклеаз рестрикции II типа.[4] Кофактор Mg2+ Считается, что он связывает молекулы воды и переносит их к каталитическим центрам ферментов, среди других катионов. В отличие от большинства документированных эндонуклеаз рестрикции типа II, HindIII уникален тем, что он практически не имеет каталитической активности, когда Mg2+ заменяется другими кофакторами, такими как Mn2+.[1]

Сайт-направленный мутагенез

Несмотря на неопределенность относительно взаимосвязи между структурой и катализом эндонуклеаз типа II, сайт-направленный мутагенез эндонуклеазы рестрикции HindIII предоставили много информации о ключевых аминокислота вовлеченные остатки. В частности, замена Asn на Lys по остатку 125 и Leu на Asp по остатку 108 значительно снижает связывание ДНК и каталитическую функцию HindIII.[1] В отдельном исследовании мутагенеза было показано, что мутация по остатку 123 от Asp до Asn снижает ферментативную активность. Несмотря на то, что этот остаток, скорее всего, отвечает за раскручивание ДНК и координацию с водой, а не за прямое взаимодействие с атакующим нуклеофил, его конкретная функция неизвестна.[4]

Предлагаемый механизм

Хотя рестрикционные ферменты расщепляют определенные последовательности ДНК, они сначала должны неспецифично связываться с основной цепью ДНК, прежде чем локализоваться в ней. сайт ограничения. В среднем рестрикционный фермент составит 15-20%. водородные связи с основаниями узнаваемой последовательности. С помощью других Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия, это связывание способствует конформационному изменению комплекса ДНК-фермент, что приводит к активации каталитических центров.[2]

Несмотря на отсутствие доказательств, указывающих на точный механизм расщепления ДНК с помощью HindIII, анализ сайт-мутагенеза в сочетании с более подробными исследованиями опосредованного ионами металлов катализа в ЭкоRV привели к следующему предложенному каталитическому механизму. Было высказано предположение, что во время гидролиза ДНК EcoRV каталитический остаток Lys-92 стабилизирует и ориентирует атакующую воду. нуклеофил, в то время как карбоксилат Asp-90 стабилизирует уход гидроксид анион через координацию Mg2+. Кроме того, ферментативная функция зависит от правильного положения остатка Asp-74, что позволяет предположить, что он играет роль в повышении нуклеофильности атакующей молекулы воды.[5]

В результате ранее описанных экспериментов по сайт-мутагенезу предполагается, что Lys-125, Asp-123 и Asp-108 HindIII действуют аналогично Lys-92, Asp-90 и Asp-74 в EcoRV, соответственно. Lys-125 позиционирует атакующую молекулу воды, в то время как Asp-108 улучшает ее нуклеофильность. Asp-123 координируется с Mg2 +, который, в свою очередь, стабилизирует уходящий гидроксид-ион.

Использование в исследованиях

HindIII, а также другие типы II эндонуклеазы рестрикции очень полезны в современной науке, особенно в Секвенирование ДНК и картографирование. В отличие от ферментов рестрикции типа I, эндонуклеазы рестрикции типа II выполняют очень специфическое расщепление ДНК. Ферменты рестрикции типа I распознают определенные последовательности, но расщепляют ДНК случайным образом по сайтам, отличным от их сайта узнавания, тогда как ферменты рестрикции типа II расщепляют только по их специфическому сайту узнавания.[6] С момента своего открытия в начале 1970-х годов рестрикционные ферменты типа II произвели революцию в способах работы ученых с ДНК, особенно в генная инженерия и молекулярная биология.

Основные применения рестрикционных ферментов типа II включают анализ генов и клонирование. Они оказались идеальными системами моделирования для изучения взаимодействий белок-нуклеиновая кислота, структурно-функциональных взаимосвязей и механизма эволюция.[2] Они делают хорошие анализы для изучения генетические мутации благодаря их способности специфически расщеплять ДНК, позволяя удалить или вставить ДНК. Используя рестрикционные ферменты, ученые могут изменять, вставлять или удалять определенные гены, очень мощный инструмент, особенно когда речь идет о модификации организма геном.

Рекомендации

  1. ^ а б c d Тан, Д; и другие. (2000). «Мутационный анализ мутанта эндонуклеазы рестрикции HindIII E86K с более высокой активностью и измененной специфичностью». Белковая инженерия. 13 (4): 283–9. Дои:10.1093 / белок / 13.4.283. PMID  10810160.
  2. ^ а б c Пингуд, Альфред; Ельч, Альберт. (2001). «Структура и функция эндонуклеаз рестрикции II типа». Исследования нуклеиновых кислот. 29 (18): 3705–27. Дои:10.1093 / nar / 29.18.3705. ЧВК  55916. PMID  11557805.
  3. ^ Лукач С. и др. (2000). «Понимание неизменности рестрикционных ферментов: кристаллическая структура BglII и его ДНК-субстрата с разрешением 1,5 A». Nat. Struct. Биол. 7 (2): 134–40. Дои:10.1038/72405. PMID  10655616. S2CID  20478739.
  4. ^ а б Тан Д. и др. (1999). «Сайт-направленный мутагенез эндонуклеазы рестрикции HindIII». Biosci. Biotechnol. Биохим. 63 (10): 1703–7. Дои:10.1271 / bbb.63.1703. PMID  10586498.[постоянная мертвая ссылка ]
  5. ^ Хортон Н., Ньюберри К., Перона Дж. (1999). «Опосредованный ионами металлов катализ с помощью субстрата в эндонуклеазах рестрикции типа II». Proc. Natl. Акад. Sci. Соединенные Штаты Америки. 95 (23): 13489–94. Дои:10.1073 / пнас.95.23.13489. ЧВК  24846. PMID  9811827.
  6. ^ Робертс, Ричард Дж. (2005). «Как рестрикционные ферменты стали рабочими лошадками молекулярной биологии». Proc. Natl. Акад. Sci. Соединенные Штаты Америки. 102 (17): 5905–8. Дои:10.1073 / pnas.0500923102. ЧВК  1087929. PMID  15840723.