ヌクレアーゼ：構造、機能、メカニズムの多様性

ヌクレアーゼは、核酸のホスホジエステル結合を切断し、エンドまたはエクソ、DNaseまたはRNase、トポイソメラーゼ、リボザイム、またはRNAスプライシング酵素である場合があります。このレビューでは、既知の構造と触媒機構を使用したヌクレアーゼ活性を調査し、反応メカニズムと金属イオン依存性、およびDNA複製、再結合、修復、RNAの成熟、処理、干渉、防御、栄養までの生物学的機能によって分類します。再生または細胞死。この分析からいくつかの一般原則が現れます。触媒メカニズムと生物学的機能の間にはほとんど相関関係がありません。単一の触媒メカニズムは、さまざまな反応と生物学的経路に適応できます。逆に、単一の生物学的プロセスは、多くの場合、複数の三次および四級の折り目と複数の触媒メカニズムによって達成できます。2つの金属イオン依存性ヌクレアーゼは、最大数の異なる三次折り畳みを構成し、最も多様な生物学的機能のセットを媒介します。金属イオン依存性切断は、ヘリカルおよびベーススタックの立体構造で二本鎖または一本鎖基質を切断するモノクレオチドとエンドヌクレアーゼを生成するエキソヌクレアーゼとのみ関連しています。すべての金属イオン非依存性RNaseは、2 '、3'-環状リン酸塩生成、およびすべての金属イオン非依存性のDNaseがリン性 - タンパク質中間体を形成します。また、さまざまなヌクレアーゼと共有触媒構成との間に、以前に注目されていなかったいくつかの関係を見つけます。

Nucleases cleave the phosphodiester bonds of nucleic acids and may be endo or exo, DNase or RNase, topoisomerases, recombinases, ribozymes, or RNA splicing enzymes. In this review, I survey nuclease activities with known structures and catalytic machinery and classify them by reaction mechanism and metal-ion dependence and by their biological function ranging from DNA replication, recombination, repair, RNA maturation, processing, interference, to defense, nutrient regeneration or cell death. Several general principles emerge from this analysis. There is little correlation between catalytic mechanism and biological function. A single catalytic mechanism can be adapted in a variety of reactions and biological pathways. Conversely, a single biological process can often be accomplished by multiple tertiary and quaternary folds and by more than one catalytic mechanism. Two-metal-ion-dependent nucleases comprise the largest number of different tertiary folds and mediate the most diverse set of biological functions. Metal-ion-dependent cleavage is exclusively associated with exonucleases producing mononucleotides and endonucleases that cleave double- or single-stranded substrates in helical and base-stacked conformations. All metal-ion-independent RNases generate 2',3'-cyclic phosphate products, and all metal-ion-independent DNases form phospho-protein intermediates. I also find several previously unnoted relationships between different nucleases and shared catalytic configurations.