핵산 분해 효소
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1. 개요
핵산 분해 효소는 핵산을 절단하는 효소로, 1960년대 후반 스튜어트 린과 베르너 아르버에 의해 처음 발견되었다. 메틸화된 DNA를 생성하는 메틸라제와 메틸화되지 않은 DNA를 절단하는 제한 효소로 분류되며, DNA 분자를 특정 부위에서 절단하는 데 중요한 역할을 한다. 1968년 해밀턴 O. 스미스, K.W. 윌콕스, 토머스 J. 켈리는 특정 DNA 서열을 인식하는 최초의 제한 효소인 HindII를 분리했다. 핵산 분해 효소는 효소 분류 체계에 따라 분류되며, 단백질 구조와 부위 인식 방식에 따라 특이적 결합과 비특이적 결합으로 나뉜다. 이들은 DNA 복구, 특히 복제 교정, 오카자키 절편 처리, 불일치 복구, 염기 절제 복구, 뉴클레오타이드 절제 복구, 이중 가닥 절단 복구 등에 관여하며, 메가뉴클레아제와 같은 특수한 종류도 존재한다.
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| 핵산 분해 효소 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
| 유형 | 효소 |
| 기능 | 가수분해 효소 |
| 반응 | DNA의 가수 분해 RNA의 가수 분해 |
| 상세 정보 | |
| 다른 이름 | 핵산 탈중합 효소 폴리뉴클레오티다제 |
| 하위 유형 | |
| 유형 | 엑소뉴클레이스 엔도뉴클레이스 |
| EC 번호 | |
| EC 번호 | 3.1.1 3.1.4 3.1.11 3.1.13 3.1.14 3.1.15 3.1.16 3.1.21 3.1.22 3.1.25 3.1.26 3.1.27 3.1.30 3.1.31 |
2. 역사
1960년대 후반, 스튜어트 린과 베르너 아르버는 대장균(E. coli)에서 파지의 증식을 제한하는 두 종류의 효소를 분리했다.[12][13] 이 효소들은 DNA 분자를 자르고 붙이는 연구에 중요한 도구로 사용되었다. 당시 과학자들은 DNA를 예측 가능하고 재현 가능한 방식으로 절단할 수 있는 도구가 필요했는데, 이는 DNA 분자를 임의의 부위가 아닌 특정 부위에서 절단할 수 있어야 가능했다.
2. 1. 초기 연구
1960년대 후반, 과학자 스튜어트 린과 베르너 아르버는 대장균(E. coli)에서 파지의 성장을 제한하는 두 종류의 효소를 분리했다.[22][23] 이 중 하나는 DNA에 메틸기를 첨가하여 메틸화된 DNA를 생성하는 메틸라제였고, 다른 하나는 분자 길이를 따라 다양한 위치에서 메틸화되지 않은 DNA를 절단하는 제한 효소였다. 이 효소들은 DNA 분자를 자르고 붙여넣기하는 데 필요한 효소를 모으는 과학자들에게 중요했다. 당시 과학자들은 DNA를 예측 가능하고 재현 가능한 방식으로 절단할 수 있는 도구가 필요했는데, 이는 DNA 분자를 임의의 부위가 아닌 특정 부위에서 절단할 수 있어야 가능했다.1968년, 존스 홉킨스 대학교의 해밀턴 스미스, K.W. 윌콕스, 토머스 J. 켈리는 특정 DNA 뉴클레오타이드 서열을 인식하는 최초의 제한 효소인 HindII를 분리하였다. 이들은 인플루엔자균을 이용하여 연구를 진행했으며, ''Hind'' II 효소가 6개의 염기쌍으로 구성된 특정 서열 내 특정 지점(3번째와 4번째 염기쌍 사이)에서 DNA 분자를 절단한다는 것을 발견했다.
2. 2. 제한 효소의 발견과 발전
1960년대 후반, 과학자 스튜어트 린과 베르너 아르버는 대장균(E. coli)에서 파지 성장 제한을 담당하는 두 종류의 효소를 분리했다.[3][4] 이 중 하나는 DNA에 메틸기를 첨가하여 DNA 메틸화를 생성했고, 다른 하나는 비메틸화된 DNA를 분자 전체의 다양한 위치에서 절단했다. 전자는 "메틸라제", 후자는 "제한 효소"라고 불렸다.1968년 존스 홉킨스 대학교의 H.O. 스미스, K.W. 윌콕스, T.J. 켈리는 특정 DNA 뉴클레오티드 서열에 따라 기능하는 최초의 제한 효소를 분리하고 특성화했다. 이들은 인플루엔자균을 연구하면서 ''Hind''II라는 효소를 분리했는데, 이 효소는 6개의 염기쌍으로 구성된 특정 서열 내의 특정 지점에서 항상 DNA 분자를 절단했다. 그들은 ''Hind''II 효소가 항상 이 서열의 정중앙(세 번째와 네 번째 염기쌍 사이)을 절단한다는 것을 발견했다.
3. 효소 분류 체계
대부분의 핵산 분해 효소는 국제 생화학·분자생물학 연합 명칭위원회의 효소 번호에 의해 가수 분해 효소(EC 3)로 분류된다. 핵산 분해 효소는 인산다이에스터 분해 효소, 라이페이스, 인산 가수 분해 효소와 같은 가수 분해 효소의 하위 그룹인 에스터 가수 분해 효소(EC 3.1)에 속한다. 핵산 분해 효소가 속하는 에스터 가수 분해 효소는 EC 3.1.11 - EC 3.1.31로 분류된다.
4. 구조
핵산 분해 효소의 1차 구조는 활성 부위가 보존되는 것 외에는 대부분 보존되어 있지 않으며, 그 표면은 주로 산성 및 염기성 아미노산 잔기로 구성되어 있다.[17] 핵산 분해 효소는 폴딩 패밀리로 분류될 수 있다.[17]
5. 부위 인식
핵산 분해 효소는 핵산을 절단하기 전에 먼저 핵산과 결합해야 하며, 이 과정에서 어느 정도의 인식이 필요하다. 핵산 분해 효소는 이러한 인식 및 결합 방식에서 특이적 결합과 비특이적 결합을 다양하게 사용한다. 이러한 결합 방식은 생물체 내에서, 특히 DNA 복구 과정에서 중요한 역할을 한다.[6]
DNA 복구에 관여하는 비특이적 핵산 중간 분해 효소는 표적 서열이나 손상 부위를 찾기 위해 DNA를 스캔한다. 이러한 핵산 분해 효소는 DNA를 따라 확산하다가 표적을 만나면 활성 자리의 잔기가 DNA의 화학기와 상호작용한다. EcoRV, BamHI, PvuII와 같은 핵산 중간 분해 효소의 경우, 이러한 비특이적 결합은 단백질의 최소 표면과 DNA 사이의 정전기적 상호작용을 포함한다. 이 약한 결합은 DNA의 전체적인 형태를 변형시키지 않고 B형으로 유지한다.[6]
반면, 부위 특이적 핵산 분해 효소는 훨씬 더 강한 결합을 형성한다. 이들은 DNA를 DNA 결합 도메인의 깊은 홈으로 끌어들여 DNA 3차 구조를 크게 변형시키고, 염기성(양전하) 잔기가 풍부한 표면을 만든다. 이는 DNA와 광범위한 정전기적 상호작용을 일으킨다.[6]
DNA 복구에 관여하는 일부 핵산 분해 효소는 부분적인 서열 특이성을 나타내기도 하지만, 대부분은 비특이적이며 염기쌍 불일치에 의해 DNA 골격에서 생성된 구조적 이상을 인식한다.[6]
5. 1. 구조 특이적 핵산 분해 효소
플랩 엔도뉴클레아제는 DNA 복제 과정에서 오카자키 절편 처리에 관여하는 구조 특이적 핵산 분해 효소이다.5. 2. 서열 특이적 핵산 분해 효소
제한 효소는 특정 DNA 염기 서열을 인식하여 절단하는 서열 특이적 핵산 분해 효소이다. ''Hind''II의 초기 발견 이후, 230개 이상의 세균 균주로부터 서열 특이적이거나 비특이적인 900개 이상의 제한 효소가 분리되었다.[25] 이러한 제한 효소는 일반적으로 자신의 기원을 반영하는 이름을 갖는다. 예를 들어, ''Eco''RI는 Escherichia coli RY13 (대장균 RY13주)에서 유래하고, ''Hind''II는 Haemophilus influenzae strain Rd(인플루엔자균 Rd주)에서 유래한다. 핵산 분해 효소 이름 뒤에 나오는 숫자는 효소가 박테리아의 단일 계통에서 분리된 순서를 나타낸다(''Eco''RI, ''Eco''RII).[3][4]
장소 특이적 핵산 분해 효소는 DNA 결합 도메인의 깊은 홈으로 DNA를 끌어들인다. 이는 DNA 3차 구조에 상당한 변형을 초래하고 염기성(양으로 하전된) 잔기가 풍부한 표면으로 도달된다. DNA와의 광범위한 정전기 상호 작용에 관여한다.[27]
6. 핵산 중간 분해 효소 (Endonuclease)
제한 핵산 중간 분해 효소(Restriction Endonuclease)는 DNA 분자를 스캔하여 특정 인식 서열을 만나면 결합하여 DNA를 절단한다. 이 효소는 DNA의 두 가닥 당-인산 골격을 절단하며, 절단 위치는 인식 서열과 제한 효소의 종류에 따라 결정된다. 서로 다른 핵산 중간 분해 효소는 서로 다른 위치를 절단하지만, 하나의 핵산 중간 분해 효소는 DNA 분자에 관계없이 항상 특정 염기 서열을 같은 방식으로 절단한다. 절단 후 DNA 분자는 조각으로 나뉜다.
1960년대 후반, 스튜어트 린과 베르너 아르버는 대장균(E. coli)에서 파지 성장 제한을 담당하는 두 종류의 효소를 분리했다.[3][4] 하나는 DNA에 메틸기를 첨가하는 메틸라제였고, 다른 하나는 비메틸화 DNA를 다양한 위치에서 절단하는 제한 효소였다.
1968년 존스 홉킨스 대학교의 H.O. 스미스, K.W. 윌콕스, T.J. 켈리는 특정 DNA 뉴클레오티드 서열에 따라 기능하는 최초의 제한 효소인 ''HindII''를 분리하고 특성화했다. ''Hind''II는 인플루엔자균에서 분리되었으며, 6개의 염기쌍으로 구성된 특정 서열의 중앙(세 번째와 네 번째 염기쌍 사이)을 절단한다는 사실이 밝혀졌다.
''Hind''II 발견 이후, 230개 이상의 세균 균주에서 900개 이상의 제한 효소가 분리되었다. 이 효소들은 일반적으로 기원을 반영하는 이름을 갖는데, 예를 들어 ''Eco''RI는 Escherichia coli RY13 균주에서, ''Hind''II는 Haemophilus influenzae Rd 균주에서 유래했다. 이름 뒤의 숫자는 효소가 분리된 순서를 나타낸다. (예: ''Eco''RI, ''Eco''RII)
핵산 분해 효소는 핵산과 결합해야 핵산을 절단할 수 있다. 뉴클레아제는 인식과 결합 방식에서 특이적 결합과 비특이적 결합을 모두 사용하며, 두 방식 모두 DNA 복구에 중요한 역할을 한다.[15]
DNA 복구에 관여하는 비특이적 엔도뉴클레아제는 DNA를 스캔하여 표적 서열이나 손상을 찾아낸다. 이들은 DNA를 따라 확산하며, 표적과 만나면 활성 부위의 잔기가 DNA의 화학 기와 상호 작용한다. ''Eco''RV등의 경우, 비특이적 결합에는 단백질의 최소 표면적과 DNA 사이의 정전기적 상호 작용이 포함된다. 이 약한 결합은 DNA의 전체적인 모양을 변형시키지 않고 B형 구조를 유지한다.[15]
반면, 부위 특이적 뉴클레아제는 훨씬 강력한 결합을 형성하며, DNA를 DNA 결합 도메인의 깊은 홈 안으로 끌어들여 DNA의 3차 구조를 크게 변형시킨다. 염기성 잔기를 많이 포함하는 표면은 DNA와의 광범위한 정전기적 상호 작용에 관여한다.[15]
일부 DNA 복구 뉴클레아제는 부분적인 서열 특이성을 나타내지만, 대부분은 비특이적이며 염기쌍 불일치에 의해 DNA 골격에 생긴 구조적 이상을 인식한다.[15]
6. 1. 엇갈린 절단 (Staggered cutting)과 점착성 말단 (Sticky end)
많은 핵산 중간 분해 효소는 DNA 골격을 서로 직접 대향하지 않는 위치에서 절단하여 돌출부를 생성한다. 예를 들어, 핵산 분해 효소 ''Eco''RI는 인식 서열5'—GAATTC—3'을 갖는다.[1]| 효소 | 출처 | 인식 서열 | 절단 |
|---|---|---|---|
| HindIII | Haemophilus influenzae | ||
| EcoRI | Escherichia coli | ||
| BamHI | Bacillus amyloliquefaciens |
효소가 이 서열을 만나면, G와 가장 가까운 A 염기 잔기 사이의 각 골격을 절단한다.[1] 절단이 이루어지면, 생성된 단편은 상보적 염기를 서로 고정시키는 비교적 약한 수소 결합에 의해서만 함께 유지된다.[1] 이들 결합의 약점은 DNA 단편이 서로 분리되도록 한다.[1] 각각의 생성된 단편은 짝을 이루지 않은 염기로 구성된 돌출된 5' 말단을 갖는다.[1] 다른 효소는 DNA 골격에서 절단을 생성하여 3' 말단이 튀어나오게 한다.[1] 튀어나온 끝(3' 말단 혹은 5' 말단)을 점착성 말단이라고 한다.[1]
이어서 연결 효소(Ligase)를 사용하여 두 분자의 인산염 골격을 연결시킨다.[1] 점착성 말단은 서로 상보적인 염기 서열과 결합하는 경향이 있다. 예를 들어 5'—AATT—3' 염기 서열의 짝을 이루지 않은 길이 3'—TTAA—5' 서열의 다른 짝을 이루지 않은 길이를 만나면 서로 결합한다. 점착성 말단의 세포 기원이나 종 기원은 그들의 점착성에 영향을 미치지 않는다. 상보적인 서열의 모든 쌍은 서로 결합하는 경향이 있으며, 한 서열이 인간 DNA의 길이에서 나오고 다른 서열이 박테리아 DNA의 길이에서 나오더라도 마찬가지이다. 이러한 점착성 품질은 서로 다른 출처의 DNA로 구성된 재조합 DNA 분자, 즉 유전자 공학 기술을 탄생시킨 분자를 생산할 수 있게 해준다.[1]
6. 2. 무딘 말단 (Blunt end)
모든 제한 핵산 중간 분해 효소가 대칭적으로 절단되어 ''Hind''II와 같이 무딘 말단(Blunt End)을 남기는 것은 아니다. 많은 중간 분해 효소는 DNA 골격을 서로 직접 대향하지 않는 위치에서 절단하여 돌출부를 생성한다. 예를 들어 핵산 분해 효소 ''Eco''RI는 인식 서열5'—GAATTC—3'을 가진다.[1]
''Hind''II의 최초 발견 이후 230개 이상의 세균 균주에서 900개 이상의 제한 효소가 분리되었는데, 일부는 서열 특이적이고 일부는 비특이적이다. 이러한 제한 효소는 일반적으로 기원을 반영하는 이름을 갖는다. 이름의 첫 글자는 속(Genus)에서 따오고, 두 번째와 세 번째 글자는 이들을 분리한 원핵 세포의 종(species)에서 따온다. 예를 들어, ''Eco''RI은 Escherichia coli RY13 세균에서 유래하고, HindII는 Haemophilus influenzae Rd 균주에서 유래한다. 뉴클레아제 이름 뒤에 붙는 숫자는 효소가 세균의 단일 균주에서 분리된 순서를 나타낸다: ''Eco''RI, ''Eco''RII.[1]
7. 자연에서의 역할
핵산 분해 효소는 자연에서 DNA 복구, 복제, 재조합 등 다양한 생명 현상에 필수적인 역할을 한다.
핵산 분해 효소는 DNA 손상을 인식하고 제거하여 DNA 복구에 중요한 역할을 한다. 대부분의 DNA 복구 관련 핵산 분해 효소는 DNA 손상 부위를 비특이적으로 인식한다.[29] DNA에 의존하는 모든 세포에서 유전자 품질 관리는 필수적이다. DNA 복제는 오류가 발생하기 쉬우며, DNA 분자 자체는 활성산소 종, 근자외선, 이온화 방사선 등 여러 요인에 의해 변형될 수 있다.[29] 많은 핵산 분해 효소는 손상 부위를 인식하고 주변 DNA로부터 절단하여 DNA 수선에 참여한다. 이 효소들은 독립적으로 또는 복합체를 이루어 작동하며, 대부분 서열 특이적이지 않다. 이들은 이중 가닥 DNA(dsDNA) 2차 구조의 변형을 통해 손상 부위를 인식한다.[29]
핵산 분해 효소는 핵산과 결합하기 위해 어느 정도의 인식이 필요하며, 특이적 및 비특이적 결합을 모두 사용한다. 비특이적 엔도뉴클레아제는 DNA를 스캔하여 표적 서열이나 손상을 찾아내고, DNA를 따라 확산하며 표적과 만나면 상호작용한다. 반면 부위 특이적 뉴클레아제는 더 강력한 결합을 형성하며 DNA의 3차 구조를 변형시킨다.[15] DNA 복구에 관여하는 뉴클레아제 중 일부는 부분적인 서열 특이성을 나타내지만, 대부분은 비특이적이며 DNA 골격의 구조적 이상을 인식한다.[15]
7. 1. DNA 복구
핵산 분해 효소는 DNA 손상을 인식하고 제거하여 DNA 복구에 중요한 역할을 한다. 대부분의 DNA 복구 관련 핵산 분해 효소는 DNA 손상 부위를 비특이적으로 인식한다.[29]DNA에 의존하는 모든 세포에서 유전자 품질 관리는 필수적이다. DNA 복제는 오류가 발생하기 쉬우며, DNA 분자 자체는 활성산소 종, 근자외선, 이온화 방사선 등 여러 요인에 의해 변형될 수 있다.[29] 많은 핵산 분해 효소는 손상 부위를 인식하고 주변 DNA로부터 절단하여 DNA 수선에 참여한다. 이 효소들은 독립적으로 또는 복합체를 이루어 작동하며, 대부분 서열 특이적이지 않다. 이들은 이중 가닥 DNA(dsDNA) 2차 구조의 변형을 통해 손상 부위를 인식한다.[29]
핵산 분해 효소는 핵산과 결합하기 위해 어느 정도의 인식이 필요하며, 특이적 및 비특이적 결합을 모두 사용한다. 비특이적 엔도뉴클레아제는 DNA를 스캔하여 표적 서열이나 손상을 찾아내고, DNA를 따라 확산하며 표적과 만나면 상호작용한다. 반면 부위 특이적 뉴클레아제는 더 강력한 결합을 형성하며 DNA의 3차 구조를 변형시킨다.[15] DNA 복구에 관여하는 뉴클레아제 중 일부는 부분적인 서열 특이성을 나타내지만, 대부분은 비특이적이며 DNA 골격의 구조적 이상을 인식한다.[15]
7. 1. 1. 복제 교정 (Replication proofreading)
DNA 복제 과정에서 DNA 중합효소는 상보적인 주형 가닥에 대해 새로운 DNA 가닥을 연장시킨다. 대부분의 DNA 중합 효소는 중합 효소 도메인과 교정 핵산 외부 가수분해 효소 도메인을 포함하고 있다. 중합 효소는 새로운 가닥을 5' 말단 → 3' 말단 방향으로 연장시키고, 핵산 외부 가수분해 효소는 3' 말단 → 5' 말단 방향으로 동일한 가닥에서 잘못 삽입된 뉴클레오타이드를 제거한다. 이러한 핵산 외부 가수분해 효소의 활성은 DNA 중합 효소의 교정 능력에 필수적이다. 이들 핵산 분해 효소를 불활성화시키거나 제거하는 유전자 결실은 돌연변이 및 사망률을 증가시킨다.[30]7. 1. 2. 정지된 복제 분기점 (Halted replication fork)
DNA 손상의 여러 형태는 복제 분기점의 진행을 멈추게 하여, DNA 중합효소와 관련된 기계가 분기점을 포기하게 한다. 그런 다음 분기점 특이적 단백질에 의해 처리되어야 한다. 가장 주목할 만한 것은 MUS81이다. MUS81의 결실은 효모에서 UV 또는 메틸화 손상 감수성을 유발하며, 감수 분열 결함도 유발한다.[8]7. 1. 3. 오카자키 절편 처리 (Okazaki fragment processing)
세포에서 흔히 일어나는 일 중 하나는 DNA 복제 과정에서 지연 가닥에서 생성되는 오카자키 절편의 RNA 프라이머를 제거하는 것이다. 대부분의 프라이머는 새로 합성된 지연 가닥 DNA에서 RNase H 계열의 엔도뉴클레아제에 의해 잘려 나간다.[32][8][17] 진핵생물과 고세균에서는 플랩 핵산 분해 효소 FEN1 또한 오카자키 절편 처리에 관여한다.[32][8][17]7. 1. 4. 불일치 복구 (Mismatch repair)
DNA 불일치 복구는 DNA 복제 과정에서 발생하는 오류를 수정하는 중요한 과정이다. 원핵생물에서는 주로 MutSLH 시스템과 매우 짧은 패치 복구(VSP 복구) 시스템이 이 역할을 담당한다.MutSLH 시스템은 MutS, MutL, MutH 단백질로 구성되며, 점 돌연변이 및 작은 회전을 수정한다. MutS는 염기 불일치를 인식하고 결합하며, MutL과 MutH를 불러들인다. MutL은 MutS와 MutH 사이의 상호작용을 돕고 MutH의 핵산 중간 분해 효소 활성을 높인다. MutH는 반메틸화된 `5'—GATC—3'` 부위를 인식하여, 비메틸화된 가닥(새로 합성된 가닥)의 `G` 옆을 절단한다.[8]
VSP 복구는 엔도뉴클레아제 Vsr에 의해 시작된다. Vsr은 메틸화된 시토신이 티민으로 자발적으로 탈아미노화되어 발생하는 특정 `T/G` 불일치를 수정한다. Vsr은 `5'—CTWGG—3'` 서열을 인식하고, 불일치된 티민(밑줄 표시)의 5' 쪽에 있는 DNA 가닥을 절단한다. 이후 엑소뉴클레아제 RecJ, ExoVII, 또는 ExoI 중 하나가 해당 부위를 분해하고, DNA 중합효소가 가닥의 틈을 다시 합성한다.[8]
7. 1. 5. 염기 절제 복구 (Base excision repair)
AP 부위 형성은 이중 가닥 DNA에서 흔하게 발생한다. 이는 자발적인 가수분해와 DNA 글리코실라제의 활성에 의해 발생하며, 염기 절제 복구의 중간 단계로 작용한다. 이러한 AP 부위는 AP 엔도뉴클레아제에 의해 제거되며, AP 엔도뉴클레아제는 해당 부위 주변에 단일 가닥 절단을 유발한다.[8]7. 1. 6. 뉴클레오타이드 절제 복구 (Nucleotide excision repair)
뉴클레오티드 절제 복구는 손상된 뉴클레오티드의 제거와 교체를 포함하며, 염기 절제 복구와는 다르다. DNA 가교결합, DNA 부가물, 그리고 DNA 손상(자외선 또는 활성산소에 의해 생성됨)과 같은 사례는 이 복구 경로를 유발할 수 있다. 손상된 뉴클레오티드를 포함하는 짧은 단일 가닥 DNA는 손상 상류 및 하류에 절단을 유발하는 별도의 엔도뉴클레아제에 의해 이중 가닥 DNA에서 제거된다.[9] 이러한 뉴클레아제에 영향을 미치는 삭제 또는 돌연변이는 자외선 손상 및 발암성에 대한 감수성 증가를 유발하며, 신경 발달에도 영향을 미칠 수 있다.세균에서는 UvrB-UvrC 복합체가 두 절단을 모두 수행한다. 출아 효모에서는 Rad2와 Rad1-Rad10 복합체가 각각 5' 및 3' 절단을 만든다. 포유류에서는 상동 유전자 XPG와 XPF-ERCC1가 동일한 절단에 영향을 미친다.[9]
7. 2. 이중 가닥 절단 복구 (Double-strand break repair)
세포에서 의도적이든 비의도적이든 이중 가닥 손상은 정기적으로 발생한다. 의도하지 않은 손상은 주로 이온화 방사선, 다양한 외인성 및 내인성 화학 물질, 정지된 복제 기점에 의해 생성된다. 의도적인 손상은 감수 분열과 V(D)J 재조합 과정에서 생성되는데, 이는 주로 상동 재조합과 비상동말단연결을 통해 복구된다. 두 경우 모두 수리가 이루어지기 전에 핵산 분해 효소로 이중 가닥 절단의 끝을 처리해야 한다. 이러한 핵산 분해 효소 중 하나는 Rad50과 복합체를 이루는 Mre11이다.[9] Mre11의 돌연변이는 운동 실조-모세 혈관 확장증 유사 질환을 유발할 수 있다.[18]V(D)J 재조합은 이중 가닥 절단과 관련된 줄기-고리 구조를 열고 양쪽 말단을 연결하는 과정을 포함한다. Artemis-DNAPKcs complex|아르테미스-DNAPKcs 복합체영어가 이 반응에 참여한다. 아르테미스는 단독으로 5' → 3' ssDNA 엑소뉴클레아제 활성을 나타내지만, DNA-PKcs와 복합체를 이루면 줄기-고리의 엔도뉴클레아제 처리가 가능해진다. 이 두 단백질 중 하나라도 결함이 있으면 심각한 면역 결핍을 유발한다.[33][9][18]
반면에 상동 재조합은 D-루프 또는 Holliday 접합으로 연결된 두 개의 상동 DNA 이중 나선이 관여한다. 박테리아에서 RuvABC|RuvC영어와 같은 엔도뉴클레아제는 접합부 중심 근처의 두 개의 대칭적인 부위에서 접합부를 절단하여 Holliday 접합부를 두 개의 별개의 dsDNA로 분해한다. 진핵생물에서 FEN1, XPF-ERCC1, MUS81은 D-루프를 절단하고, Crossover junction endodeoxyribonuclease|Cce1영어/Ydc2 protein domain|Ydc2영어는 미토콘드리아에서 Holliday 접합부를 처리한다.[34][9][18]
8. 메가뉴클레아제 (Meganuclease)
메가뉴클레아제는 12~40개의 염기쌍으로 구성된, 더 크고 덜 일반적인 인식 서열을 갖는 것이 특징인 핵산 분해 효소이다.[1] 이러한 핵산 분해 효소는 유전자 공학 및 유전체 공학 응용에 특히 유용하며, 식물 및 포유동물과 같이 복잡한 유기체에서 유용하게 사용된다.[1] 전형적으로 더 큰 유전체(수십억 개의 염기쌍)는 전통적인 핵산 분해 효소를 사용할 경우 빈번하고 유해한 부위 특이적 분해를 야기시킬 수 있기 때문이다.[1]
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