디옥시리보뉴클레이스

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1. 개요

디옥시리보뉴클레이스(DNase)는 DNA를 절단하는 효소의 일종으로, 후생동물에서 DNase I과 DNase II 두 가지 주요 유형이 존재한다. DNase I은 DNA를 절단하여 5'-인산 및 3'-수산기 말단을 생성하며, 소화계에서 주로 생성되고 Ca2+ 및 Mg2+ 양이온을 활성제로 필요로 한다. DNase II는 DNA를 절단하여 5'-히드록시 및 3'-인산 말단을 생성하며, 대식세포에서 발현이 높고 산성 pH에서 활성화된다. DNase는 낭포성 섬유증 치료, 단백질 정제, 상처 감염 모니터링 등에 사용되며, 흉막 농흉, 패혈증, 루푸스, 항종양 치료 등 다양한 질병 치료에 활용될 수 있다. DNase 활성은 쿠니츠 단위, 단일 방사형 효소 확산, 비색 분석 등의 방법으로 측정된다.

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디옥시리보뉴클레이스
기본 정보
DNAse I의 구조
활성 부위	금속 이온
보조 인자	이가 금속 양이온 (Ca2+, Mg2+ 또는 Mn2+)
EC 번호	3.1.21.1
유전자	DNASE1 DNASE1L1 DNASE1L2 DNASE1L3
상세 정보
종류	핵산가수분해효소
기질	DNA
생성물	올리고뉴클레오타이드
기능
역할	DNA를 분해함
추가 정보
발견자	칼 뢰비
발견 연도	1908년

2. 유형

후생동물에서 발견되는 두 가지 주요 유형의 디옥시리보뉴클레이스는 디옥시리보뉴클레이스 I과 디옥시리보뉴크레이스 II이다.^[1]

DNase I 계열은 DNase I, DNase1L1, DNase 1L2, DNase1L3로 구성되어 있다.^[1] DNase I은 DNA를 절단하여 5'-인산 및 3'-수산기 말단을 가진 두 개의 올리고뉴클레오타이드 생성물을 형성하며, 주로 소화계 기관에서 생성된다.^[1] DNase I 계열은 Ca2+ 및 Mg2+ 양이온을 활성제로 필요로 하며, 선택적으로 발현된다.^[1] pH 측면에서, DNase I 계열은 약 6.5에서 8 사이의 정상적인 pH에서 활성화된다.^[1]

두 번째 DNAase는 DNase II이다. 이 계열은 DNase II α와 DNase II β로 구성된다. DNAase I과 마찬가지로 DNAase II는 DNA를 절단하여 5'-히드록시 및 3'-인산 말단을 가진 두 개의 올리고뉴클레오티드-말단 생성물을 형성한다.^[2] 이 유형의 DNAase는 대식세포에서 발현이 높지만 세포 유형 발현이 제한되어 조직에서 더 광범위하게 발현된다. DNAase I과 달리 활성제로서 Ca2+ 및 Mg2+ 양이온을 필요로 하지 않는다.^[2] pH 측면에서 DNAase II 계열은 산성 pH에서 발현된다. DNase II의 절단 패턴은 다이메틸 설폭사이드(DMSO)가 존재할 때 변경되며, 이는 DNA의 구조에 크게 영향을 미친다.

다른 유형의 디옥시리보뉴클레이스로는 미세구균 뉴클레이스가 있다.

2. 1. DNase I 계열: DNase I, DNase1L1, DNase 1L2, DNase1L3

후생동물에서 발견되는 두 가지 주요 유형의 디옥시리보뉴클레이스는 디옥시리보뉴클레이스 I과 디옥시리보뉴크레이스 II이다.^[1]

DNase I 계열은 DNase I, DNase1L1, DNase 1L2, DNase1L3로 구성되어 있다.^[1] DNase I은 DNA를 절단하여 5'-인산 및 3'-수산기 말단을 가진 두 개의 올리고뉴클레오타이드 생성물을 형성하며, 주로 소화계 기관에서 생성된다.^[1] DNase I 계열은 Ca2+ 및 Mg2+ 양이온을 활성제로 필요로 하며, 선택적으로 발현된다.^[1] pH 측면에서, DNase I 계열은 약 6.5에서 8 사이의 정상적인 pH에서 활성화된다.^[1]

다른 유형의 디옥시리보뉴클레이스로는 미세구균 뉴클레이스가 있다.

2. 2. DNase II 계열: DNase II α and DNase II β

후생동물에서 발견되는 두 가지 주요 유형의 디옥시리보뉴클레이스는 디옥시리보뉴클레이스 I과 디옥시리보뉴크레이스 II이다.

두 번째 DNAase는 DNase II이다. 이 계열은 DNase II α와 DNase II β로 구성된다. DNAase I과 마찬가지로 DNAase II는 DNA를 절단하여 5'-히드록시 및 3'-인산 말단을 가진 두 개의 올리고뉴클레오티드-말단 생성물을 형성한다.^[2] 이 유형의 DNAase는 대식세포에서 발현이 높지만 세포 유형 발현이 제한되어 조직에서 더 광범위하게 발현된다. DNAase I과 달리 활성제로서 Ca2+ 및 Mg2+ 양이온을 필요로 하지 않는다.^[2] pH 측면에서 DNAase II 계열은 산성 pH에서 발현된다. DNase II의 절단 패턴은 다이메틸 설폭사이드(DMSO)가 존재할 때 변경되며, 이는 DNA의 구조에 크게 영향을 미친다.

2. 3. 기타 유형

후생동물에서 발견되는 두 가지 주요 유형의 디옥시리보뉴클레이스는 디옥시리보뉴클레이스 I과 디옥시리보뉴크레이스 II이다.

다른 유형의 디옥시리보뉴클레이스로는 미세구균 뉴클레이스가 있다.

3. 구조

후생동물에서 발견되는 두 가지 주요 유형의 디옥시리보뉴클레이스는 디옥시리보뉴클레이스 I과 디옥시리보뉴크레이스 II이다. 다른 유형의 디옥시리보뉴클레이스로는 미세구균 뉴클레이스가 있다. DNase I과 II는 모두 당단백질 엔도뉴클레아제이지만, DNase I은 탄수화물 측쇄가 있는 단량체 샌드위치형 구조를 가지고 있는 반면, DNase II는 이량체 사차 구조를 가지고 있다.^[3]^[4]^[5]^[6]^[7]

'''DNase I 구조:''' DNase I은 분자량 30,000 Da이고 Asn18(주황색)에 부착된 8-10개의 잔기로 이루어진 탄수화물 사슬을 가진 당단백질이다. 이것은 2개의 6가닥 𝛽-병풍 시트를 가진 𝛼,𝛽-단백질이며, 이 시트가 구조의 핵심을 형성한다. 두 개의 핵심 시트는 평행하게 뻗어 있고, 다른 모든 시트는 역평행하게 뻗어 있다. 𝛽-병풍 시트는 구조의 중앙에 위치해 있으며, 𝛼-나선은 주변부의 코일로 표시된다. DNase I은 4개의 이온 결합 포켓을 포함하며, 이중 가닥 DNA를 가수분해하기 위해 Ca²⁺와 Mg²⁺을 필요로 한다. 두 개의 부위는 Ca²⁺에 강하게 결합하는 반면, 나머지 두 개는 Mg²⁺를 배위한다. Mg²⁺ 결합 부위의 수와 위치에 대해서는 거의 발표된 내용이 없지만, Mg²⁺가 촉매 포켓 근처에 위치하며 가수분해에 기여한다고 제안되었다. 두 개의 Ca²⁺는 이미지에서 빨간색으로 표시된다. 이들은 결정화 조건에서 DNase I에 결합되어 있으며, 표면 루프 Asp198에서 Thr204(시안색)까지를 안정화시키고 유연한 루프에서 Gly97에서 Gly102(노란색)까지의 열적 이동성이 높은 영역을 제한함으로써 분자의 구조적 완전성에 중요하다.

'''DNase II 구조:''' DNase II는 U자형 클램프 구조 내에서 이중 가닥 DNA를 결합할 수 있는 동종 이량체 사차 구조를 포함한다. U자형 클램프의 내부는 대부분 양전하를 띠고 있으며, 음전하를 띤 DNA를 결합할 수 있다. DNase I과 유사하게, DNase II 구조는 9개의 𝛼-나선과 20개의 𝛽-병풍 시트를 가진 혼합된 𝛼/𝛽 2차 구조로 구성된다. DNase I과는 달리 DNase II는 촉매 작용에 2가 금속 이온을 필요로 하지 않는다. 구조는 프로토머 A(시안색)와 프로토머 B(녹색)로 구성된다. 각 구조는 두 개의 촉매 모티프로 구성되어 있으며, 간단하게 프로토머 B에 라벨이 붙어 있다: His100과 Lys102는 첫 번째 모티프(파란색)를 구성하고, His279와 Lys281은 두 번째 촉매 모티프(빨간색)를 구성한다.

3. 1. DNase I

후생동물에서 발견되는 두 가지 주요 유형의 디옥시리보뉴클레이스는 디옥시리보뉴클레이스 I과 디옥시리보뉴크레이스 II이다. 다른 유형의 디옥시리보뉴클레이스로는 미세구균 뉴클레이스가 있다. DNase I과 II는 모두 당단백질 엔도뉴클레아제이지만, DNase I은 탄수화물 측쇄가 있는 단량체 샌드위치형 구조를 가지고 있는 반면, DNase II는 이량체 사차 구조를 가지고 있다.^[3]^[4]^[5]^[6]^[7]

DNase I은 분자량 30,000 Da이고 Asn18(주황색)에 부착된 8-10개의 잔기로 이루어진 탄수화물 사슬을 가진 당단백질이다. 이것은 2개의 6가닥 𝛽-병풍 시트를 가진 𝛼,𝛽-단백질이며, 이 시트가 구조의 핵심을 형성한다. 두 개의 핵심 시트는 평행하게 뻗어 있고, 다른 모든 시트는 역평행하게 뻗어 있다. 𝛽-병풍 시트는 구조의 중앙에 위치해 있으며, 𝛼-나선은 주변부의 코일로 표시된다. DNase I은 4개의 이온 결합 포켓을 포함하며, 이중 가닥 DNA를 가수분해하기 위해 Ca²⁺와 Mg²⁺을 필요로 한다. 두 개의 부위는 Ca²⁺에 강하게 결합하는 반면, 나머지 두 개는 Mg²⁺를 배위한다. Mg²⁺ 결합 부위의 수와 위치에 대해서는 거의 발표된 내용이 없지만, Mg²⁺가 촉매 포켓 근처에 위치하며 가수분해에 기여한다고 제안되었다. 두 개의 Ca²⁺는 이미지에서 빨간색으로 표시된다. 이들은 결정화 조건에서 DNase I에 결합되어 있으며, 표면 루프 Asp198에서 Thr204(시안색)까지를 안정화시키고 유연한 루프에서 Gly97에서 Gly102(노란색)까지의 열적 이동성이 높은 영역을 제한함으로써 분자의 구조적 완전성에 중요하다.

3. 2. DNase II

후생동물에서 발견되는 두 가지 주요 유형의 디옥시리보뉴클레이스는 디옥시리보뉴클레이스 I과 디옥시리보뉴크레이스 II이다. 다른 유형의 디옥시리보뉴클레이스로는 미세구균 뉴클레이스가 있다. DNase I과 II는 모두 당단백질 엔도뉴클레아제이지만, DNase I은 탄수화물 측쇄가 있는 단량체 샌드위치형 구조를 가지고 있는 반면, DNase II는 이량체 사차 구조를 가지고 있다.^[3]^[4]^[5]^[6]^[7]

'''DNase II 구조:''' DNase II는 U자형 클램프 구조 내에서 이중 가닥 DNA를 결합할 수 있는 동종 이량체 사차 구조를 포함한다. U자형 클램프의 내부는 대부분 양전하를 띠고 있으며, 음전하를 띤 DNA를 결합할 수 있다. DNase I과 유사하게, DNase II 구조는 9개의 𝛼-나선과 20개의 𝛽-병풍 시트를 가진 혼합된 𝛼/𝛽 2차 구조로 구성된다. DNase I과는 달리 DNase II는 촉매 작용에 2가 금속 이온을 필요로 하지 않는다. 구조는 프로토머 A(시안색)와 프로토머 B(녹색)로 구성된다. 각 구조는 두 개의 촉매 모티프로 구성되어 있으며, 간단하게 프로토머 B에 라벨이 붙어 있다: His100과 Lys102는 첫 번째 모티프(파란색)를 구성하고, His279와 Lys281은 두 번째 촉매 모티프(빨간색)를 구성한다.

4. 활성 메커니즘

일부 디옥시리보뉴클레이스는 DNA 분자의 말단 잔기만 절단(엑소뉴클레이스의 일종인 엑소디옥시리보뉴클레이스)한다. 다른 것들은 사슬을 따라 어디에서든 절단(엔도뉴클레이스의 하위 부류인 엔도디옥시리보뉴클레이스)한다.^[25]

일부는 절단하는 DNA 서열에 대해 상당히 무차별적인 반면, 제한 효소를 포함한 다른 것들은 매우 서열 특이적이다.

일부는 이중 가닥 DNA만 절단한다. 다른 것들은 단일 가닥 DNA에 특이적이다. 그리고 어떤 것들을 이 둘에 대해 모두 활성을 갖는다.

디옥시리보뉴클레이스는 낭포성 섬유증 환자가 네뷸라이저를 사용하여 흡입할 수 있다. 디옥시리보뉴클레이스는 백혈구가 점액에 축적되고 분해될 때 DNA를 방출하여 점액의 "끈끈함"을 더하기 때문에 도움이 된다. 디옥시리보뉴클레이스는 DNA를 분해하고 점액을 폐에서 더 쉽게 제거된다.

일부 DNase는 DNA 분자의 말단에 있는 잔기만을 절단하거나 "분해"합니다. 이러한 유형의 엑소뉴클레아제는 엑소데옥시리보뉴클레아제로 알려져 있습니다. 다른 것들은 사슬을 따라 아무 곳에서나 절단하며, 이는 엔도데옥시리보뉴클레아제(엔도뉴클레아제의 하위 집합)로 알려져 있습니다.^[8]

일부 DNase는 절단하는 DNA 염기 서열에 대해 상당히 무차별적인 반면, 제한 효소를 포함한 다른 것들은 매우 서열 특이적입니다. 다른 DNase는 이중 가닥 DNA만 절단하고, 다른 것들은 단일 가닥 분자에 특이적이며, 다른 것들은 둘 다에 활성화되어 있습니다.

DNase의 작용은 세 단계로 발생합니다. 초기 단계에서는 포스포디에스터 골격에 여러 개의 닉을 도입합니다. 두 번째 단계에서는 산에 용해되는 뉴클레오티드를 생성합니다. 세 번째 단계는 말단 단계로, 올리고뉴클레오티드의 감소로 구성되어 UV 데이터에서 과색성 이동을 유발합니다.^[9]

4. 1. DNase I

일부 디옥시리보뉴클레이스는 DNA 분자의 말단 잔기만 절단(엑소뉴클레이스의 일종인 엑소디옥시리보뉴클레이스)한다. 다른 것들은 사슬을 따라 어디에서든 절단(엔도뉴클레이스의 하위 부류인 엔도디옥시리보뉴클레이스)한다.^[25] 일부는 절단하는 DNA 서열에 대해 상당히 무차별적인 반면, 제한 효소를 포함한 다른 것들은 매우 서열 특이적이다. 일부는 이중 가닥 DNA만 절단하고, 다른 것들은 단일 가닥 DNA에 특이적이며, 어떤 것들은 이 둘에 대해 모두 활성을 갖는다.

DNase I은 주로 이중 가닥 DNA를 표적으로 하며, 더 적은 정도로 일부 단일 가닥 DNA도 절단한다. DNase I은 한 가닥의 포스포다이에스터 연결을 절단하여 비특이적 DNA 절단을 촉매한다. 절단 부위는 3'-산소 원자와 인접한 인 원자 사이에 위치하며, 인에서 구성이 반전된 3'-히드록실 및 5'-포스포릴 올리고뉴클레오타이드를 생성한다. DNase 효소는 적절한 기능을 위해 일반적으로 Ca²⁺인 이원자 양이온의 존재에 의존한다. DNase I의 활성 부위에는 두 개의 히스티딘 잔기(His134 및 His252)와 두 개의 산성 잔기(Glu78 및 Asp 212)가 포함되어 있으며, 이들 모두 포스포다이에스터 결합의 일반적인 산-염기 촉매 작용에 중요하다.^[10]

4. 2. DNase II

일부 디옥시리보뉴클레이스는 DNA 분자의 말단 잔기만 절단(엑소뉴클레이스의 일종인 엑소디옥시리보뉴클레이스)한다. 다른 것들은 사슬을 따라 어디에서든 절단(엔도뉴클레이스의 하위 부류인 엔도디옥시리보뉴클레이스)한다.^[25] 절단하는 DNA 서열에 대해 무차별적인 것들도 있는 반면, 제한 효소를 포함한 다른 것들은 매우 서열 특이적이다. 일부는 이중 가닥 DNA만 절단하고, 다른 것들은 단일 가닥 DNA에 특이적이며, 둘 모두에 대해 활성을 갖는 것도 있다.

디옥시리보뉴클레이스는 낭포성 섬유증 환자가 네뷸라이저를 사용하여 흡입할 수 있다. 디옥시리보뉴클레이스는 백혈구가 점액에 축적되고 분해될 때 DNA를 방출하여 점액의 "끈끈함"을 더하기 때문에 도움이 된다. DNA를 분해하여 점액을 폐에서 더 쉽게 제거할 수 있도록 돕는다.

디옥시리보뉴클레이스 II(DNase II)는 산성 디옥시리보뉴클레이스로도 알려져 있는데, 이는 일반적으로 고등 진핵생물에서 발견되는 리소좀의 낮은 pH 환경에서 최적의 활성을 나타내기 때문이다. 일부 재조합 DNase II 형태는 2가 금속 이온이 없는 낮은 pH 환경에서 진핵생물 DNase II와 유사한 높은 수준의 활성을 보인다.^[7] DNase I과 달리 DNase II는 5'-산소 원자와 인접한 인 원자 사이의 포스포다이에스터 결합을 절단하여 3'-인산화 및 5'-수산기 뉴클레오티드를 생성한다.

5. 생물학적 역할

6. 응용

디옥시리보뉴클레이스와 결합된 늑막 내 조직 플라스미노겐 활성화 인자(tPA)는 흉막 배액을 증가시키고 병원 입원 기간을 단축시키며 부폐렴성 삼출 및 농흉에서 수술의 필요성을 감소시키는 것으로 나타났다.^[26] 한 연구 프로토콜에서는 5 mg의 디옥시리보뉴클레이스(풀모자임, 로체) 용량과 10 mg의 조직 플라스미노겐 활성화 인자(tPA, 엑틸리세, 베링거 잉겔하임) 용량을 사용했다. 늑막 내 약물은 3일 동안 매일 2회 투여하고, 각 투여 후에는 약물이 1시간 동안 흉막강에 남아 있도록 배액관을 고정하였다. 디옥시리보뉴클레이스 단독 또는 조직 플라스미노겐 활성화 인자(tPA) 단독 치료는 효과가 없었다.^[26]

디옥시리보뉴클레이스는 일반적으로 원핵생물로부터 추출한 단백질을 정제할 때 사용된다. 단백질의 추출은 보통 세포벽의 분해를 수반한다. 분해되고 깨지기 쉬운 세포벽이 우발적으로 분해되어 원치 않은 DNA와 원하는 단백질을 방출하는 것이 일반적이다. 생성되는 DNA-단백질 추출물은 점성이 높고 정제하기가 어려운데 이러한 경우에 디옥시리보뉴클레이스가 첨가된다.^[27] DNA는 가수분해되지만 단백질은 영향을 받지 않으며 추출물은 추가적인 정제를 거칠 수 있다.

최근에는 병원성 세균에서 유래한 디옥시리보뉴클레이스가 상처 감염 모니터링에 대한 지표로 사용되고 있다.^[28]

6. 1. 실험실 응용

디옥시리보뉴클레이스와 결합된 늑막 내 조직 플라스미노겐 활성화 인자(tPA)는 흉막 배액을 증가시키고 병원 입원 기간을 단축시키며 부폐렴성 삼출 및 농흉에서 수술의 필요성을 감소시키는 것으로 나타났다.^[26] 한 연구에서는 5 mg의 디옥시리보뉴클레이스(풀모자임, 로체) 용량과 10 mg의 조직 플라스미노겐 활성화 인자(tPA, 엑틸리세, 베링거 잉겔하임) 용량을 사용했다. 늑막 내 약물은 3일 동안 매일 2회 투여하고, 각 투여 후에는 약물이 1시간 동안 흉막강에 남아 있도록 배액관을 고정하였다. 디옥시리보뉴클레이스 단독 또는 조직 플라스미노겐 활성화 인자(tPA) 단독 치료는 효과가 없었다.^[26]

디옥시리보뉴클레이스는 일반적으로 원핵생물로부터 추출한 단백질을 정제할 때 사용된다. 단백질의 추출은 보통 세포벽의 분해를 수반한다. 분해되고 깨지기 쉬운 세포벽이 우발적으로 분해되어 원치 않은 DNA와 원하는 단백질을 방출하는 것이 일반적이다. 생성되는 DNA-단백질 추출물은 점성이 높고 정제하기가 어려운데 이러한 경우에 디옥시리보뉴클레이스가 첨가된다.^[27] DNA는 가수분해되지만 단백질은 영향을 받지 않으며 추출물은 추가적인 정제를 거칠 수 있다.^[27]^[11]

최근에는 병원성 세균에서 유래한 디옥시리보뉴클레이스가 상처 감염 모니터링에 대한 지표로 사용되고 있다.^[28]

6. 2. 치료

디옥시리보뉴클레이스와 결합된 늑막 내 조직 플라스미노겐 활성화 인자(tPA)는 흉막 배액을 증가시키고 병원 입원 기간을 단축시키며 부폐렴성 삼출 및 농흉에서 수술의 필요성을 감소시키는 것으로 나타났다.^[26]

한 연구 프로토콜에서는 5 mg의 디옥시리보뉴클레이스(풀모자임, 로체) 용량과 10 mg의 조직 플라스미노겐 활성화 인자(tPA, 엑틸리세, 베링거 잉겔하임) 용량을 사용했다. 늑막 내 약물은 3일 동안 매일 2회 투여하고, 각 투여 후에는 약물이 1시간 동안 흉막강에 남아 있도록 배액관을 고정하였다. 디옥시리보뉴클레이스 단독 또는 조직 플라스미노겐 활성화 인자(tPA) 단독 치료는 효과가 없었다.^[26]

디옥시리보뉴클레이스는 일반적으로 원핵생물로부터 추출한 단백질을 정제할 때 사용된다. 단백질의 추출은 보통 세포벽의 분해를 수반한다. 분해되고 깨지기 쉬운 세포벽이 우발적으로 분해되어 원치 않은 DNA와 원하는 단백질을 방출하는 것이 일반적이다. 생성되는 DNA-단백질 추출물은 점성이 높고 정제하기가 어려운데 이러한 경우에 디옥시리보뉴클레이스가 첨가된다.^[27] DNA는 가수분해되지만 단백질은 영향을 받지 않으며 추출물은 추가적인 정제를 거칠 수 있다.

최근에는 병원성 세균에서 유래한 디옥시리보뉴클레이스가 상처 감염 모니터링에 대한 지표로 사용되고 있다.^[28] 세포 외 DNA(ecDNA)는 혈액 순환에서 발견되는 DNA이다. 이는 세포자멸사, 괴사, 또는 혈액 및 조직 세포의 호중구 세포 외 트랩(NET)-증의 결과로 나타나지만, 살아있는 세포의 활성 분비로 인해 발생할 수도 있다. ecDNA와 지정된 DNA 결합 단백질은 DNA 감지 수용체인 패턴 인식 수용체(PRR)를 활성화할 수 있다. PRR은 염증성 면역 반응을 일으키는 경로를 자극할 수 있다. 결과적으로, 염증성 질환에 대한 여러 연구에서 혈장 내 ecDNA 농도가 높다는 것을 발견했다. 이러한 이유로, DNase는 혈장 내 ecDNA 감소에 대한 가능한 치료법으로 입증되었다. DNase는 세포 내 및 세포 외에서 모두 분비될 수 있으며 DNA 포스포디에스터 결합을 절단할 수 있다. 이 기능은 낮은 ecDNA 농도를 유지하여 염증을 치료하는 데 사용될 수 있다. 혈액 내 DNA 잔류물로 인해 발생하는 질병은 DNase의 "분해 속성"을 사용하여 치료되었다. 연구에 따르면 DNase는 점액의 점도를 감소시켜 치료제로 작용할 수 있다.^[12]^[13] DNase 투여는 질병에 따라 다르다. 이는 경구, 흉강 내, 정맥 내, 복강 내 및 흡입을 통해 투여될 수 있으며, 투여되어 왔다.^[14] 여러 연구에서 DNase의 치료 적용뿐만 아니라 건강을 모니터링하는 방법을 계속 조사하고 있다. 예를 들어, 최근에는 병원성 세균에서 유래한 DNase가 상처 감염 모니터링의 지표로 사용되었다.^[15]

6. 2. 1. 호흡기 질환

디옥시리보뉴클레이스와 결합된 늑막 내 조직 플라스미노겐 활성화 인자(tPA)는 흉막 배액을 증가시키고 병원 입원 기간을 단축시키며 부폐렴성 삼출 및 농흉에서 수술의 필요성을 감소시키는 것으로 나타났다.

한 연구 프로토콜에서는 5 mg의 디옥시리보뉴클레이스(풀모자임, 로체) 용량과 10 mg의 조직 플라스미노겐 활성화 인자(tPA, 엑틸리세, 베링거 잉겔하임) 용량을 사용했다. 늑막 내 약물은 3일 동안 매일 2회 투여하고, 각 투여 후에는 약물이 1시간 동안 흉막강에 남아 있도록 배액관을 고정하였다. 디옥시리보뉴클레이스 단독 또는 조직 플라스미노겐 활성화 인자(tPA) 단독 치료는 효과가 없었다.^[26]

천식,^[16] 흉막 농흉,^[12] 및 만성 폐쇄성 폐 질환과 같은 다른 호흡기 질환도 DNase의 특성에 긍정적인 영향을 받는 것으로 밝혀졌다.

더욱이 최근 연구에 따르면 혈전 분해를 담당하는 단백질인 조직 플라스미노겐 활성제(tPA)와 데옥시리보뉴클레아제를 병용하면 폐렴 부종 및 농흉에서 흉막 배액이 증가하고, 입원 기간이 감소하며, 수술의 필요성이 감소한다.

6. 2. 2. 기타 질환

디옥시리보뉴클레이스와 결합된 조직 플라스미노겐 활성화 인자(tPA)는 흉막 배액을 증가시키고 병원 입원 기간을 단축시키며 부폐렴성 삼출 및 농흉에서 수술의 필요성을 감소시키는 것으로 나타났다.^[26] 한 연구에서는 5mg의 디옥시리보뉴클레이스(풀모자임, 로체)와 10mg의 조직 플라스미노겐 활성화 인자(tPA, 엑틸리세, 베링거 잉겔하임) 용량을 사용했다. 늑막 내 약물은 3일 동안 매일 2회 투여하고, 각 투여 후에는 약물이 1시간 동안 흉막강에 남아 있도록 배액관을 고정하였다. 디옥시리보뉴클레이스 단독 또는 조직 플라스미노겐 활성화 인자(tPA) 단독 치료는 효과가 없었다.^[26]

디옥시리보뉴클레이스는 원핵생물로부터 추출한 단백질을 정제할 때 사용된다. 단백질 추출 과정에서 세포벽이 분해되어 DNA와 원하는 단백질이 방출되는데, 이때 생성되는 DNA-단백질 추출물은 점성이 높아 정제가 어렵다. 디옥시리보뉴클레이스를 첨가하면 DNA는 가수분해되지만 단백질은 영향을 받지 않아 추출물 정제가 용이하다.^[27]

최근에는 병원성 세균에서 유래한 디옥시리보뉴클레이스가 상처 감염 모니터링 지표로 사용되고 있다.^[28]

패혈증은 신체의 감염에 대한 극심한 반응으로 발생하는 생명을 위협하는 염증성 질환이다. DNase는 NET를 파괴하고 염증 반응을 감소시키는 효과가 있어 패혈증 치료법으로 연구되고 있다.^[17]^[18]^[19]

전신성 홍반성 루푸스(SLE)는 자가항체 생성을 유발하는 자가면역 질환이다. DNase I의 낮은 수준과 관련이 있으며, 세포자멸사 세포가 자가항원이 된다. DNase I은 세포자멸사 잔해의 양을 줄이기 위한 치료법으로 조사되었으나, 염색질의 세포막 분해 불가 등의 어려움으로 인해 추가 연구가 진행 중이다.^[14]^[18]^[20]

DNase는 DNA 분해 능력으로 인해 항종양 효과를 갖는 것으로 알려져 있다. 암 환자의 혈액에서 높은 수준의 DNA가 발견됨에 따라 DNase I이 가능한 치료법으로 제시되었고, 여러 마우스 연구에서 긍정적인 결과가 나타났지만, 추가적인 연구가 필요하다.^[21]^[14]

6. 2. 3. 항종양 치료

디옥시리보뉴클레이스는 DNA를 분해하는 능력을 바탕으로 항종양 효과를 갖는 것으로 알려져 있다. 암 환자의 혈액에서 높은 수준의 DNA가 발견되어 DNase I이 가능한 치료법일 수 있다는 점이 제시되었다.^[21]^[14] 여러 쥐 실험 연구에서 정맥 내 DNase I을 활용한 항종양 진행에서 긍정적인 결과가 나타났다. 그러나 대중에게 소개되기 전에 더 많은 연구가 필요하다.^[21]^[14] ecDNA가 그렇게 높은 수준으로 존재하는 이유와 DNase가 효과적인 치료법으로 작용할지에 대한 이해가 부족한 상황이다.

6. 3. 진단

디옥시리보뉴클레이스와 결합된 늑막 내 조직 플라스미노겐 활성화 인자(tPA)는 흉막 배액을 증가시키고 병원 입원 기간을 단축시키며 부폐렴성 삼출 및 농흉에서 수술의 필요성을 감소시키는 것으로 나타났다.^[26]

한 연구 프로토콜에서는 5 mg의 디옥시리보뉴클레이스(풀모자임, 로체) 용량과 10 mg의 조직 플라스미노겐 활성화 인자(tPA, 엑틸리세, 베링거 잉겔하임) 용량을 사용했다. 늑막 내 약물은 3일 동안 매일 2회 투여하고, 각 투여 후에는 약물이 1시간 동안 흉막강에 남아 있도록 배액관을 고정하였다. 디옥시리보뉴클레이스 단독 또는 조직 플라스미노겐 활성화 인자(tPA) 단독 치료는 효과가 없었다.^[26]

디옥시리보뉴클레이스는 일반적으로 원핵생물로부터 추출한 단백질을 정제할 때 사용된다. 단백질의 추출은 보통 세포벽의 분해를 수반한다. 분해되고 깨지기 쉬운 세포벽이 우발적으로 분해되어 원치 않은 DNA와 원하는 단백질을 방출하는 것이 일반적이다. 생성되는 DNA-단백질 추출물은 점성이 높고 정제하기가 어려운데 이러한 경우에 디옥시리보뉴클레이스가 첨가된다.^[27] DNA는 가수분해되지만 단백질은 영향을 받지 않으며 추출물은 추가적인 정제를 거칠 수 있다.

최근에는 병원성 세균에서 유래한 디옥시리보뉴클레이스가 상처 감염 모니터링에 대한 지표로 사용되고 있다.^[28]

7. 분석

DNA는 260 nm 근처에서 최대 흡광도의 파장을 갖는 자외선을 흡수한다. 이중 가닥 DNA 또는 RNA의 이중 가닥 구조가 발생하는 영역에서도 염기가 서로 평행하게 쌓이고 염기 분자의 궤도 겹침으로 인해 자외선의 흡광도가 감소한다. 이러한 현상을 흡광감소 효과(吸光減少效果, hypochromic effect)라고 한다.^[22] 디옥시리보뉴클레이스는 이중 가닥 DNA에서 뉴클레오타이드를 분리하면 염기가 더 이상 이중 가닥 DNA에서처럼 쌓이지 않게 때문에 궤도 중첩이 최소화되고 자외선 흡광도가 증가한다. 이러한 흡광도의 증가는 디옥시리보뉴클레이스 활성의 쿠니츠 단위(Kunitz unit)의 기초가 된다.^[22]

== 쿠니츠 단위 (Kunitz Unit) ==

1 쿠니츠 단위는 25 °C의 0.1 M 아세트산 나트륨(NaOAc) (pH 5.0) 완충 용액에서 고도로 중합된 DNA에 작용할 때 260 nm 파장에서 분당 0.001의 흡광도 증가를 일으키는 1 mg/ml 연어 정자 DNA에 첨가된 효소의 양으로 정의된다.^[22] 이 단위의 명칭은 1946년에 표준적인 시험을 제안한 러시아계 미국인 생화학자 모세스 쿠니츠를 기리기 위한 것이다.^[22] 표준적인 효소의 준비는 DNA 준비 및 용액 내의 중합도의 표준화가 불가능하기 때문에 미지의 물질과 병행하여 준비해야 한다.

== 단일 방사형 효소 확산 (SRED) ==

단일 방사형 효소 확산 (SRED)은 DNase I 활성 측정을 위한 간단한 방법으로, Nadano 등이 도입했으며 아가로스 겔 전기영동에서 DNA 분해를 기반으로 한다.^[14] DNase 활성은 에티듐 브로마이드로 염색된 DNA가 균일하게 분포된 아가로스 겔 층에서 분배된 원형 웰의 크기로 나타난다. 배양 후 효소가 웰에서 겔로 방사형으로 확산되어 DNA를 절단함에 따라 원형의 어두운 영역이 형성된다.^[14] SRED는 SYBR Green I 또는 기타 DNA 겔 염료로 에티듐 브로마이드를 대체하는 등, 민감도와 안전성을 증가시키는 많은 변형을 거쳤다.^[23]

== 비색 DNase I 활성 분석 ==

동역학적 비색 DNase I 활성 분석은 인간 재조합 DNase I(Pulmozyme)의 안정성을 평가하기 위해 개발되었다. 이 방법은 DNA/메틸 그린 복합체의 분해를 기반으로 하는 비색 종점 효소 활성 분석에서 조정되었다.^[24]

7. 1. 쿠니츠 단위 (Kunitz Unit)

DNA는 260 nm 근처에서 최대 흡광도의 파장을 갖는 자외선을 흡수한다. 이중 가닥 DNA 또는 RNA의 이중 가닥 구조가 발생하는 영역에서도 염기가 서로 평행하게 쌓이고 염기 분자의 궤도 겹침으로 인해 자외선의 흡광도가 감소한다. 이러한 현상을 흡광감소 효과(吸光減少效果, hypochromic effect)라고 한다.^[22] 디옥시리보뉴클레이스는 이중 가닥 DNA에서 뉴클레오타이드를 분리하면 염기가 더 이상 이중 가닥 DNA에서처럼 쌓이지 않게 때문에 궤도 중첩이 최소화되고 자외선 흠광도가 증가한다. 이러한 흡광도의 증가는 디옥시리보뉴클레이스 활성의 쿠니츠 단위(Kunitz unit)의 기초가 된다.^[22]

1 쿠니츠 단위는 25 °C의 0.1 M 아세트산 나트륨(NaOAc) (pH 5.0) 완충 용액에서 고도로 중합된 DNA에 작용할 때 260 nm 파장에서 분당 0.001의 흡광도 증가를 일으키는 1 mg/ml 연어 정자 DNA에 첨가된 효소의 양으로 정의된다.^[22] 이 단위의 명칭은 1946년에 표준적인 시험을 제안한 러시아계 미국인 생화학자 모세스 쿠니츠를 기리기 위한 것이다.^[22] 표준적인 효소의 준비는 DNA 준비 및 용액 내의 중합도의 표준화가 불가능하기 때문에 미지의 물질과 병행하여 준비해야 한다.

7. 2. 단일 방사형 효소 확산 (SRED)

DNA는 260 nm 근처에서 최대 흡광도의 파장을 갖는 자외선을 흡수한다. 이러한 흡수는 DNA의 방향족 염기에 있는 파이 전자 때문이다.^[22] 이중 가닥 DNA 또는 RNA의 이중 가닥 구조가 발생하는 영역에서도 염기가 서로 평행하게 쌓이고 염기 분자의 궤도 겹침으로 인해 자외선의 흡광도가 감소한다. 이러한 현상을 흡광감소 효과(吸光減少效果, hypochromic effect)라고 한다.^[22] 디옥시리보뉴클레이스는 이중 가닥 DNA에서 뉴클레오타이드를 분리하면 염기가 더 이상 이중 가닥 DNA에서처럼 쌓이지 않게 때문에 궤도 중첩이 최소화되고 자외선 흠광도가 증가한다.^[22] 이러한 흡광도의 증가는 디옥시리보뉴클레이스 활성의 쿠니츠 단위(Kunitz unit)의 기초가 된다. 1 쿠니츠 단위는 25 °C의 0.1 M 아세트산 나트륨(NaOAc) (pH 5.0) 완충 용액에서 고도로 중합된 DNA에 작용할 때 260 nm 파장에서 분당 0.001의 흡광도 증가를 일으키는 1 mg/ml 연어 정자 DNA에 첨가된 효소의 양으로 정의된다. 이 단위의 명칭은 1946년에 표준적인 시험을 제안한 러시아계 미국인 생화학자 M. 쿠니츠(M. Kunitz)를 기리기 위한 것이다.^[22]

표준적인 효소의 준비는 DNA 준비 및 용액 내의 중합도의 표준화가 불가능하기 때문에 미지의 물질과 병행하여 준비해야 한다.

단일 방사형 효소 확산 (SRED)은 DNase I 활성 측정을 위한 간단한 방법으로, Nadano 등이 도입했으며 아가로스 겔 전기영동에서 DNA 분해를 기반으로 한다.^[14] DNase 활성은 에티듐 브로마이드로 염색된 DNA가 균일하게 분포된 아가로스 겔 층에서 분배된 원형 웰의 크기로 나타난다. 배양 후 효소가 웰에서 겔로 방사형으로 확산되어 DNA를 절단함에 따라 원형의 어두운 영역이 형성된다.^[14] SRED는 SYBR Green I 또는 기타 DNA 겔 염료로 에티듐 브로마이드를 대체하는 등, 민감도와 안전성을 증가시키는 많은 변형을 거쳤다.^[23]

7. 3. 비색 DNase I 활성 분석

DNA는 260 nm 근처에서 최대 흡광도의 파장을 갖는 자외선을 흡수한다. 이 흡수는 DNA의 방향족 염기에 있는 파이 전자 때문이다. 이중 가닥 DNA 또는 RNA의 이중 가닥 구조가 발생하는 영역에서도 염기가 서로 평행하게 쌓이고 염기 분자의 궤도 겹침으로 인해 자외선의 흡광도가 감소한다. 이러한 현상을 흡광감소 효과(吸光減少效果, hypochromic effect)라고 한다.^[22] 디옥시리보뉴클레이스는 이중 가닥 DNA에서 뉴클레오타이드를 분리하면 염기가 더 이상 이중 가닥 DNA에서처럼 쌓이지 않게 때문에 궤도 중첩이 최소화되고 자외선 흠광도가 증가한다. 이러한 흡광도의 증가는 디옥시리보뉴클레이스 활성의 쿠니츠 단위(Kunitz unit)의 기초가 된다.^[22] 1 쿠니츠 단위는 25 °C의 0.1 M 아세트산 나트륨(NaOAc) (pH 5.0) 완충 용액에서 고도로 중합된 DNA에 작용할 때 260 nm 파장에서 분당 0.001의 흡광도 증가를 일으키는 1 mg/ml 연어 정자 DNA에 첨가된 효소의 양으로 정의된다.^[22] 이 단위의 명칭은 1946년에 표준적인 시험을 제안한 러시아계 미국인 생화학자 M. 쿠니츠(M. Kunitz)를 기리기 위한 것이다.^[22]

표준적인 효소의 준비는 DNA 준비 및 용액 내의 중합도의 표준화가 불가능하기 때문에 미지의 물질과 병행하여 준비해야 한다.

참조

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_[28] 저널 A wireless and battery-free wound infection sensor based on DNA hydrogel 2021-11

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