6.10: DNAトポイソメラーゼ

トポイソメラーゼは、DNAの複製や転写など、さまざまな細胞プロセスで巻き取られたDNA分子をリラックスさせる酵素です。これらの酵素は、ヌクレオチド配列を変化させることなく、正と負のDNAスーパーコイルを調節します。DNAが時計回りに巻きすぎると、DNAが正にスーパーコイル状になり、反時計回りに巻きすぎると、DNAが負にスーパーコイル状になります。

作用の種類とメカニズム

I型トポイソメラーゼは、二本鎖DNAの1本鎖に作用し、さらにIA、IB、ICの3つのカテゴリーに分けられます。IA型は、切断されたDNA鎖の5’末端と共有結合を形成し、ネガティブスーパーコイルを除去します。これは、反対側の鎖が通過できる一本鎖の突破口を作成し、局所的にもつれを解くDNA分子をもたらします。IB型は、切断されたDNA鎖の3’末端と共有結合を形成し、正と負の両方のスーパーコイルDNAを緩和できます。この酵素は、切断された一本鎖を反対側の鎖を中心に回転させ、その過程でDNAのねじれを解きます。IC型は主に古細菌に見られ、IB型と同様のメカニズムを持っています。ほとんどのI型トポイソメラーゼは、スーパーコイル状のDNAをリラックスさせるためにATPを必要としません。リバースジャイレースを除いて、このユニークなIA型トポイソメラーゼはATPを必要とし、それらをほどくのではなく、正のDNAスーパーコイルを生成します。

II型トポイソメラーゼは、DNA二重らせんの両鎖を切断するATP依存性酵素です。それらは、タイプIIAとタイプIIBの2つのサブタイプに分けられます。これらのサブタイプは、その構造とタンパク質ドメインの位置によって区別されます。どちらのサブタイプも同様のメカニズムを持っています。それらは、切断された二本鎖を介して無傷のスーパーコイルDNAのループを転写し、それによってコイルを1つのループで解きほぐします。IIA型トポイソメラーゼに属する細菌ジャイレースは、DNAに負のスーパーコイルを導入する可能性があるため、他のすべての既知のトポイソメラーゼとは異なります。