DNASE1

Deoxyribonuklease I, üblicherweise als DNase I bezeichnet, ist eine spezifische DNA-Endonuklease, die aus einer einzelnen glykosylierten Polypeptidkette mit zwei Disulfidbrücken besteht und vom menschlichen Gen DNASE1 kodiert wird. Der optimale pH-Wert von DNase I liegt bei etwa 7,5. Die Aktivität und strukturelle Integrität von DNase I hängen von zweiwertigen Kationen ab, wobei Mg²⁺ oder Mn²⁺ DNase I aktiviert und Ca²⁺ erforderlich ist, um die volle DNase I-Aktivität zu entfalten. DNase I bindet mit sehr hoher (sub-nanomolarer) Affinität an Aktinmonomere und mit geringerer Affinität an Aktinpolymere, die beide die aktin-gebundene DNase I inaktivieren könnten. Hier könnte der DNase-Aktin-Komplex eine effektive Speicherform von DNase I darstellen, die den Schaden genetischer Informationen einschränkt. Im Allgemeinen wird DNase I in den Zymogen-Granula der Kernhülle gespeichert.

Genomik

In der Genomik wird angenommen, dass hypersensitive Stellen von DNase I durch offenes, zugängliches Chromatin gekennzeichnet sind und gezeigt haben, dass sie in der Lage sind, viele verschiedene Arten von genetischen regulatorischen Elementen zu kennzeichnen, einschließlich Enhancer, Promotoren, Isolatoren, Silencer, Locus-Kontrollregionen und Histonmodifikationen. Folglich wird der DNase I-Empfindlichkeitstest in der Genomik weit verbreitet eingesetzt, um zu identifizieren, welche Regionen des Genoms aktive Gene enthalten könnten. Die Sequenz von DNase I ist evolutionär verwandt mit der des menschlichen muskel-spezifischen DNase-ähnlichen Proteins und den menschlichen Proteinen DHP1 und DHP2, wobei die erste Disulfidbrücke von DNase I jedoch nicht konserviert ist. Alternative transkriptionale Spleißvarianten von DNASE1 wurden festgestellt, aber nicht gründlich charakterisiert.

Spezifität

Es wurde kürzlich berichtet, dass DNase I einige Grade von Sequenzspezifität zeigt, die von den experimentellen Bedingungen abhängen können. Im Gegensatz zu anderen Enzymen mit hoher Substratspezifität kann DNase I sicherlich nicht mit absoluter Sequenzspezifität arbeiten. Es wurde jedoch festgestellt, dass die Spaltung an Stellen, die C oder G an ihrem 3'-Ende enthalten, weniger effizient ist. Es zeigt eine Vorliebe für die Spaltung an der 5'-Seite von Pyrimidinen, was insbesondere in alternativen Copolymeren ausgeprägt ist. Es wurde gezeigt, dass Variationen im Drehwinkel von DNase I erkannt werden. Die Spezifität von DNase I hängt auch von den vorhandenen zweiwertigen Kationen ab. Das Vorhandensein von Ca²⁺ und Mg²⁺ führt zu Einzelstrangbrüchen, und das Auftreten von Mn²⁺ könnte mit Doppelstrangbrüchen in Verbindung stehen.

Aktionsmodus

DNase I verdaut indiscriminativ Phosphodiesterbindungen neben einem Pyrimidinnukleotid, um Oligonukleotid-, Trinukleotid- oder Dinukleotidfragmente mit 5'-phosphorylierten und 3'-hydroxylatierten Enden zu erzeugen. Es kann Einzel- und Doppelstrang-DNA sowie DNA-RNA-Hybride auf endonukleolytische Weise spalten. DNase I führt zu Einzelstrang-Nicks in Duplex-DNA, wenn eine Protonenakzeptor-Spenderkette, die eine Glutaminsäure und eine Histidin enthält, ein nucleophiles Hydroxidion erzeugt, um die 3'-P-O-Bindung zu spalten. Es erleichtert auch den Abbau von Chromatin während der Apoptose. DNase I wird normalerweise außerhalb der Zelle sezerniert, kann jedoch wahrscheinlich in den Zellkern eindringen, wo es mit Apoptose assoziiert ist, um den programmierten Zelltod auszulösen. Die Aktionsweise von DNase I ist weder basen- noch sequenzspezifisch, während das Spaltungsmuster und die Häufigkeit des Schneidens eindeutig sequenzabhängig sind, was zeigt, dass DNase I Variationen in der Geometrie des DNA-Rückgrats erkennen kann. DNase I funktioniert auch in einem Tempo, das stark von seiner Chromatinumgebung abhängt.

Abbildung 1. Katalytischer Mechanismus von DNase I.

Funktionen

DNase I wird normalerweise in Gewebedissociationsprotokollen angewendet, um DNA zu verdauen, die aufgrund von Zellschäden in die Gewebekultur gelangt ist. DNase I wird auch zur Entfernung von membrangebundenen DNA-Fragmenten eingesetzt. Abgesehen von seiner Rolle als Abfallmanagement-Endonuklease wurde DNase I als verantwortlich für die DNA-Fragmentierung während der Apoptose empfohlen. Der Abbau menschlicher Gewebe wie Knorpel, Mikroglia, Epithel, Dickdarm, Lunge, Leber, Nerven- und Stammzellen kann durch den Einsatz von DNase I erfolgen. Aktive DNase I ist entscheidend, um eine Immunstimulation zu verhindern, und die Abnahme der Abbaukraft kann das Risiko für die Produktion von Anti-Nukleosomen-Antikörpern erhöhen, was die Entwicklung von systemischem Lupus erythematodes anzeigt. Die Bildung eines Komplexes mit G-Aktin führt zur Hemmung der DNase-Aktivität und zum Verlust der Fähigkeit von G-Aktin, sich zu Fasern zu polymerisieren. DNase I wurde eingesetzt, um Lungenprobleme bei Patienten mit zystischer Fibrose zu kontrollieren, indem DNA, die in eitrigen Lungensekreten gefunden wurde, abgebaut wird, um die Viskosität zu reduzieren und es dem Patienten zu erleichtern, zu atmen. Transiente myokardiale Ischämie, die während einer perkutanen koronaren Intervention auftritt, könnte zu einem signifikanten Anstieg der Serum-DNase I-Aktivität führen, was als empfindlicher Indikator für die Erkennung transienter myokardialer Ischämie wertvoll sein könnte. Es ist auch bemerkenswert, dass die Anwendung einer Säugetier-DNase die Einschränkungen der Immunotoxintherapie mit weniger Toxizität und weniger Immunogenität als derzeit verfügbare Immunotoxine überwinden könnte.

Referenz