DNASE2

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Deoxyribonuklease II (DNase II), nämlich Deoxyribonuklease II, wurde erstmals 1947 entdeckt und ist eine nicht-divalent-kationabhängige saure Endonuklease. Sie befindet sich in Lysosomen, Zellkernen und Zellsekreten. Das Klonen von DNase II-Genen in verschiedenen Säugetieren wie Rindern, Schweinen, Mäusen und Menschen wurde durchgeführt, und die Eigenschaften hochhomologer Gene von DNase II in Tieren wie C. elegans, Drosophila und Jakobsmuscheln wurden untersucht.

DNase II Strukturmerkmale

• DNase II hat die folgenden strukturellen Merkmale:
• Signalpeptid-Leitsequenz
• Cystein ist an der Bildung von Disulfidbrücken beteiligt, Aminosäurereste sind am enzymatischen Hydrolyseprozess beteiligt.

Abbildung 1. Struktur der Deoxyribonuklease II.

DNase II bricht die Phosphodiesterbindung zwischen Nukleotiden in Einzelsträngen und Doppelsträngen, was zu einem 5'-Hydroxyl-Ende und einem 3'-Phosphat-Ende führt. DNase II spaltet DNA an verschiedenen Positionen. DNase II-Enzyme verschiedener Arten, wie C. elegans, Drosophila melanogaster und Rinder, haben alle offensichtliche Spaltstellen AGAGGA.

Menschliches DNase II-Gen

Die Mitglieder der DNase II-Enzymfamilie der Säugetiere sind: DNase IIα, DNase IIβ (DLAD). Ihr Analogon ist L-DNase II. Das menschliche DNase II-Genom befindet sich auf 19p13.2. Es gibt 1593 Basen, 5 Introns, 6 Exons und 360 Aminosäuren werden kodiert. Das Enzym hat drei Teile: ein Signalpeptid (16 Aminosäurereste), ein kurzes Propeptid (91 Aminosäurereste) und ein langes reifes Protein von 253 Aminosäuren. Das 5'-Ende hat die Eigenschaften eines Hauskeeping-Gens, das für seine universelle Expression in menschlichen Geweben geeignet ist. In der Struktur gibt es 4 N-Glykosylierungsstellen (N-X-S/T), die möglicherweise zusätzliche Stellen für Mannose-6-Phosphat sein können.

Hauptfunktionen der DNase II-Familie

Die DNase II-Familie hat viele Funktionen. Die Entfernung von DNase II zerstört die Funktion von Phagozyten und verursacht schwere Immundefizienzen und beeinträchtigt Wachstum und Entwicklung.

• DNase II ist mit der Entwicklung von Autoimmunerkrankungen assoziiert

Fremde DNA kann das angeborene Immunsystem aktivieren. Die Ansammlung von nicht abgebauter DNA stimuliert die Produktion von TNF, Typ I IFN und IL-6. Interferon kann die DNase II a-/- Mausembryoleber stark aktivieren. Nach der Paarung zwischen DNase II a-/- Mäusen und normalen Mäusen fehlt der Interferon-Typ-1-Rezeptor (INF-IR) und unverdauter DNA sammelt sich an, was eine akute zelluläre Reaktion verursacht. Wenn die apoptotischen Zellen nicht phagozytiert werden, werden die Inhalte der Zellen freigesetzt, was möglicherweise zu Autoimmunerkrankungen führt. Erwachsene DNase II-defiziente Mäuse starben an chronischer Polyarthritis, ähnlich wie bei rheumatoider Arthritis. Der menschliche DNase II-Polymorphismus ist mit einem erhöhten Risiko für Nierenerkrankungen bei Patienten mit systemischem Lupus erythematodes (SLE) assoziiert.

• DNase II kann effektiv die Absorption von fremder DNA widerstehen

Nachdem apoptotische Zellen geschluckt wurden, wird genetische Information von apoptotischen Zellen auf lebende Zellen übertragen, was zur Tumorentstehung führen kann. Allerdings kann die Übertragung von apoptotischer DNA auf Fibroblasten oder Epithelzellen zu einer Zellzyklus-Arrest führen. DNase II baut die DNA von phagozytierten apoptotischen Zellen ab, um den p53- und p21-Weg zu aktivieren, um normale Zellen vor potenziell schädlicher DNA-Replikation zu schützen. Daher kann die Aktivierung des DNase II-Enzyms die Replikation schädlicher DNA verhindern, was wiederum die Entwicklung maligner Erkrankungen verhindert.

DNase II Phylogenie und Evolution

Es gibt noch viele ungelöste Fragen zum Ursprung, zur Phylogenie, zur Verbreitung und zur Evolution des DNase II-Enzyms. Frühe Studien bewiesen, dass DNase II in verschiedenen mehrzelligen Tieren existiert und auch in Pilzen, Trichomonas und einer speziellen einzelnen Bakteriengattung vorkommt. Poröse Organismen wie Pantoffeltierchen, ungleiche Geißeltierchen wie Kieselalgen, Algen und sogar Grünalgen haben DNase II-Homologe, während Rotalgen, Blumen, Pilze und einige parasitäre Organismen offensichtlich fehlen. Obwohl es im Genus Trichomonas existiert, ist es wahrscheinlich, dass es gleichzeitig mit der Phagozytose evolviert ist, was die DNA-Abbau und die bakterielle Ernährung begünstigt. Viele Eukaryoten fehlen in unterschiedlichem Maße DNase II, was das Fehlen der Phagozytose von intrazellulären Parasiten, obligat selbstversorgenden Bakterien und saprophytischen Bakterien erklären kann.

Referenz

1. Liao T H. The subunit structure and active site sequence of porcine spleen deoxyribonuclease. Biol. Chem. 1985,260(19):10708 –10713