制限修飾系

分子生物学用語集

制限修飾系

(Restriction and modification system type I, type I R-M system)

大腸菌に代表されるバクテリアの制限修飾系。ファージからの感染を防ぐためのシステム。EcoKIやEcoBIなど。菌のゲノム上の特定の配列をメチラーゼで修飾（メチル化）し、メチル化されていない外来遺伝子を制限（切断）することによって外来遺伝子からゲノムを守る。

TypeI制限修飾系

hsd(host specificity defective)。近接するhsdR, hsdM, hsdSから成り、それぞれ制限（切断）・修飾（メチル化）・認識を担うサブユニットである。

特徴

• 3つのサブユニットを持つヘテロ多量体酵素。
• 修飾系はS-アデノシルメチオニンをメチル基のドナーとするメチルトランスフェラーゼ活性を有する。
• 制限系にはATPとMg²⁺イオンを必要とする。
• 認識部位から離れた位置を切断する。

TypeII制限修飾系

遺伝子工学で用いられる制限酵素のほとんどは、制限修飾系（TypeII）の制限酵素である。一般的に、基質は二重鎖DNAで、反応生成物は末端が平滑なもの（平滑末端）と、突出したもの（粘着末端、突出末端）が得られる。対となるメチラーゼによってこの反応が抑制される。（eg. EcoRIとM.EcoRI)　認識部位はパリンドローム（回文）配列となっていることが多い。

制限酵素：Restriction enzyme, Endonuclease, REase

平滑末端を生成する
→ +

5'突出末端を生成する
→ +

3'突出末端を生成する
→ +

特徴

• 制限酵素とメチラーゼが複合体を形成しない。 ≒ 活性な制限酵素だけをクローニングできる。
• 制限酵素はMg²⁺を必要とする。ATPは必要としない。
• 多くの場合、認識サイト内で切断できる。

クイズ

• 6塩基を認識する制限酵素の場合、3,000bpあたりの切断箇所は平均何箇所？
• ゲノムを断片化してパターンを見たいときには、4塩基認識と6塩基認識とどちらを使う？
• DNAのバッファーにTEを使う理由は？

クローニングへの影響

遺伝子工学のクローニングで用いられる大腸菌の遺伝子型は、hsdR欠損(r^-m⁺)か、hsdR,hsdM欠損(r^-m^-)である。まれなケースだが、r^-m^-遺伝子型の株から野生型の株に導入する場合は注意を要する。

大腸菌の遺伝子型

表記	機能
dam	dam(DNA adenine methylase)欠損。damメチラーゼは塩基配列GATCのアデニンをメチル化する。
dcm	dcm(DNA cytosine methylase)欠損。dcmメチラーゼは塩基配列CCWGG（WはAかT）の2番目のシトシンをメチル化する。
mcrA	mCpG (5'-mCG)配列の制限欠損。（mcr = methyl cytosine restriction）哺乳動物細胞由来のゲノムを扱う場合、CGメチラーゼによってメチル化されている場合がほとんどなので、mcrA欠損株が必要となる。
mcrBC	RmC（5'-RmC）配列の制限欠損。（RはAかG）
mrr	メチル化配列制限欠損。(mrr = methylation requiring restriction）Mrrは認識するコンセンサス配列はなく、メチル化されたアデニンあるいはシトシンをもつDNAを切断する。ただし、dam・dcm・EcoKIによるメチル化サイトは切断しない。
hsd	制限性遺伝子型欠損。あるいは宿主特異性遺伝子型欠損（hsd = host specificity defective）。制限修飾系（TypeI）
e14	K-12株に存在するが、他の株には存在しない。e14にmcrA遺伝子が含まれている。

連続する遺伝子の表記

制限修飾系の遺伝子は下のように連続しており、省略されて表記されることがある。

mcrC-mcrB-hsdS-hsdM-hsdR-mrr

たとえば、HB101の制限修飾系の場合、 Δ(mcrC-mrr)　→　mcrCからmrrまですべて欠損

命名法

制限酵素やメチラーゼの名前は、起源となる生物の属・種から頭字語(acronym）をつけ、さらに株の区別などの情報をもとにして名付けられている。同じ組織の中の別の制限・修飾系がある場合にはローマ数字で区別する。制限酵素とメチラーゼを区別する場合は名前の前にRやMをつけるが、TypeIの場合は省略されることが多い。

acronym		other designation
1文字目	2, 3文字目	4文字目以降（必要な場合）
属(genus)	種(species)	株の指定	同起源の場合の区別 (I, II, III,,)

例

属・種・株	酵素名
Escherichia coli	EcoRI, EcoRV
Haemophilus influenzae Rd	HindIII
Haemophilus influenzae Rf	HinfI

生物種はラテン語表記なので、イタリック体（斜体）表記するのが正式な表記法だが、イタリックにしないことも多い。

Reference

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Type I restriction systems: sophisticated molecular machines (a legacy of Bertani and Weigle).
Murray NE
Microbiol Mol Biol Rev64p412-34(2000 Jun)

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