Nucleasen zijn enzymen wiens functie is om te degraderen nucleïnezuren zoals ribonucleïnezuur or desoxyribonucleïnezuur Dit wordt volledige of gedeeltelijke vertering van het substraat genoemd.
Wat zijn nucleasen?
Nucleasen zijn over het algemeen verantwoordelijk voor de afbraak van nucleïnezuren In dit proces kan het nucleïnezuur worden afgebroken vanaf de uiteinden van het nucleïnezuur moleculen evenals vanuit het midden. Er zijn ook zogenaamde restrictie-nucleasen, die alleen nucleïnezuursequenties uit bepaalde regio's knippen. Nucleasen worden geclassificeerd volgens verschillende criteria. Een criterium is het type nucleïnezuur (desoxyribonucleïnezuur or ribonucleïnezuur Een ander criterium betreft de secundaire structuur zoals dubbelstrengs of enkelstrengs. Het is ook belangrijk voor de selectie van criteria of de afbraak plaatsvindt vanaf de uiteinden of vanuit het midden van het molecuul. De volgende vraag is waar de aanvalslocatie zich bevindt tussen de 5 ′ site en de 3 ′ site van de suiker-fosfaat steiger. De rol van sequentiespecifieke en niet-specifieke basensequentie speelt ook een rol bij het bepalen van de classificatiecriteria. Volgens deze criteria ontstaan er verschillende classificatieklassen. Nucleasen kunnen dus worden geclassificeerd in exonucleasen, endonucleasen, deoxyribonucleasen en ribonucleasen.
Functie, actie en taken
De functies van nucleasen zijn divers. Een belangrijke functie is om vreemd DNA of RNA zowel sequentiespecifiek als niet-specifiek te splitsen. Restrictie-endonucleasen zijn verantwoordelijk voor deze taak. Ze klieven de nucleïnezuren op specifieke locaties weg van de uiteinden. In het proces worden ofwel vergelijkbare nucleïnezuursequenties gesplitst of worden niet-specifieke sequenties geproduceerd. De restrictie-endonucleasen maken deel uit van de immuunsysteem, omdat ze vreemde nucleïnezuren afbreken zuren Niet-specifieke nucleasen zijn vaak verantwoordelijk voor het verteren van nucleïnezuur zuren Ze verteren echter ook de nucleïnezuur zuren van dode cellen tijdens geprogrammeerde celdood, apoptose. DNase, dat vooral in de alvleesklier voorkomt, lever, bloedplaatjes en bloed plasma, speelt een grote rol in dit proces. Het mRNA wordt beïnvloed door de aanwezigheid van RNases. De gecontroleerde afbraak van RNA regelt de regulering van gen uitdrukking. De exonucleasen breken het individuele DNA of RNA af moleculen vanaf de uiteinden. Hier is de nucleïnezuursequentie niet relevant. De functie van deze enzymen is om de nucleïnezuren volledig af te breken tot de overeenkomstige nucleotiden. Daarbij dienen de nucleotiden óf weer als bouwstenen voor de vernieuwde opbouw van nucleïnezuren óf ze worden volledig afgebroken. In gentechnologie procedures worden restrictienucleasen gebruikt als moleculaire snijgereedschappen voor gerichte verwijdering van ongewenste nucleïnezuursequenties.
Vorming, voorkomen, eigenschappen en optimale waarden
Het onderscheid tussen DNases en RNases is een bijzonder belangrijk onderscheidingscriterium. DNasen breken DNA af. Er zijn zowel neutrale als zure DNases. De neutrale DNases worden vooral in de alvleesklier geproduceerd, lever, bloed plasma en bloedplaatjes Daar controleren ze de afbraak van DNA tijdens apoptose. De afbraak van DNA door neutraal DNase leidt tot de vorming van nucleoside'-5-fosfaten. Om het genetisch materiaal niet onspecifiek af te breken, vormt neutraal DNase een complex met het eiwit actine. Dit complex wordt beschouwd als de opslagvorm van het nuclease. Zuur DNase (DNase II) is ook aanwezig in de alvleesklier en bloed plasma, maar ook in urine en moedermelk Met behulp van zuur DNase wordt DNA gesplitst in nucleoside'-3-fosfaten. RNases vertonen een grotere diversiteit. Bij mensen zijn ongeveer 50 verschillende RNases bekend, waarvan er 9 geassocieerd zijn met zeldzame erfelijke ziekten. De RNases kunnen op hun beurt worden onderverdeeld in exoribonucleasen en endoribonucleasen, afhankelijk van of het RNA wordt afgebroken vanaf de uiteinden of wordt gesplitst in de streng. RNases spelen onder meer een belangrijke rol in gen regulering door specifiek de levensduur van tRNA te beperken. Ze helpen ook bij de productie van nieuw RNA op een precies passende manier. Bovendien, als onderdeel van de immuunsysteem, zijn ze betrokken bij het bestrijden van binnendringend viraal RNA. De belangrijkste RNases zijn RNase A, RNase H, RNase P, RNase R en RNase D.RNase A splitst specifiek RNA volgens een pyrimidine stikstof basis zoals uracil of cytosine. Het is vooral aanwezig in zweet, waar het wordt afgebroken virussen voordat ze het organisme kunnen binnendringen. Om deze reden wordt het vaak een omgevingsnuclease genoemd. RNase H werkt niet-specifiek op DNA-RNA-heteroduplexen, waardoor het RNA-gedeelte wordt afgebroken. Een heteroduplex van RNA en DNA is een dubbele streng die is samengesteld uit de twee verschillende soorten nucleïnezuren. RNase verwijdert de RNA-monomeren die per ongeluk in het DNA zijn opgenomen en vervangt ze door DNA-monomeren. RNase P verwijdert de voorloper bij de productie van tRNA. RNase R helpt bacterieel mRNA af te breken en RNase D is gedeeltelijk verantwoordelijk voor het verwerken van tRNA.
Ziekten en aandoeningen
Nucleasen zijn enzymen wiens afwezigheid of storing kan leiden tot ernstige lichamelijke aandoeningen. Zoals eerder vermeld, zijn negen RNases geassocieerd met zeer zeldzame erfelijke ziekten. Onvoldoende activiteit van RNase H leidt bijvoorbeeld tot mutaties, strengbreuken en accumulatie van DNA-sequenties in RNA. Dit resulteert in het zogenaamde Aicardi-Goutières-syndroom, dat zich al bij zuigelingen manifesteert in febriele episodes, braken en onrust. Bij sommige zuigelingen gaan de aangeleerde motorische vaardigheden na een paar maanden weer verloren. Veel patiënten overlijden vroeg jeugd Deze symptomen worden veroorzaakt door ontstekingsreacties die worden gemedieerd door immuunreacties op de verrijkte DNA-segmenten in het RNA.
