主な違い - 細菌のトランスポザーゼとレトロウイルスのインテグラーゼの違い

輸送可能な遺伝物質の進化には、ゲノム内やゲノム間のある領域から次の領域への転送という、大きく2つの戦略がある。RNA分子を置換してからDNA分子を形成する方法と、DNAを中間体として形成する方法がある。トランスポザーゼやウイルスインテグラーゼは、このようなトランスポーザブルな遺伝物質の一例である。細菌のトランスポザーゼは、トランスポゾンの末端に結合し、さまざまなメカニズムでゲノムの別の場所に移動することを促進する。レトロウイルスのインテグラーゼは、レトロウイルス（HIVなど）の遺伝物質を、感染した宿主細胞の遺伝物質（DNA）に組み込む働きをする酵素である。この点が、細菌のトランスポザーゼとレトロウイルスのインテグラーゼの大きな違いである。

カタログ

1. 概要と主な相違点 2. 細菌トランスポザーゼとは 3. レトロウイルスインテグラーゼとは 4. 細菌トランスポザーゼとレトロウイルスインテグラーゼの類似点 5. 横並び比較-細菌トランスポザーゼとレトロウイルスインテグラーゼの表形式 6. 総括

細菌性トランスポザーゼは何ですか？

トランスポザーゼは、トランスポゾンの末端に結合し、様々なメカニズムでトランスポゾンをゲノムの別の場所に移動させる触媒となる酵素である。このようなメカニズムには、「カットアンドペーストメカニズム」や「コピートランスポジションメカニズム」などがある。トランスポザーゼは、Tn3トランスポゾンに必要な酵素をクローニングすることで初めて導入された。ゲノム間あるいは遺伝子座から遺伝子座への転移には、2つの重要な戦略が用いられてきた。一つは、DNAのコピーが合成される前にRNAの中間体を介して転位する戦略で、もう一つは、DNAの中間体に単独で結合する戦略である。2つの元素の統合に関わる組換え反応は、元素特異的な**酵素の働きによって起こる。したがって、これらの酵素は、DNAエレメントの場合はトランスポザーゼと呼ばれ、RNAエレメントの場合はインテグラーゼと呼ばれる。

2つの転移戦略の違いを比較すると、プロセスは化学的に同一であるように見えます*2。しかし、最近の証拠によると、活性部位を形成するアミノ酸配列の領域であるDDEモチーフの統合メカニズムには一定の類似性があることが示唆されている。現在、合計5つのトランスポゾンファミリーが分類されているが、トランスポゾンに新たな形質が加わることで、トランスポゾンファミリーの数は今も増え続けている。これらのファミリーには、DDEトランスポザーゼ、チロシン（Y）トランスポザーゼ、セリン（S）トランスポザーゼ、ローラーコイルトランスポザーゼ、逆転写酵素／核酸エンドヌクレアーゼ（RT／En）などが含まれる。これらのファミリーはユニークな触媒機構を用いてDNAの切断と再接合を行う。ddeトランスポザーゼは、オリジナルのトランスポゾンのカットアンドペースト機構に関与し、アスパラギン酸（D）、グルタミン酸（E）という3群の保存アミノ酸を持つ。チロシントランスポザーゼは、チロシン残基を利用した部位特異的**な処理によって、シアペースト機構にも関与している。

図01：バクテリアのトランスポザーゼ

セリントランスポザーゼは、環状DNAの中間生成物からなり、上記ファミリーと同様のカットアンドペースト機構を行う。ローリングループトランスポザーゼは、DNA複製によって一本鎖が目的部位に直接コピーされる複製機構に関与している。これにより、鋳型鎖と複製鎖は新たに合成された鎖を持つことになる。逆転写酵素・核酸エンドヌクレアーゼ型トランスポザーは、様々な転位機構を持つ。

レトロウイルスのインテグラーゼは何ですか？

レトロウイルスのインテグラーゼという意味では、HIVに感染した細胞の遺伝物質（DNA）など、レトロウイルスの遺伝物質の統合を助けるレトロウイルス酵素であると考えられている。これらのレトロウイルスのインテグラーゼは、しばしばファージのインテグラーゼと混同される。ファージインテグラーゼの一例として、λファージインテグラーゼがあります。しかし、これらは全く別の酵素であり、混同してはいけない。レトロウイルスのインテグラーゼは、レトロウイルス前統合複合体の形成に大きな役割を担っている。レトロウイルスのインテグラーゼ蛋白質は、通常、3つの典型的な構造ドメインから構成されている。これらのドメインはフレキシブルリンカーによってリンクされています。

3つの構造ドメインには、3つのらせん束が結合し、Zn2+カチオンの関与によって安定化されているN末端の亜鉛結合ドメイン、RNase Hフォールディング触媒のコア構造ドメイン、C末端のDNA結合ドメイン（SH3フォールド）が含まれている。研究および生化学的な構造情報から、レトロウイルスのインテグラーゼは二量体（四量体）として機能することが示唆された。レトロウイルスのインテグラーゼタンパク質の3つの構造ドメインと多量体化およびウイルスのDNA結合の関連性レトロウイルスのインテグラーゼの主な機能は、その遺伝物質**を宿主のDNAに組み込むことである。このステップは、HIVウイルスの複製プロセスで最も重要なステップである。一度統合に成功すると、細胞が生きている間、染色体DNAの中に存在することになる。

図02：レトロウイルスインテグラーゼ

したがって、統合した後は、ユニットが戻ることはありません。これらのレトロウイルスインテグラーゼは、3'末端処理と共有結合の2つの主要な反応に関与している。3'末端処理では、ウイルスDNAの3'末端から2-3個のヌクレオチドが除去され、ウイルスDNAの3'末端にCAジヌクレオチドが現れる。共有結合の際には、ウイルスDNAの処理済みの3'末端が宿主染色体DNAに共有結合で結合させられる。

細菌のトランスポザーゼとレトロウイルスのインテグラーゼの類似性は何ですか？

• 細菌のトランスポザーゼとレトロウイルスのインテグラーゼは、どちらもアミノ酸配列が似ている。

細菌性トランスポザーゼとレトロウイルスのインテグラーゼの違い

概要 - 細菌性トランスポザーゼ vs. レトロウイルスのインテグラーゼ

細菌トランスポザーゼは、レトロウイルス（HIVなど）の遺伝物質を感染細胞の遺伝物質（DNA）に組み込む働きをするレトロウイルス酵素と考えられている。ゲノム間あるいは遺伝子座から遺伝子座への転移には、2つの重要な戦略が用いられてきた。現在、合計5つのトランスポゾンファミリーが分類されているが、トランスポゾンに新たな形質が加わることで、トランスポゾンファミリーの数は今も増え続けている。レトロウイルスの酵素と考えられているインテグラーゼは、レトロウイルスの遺伝物質（HIVなど）を感染細胞の遺伝物質（DNA）に組み込む働きをするものである。レトロウイルスのインテグラーゼ蛋白質は、通常、3つの典型的な構造ドメインから構成されている。レトロウイルスのインテグラーゼの主な機能は、その遺伝物質**を宿主のDNAに組み込むことである。このステップは、HIVウイルスの複製プロセスで最も重要なステップである。したがって、一度統合された細胞は、もう戻れないのです。これが細菌のトランスポザーゼとレトロウイルスのインテグラーゼの違いである。

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引用

1.Vigil-Stenman, Theoden et al."High abundance and expression of transposases in Baltic Sea bacteria", ISME Journal, vol.11, no.11, 2017, pp.2611-2623., doi:10.1038/i**ej.2017.114.2. Polard, P and M Chandler."Bacterial transposases and retroviral integrases", Molecular Microbiology, US National Library of Medicine, January 1995.3で入手可能。 Andrake, Mark D. and Anna-Marie Skalka."Retroviral integrase: then and now", Annals of Virology, vol.2, no.1, September 2015, pp.241-264.3. Andrec, Mark D. and Anna-Marie Skalka."Retroviral integrase: then and now," Annals of Virology, vol.2, no.1, September 2015, pp.241-264., doi:10.1146/annurev-virology-100114-055043.