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校正こうせい (生物せいぶつ学がく)

出典しゅってん: フリー百科ひゃっか事典じてん『ウィキペディア（Wikipedia）』

生物せいぶつ学がくにおいて校正こうせい（こうせい、英えい: proofreading）とは、さまざまな生物せいぶつ学がく的てき過程かていにおいてそのエラーを修正しゅうせいする過程かていを指さす。この機構きこうはジョン・ホップフィールドとJacques Ninioによって最初さいしょに提唱ていしょうされた。校正こうせいはDNA複製ふくせい、免疫めんえき系けいの特異とくい性せい、酵素こうそ-基質きしつ認識にんしきや、その他た、特異とくい性せいを高たかめる必要ひつようのある多おおくの過程かていと関係かんけいしている。ホップフィールドとNinioによって提唱ていしょうされた校正こうせい機構きこうは、さまざまな生物せいぶつ学がく的てき反応はんのうの特異とくい性せいを高たかめるためにATPを消費しょうひする、非ひ平衡へいこう的てきな能動のうどう過程かていである。

細菌さいきんでは、3種類しゅるいのDNAポリメラーゼ（I（英語えいご版ばん）、II（英語えいご版ばん）、III（英語えいご版ばん））のすべてが3’ → 5’エキソヌクレアーゼ活性かっせいを用もちいて校正こうせいを行おこなうことができる。不正確ふせいかくな塩基えんき対たいが認識にんしきされると、DNAポリメラーゼはDNAを1塩基えんき対たいごとに逆ぎゃく方向ほうこうに移動いどうし、ミスマッチした塩基えんきを除去じょきょする。その後ご、ポリメラーゼは正ただしい塩基えんきを再さい挿入そうにゅうし、複製ふくせいを継続けいぞくすることができる。

真ま核かく生物せいぶつでは、伸長しんちょう反応はんのうを担になうポリメラーゼ（δでるた（英語えいご版ばん）とεいぷしろん（英語えいご版ばん））のみが校正こうせい能力のうりょく（3’ → 5’エキソヌクレアーゼ活性かっせい）を持もつ[1]。

校正こうせいはタンパク質たんぱくしつ合成ごうせいのためのｍRNAの翻訳ほんやくの際さいにも行おこなわれる[2]。この場合ばあいの機構きこうの1つとして、不正確ふせいかくなアミノアシルtRNAはペプチド結合けつごうが形成けいせいされる前まえに放出ほうしゅつされる[3]。

DNA複製ふくせい時じの校正こうせいの程度ていどによって突然変異とつぜんへんい率りつ（英語えいご版ばん）は決定けっていされ、その値ねは種しゅによって異ことなる[4]。ヒトの大腸だいちょうがんでは、DNAポリメラーゼεいぷしろんの遺伝子いでんしの変異へんいによる校正こうせい機能きのうの喪失そうしつによって、1 Mbpあたり100以上いじょうの変異へんいが生しょうじるhyper-mutated（高こう頻度ひんど変異へんい型がた）の遺伝子いでんし型がたとなる[5]。

他たの分子ぶんし過程かていにおける校正こうせいの程度ていどは、種たねの有効ゆうこう個体こたい数すう（英語えいご版ばん）と同一どういつの校正こうせい機構きこうによって影響えいきょうを受うける遺伝子いでんしの数かずに依存いぞんしている[6]。

T4ファージDNAポリメラーゼ

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T4ファージのgene 43は、ファージのDNAポリメラーゼをコードしている。gene 43の温度おんど感受性かんじゅせい変異へんい体たい（英語えいご版ばん）は抗こう変異へんい原ばら性せいの表現ひょうげん型がたを持もつことが示しめされており、その自発じはつ的てきな変異へんい率りつは野生やせい型がたよりも低ひくい[7]。こうした変異へんい体たいの1つであるtsB120を用もちいた研究けんきゅうでは、DNA鋳型いがたの複製ふくせいが野生やせい型がたのポリメラーゼよりもより遅おそい速度そくどで進行しんこうすることが示しめされている[8]。しかしながら、この変異へんい体たいの3’ → 5’エキソヌクレアーゼ活性かっせいは野生やせい型がたより高たかいわけではない。DNA複製ふくせい時じに、新生しんせいDNA鎖くさりに安定あんていに取とり込こまれるヌクレオチドに対たいするターンオーバー（dNTPからdNMPへの変換へんかん）されるヌクレオチドの比率ひりつは、tsB120変異へんい体たいでは野生やせい型がたと比較ひかくして10倍ばいから100倍ばい高たかい。この結果けっかからは、ヌクレオチド選択せんたくの正確せいかくさと、非ひ相補そうほ的てきなヌクレオチドの除去じょきょ（校正こうせい）の効率こうりつ化かの双方そうほうによってtsB120ポリメラーゼの抗こう変異へんい原ばら性せいが説明せつめいされるのではないかという提案ていあんがなされている。

野生やせい型がたのgene 43 DNAポリメラーゼを持もつT4ファージビリオンでは、DNAにシクロブタンピリミジンダイマー（英語えいご版ばん）損傷そんしょうを導入どうにゅうする紫外線しがいせん照射しょうしゃや、またはピリミジン付加ふか体たいを導入どうにゅうするソラレン存在そんざい下かでの光ひかり照射しょうしゃによって、変異へんい率りつが増加ぞうかする。しかし、ファージのDNA合成ごうせいがtsCB120抗こう変異へんい原ばら性せいポリメラーゼや他たの抗こう変異へんい原ばら性せいポリメラーゼであるtsCB87によって触媒しょくばいされる場合ばあいには、こうした変異へんい原ばら性せい効果こうかは阻害そがいされる[9]。これらの知見ちけんは、DNA損傷そんしょうによる突然変異とつぜんへんいの誘発ゆうはつの程度ていどが、gene 43 DNAポリメラーゼの校正こうせい機能きのうによって強つよく影響えいきょうされることを示しめしている。

SARS-CoV-2の校正こうせい酵素こうそ

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SARSコロナウイルス2（SARS-CoV-2）は、COVID-19のパンデミックの原因げんいんとなったウイルスである。SARS-CoV-2 RNAウイルスのゲノムには、ウイルスの生活せいかつ環たまきに不可欠ふかけつなゲノムの複製ふくせいと転写てんしゃを行おこなう多たサブユニット型がたタンパク質たんぱくしつ装置そうちである複製ふくせい・転写てんしゃ複ふく合体がったいがコードされている。コロナウイルスのゲノムにコードされているタンパク質たんぱくしつの1つに非ひ構造こうぞうタンパク質たんぱくしつnsp14があり、これは3’ → 5’エキソリボヌクレアーゼ活性かっせいを持もつ。このタンパク質たんぱくしつは、nsp10-nsp14タンパク質たんぱくしつ複ふく合体がったいとして存在そんざいし、ウイルスの生活せいかつ環たまきにおいて重要じゅうような活性かっせいであるRNA合成ごうせいを校正こうせいすることによって複製ふくせいの正確せいかく性せいを高たかめている[10]。さらに、nsp14の校正こうせい型がたエキソリボヌクレアーゼ活性かっせいは、感染かんせん時じに行おこなわれる遺伝いでん的てき組くみ換かえの維持いじにも必要ひつようである[11]。

出典しゅってん

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  1. ^ Moldovan, G. L.; Pfander, B.; Jentsch, S. (2007). “PCNA, the Maestro of the Replication Fork”. Cell 129 (4): 665–79. doi:10.1016/j.cell.2007.05.003. PMID 17512402. 
  2. ^ Pharmamotion --> Protein synthesis inhibitors: aminoglycosides mechanism of action animation. Classification of agents Archived 2010-03-12 at the Wayback Machine. Posted by Flavio Guzmán on 12/08/08
  3. ^ Translation: Protein Synthesis by Joyce J. Diwan. Rensselaer Polytechnic Institute. Retrieved October 2011 Archived 2016-03-07 at the Wayback Machine.
  4. ^ Drake, J. W.; Charlesworth, B; Charlesworth, D; Crow, J. F. (1998). “Rates of spontaneous mutation”. Genetics 148 (4): 1667–86. doi:10.1093/genetics/148.4.1667. PMC 1460098. PMID 9560386. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1460098/. 
  5. ^ The Cancer Genome Atlas Network; Bainbridge; Chang; Dinh; Drummond; Fowler; Kovar; Lewis et al. (2012). “Comprehensive molecular characterization of human colon and rectal cancer”. Nature 487 (7407): 330–337. Bibcode: 2012Natur.487..330T. doi:10.1038/nature11252. PMC 3401966. PMID 22810696. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3401966/. 
  6. ^ Rajon, E., Masel, J.; Masel (2011). “Evolution of molecular error rates and the consequences for evolvability”. PNAS 108 (3): 1082–1087. Bibcode: 2011PNAS..108.1082R. doi:10.1073/pnas.1012918108. PMC 3024668. PMID 21199946. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3024668/. 
  7. ^ Drake, J. W.; Allen, E. F. (1968). “Antimutagenic DNA polymerases of bacteriophage T4”. Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology 33: 339–344. doi:10.1101/sqb.1968.033.01.039. ISSN 0091-7451. PMID 5254574. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/5254574. 
  8. ^ Gillin, F. D.; Nossal, N. G. (1976-09-10). “Control of mutation frequency by bacteriophage T4 DNA polymerase. I. The CB120 antimutator DNA polymerase is defective in strand displacement”. The Journal of Biological Chemistry 251 (17): 5219–5224. ISSN 0021-9258. PMID 956182. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/956182. 
  9. ^ Yarosh, D. B.; Johns, V.; Mufti, S.; Bernstein, C.; Bernstein, H. (1980-04). “Inhibition of UV and psoralen-plus-light mutagenesis in phage T4 by gene 43 antimutator polymerase alleles”. Photochemistry and Photobiology 31 (4): 341–350. doi:10.1111/j.1751-1097.1980.tb02551.x. ISSN 0031-8655. PMID 7384228. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/7384228. 
  10. ^ Liu, Chang; Shi, Wei; Becker, Scott T.; Schatz, David G.; Liu, Bin; Yang, Yang (2021-09-03). “Structural basis of mismatch recognition by a SARS-CoV-2 proofreading enzyme”. Science (New York, N.Y.) 373 (6559): 1142–1146. doi:10.1126/science.abi9310. ISSN 1095-9203. PMID 34315827. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34315827. 
  11. ^ Gribble, Jennifer; Stevens, Laura J.; Agostini, Maria L.; Anderson-Daniels, Jordan; Chappell, James D.; Lu, Xiaotao; Pruijssers, Andrea J.; Routh, Andrew L. et al. (2021-01). “The coronavirus proofreading exoribonuclease mediates extensive viral recombination”. PLoS pathogens 17 (1): e1009226. doi:10.1371/journal.ppat.1009226. ISSN 1553-7374. PMC 7846108. PMID 33465137. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33465137. 

外部がいぶリンク

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