DNA 분해효소

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DNA 분해효소

[ DNase ]

DNA 사슬 내부의 당과 인산 사이의 결합을 절단하는 효소이다. 소의 췌장에서 DNA 분해효소가 처음으로 발견되어 결정화 되었다. DNA를 완전분해하는데 사용하는 용도 외에 DNA 염기 조성 분석, DNA 연결효소 나 DNA 중합체의 기질 조제 등의 여러 가지 연구용으로써 사용되고 DNA 바이러스 감염증의 치료에도 사용된다. DNA 가수분해 효소는 핵산 가수분해 효소 (nuclease)의 한 유형으로 기질, 화학적 및 생물학적 기능에 따라 여러 DNA 가수분해 효소가 존재한다. 그림 1과 같은 결정 구조를 가진다.  

그림 1. DNA 가수분해 효소I의 결정구조 (출처: 위키피디아 https://commons.wikimedia.org/wiki/File:DNase1.jpg)

목차

  1. 1.활성조절
  2. 2.분석
  3. 3.활용분야
  4. 4.관련용어
  5. 5.참고문헌

활성조절

DNA 가수분해 효소의 최적 pH는 7의 중성 부근이며 반응에는 2가 이온이 필요하다. 그 중에서도 칼슘이온은 단백질 구조를 유지하고 최대활성을 얻기 위해 필수적 이다. 마그네슘 이온은 DNA의 인산기 2개당 1개가 결합했을 때 최대 활성이 얻어진다.

RNA 순수 분리에 쓰인 DNase I을 제거 또는 불활성화하기 위해서는 페놀/클로로포름(phenol/chloroform)으로 RNA만 따로 추출해내거나 75℃에서 5분간 반응시키는 방법이 있다. 하지만 페놀/클로로포름으로 RNA만 추출해내는 방법의 경우 시간이 많이 걸리고 이에 따라 추출되는 RNA의 양이 줄어드는 문제가 있다. 따라서 75℃에서 5분간 반응시키는 방법을 쓰는것이 좋은데 이때 DNase I 버퍼에 들어있는 2가 양이온에 의해 RNA가 가수분해 될 가능성이 있기 때문에 이것을 방지하기 위해 75℃에 반응시키기 전에 EDTA 또는 EGTA를 처리해준다. 

분석

DNA는 260nm에서 최대 파장을 가지는 자외선을 흡수하는데 이중 가닥으로 이루어진 이중가닥 DNA는 기본 분자 궤도가 겹치면서 자외선 흡광도가 감소한다. 따라서 DNA 분해 효소에 의해 이중가닥 DNA가 분해되면 겹쳐있던 분자 궤도가 노출되면서 자외선 흡광도가 증가하게 된다. 따라서 이러한 흡광도의 증가는 DNA 가수분해 효소의 활성도를 판단하는 가장 중요한 지표가 된다. DNA 자체는 이중나선의 구조로 자체로는 매우 안정적인 형태이므로 DNA 가수분해효소의 영향으로 분해되지 않은 경우에는 자외선 흡광도의 변화가 나타나지 않게 된다.

활용분야

DNA 가수분해 효소는 낭포성 섬유증(cystic fibrosis) 환자들이 네블라이저로 흡입하여 치료에 사용될 수 있다. 섬유증 환자 폐의 점액에는 백혈구가 축적되어 점액을 분해하게 되는데 이때 DNA가 방출되어 점액이 더 끈적해지는 경향이 있다. DNA 가수분해 효소는 이러한 DNA를 가수분해하여 점액이 폐에서 더 쉽게 제거되도록 도울 수 있다.

또한 혈관 내피세포에서 혈전을 용해하는 용도로 사용되는 tissue plasminogen activator (tPA)와 DNA 가수분해 효소를 복합 처방하면 흉막 내액의 배출이 용이해지고 폐 삼출액과 흉막 농흉에 따른 치료 기간을 단축시키는 효과를 얻을 수 있다. DNA 가수분해효소나 tPA 단독 처방으로는 이러한 치료 효과가 없다.

실험적으로는 원핵 생물에서 단백질을 순수 분리할 때 사용한다. 세포벽을 분해하여 세포내에서 단백질을 추출할 때 원하지 않는 DNA도 함께 추출되는 경우가 있는데 추출된 DNA는 점도가 높아서 단백질 순수 분리가 쉽지 않다. 이때 DNA 가수분해 효소를 첨가하면 DNA만 가수 분해되고 단백질은 영향 받지 않은 상태로 추출물을 정제할 수 있다.

DNA 가수분해 효소 I(DNase I) 민감 부위 (hypersensitive site)는 DNA 가수분해 효소 I에 의한 절단에 민감한 염색질 부위를 의미하며 유전체의 응축이 풀려 DNA가 노출될 때 DNA 가수분해 효소 I에 의해 절단되기 쉬운데 이는 전사인자가 DNA에 쉽게 결합할 수 있도록 구조적으로 접근성이 높아지는 것이기 때문에 전사 활성도와 관련이 있다. 

관련용어

포스포다이에스테르(phosphodiester) 결합, 핵산 가수분해 효소 (nuclease), DNA 가수분해 효소 I(DNase I), 민감 부위 (hypersensitive site), 낭포성 섬유증(cystic fibrosis), 제한 효소(restriction enzyme)

참고문헌

Joel A. Malek, Sofiya Y. Shatsman, Bola A. Akinretoye and John E. Gill (2000) Irreversible heat inactivation of DNase I without RNA degradation, BioTechniques 29: 252-256

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