Homing endonuclease
होमिंग एंडोन्यूक्लीज़ एंडोन्यूक्लीज़ का एक संग्रह है जो या तो इंट्रॉन के भीतर फ्रीस्टैंडिंग जीन के रूप में, मेजबान प्रोटीन के साथ फ्यूज़न के रूप में, या सेल्फ-स्प्लिसिंग इंटिन के रूप में एन्कोड किया गया है। वे कोशिकाओं के भीतर जीनोमिक डी. एन. ए. के हाइड्रोलिसिस को उत्प्रेरित करते हैं जो उन्हें संश्लेषित करते हैं, लेकिन ऐसा बहुत कम, या एकवचन, स्थानों पर भी करते हैं। मेजबान कोशिका द्वारा हाइड्रोलाइज्ड डीएनए की मरम्मत के परिणामस्वरूप अक्सर होमिंग एंडोन्यूक्लीज़ को एन्कोडिंग करने वाले जीन को दरार स्थल में कॉपी किया जाता है, इसलिए इन जीनों की गति का वर्णन करने के लिए 'होमिंग' शब्द दिया जाता है। होम एंडोन्यूक्लीज़ इस प्रकार अपने जीन को एक मेजबान आबादी के भीतर क्षैतिज रूप से संचारित कर सकते हैं, जिससे उनकी एलील आवृत्ति मेंडेलियन दरों से अधिक बढ़ जाती है। उत्पत्ति और तंत्र हालांकि होमिंग एंडोन्यूक्लीज़ की उत्पत्ति और कार्य पर अभी भी शोध किया जा रहा है, सबसे स्थापित परिकल्पना उन्हें ट्रांसपोसन के समान स्वार्थी आनुवंशिक तत्वों के रूप में मानती है, क्योंकि वे आनुवंशिक तत्वों के स्थायीकरण की सुविधा प्रदान करते हैं जो उन्हें मेजबान जीव को एक कार्यात्मक विशेषता प्रदान करने से स्वतंत्र रूप से कूटबद्ध करते हैं। होमिंग एंडोन्यूक्लीज़ पहचान अनुक्रम इतने लंबे होते हैं कि केवल बहुत कम संभावना (लगभग हर बार एक बार) के साथ यादृच्छिक रूप से होते हैं, और आम तौर पर प्रति जीनोम एक या बहुत कम उदाहरणों में पाए जाते हैं। आम तौर पर, होमिंग तंत्र के कारण, एंडोन्यूक्लीज़ को कूटबद्ध करने वाला जीन (एच. ई. जी., "होमिंग एंडोन्यूक्लीज़ जीन") पहचान अनुक्रम के भीतर स्थित होता है जिसे एंजाइम काटता है, इस प्रकार होमिंग एंडोन्यूक्लीज़ पहचान अनुक्रम को बाधित करता है और डी. एन. ए. को केवल उन स्थलों तक सीमित करता है जो (अभी तक) एच. ई. जी. को नहीं ले जाते हैं। संचरण से पहले, एक एलील में जीन (एच. ई. जी. +) होता है जबकि दूसरा (एच. ई. जी.-) नहीं होता है, और इसलिए एंजाइम द्वारा काटे जाने के लिए अतिसंवेदनशील होता है। एक बार एंजाइम के संश्लेषित होने के बाद, यह एच. ई. जी.-एलील में गुणसूत्र को तोड़ देता है, जिससे सेलुलर डी. एन. ए. मरम्मत प्रणाली से प्रतिक्रिया शुरू होती है। पुनर्संयोजन का उपयोग करके क्षति की मरम्मत की जाती है, विपरीत, बिना क्षतिग्रस्त डीएनए एलील, एच. ई. जी. + के पैटर्न को लेते हुए, जिसमें एंडोन्यूक्लीज़ के लिए जीन होता है। इस प्रकार, जीन को एलील में कॉपी किया जाता है जिसमें शुरू में यह नहीं था और यह लगातार पीढ़ियों के माध्यम से फैलता है। इस प्रक्रिया को "होमिंग" कहा जाता है। नामकरण होमिंग एंडोन्यूक्लीज़ को हमेशा एक उपसर्ग के साथ इंगित किया जाता है जो उनकी जीनोमिक उत्पत्ति की पहचान करता है, इसके बाद एक हाइफ़नः "I-" एक इंट्रॉन के भीतर एन्कोडेड होमिंग एंडोन्यूक्लीज़ के लिए, "PI-" ("प्रोटीन सम्मिलित करने" के लिए) एक इंटिन के भीतर एन्कोडेड लोगों के लिए। कुछ लेखकों ने वायरल एंजाइमों और अन्य प्राकृतिक एंजाइमों के लिए उपसर्ग "एफ-" ("फ्रीस्टैंडिंग") का उपयोग करने का प्रस्ताव दिया है जो इंट्रॉन और न ही इंटिन द्वारा एन्कोड नहीं किए गए हैं, और प्रयोगशाला में संश्लेषित एंजाइमों के लिए "एच-" ("हाइब्रिड") का उपयोग करने का प्रस्ताव दिया है। इसके बाद, तीन अक्षरों वाला नाम जीव के द्विपद नाम से लिया जाता है, जिसमें वंश के नाम से एक बड़ा अक्षर और विशिष्ट नाम से दो छोटे अक्षर होते हैं। (कुछ मिश्रण आमतौर पर संकर एंजाइमों के लिए किया जाता है।) अंत में, एक रोमन अंक एक ही जीव में पाए जाने वाले विभिन्न एंजाइमों को अलग करता हैः पी. आई.-टी. एल. आई. आई. () आर्किया थर्मोकोकस लिटोरालिस में पाए जाने वाले एक इन्टीन द्वारा कूटबद्ध दूसरा ज्ञात एंजाइम है। एच-ड्रेआई () पहला सिंथेटिक होमिंग एंडोन्यूक्लीज़ है, जिसे प्रयोगशाला में आई-डिमोआई () और आई-क्रेआई () एंजाइमों से बनाया गया है, जो क्रमशः डेसल्फ्युरोकोकस मोबिलिस और क्लैमाइडोमोनास रीनहार्ड्टी से लिया गया है। प्रतिबंध एंजाइमों से तुलना होमिंग एंडोन्यूक्लीज़ कई मायनों में टाइप II प्रतिबंध एंजाइमों से भिन्न होते हैंः जबकि टाइप II प्रतिबंध एंजाइम 4 से 8 बी. पी. के छोटे, आमतौर पर सममित, पहचान अनुक्रमों को बांधते हैं, होमिंग एंडोन्यूक्लीज़ बहुत लंबे समय तक बांधते हैं और कई मामलों में 12 से 40 बी. पी. तक फैले असममित पहचान अनुक्रम। होमिंग एंडोन्यूक्लीज़ आम तौर पर पहचान अनुक्रम में प्रतिस्थापन के प्रति अधिक सहिष्णु होते हैं। पहचान अनुक्रम में मामूली बदलाव आमतौर पर होमिंग एंडोन्यूक्लीज़ की गतिविधि को कम कर देते हैं, लेकिन अक्सर इसे पूरी तरह से समाप्त नहीं करते हैं क्योंकि अक्सर प्रतिबंध एंजाइमों के साथ होता है। होमिंग एंडोन्यूक्लीज़ संरचनात्मक रूपांकनों को साझा करते हैं जो सुझाव देते हैं कि चार परिवार हैं, जबकि टाइप II प्रतिबंध एंजाइमों के केवल पहचानने योग्य और अलग करने योग्य परिवारों को निर्धारित करना संभव नहीं है। होमिंग एंडोन्यूक्लीज़ मोनोमर या होमोडिमर के रूप में कार्य करते हैं, और अक्सर अपनी गतिविधि को नियंत्रित करने या रिबोन्यूक्लियोप्रोटीन परिसर बनाने के लिए संबंधित प्रोटीन की आवश्यकता होती है, जिसमें आर. एन. ए. उत्प्रेरक उपकरण का एक अभिन्न घटक है। टाइप II प्रतिबंध एंजाइम भी अकेले कार्य कर सकते हैं, मोनोमर या होमोडिमर के रूप में, या अतिरिक्त प्रोटीन उप-इकाइयों के साथ, लेकिन सहायक उप-इकाइयाँ होमिंग एंडोन्यूक्लीज़ से भिन्न होती हैं। इस प्रकार, उन्हें अपनी कार्रवाई के लिए प्रतिबंध, संशोधन और विशिष्टता उप-इकाइयों की आवश्यकता हो सकती है। अंत में, होमिंग एंडोन्यूक्लीज़ का एक व्यापक जातिजनित वितरण होता है, जो सभी तीन जैविक क्षेत्रों-आर्किया, बैक्टीरिया और यूकेरिया में होता है। टाइप II प्रतिबंध एंजाइम केवल आर्किया, बैक्टीरिया और कुछ वायरस में होते हैं। होम एंडोन्यूक्लीज़ को यूकेरियोटिक कोशिका के सभी तीन खंडों में भी व्यक्त किया जाता हैः नाभिक, माइटोकॉन्ड्रिया और क्लोरोप्लास्ट। ओपन रीडिंग फ्रेम एन्कोडिंग होमिंग एंडोन्यूक्लियस इंट्रॉन, इंटिन और जीन के बीच फ्रीस्टैंडिंग रूप में पाए गए हैं, जबकि जीन एन्कोडिंग टाइप II प्रतिबंध एंजाइम जीन केवल फ्रीस्टैंडिंग रूप में पाए गए हैं, लगभग हमेशा जीन एन्कोडिंग संज्ञानात्मक डीएनए संशोधित एंजाइमों के साथ निकट संबंध में पाए गए हैं। इस प्रकार, जबकि टाइप II प्रतिबंध एंजाइम और होमिंग एंडोन्यूक्लीज़ डबल-स्ट्रैंडेड डीएनए को तोड़ने के कार्य को साझा करते हैं, वे स्वतंत्र रूप से विकसित हुए प्रतीत होते हैं। संरचनात्मक परिवार वर्तमान में छह ज्ञात संरचनात्मक परिवार हैं। उनके संरक्षित संरचनात्मक रूपांकन हैंः लैगलिडैगः प्रत्येक पॉलीपेप्टाइड में 1 या 2 लैगलिडैड रूपांकन होते हैं। अनुक्रम एल. ए. जी. एल. आई. डी. ए. डी. जी. अमीनो एसिड का एक संरक्षित अनुक्रम है जहाँ प्रत्येक अक्षर एक कोड है जो एक विशिष्ट अवशेष की पहचान करता है। यह अनुक्रम सीधे डी. एन. ए. काटने की प्रक्रिया में शामिल है। जिन एंजाइमों में केवल एक मोटिफ होता है, वे होमोडिमर के रूप में काम करते हैं, जिससे एक काठी बनती है जो प्रत्येक डी. एन. ए. अर्ध-स्थल के प्रमुख खांचे के साथ बातचीत करती है। एल. ए. जी. एल. आई. डी. ए. डी. जी. मोटिफ प्रोटीन डोमेन या उप-इकाइयों के बीच प्रोटीन-प्रोटीन इंटरफेस और एंजाइम के सक्रिय स्थलों दोनों में एमिनो एसिड अवशेषों का योगदान करते हैं। जिन एंजाइमों में एक ही प्रोटीन श्रृंखला में दो रूपांक होते हैं, वे मोनोमर्स के रूप में कार्य करते हैं, जिससे इसी तरह से काठी बनती है। होमिंग एंडोन्यूक्लीज़ की निर्धारित की जाने वाली पहली संरचनाएँ (पी. आई.-एस. सी. ई. आई. और आई.-सी. आर. ई. आई., दोनों की सूचना 1997 में दी गई थी) दोनों एल. ए. जी. एल. आई. डी. ए. डी. जी. संरचनात्मक परिवार से थीं।, अगले वर्ष, होमिंग एंडोन्यूक्लीज़ (आई.-सी. आर. ई. आई.) की पहली संरचना अपने डी. एन. ए. लक्ष्य स्थल से बंधी हुई भी बताई गई थी। जी. आई. वाई.-वाई. आई. जी.: एन-टर्मिनल क्षेत्र में इनका केवल एक ही जी. आई. वाई.-वाई. आई. जी. रूपांकन होता है, जो काटने की जगह में डी. एन. ए. के साथ अंतःक्रिया करता है। इस परिवार का प्रोटोटाइप एंजाइम आई-टीवीआई है जो एक मोनोमर के रूप में कार्य करता है। आई-टीवीआई के डीएनए-बाइंडिंग और उत्प्रेरक डोमेन के अलग-अलग संरचनात्मक अध्ययनों की सूचना दी गई है, पहला अपने डीएनए लक्ष्य से बंधा हुआ है और दूसरा डीएनए की अनुपस्थिति में। हिस-सिस बॉक्स (): इन एंजाइमों में 30 एमिनो एसिड का एक क्षेत्र होता है जिसमें 5 संरक्षित अवशेष होते हैंः दो हिस्टिडीन और तीन सिस्टीन। वे उत्प्रेरण के लिए आवश्यक धातु धनायन का समन्वय करते हैं। आई-पी. पी. ओ. आई. इस परिवार का सबसे अच्छा विशेषता वाला एंजाइम है और एक होमोडिमर के रूप में कार्य करता है। इसकी संरचना 1998 में बताई गई थी। यह संभवतः एच-एन-एच परिवार से संबंधित है, क्योंकि वे सामान्य विशेषताओं को साझा करते हैं। एच-एन-एचः (): इनमें लगभग 30 एमिनो एसिड का एक सर्वसम्मत अनुक्रम होता है। इसमें संरक्षित हिस्टिडीन के दो जोड़े और एक एस्पेराजिन शामिल हैं जो जिंक फिंगर डोमेन बनाते हैं। आई-ह्मुआई () इस परिवार का सबसे अच्छा विशेषता वाला एंजाइम है, और एक मोनोमर के रूप में कार्य करता है। इसकी संरचना 2004 में दर्ज की गई थी। पीडी-(डी/ई) एक्सके (): इन एंजाइमों में एक कैनॉनिकल न्यूक्लियस उत्प्रेरक डोमेन होता है जो आमतौर पर टाइप II प्रतिबंध एंडोन्यूक्लीज़ में पाया जाता है। इस परिवार में सबसे अच्छा विशेषता वाला एंजाइम, I-Sp6803I (), एक टेट्रामर के रूप में कार्य करता है। इसकी संरचना 2007 में दर्ज की गई थी। समग्र तह को कई एंडोन्यूक्लीज़ परिवारों में संरक्षित किया जाता है, जो सभी पीडी-(डी/ई) एक्सके सुपर फैमिली से संबंधित हैं। वीएसआर-लाइक/ईडीएक्सएचडी (डीयूएफ559,): इन एंजाइमों की खोज ग्लोबल ओशन सैंपलिंग मेटाजेनॉमिक डेटाबेस में की गई थी और पहली बार 2009 में इसका वर्णन किया गया था। 'वीएसआर-लाइक' शब्द एक सी-टर्मिनल न्यूक्लियस डोमेन की उपस्थिति को संदर्भित करता है जो बैक्टीरियल वेरी शॉर्ट पैच रिपेयर (वीएसआर) एंडोन्यूक्लीसेस के लिए पहचानने योग्य समरूपता प्रदर्शित करता है। संरचना को 2011 में हल किया गया है, जो वीएसआर समरूपता की पुष्टि करता है। इसे पीडी-(डी/ई) एक्सके सुपर फैमिली का हिस्सा माना जाता है। डोमेन वास्तुकला यीस्ट होमिंग एंडोन्यूक्लीज़ पी. आई.-सी. ई. एक एल. ए. जी. एल. आई. डी. ए. डी. जी.-प्रकार का एंडोन्यूक्लीज़ है जिसे एक इंटीन के रूप में कूटबद्ध किया जाता है जो खुद को दूसरे प्रोटीन () से अलग करता है। उच्च-रिज़ॉल्यूशन संरचना दो क्षेत्रों को प्रकट करती हैः एक एंडोन्यूक्लियोलिटिक केंद्र जो हेजहोग प्रोटीन के सी-टर्मिनल क्षेत्र से मिलता-जुलता है, और एक हिंट क्षेत्र (हेजहोग/इंटेन) जिसमें प्रोटीन-स्प्लिसिंग सक्रिय क्षेत्र होता है। आर. ई. बी. ए. एस. ई. भी देखें, जो न्यू इंग्लैंड बायोलेब्स से संबंधित साहित्य के लिंक के साथ एक व्यापक प्रतिबंध एंजाइम डेटाबेस है। होमिंग एंडोन्यूक्लीज़ कटिंग साइटों की सूची I-CREI होमिंग एंडोन्यूक्लीज़ मेगन्यूक्लीज़ रिस्ट्रिक्शन एंजाइम इंट्रॉन और इंटिन इंट्राजेनॉमिक कनफ्लिक्टः होमिंग एंडोन्यूक्लीज़ जीन ट्रांसपोज़न संदर्भ बाहरी लिंक प्रोटीन डोमेन आणविक जीव विज्ञान जैव प्रौद्योगिकी प्रतिबंध एंजाइम