Exonucléase

Définition

L'exonucléase distingue la partie qui est au-dehors de la nucléase. Les exonucléases sont des enzymes qui fonctionnent en coupant les nucléotides un par un de l'extrémité terminale (exo) d'une chaîne polynucléotidique. Ces enzymes catalysent une réaction d'hydrolyse qui casse les liaisons phosphodiester à l'extrémité 3′ ou 5′.

Structures des duplex d'ADN exonucléase "aPu" :

Structures schématiques des duplex d'ADN avec exonucléase avec : (a) Exo-aPuj/T, (b) Exo-aPu1/N et (c) Exo-aPu2-X/N. Les exonucléases sont utilisées comme substrats et ligands de l'APE1.

Explications

Les exonucléases sont étroitement apparentés aux endonucléases, qui rompent les liaisons phosphodiester au milieu (endo) de la chaîne polynucléotidique. Les deux eucaryotes et procaryotes ont trois types d'exonucléases impliqués dans la maturation normale de l'ARNm : l'exonucléase 5′ à 3′, l'exonucléase 3′ à 5′, qui est une protéine indépendante et l'exonucléase 3′ à 5′ spécifique de polyA.

Chez les archées (archéobactéries) comme chez les eucaryotes, l'une des principales voies de dégradation de l'ARN est réalisée par le complexe exosome, un complexe multiprotéique constitué en grande partie d'un grand nombre d'exoribonucléases 3′ à 5′.

Fonctionnement

Les exonucléases sont des enzymes qui fonctionnent en clivant les nucléotides un par un à partir de l'extrémité terminale (exo) d'une chaîne polynucléotidique. Ces enzymes catalysent une réaction d'hydrolyse qui brise les liaisons phosphodiester à l'extrémité 3′ ou 5′. Ils sont étroitement liés aux endonucléases, qui rompent les liaisons phosphodiester au milieu (endo) de la chaîne polynucléotidique. Les deux eucaryotes et les procaryotes ont trois types d'exonucléases impliquées dans la maturation de l'ARN (ARN messager) : l'exonucléase 5′ à 3′, l'exonucléase 3′ à 5′, qui est une protéine indépendante et l'exonucléase 3′ à 5′  polyA.

Chez les archéobactéries et les eucaryotes, l'une des principales voies de dégradation de l'ARN est réalisée par le complexe d'exosomes, un complexe multiprotéique constitué en grande partie d'un grand nombre d'exoribonucléases de 3′ à 5′.

Exonucléase aPu

L'activité exonucléase de l'APE1 (= endonucléase apurinique/apyrimidinique humaine) est efficace contre les duplex contenant des espaces ou des extrémités 5′-pendantes. Par conséquent, pour l'analyse cinétique de la réaction d'exonucléase 3′-5′, les duplex de 15 et 28 nucléotides (nt) avec une extrémité 5′-pendante ont servi de substrats d'ADN modèle (image ci-dessus). Les oligonucléotides de 15 nt contenaient le résidu aPu en position 1, 2, 4 ou 6 à partir de l'extrémité 3′ dans les duplex Exo-aPuj/T (j = 1, 2, 4 et 6). La fluorescence d'aPu est considérablement éteinte lorsque cette base est incorporée dans de l'ADN simple brin ou double brin. Cette propriété de l'aPu permet de suivre les taux de son élimination des différentes positions d'une chaîne d'ADN.

Importance par rapport aux polymérases

L'ARN polymérase de type II est connue pour jouer un rôle lors de la terminaison de la transcription, cette enzyme travaille conjointement avec une exonucléase 5′ (chez l'homme codée par le gène Xrn2) dégradant le transcrit nouvellement formé en aval du site de polyadénylation. brûlant simultanément la polymérase. Ce processus implique que l'exonucléase doit être capable de piéger la polymérase II et de terminer la transcription.

Ensuite, Pol I place les nucléotides d'ADN à la place occupée par l'amorce d'ARN qui vient d'être retirée. L'ADN polymérase I possède également une activité exonucléase de 3′ à 5′, qui est utilisée dans l'édition et dans le mécanisme de correction des erreurs d'ADN.

Découvertes chez l'homme

Les endonucléases de type 3′ à 5′ sont connues pour jouer un rôle fondamental dans le traitement correct du transcrit primaire de l'histone ARNm, dans lequel la riboprotéine U7 appartenant aux petites riboprotéines nucléaires (snRNP) dirige le processus de rupture simple. Ensuite, il enlève le produit de clivage suivant, l'exonucléase 5′ à 3′ continue à éliminer les nucléotides de l'ARN jusqu'à ce qu'il soit complètement dégradé.

Ceci permet la réutilisation des nucléotides. L'exonucléase 5′ en 3′ est liée à l'activité de clivage post-transcriptionnelle qui agit comme précurseur pour le développement d'extrémités 5′ déprotégées, de sorte que l'exonucléase est capable de dégrader le produit de clivage en aval. Cela initie la terminaison de la transcription car il n'est pas pratique pour les chaînes d'ADN ou d'ARN de s'accumuler dans l'organisme.

Découvertes dans les levures

CCR4-NOT est un complexe régulateur général présent dans la levure. Il a été trouvé que ce complexe est lié au métabolisme de l'ARNm, à la fois avec l'initiation de la transcription et avec sa dégradation. Il a également été montré que le complexe CCR4 possède une activité exonucléase de 3′ à 5′ pour l'ARN et l'ADN monocaténaire.

Une autre composante liée au complexe CCR4 est la protéine CAF1, qui a montré une activité de 3′ à 5′ ou de 5′ à 3′ chez Mus musculus et chez Caenorhabditis elegans. Cette protéine n'a pas été retrouvée chez la levure, ce qui suggère que le CCR4 est susceptible de posséder un domaine anormal exonucléase comme celui observé chez les métazoaires.

Les levures contiennent également les exonucléases Rat1 et Xrn1. Rat1 fonctionne de la même manière que la Xrn2 humaine, alors que l'activité de Xrn1 se trouve dans le cytoplasme où elle dégrade l'ARNr pré-5.8s et 25s en l'absence de Rat1.

En rapport avec "exonucléase"

• désoxyribonucléase

  

  Une désoxyribonucléase est une enzyme qui catalyse l'hydrolyse des chaînes moléculaires d'acide désoxyribonucléique (ADN) en chaînes moléculaires plus courtes...

• endonucléase

  

  Une endonucléase est une nucléase qui se passe à l'intérieur, en dedans, par hydrolysation. Les endonucléases sont des enzymes qui catalysent la dégradation...

• nucléase

  

  Les nucléases sont un groupe d'enzymes hydrolases, dont la fonction principale est la dégradation partielle ou totale des acides nucléiques.

• ribonucléase

  

  Une ribonucléase, également appelée RNase, est une enzyme hydrolase qui catalyse la rupture des liaisons phosphodiester des ARN.