10-23 DNA酵素活性に影響を与える分子の特徴と金属イオン

Molecular Features and Metal Ions That Influence 10-23 DNAzyme Activity.

• Hannah Rosenbach
• Julian Victor
• Manuel Etzkorn
• Gerhard Steger
• Detlev Riesner
• Ingrid Span

抄録

RNA加水分解活性を有するデオキシリボザイム（DNA酵素）は、治療用の遺伝子抑制剤として大きな可能性を秘めています。最も広く研究されている代表的なものは、10-23 DNAzymeであり、触媒ループと2つの基質結合アームから構成され、目的のRNA配列を結合して切断するように設計することができます。ＲＮＡ基質は、中央のプリンヌクレオチドとピリミジンヌクレオチドの間で切断される。このDNAzymeのin vitroでの活性はin vivoよりもかなり高く、これはその二価カチオン依存性に関係していることが示唆された。DNA酵素の触媒作用のメカニズムは、構造情報がないために理解されていません。しかし、多くの生物学的研究により、DNA酵素における特定のデオキシヌクレオチドや官能基の役割についての包括的な知見が得られている。ここでは、熱力学的特性、触媒ループ内での核酸塩基修飾の影響、触媒における異なる金属イオンの役割について概説する。また、構造決定のための新しい戦略の開発や、10-23 DNA酵素のメカニズムの理解に役立つ特徴を指摘する。これらの特徴を考慮することで、10-23 DNA酵素の構造決定のための改良された戦略を開発し、そのメカニズムを理解することが可能となる。これらの知見は、細胞内での活性を向上させるための基礎となり、DNA酵素の応用開発への道を開くものである。

Deoxyribozymes (DNAzymes) with RNA hydrolysis activity have a tremendous potential as gene suppression agents for therapeutic applications. The most extensively studied representative is the 10-23 DNAzyme consisting of a catalytic loop and two substrate binding arms that can be designed to bind and cleave the RNA sequence of interest. The RNA substrate is cleaved between central purine and pyrimidine nucleotides. The activity of this DNAzyme in vitro is considerably higher than in vivo, which was suggested to be related to its divalent cation dependency. Understanding the mechanism of DNAzyme catalysis is hindered by the absence of structural information. Numerous biological studies, however, provide comprehensive insights into the role of particular deoxynucleotides and functional groups in DNAzymes. Here we provide an overview of the thermodynamic properties, the impact of nucleobase modifications within the catalytic loop, and the role of different metal ions in catalysis. We point out features that will be helpful in developing novel strategies for structure determination and to understand the mechanism of the 10-23 DNAzyme. Consideration of these features will enable to develop improved strategies for structure determination and to understand the mechanism of the 10-23 DNAzyme. These insights provide the basis for improving activity in cells and pave the way for developing DNAzyme applications.