ENDONUCLÉASES: FONCTIONS, TYPES ET EXEMPLES - LA BIOLOGIE - 2025

Les endonucléases sont des enzymes qui coupent les liaisons phosphodiester situées dans la chaîne nucléotidique. Les sites de restriction d'endonucléase sont très variés. Certaines de ces enzymes coupent l'ADN (acide désoxyribonucléique, notre matériel génétique) presque partout, c'est-à-dire qu'elles ne sont pas spécifiques.

En revanche, il existe un autre groupe d'endonucléases qui sont très spécifiques dans la région ou la séquence à cliver. Ce groupe d'enzymes est connu sous le nom d'enzymes de restriction, et ils sont très utiles en biologie moléculaire. Dans ce groupe, nous avons les enzymes bien connues Bam HI, Eco RI et Alu I.

Les endonucléases coupent l'ADN en interne.

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Contrairement aux endonucléases, il existe un autre type de protéines catalytiques - les exonucléases - qui sont responsables de la rupture des liaisons phosphodiester en bout de chaîne.

Endonucléases de restriction

Les endonucléases de restriction ou enzymes de restriction sont des protéines catalytiques responsables du clivage des liaisons phosphodiester à l'intérieur de la chaîne d'ADN en séquences très spécifiques.

Ces enzymes peuvent être achetées auprès de plusieurs sociétés de biotechnologie et leur utilisation est presque essentielle dans les techniques actuelles de manipulation de l'ADN.

Les endonucléases de restriction sont nommées en utilisant les premières lettres du nom scientifique binomial de l'organisme dont elles proviennent, suivies de la souche (ceci est facultatif) et se terminant par le groupe d'enzymes de restriction auquel elles appartiennent. Par exemple, Bam HI et Eco RI sont des endonucléases largement utilisées.

La région d'ADN que l'enzyme reconnaît est appelée le site de restriction et est unique à chaque endonucléase, bien que plusieurs enzymes puissent coïncider au niveau des sites de restriction. Ce site consiste généralement en une courte séquence palindromique d'environ 4 à 6 paires de bases de longueur, telle que AGCT (pour Alu I) et GAATTC pour Eco RI.

Les séquences palindromiques sont des séquences qui, bien que lues dans la direction 5 'vers 3' ou 3 'vers 5', sont identiques. Par exemple, pour le cas d'Eco RI, la séquence palindromique est: GAATTC et CTTAAG.

Fonctions et applications des endonucles de restriction

Heureusement pour les biologistes moléculaires, les bactéries ont développé au cours de leur évolution une série d'endonucléases de restriction qui fragmentent en interne le matériel génétique.

Dans la nature, ces enzymes ont évolué - vraisemblablement - en tant que système de protection bactérienne contre l'invasion de molécules d'ADN étrangères, telles que celles des phages.

Afin de faire la distinction entre le matériel génétique natif et étranger, ces endonucléases de restriction peuvent reconnaître des séquences nucléotidiques spécifiques. Ainsi, l'ADN qui n'a pas cette séquence peut ne pas être perturbé à l'intérieur de la bactérie.

En revanche, lorsque l'endonucléase reconnaît le site de restriction, elle se lie à l'ADN et le coupe.

Les biologistes s'intéressent à l'étude du matériel génétique des êtres vivants. Cependant, l'ADN est composé de plusieurs millions de paires de bases de longueur. Ces molécules sont extrêmement longues et doivent être analysées en petits fragments.

Pour atteindre cet objectif, les endonucléases de restriction sont intégrées dans divers protocoles de biologie moléculaire. Par exemple, un gène individuel peut être capturé et répliqué pour une analyse future. Ce processus est appelé "clonage" d'un gène.

Polymorphisme de longueur des fragments de restriction (RFLP)

Les polymorphismes de longueur des fragments de restriction font référence au modèle de séquences nucléotidiques spécifiques dans l'ADN que les endonucléases de restriction sont capables de reconnaître et de couper.

Grâce à la spécificité des enzymes, chaque organisme est caractérisé par un schéma de coupe spécifique dans l'ADN, à l'origine de fragments de longueurs variables.

Types d'endonucléases de restriction

Historiquement, les endonucléases de restriction ont été classées en trois types d'enzymes, désignés par des chiffres romains. Récemment, un quatrième type d'endonucléase a été décrit.

Type I

La caractéristique la plus importante des endonucléases de type I est qu'elles sont des protéines constituées de plusieurs sous-unités. Chacune de ces fonctions comme un complexe protéique unique et comporte généralement deux sous-unités appelées R, deux M et une S.

La partie S est responsable de la reconnaissance du site de restriction dans l'ADN. La sous-unité R, quant à elle, est essentielle au clivage et M est responsable de la catalyse de la réaction de méthylation.

Il existe quatre sous-catégories d'enzymes de type I, connues sous les lettres A, B, C et D, qui sont couramment utilisées. Cette classification est basée sur la complémentation génétique.

Les enzymes de type I ont été les premières endonucléases de restriction à être découvertes et purifiées. Cependant, les plus utiles en biologie moléculaire sont le type II, qui sera décrit dans la section suivante.

Type II

Les endonucléases de restriction de type II reconnaissent des séquences d'ADN spécifiques et un clivage à une position constante proche d'une séquence qui produit des phosphates 5 'et des hydroxyles 3'. Ils nécessitent généralement des ions magnésium (Mg ²⁺) comme cofacteurs, mais certains ont des exigences beaucoup plus spécifiques.

Structurellement, ils peuvent apparaître sous forme de monomères, dimères ou même tétramères. La technologie recombinante utilise des endonucléases de type II et pour cette raison, plus de 3 500 enzymes ont été caractérisées.

Type III

Ces systèmes enzymatiques sont composés de deux gènes, appelés mod et res, qui codent pour les sous-unités qui reconnaissent l'ADN et pour les modifications ou restrictions. Les deux sous-villes sont nécessaires pour la restriction, un processus totalement dépendant de l'hydrolyse de l'ATP.

Afin de cliver la molécule d'ADN, l'enzyme doit interagir avec deux copies de la séquence de reconnaissance non palindromique et les sites doivent être dans une orientation inverse sur le substrat. Le clivage est précédé d'une translocation d'ADN.

Type IV

Un groupe supplémentaire a été identifié récemment. Le système est composé de deux gènes ou plus qui codent pour des protéines qui clivent uniquement des séquences d'ADN modifiées, glucosyle méthylé, hydroxyméthylé ou hydrométhylé.

Par exemple, l'enzyme EckKMcrBC reconnaît deux dinucléotides de la forme générale RmC; une purine suivie d'une cytosine méthylée, qui peut être séparée par plusieurs paires de bases - de 40 à presque 3000. Le clivage a lieu environ 30 paires de bases après le site que l'enzyme reconnaît.

Endonucléases de type V

Les endonucléases de ce type sont également appelées endonucléases «homing». Ces enzymes reconnaissent et coupent la séquence d'ADN cible à des sites uniques du génome de 14 à 40 pb.

Ces enzymes sont souvent codées dans des introns et on pense que leur fonction est de favoriser le transfert horizontal des séquences coupées. Après la coupe, une réparation de rupture se produit dans la double hélice d'ADN en fonction de la séquence complémentaire.

Exemples

L'endonucléase I d'E. Coli agit comme un système de défense contre les phages et les parasites. Il est situé principalement entre la membrane cytoplasmique et la paroi cellulaire. Il produit des cassures double brin dans l'ADN étranger avec lequel il interagit dans l'espace périplasmique.

Les endonucléases CRISPR-Cas sont des enzymes qui agissent sur le mécanisme de défense de nombreux types de bactéries. Ceux-ci identifient et coupent des séquences d'ADN spécifiques d'organismes envahisseurs, qui sont généralement des virus.

Récemment, des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont découvert le système d'édition du génome CRISPR-Cas12bm avec une haute précision pour la modification de cellules humaines.

Références

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