Restriction Enzyme (제한효소), DNA methylases, Restriction Mapping

Restriction Enzyme (제한효소)

 

DNA를 조작하기위해, 원하는 부위의 DNA를 자를 수 있어야한다. 제한효소(Restriction Enzyme)는 특정염기서열을 인식해서 자를수 있기때문에 이를 활용한다. 제한효소에서 Type I, II, III 이렇게 분류를 하는데, type I과 type III은 인식부위가 아닌 다른 곳의 DNA를 절단하기때문에 막상 DNA 실험(gene cloning)에 적합하지 않아서 type II를 사용한다.  

이때, 제한효소의 type II가 인식하는 염기서열을 회문성염기라고 하는데 여기서 회문(palindrome)이란.. 내이름은 이효리~ 거꾸로 해도 이효리..라는 것처럼 앞뒤로 읽었을때 똑같이 읽을 수 있는 단어나 문장을 말한다. 

 

 

 

위에 그림을 보면, 두 개의 선으로 되어있는게 DNA를 뜻하고 G, A, T, C는 염기서열이다. 노락색 박스, 파란색 박스가 바로 제한효소가 인식하는 회문성염기인데, 그중에서 각 제한효소마다 자르는 부위가 다르다.

 

이때 어떻게 자르느냐에 따라, Sticky end, Blent end라고 한다. Sticky end 사진을 보면 잘려진 DNA가 지그재그로 잘려있는걸 알 수 있는 반면, Blent end의 잘려진 DNA는 일자로 잘려있음을 알 수 있다.  이렇게 잘려진 모양에 따라 구분하면 된다. Sticky end 그림을 보면 잘려진부위가 5' 가 튀어나왔으면 5' overhangs, 3'이 튀어나왔으면 3' overhangs라 한다

 

 

 

 

제한효소 예시는 다음 아래 그림과 같다 :)

 

 

 

그렇다면 재미있는 질문~

박테리아가 제한효소를 만든다면 왜 박테리아 자신의 DNA를 자르지는 않는걸까? 

- 제한효소를 가지는 이유는 특정 바이러스 DNA에 대한 방어기질로 외부 DNA가 침입했을때, 이를 절단하기 위해서다. 하지만 자신의 DNA도 자를 수 있기때문에 박테리아는 DNA methylases (modification enzymes)를 만든다. 즉, 세포에서 제한효소를 만들어낼때 자신의 DNA 절단을 막기위해 메틸화효소를 만들어, 자신의 DNA가 복제될 때 제한효소자리에 있는 특정염기 안에, 혹은 근처에 메틸기를 첨가한다. 이 제한효소는 메틸기를 인식해서 절단하지 않는다. 그걸 메틸화(Methylation)이라 한다.

 

Why bacteria have evolved a restriction/modification system?

- Some virus have evolved ways of subverting the restriction modification system, usally by modifying their own DNA, by adding methyl or glycosyl group to it, thus blocking the restriction enzymes. To counteract these viruses, some bacteria have evolved retriction systems which only recognize and cleave modified DNA , but do not act upon the hot's unmodified DNA. some prokaryotes have develped multiple types of restriction modificatio systems.

reference:  http://en.wikipedia.org/wiki/Restriction_modification_system  

 

 

 

 

 Restriction Mapping  

 

정체를 알 수없는 DNA에서 제한효소 절단부위에 대한 상대적인 위치를 찾아내는 과정을 말한다. 즉, Restriction Enzyme의 특정위치를 자르는 특성을 활용해 잘라진 DNA 부분(fragment) 크기를 전기영동(Electrophoresis)를 통해 찾아내는것이다. 

  

DNA 여러종류의 restriction enzyme을 처리한 후, 절단된 단편을 이용해 DNA의 map을 얻을 수 있는 방법혹은 DNA의 잘라진면을 end-labeling하여 electrophoresis로 분리한 후 partial digestion하는 방법이 있다.