DNAトポイソメラーゼ

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DNAトポイソメラーゼ（DNA topoisomerase）とは、2本鎖DNAの一方または両方を切断し再結合する酵素の総称である。

環状DNA（細菌のDNAはこの形をとる）では、2本の鎖は位相幾何学（トポロジー）的には結び目があるのと等価であり、ねじれ数の異なるDNA、つまりトポアイソマー（トポロジーの異なる異性体）は、DNA鎖を切らない限り互いに変換できない。トポイソメラーゼはこの変換を触媒する異性化酵素という意味で命名された。

抗がん剤や抗生物質にはこの酵素の阻害剤として働くものがある。

[編集] DNAのトポロジーとトポイソメラーゼ

2本鎖DNAは普通の生理的条件で二重らせん構造を形成し、自然なねじれを持っている（緩和型構造）。これがさらにねじられたり、逆にほどかれたりすると、二重らせんがさらに全体としてねじれることになる。これらを超らせん構造（前者を正の超らせん、後者を負の超らせん）という。

真核生物のDNAは線状で、全体としては位相幾何学的には区別できない。しかし現実には非常に長い分子で、しかも局所的に超らせん構造をとって（さらにヒストンなどの蛋白質と結合して）複雑な染色体の構造を作っている。転写、複製、修復などの際には二重らせん構造がほどかれる必要があるため、細胞が正常に機能して生きるためには、トポイソメラーゼが立体構造を調節することが必須である。またDNAの組換えや、ウイルスのDNAが染色体に組み込まれる際などにも、トポイソメラーゼが必要である。

[編集] 種類

トポイソメラーゼは大きく2つに分類される。DNA2本鎖の一方だけを切断するものをI型トポイソメラーゼ（略称トポI、EC 5.99.1.2、別名Swivellase[スウィベラーゼ]ともいう）、2本とも切断するものをII型トポイソメラーゼ（トポII、EC 5.99.1.3）という。

トポIは片方のDNAだけを切断し、超らせんを緩和する。超らせん分子がねじれの形で持っていた力学的エネルギーを利用して、DNA末端と酵素が共有結合した中間体を経てDNAを再結合し、ATPを要しない。

トポIは抗がん剤のイリノテカンやトポテカンにより阻害される。

トポIIは、ATP存在下ではそのエネルギーを利用して正の超らせんまたは緩和型を負の超 らせんへ変換し、非存在下では負の超らせんを緩和する。トポIIはDNAの両方の鎖を同時に切断し、末端を回転させて再結合する。

細菌の持つトポIIは特にDNA gyrase（DNAギラーゼまたはDNAジャイレース）ともいい、キノロン系抗生物質のターゲットとなる。また抗がん剤のエトポシドやテニポシドはがん細胞のトポIIを阻害する。

トポIとトポIIはさらにそれぞれ反応機序の異なる2つのサブクラスに分類される。