酵素・試薬

エキソヌクレアーゼ・Plasmid-Safe DNase(残存直鎖DNA除去)

エキソヌクレアーゼおよびPlasmid-Safe ATP-Dependent DNaseは、DNAを末端から選択的に分解する末端依存性ヌクレアーゼです。直鎖状DNAの製造では、目的の閉端DNA(doggybone)や環状プラスミドを残しつつ、残存する開環・直鎖の鋳型やバックボーン由来DNAを分解して純度を高める仕上げ段に使われます。Plasmid-Safe DNaseはATP依存的に直鎖dsDNAを分解し環状DNAを保護するタイプ、Exonuclease III/V/I/Lambda Exonucleaseは基質の鎖性・末端・方向性が異なるタイプで、対象とする不純物に応じて使い分けます。

末端依存性ヌクレアーゼ残存直鎖DNA除去ATP依存性DNase閉端DNA/doggyboneプラスミド精製仕上げPCRクリーンアップ
分類
酵素・試薬
主な用途
末端依存性ヌクレアーゼ / 残存直鎖DNA除去 / ATP依存性DNase / 閉端DNA/doggybone / プラスミド精製仕上げ / PCRクリーンアップ
関連モダリティ
DNA医薬・DNAワクチン(閉端直鎖DNA/doggybone) / mRNA-LNP(IVT鋳型DNAの調製) / AAV・遺伝子治療(プラスミド精製) / 細胞・遺伝子編集(無細胞直鎖DNA)
代表メーカー
LGC Biosearch Technologies(Lucigen)・New England Biolabs・Thermo Fisher Scientific(3社)
関連キーワード
Plasmid-Safe ATP-Dependent DNase / Exonuclease V RecBCD / Exonuclease III / Exonuclease I / Lambda Exonuclease / 残存直鎖DNA除去

用途・特徴

エキソヌクレアーゼは、DNAの末端(3'端または5'端)から1ヌクレオチドずつ分解していく酵素です。制限酵素のような内部切断(エンドヌクレアーゼ)と異なり、末端が存在しない環状・閉端のDNAは基質になりにくいため、「直鎖状の不純物だけを分解して、目的の環状/閉端DNAは残す」という選択的な精製に使えます。直鎖DNA製造では、doggybone型の閉端DNAや目的プラスミドを保護しつつ、残存する開環プラスミド・直鎖の鋳型・切り出されたバックボーン断片を末端から削り取る用途が中心になります。

酵素ごとに基質特異性が異なります。Plasmid-Safe ATP-Dependent DNase(LGC Biosearch/Lucigen)はATP存在下で直鎖dsDNAを分解し、環状・スーパーコイル状のプラスミドは分解しないとメーカーが説明しています。Exonuclease V(RecBCD, NEB M0345)は直鎖の一本鎖・二本鎖DNAを両端から分解し、Exonuclease III(NEB M0206/Thermo EN0191)は二本鎖DNAの3'端から、Exonuclease I(NEB M0293/Thermo EN0581)は一本鎖DNAの3'→5'方向、Lambda Exonuclease(NEB M0262)は5'リン酸化dsDNAを5'→3'方向に分解します。除去したい不純物の鎖性(ss/ds)・末端・環状性に合わせて選定します。

PCRルートで直鎖DNAを増幅する場合は、残存プライマー・鋳型・一本鎖副産物の除去にExonuclease Iなどを使い、後段のシークエンスや定量の妨げを減らします。いずれの酵素も反応後は熱失活やクロマトグラフィー・磁気ビーズで除去し、残存酵素やヌクレオチドが最終製品や後工程(IVT等)に持ち込まれないようにします。性能値・至適条件・活性単位はいずれもメーカー公表値に基づくため、実際の適用では各製品のマニュアルとロット情報を確認します。

Point
  • DNAの末端から1塩基ずつ分解する末端依存性ヌクレアーゼ
  • 環状・閉端DNAは末端がなく基質になりにくいため選択的に残せる
  • Plasmid-Safe DNaseはATP依存的に直鎖dsDNAを分解し環状DNAを保護する
  • Exo Vは直鎖のss/dsDNAを3'・5'両端から分解する
  • Exo IIIは二本鎖DNAの3'端から、Exo Iは一本鎖DNAを3'→5'に分解する
  • Lambda Exonucleaseは5'リン酸化dsDNAを5'→3'方向に分解する
  • 除去対象の鎖性・末端・環状性に合わせて酵素を使い分ける
  • 反応後は熱失活やクロマト/ビーズで酵素・分解物を除去する

使用方法

除去したい不純物の性状(一本鎖/二本鎖・直鎖/環状・末端の種類)を踏まえて酵素を選び、必要な補因子(Mg2+やATP)を加えて反応させます。反応後は酵素を除去し、残存直鎖DNAの低減を確認します。

1除去対象(残存プラスミド・鋳型・プライマー等)の性状を確認する
2基質特異性に合う酵素と反応バッファーを選ぶ
3基質DNAに補因子(Mg2+・ATP等)を加えて反応系を組む
4至適温度でインキュベートし直鎖DNAを分解する
5熱失活またはクロマト/磁気ビーズで酵素を除去する
6電気泳動やqPCRで残存直鎖DNAの低減を確認する
至適温度・反応時間・酵素量・補因子(Mg2+・ATP)の要否、熱失活条件、活性単位はいずれも各メーカーの公表値・マニュアルに従います。基質量や不純物レベル、スケール、GMP要件によって条件は変わります。