Характеристика нового семейства сайт-специфических эндонуклеаз, кодируемых Т5-подобными бактериофагами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.03, кандидат биологических наук Акуленко, Наталья Викторовна

• Акуленко, Наталья Викторовна
• кандидат биологических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Акуленко, Наталья Викторовна

Список сокращений.

Введение.

1. Обзор литературы

1.1. Хоуминг-эндонуклеазы.

1.2. H-N-H-эндонуклеазы.

1.3. Каталитический центр H-N-H-эндонуклеаз.

1.3.1. Структура каталитического центра H-N-H-эндонуклеаз.

1.3.2. Роль иона металла в структуре активного центра H-N-H-эндонуклеаз.

1.3.3. Единство структурной и функциональной организации каталитического центра нуклеаз суперсемейства "рра-Ме".

1.3.4. Модель катализа гидролиза ДНК эндонуклеазами семейства H-N-H.

1.4. Генетическая роль H-N-H-эндонуклеаз.

1.5. Узнавание ДНК-субстратов хоуминг-эндонуклеазами.

1.5.1. Специфическое узнавание последовательности

ДНК сайт-специфическими эндонуклеазами.

1.5.2. Взаимодействие эндонуклеазы l-Crel с сайтом узнавания.

1.5.3. Взаимодействие эндонуклеазы 1-Рро1 с сайтом узнавания.

1.5.4. Взаимодействие эндонуклеазы I-7evI с сайтом узнавания.

1.5.5. Взаимодействие эндонуклеазы l-Hmul с сайтом узнавания.

2. Материалы и методы

2.1. Плазмиды.

2.2. Штаммы бактерий и бактериофагов.

2.3. Базовые методы молекулярной биологии и биохимии.

2.4. ДНК-субстраты.

2.5. Получение матричной ДНК для транскрипции in vitro.

2.6. Транскрипция in vitro.

2.7. Синтез белка в бесклеточной системе трансляции из зародышей пшеницы.

2.8. Анализ нуклеазной активности.

2.9. Картирование точек разрыва ДНК.

2.10. Экспрессия и очистка эндонуклеаз F-777I и F-777II.

2.11. Картирование сайта узнавания эндонуклеазы F-Tflll.

2.11.1. Защита ДНК белком от воздействия ДНКазы I, гидроксильных радикалов и диметилсульфата.

2.11.1.1. Защита от ДНКазы 1.

2.11.1.2. Защита от гидроксильных радикалов.

2.11.1.3. Защита от диметилсульфата.

2.11. 2. Эксперименты с использованием модифицированных

ДНК-субстратов (метилированных, этилированных или с удаленным нуклеозидом).

2.11.3. Секвенирование ДНК-субстрата по Максаму-Гилберту (A+G).

2.11.4. Анализ расщепленных фрагментов ДНК.

2.11.5. Количественная обработка результатов.

2.12. Компьютерный анализ аминокислотных последовательностей.

2.13. Олигонуклеотиды.

3. Результаты 3.1. В области генов тРНК бактериофагов Т5 и BF23 Escherichia coli, а также бактериофага 5 Salmonella enterica sv. Heidelberg обнаружены OPC, кодирующие предполагаемые H-N-H-эндонуклеазы.

3.2. Гены hegA, hegB, hegC и hegD кодируют сайт-специфические эндонуклеазы.

3.3. Выявление дополнительных сайтов гидролиза эндонуклеаз F-Щ, F-Tflll и F-T/ПП.

3.4. Разработана схема выделения и очистки эндонуклеаз F-Tfll и F-Tflll.

3.5. Эндонуклеазы F-Tfll и F-Tflll наиболее активны при экстремальных значениях рН и температуры.

3.6. Активность эндонуклеаз F-Tfll и F-Tflll стимулируется широким рядом ионов двухвалентных металлов.

3.7. Ион Zn , по-видимому, стабилизирует структуру изучаемых нуклеаз.

3.8. Эндонуклеаза F-Tflll специфично связывается с двумя участками ДНК, расположенными на противоположных концах сайта узнавания.

3.8.1. Эндонуклеаза F-Tflll связывает протяженный участок ДНК.

3.8.2. Контакты эндонуклеазы F-Tflll с остовом ДНК распределены по всему сайту узнавания.

3.8.3. Контакты эндонуклеазы F-Tflll с основаниями расположены в двух участках сайта узнавания.

3.8.4. Эндонуклеаза F-Tflll контактирует с основаниями сайта узнавания в основном со стороны большого желобка ДНК.

3.8.5. Контакты с остатками фосфатов остова ДНК не существенны для образования комплекса F-37711-ДНК.

4. Обсуждение.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Характеристика нового семейства сайт-специфических эндонуклеаз, кодируемых Т5-подобными бактериофагами»

В составе интронов типов I и II часто присутствуют открытые рамки считывания (ОРС), кодирующие сайт-специфические эндонуклеазы. Эти ферменты, как правило, вносят разрыв в лишенный данного интрона аллель гена, и, таким образом, инициируют перенос интрона в разрезаемый участок ДНК. Этот процесс получил название "хоуминг", а инициирующие его нуклеазы - "хоуминг-эндонуклеазами". На основании наличия в аминокислотных последовательностях этих ферментов специфических мотивов их подразделяют на 4 семейства: "LAGLIDADG", "GIY-YIG", "His-Cys box" и "H-N-H" (Guhan and Muniyappa, 2003; Stoddard, 2005).

Хоуминг-эндонуклеазы обнаруживаются у широкого круга организмов: у бактериофагов, эубактерий, архей, а также у эукариотических организмов. Геномы бактериофагов, по-видимому, наиболее обогащены этими ферментами (Edgell et al., 2000). Например, в геноме фага Т4 из 289 ОРС, кодирующих предполагаемые белки, по крайней мере, 14 кодируют хоуминг-эндонуклеазы (Miller et al., 2003), а у бактериофага Т5 - 9 из 162 (номер в базах данных "EMBL/GenBank/ DDBJ" - AY543070). Следует отметить, что эти нуклеазы, как правило, сосредоточены у одного из фагов, тогда как большая их часть отсутствует у других близкородственных фагов. Например, охарактеризованные эндонуклеазы I-7evI, 1-7Ы1 (Edgell et al., 2000), SegA (Sharma et al., 1992), SegF (Belle et al., 2002) и SegG (Liu et al., 2003), кодируемые бактериофагом T4, отсутствуют у фага Т2, а из обнаруженных в данной работе эндонуклеаз F-Tfll, F-Tflll, ¥-Т/1Ш и F-TfllV, кодируемых фагом Т5, только одна (F-TfllV) присутствует в геноме близкородственного фага BF23 (Ксензенко и др., неопубликованные данные). Следует также отметить, что большинство известных хоуминг-эндонуклеаз, кодируемых бактериофагами, имеют внеинтронную локализацию: только 2 из 14 указанных нуклеаз фага Т4 кодируются интронами (Miller et al., 2003). Для этих нуклеаз характерна еще одна интересная особенность - все они являются представителями семейств "GIY-YIG" или "H-N-H". Учитывая информационную насыщенность фаговых геномов, такое изобилие хоуминг-нуклеаз в сочетании с их неравномерным распределением среди близкородственных фагов, представляется неслучайным и возникает вопрос о функциональной роли этих ферментов.

Известно, что эндонуклеазы SegE, Seg¥ и SegG (семейство "GIY-YIG"), имеющие внеинтронную локализацию, способны инициировать процесс генной конверсии, аналогичный хоумингу (Kadyrov et al., 1997; Belle et al., 2002; Liu et al., 2003). В то же время, они, в отличие от большинства других хоуминг-эндонуклеаз, разрезают как ДНК "своего" фага, так и "чужого". Это обстоятельство позволяет предположить возможность участия этих ферментов также в других рекомбинационных событиях.

Представляет также интерес изучение генетической роли H-N-H-эндонуклеазы I-НтиI и ряда ее гомологов (\-Hmu\l, \-Twol и \-Basl), вносящих одноцепочечные разрывы в ДНК (Goodrich-Blair and Shub, 1996; Landthaler et al., 2002; Landthaler et al., 2003). Известно, что эндонуклеазы \-Hmul и \-Нти\\ инициируют процесс хоуминга (Landthaler et al., 2004), Механизм инициации этого процесса на молекулярном уровне еще предстоит раскрыть, поскольку до сих пор полагали, что перенос интронов инициируется внесением только двуцепочечных разрывов в ДНК, репарация которых и лежит в основе хоуминга.

Структурная организация, а также узнающие свойства эндонуклеаз семейств "GIY-YIG" и "H-N-H" намного менее изучены, чем у представителей семейства хоуминг-эндoнyклeaз"LAGLIDADG". Эндонуклеазы \-Tevl (семейство "GIY-YIG") и I-tfmwI -единственные представители указанных семейств с известной структурой комплексов белок-ДНК (Van Roey et al., 2001; Shen et al., 2004). В составе этих комплексов указанные нуклеазы обладают удивительно вытянутой структурой с множеством четко отделенных друг от друга ДНК-связывающих доменов и мотивов. В белках с подобной структурной организацией замены, как единичных аминокислотных остатков, так и целых доменов, повидимому, в меньшей степени отражаются на общей структуре, чем в случае глобулярных белков. Таким образом, эти ферменты, в отличие от таких глобулярных белков, как эндонуклеазы рестрикции и хоуминг-эндонуклеазы семейств "LAGLIDADG" и "His-Cys box", являются удобным объектом для изучения механизмов белок-нуклеиновых взаимодействий, а также для конструирования ферментов с заданной специфичностью. Следует отметить, что изучение структур эндонуклеаз \-Tevl и l-Hmul позволило выявить новые компактные ДНК-связывающие домены. Кроме того, оказалось, что известные ранее ДНК-связывающие домены в этих белках обладают совершенно другими узнающими свойствами. В связи с этим изучение ферментов подобных эндонуклеазам I-TevI и \-Hmul, несомненно, представляет большой интерес с точки зрения выявления в них новых ДНК-связывающих доменов, а также характеристики их структурных и узнающих свойств.

Цель и задачи работы. Основной целью данной работы являлось разностороннее изучение четырех гомологичных H-N-H-нуклеаз, кодируемых Т5-подобными фагами. В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи:

1) Доказательство функциональной активности четырех предполагаемых H-N-H-эндонуклеаз.

2) Картирование точек разрывов, вносимых в ДНК, эндонуклеазами F-TJJI, ¥-Т/111, F-Tfllll и F-TflW.

3) Разработка схемы очистки и выделения эндонуклеаз F-7/71 и F-7y7II.

4) Биохимическая характеристика эндонуклеаз F-Tfll и F-7/7II.

5) Картирование сайта узнавания эндонуклеазы F-7/711.

Научная новизна. В результате данной работы были впервые охарактеризованы четыре гомологичные сайт-специфические H-N-H-эндонуклеазы, гены которых расположены вне интронов. Впервые проведено картирование сайта узнавания подобных эндонуклеаз на примере эндонуклеазы F-Tflll, что позволило предложить возможный механизм узнавания ДНК этими ферментами. В результате анализа аминокислотных последовательностей исследумых эндонуклеаз, а также их предполагаемых сайтов узнавания, было выдвинуто предположение о причинах разной субстратной специфичности этих ферментов. Кроме того, эти результаты также послужили основанием для выдвижения гипотезы о возможном эволюционном происхождении подобных эндонуклеаз.

Практическая значимость работы. Полученные в данной работе результаты имеют в основном фундаментальное значение, однако некоторые из них могут найти и практическое применение. Изученные в данном исследовании ферменты могут быть использованы для создания нуклеаз с заданной специфичностью. Эндонуклеазы, вносящие одноцепочечные разрывы в ДНК, также могут быть использованы в ходе проведения олигонуклеотид-направленного мутагенеза на этапе удаления нити "дикого" типа. Кроме того, для эффективного клонирования ПЦР-фрагментов, получаемых с помощью ДНК-полимераз, у которых отсутствует корректирующая активность, могут быть сконструированы специализированные вектора, содержащие инвертированные сайты эндонуклеазы F-ЩУ.

1. Обзор литературы

Заключение диссертации по теме «Молекулярная биология», Акуленко, Наталья Викторовна

выводы

1. Обнаружены четыре новые сайт-специфические H-N-H-эндонуклеазы (обозначены как F-Щ, F-Tflll, F-Tfllll и F-TfllV), кодируемые Т5-подобными бактериофагами. Показано, что эндонуклеаза F-TfllV вносит двуцепочечный разрыв в ДНК, образуя 3'-выступающие концы из 1 н.о, тогда как гомологичные ей эндонуклеазы F-Tfll, F-Tflll и F-Tfllll вносят одноцепочечные разрывы.

2. Показано, что эндонуклеазы F-Tflll и F-Tfllll являются неоизошизомерами: они способны узнавать одни и те же сайты в ДНК, однако, отличаются по характеру их гидролиза.

3. Подобраны оптимальные условия экспрессии генов, кодирующих эндонуклеазы

F-Tfll и F-Tflll, а также разработана схема их выделения, позволяющая получить препараты этих белков со степенью очистки более 90%. Показано, что в состав эндонуклеаз F-Tfll и F-Tflll входит один ион Zn2+ из расчета на одну молекулу белка.

4. Исследована зависимость активности эндонуклеаз F-Tfll и F-Tflll от ионной силы, рН и температуры. Показано, что максимальная активность этих нуклеаз проявляется при экстремальных значениях рН (рН 10) и температуры (50°С -55°С).

5. Изучена зависимость активности эндонуклеаз F-Tfll и F-Tflll от широкого ряда ионов двухвалентных металлов (Mg2+, Mn2+, Zn2+, Ni2+, Со2+, Cu2+ и Са2+). Показано, что все эти металлы, за исключением Си2+ (в случае эндонуклеазы F-Tfll) и Са2+ (в случае эндонуклеазы F-Tflll), стимулируют активность этих ферментов.

6. Картирован сайт узнавания эндонуклеазы F-Tflll. Показано, что фермент связывается с протяженным участком ДНК (29 н.п.). В пределах этой последовательности локализованы два участка контактов фермента с основаниями ДНК-субстрата длиной 8 н.п. (участок 1) и 7 н.п. (участок 2). Эти участки расположены несимметрично относительно места разрыва и удалены друг от друга на расстояние 13 н.п. В данных участках фермент связывается не только с основаниями, но и с остовом ДНК-субстрата, тогда как в центральной части сайта узнавания эндонуклеаза F-Tflll контактирует только с сахаро-фосфатным остовом ДНК. Показано, что эндонуклеаза F-Tflll взаимодействует с сайтом узнавания в основном со стороны большого желобка ДНК.

7. Выдвинута гипотеза о возможных путях возникновения различной субстратной специфичности гомологичных H-N-H-эндонуклеаз.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Акуленко, Наталья Викторовна, 2006 год

1. Aagaard, С., Awayez, M.J. and Garrett, R.A. 1997. Profile of the DNA recognition site of the archaeal homing endonuclease l-Dmol. Nucleic Acids Res. 25: 1523-1530.

2. Altschul, S.F., Madden, T.L., Schaffer, A.A., Zhang, J., Zhang, Z., Miller, W. and Lipman, D. J. 1997. Gapped BLAST and PSI-BLAST: a new generation of protein database search programs. Nucleic Acids Res. 25: 3389-3402.

3. Argast, G.M., Stephens, K.M., Emond, M.J. and Monnat R.J. Jr. 1998. l-Ppol and I-CreI homing site sequence degeneracy determined by random mutagenesis and sequential in vitro enrichment. J. Mol. Biol. 280:345-353.

4. Belfort, M. and Roberts, R.J. 1997. Homing endonucleases: keeping the house in order. Nucleic Acids Res. 25: 3379-3388.

5. Belle A., Landthaler M., Shub D.A. 2002. Intronless homing: site-specific endonuclease SegF of bacteriophage T4 mediates localized marker exclusion analogous to homing endonucleases of group I introns. Genes Dev. 16: 351-362.

6. Bell-Pedersen, D., Quirk, S.M., Bryk, M. and Belfort, M. 1991. 1-7Ы, the endonuclease encoded by the mobile td intron, recognizes binding and cleavage domains on its DNA target. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88: 7719-7723.

7. Beylot, B. and Spassky, A. 2001. Chemical probing shows that the intron-encoded endonuclease l-Scel distorts DNA through binding in monomeric form to its homing site. J. Biol. Chem. 276:25243-25253.

8. Bryk, M., Belisle, M., Mueller, J.E. and Belfort, M. 1995. Selection of a remote cleavage site by l-Tevl, the td intron-encoded endonuclease. J. Mol. Biol. 247:197-210.

9. Bryk, M., Quirk, S.M., Mueller, J.E., Loizos, N., Lawrence, C. and Belfort, M. 1993. The td intron endonuclease I-7evI makes extensive sequence-tolerant contacts across the minor groove of its DNA target. EMBO J. 12:2141-2149.

10. Chevalier, В., Turmel, M., Lemieux, С., Monnat R.J. Jr. and Stoddard, B.L. 2003. Flexible DNA target site recognition by divergent homing endonuclease isoschizomers I-CreI and l-Msol J. Mol. Biol. 329:253-269.

11. Chevalier, B.S. and Stoddard, B.L. 2001. Homing endonucleases: structural and functional insight into the catalysts of intron/intein mobility. Nucleic Acids Res. 29: 3757-3774.

12. Clyman, J. and Belfort, M. 1992. Trans and cis requirements for intron mobility in prokaryotic system. Genes Dev. 6:1269-1279.

13. Curcio, M.J. and Belfort, M. 1996. Retrohoming: cDNA-mediated mobility of group II introns requires a catalytic RNA. Cell 84: 9-12.

14. Dean, A.B., Stanger, M.J., Dansereau, J.T., Van Roey, P., Derbyshire, V. and Belfort, M. 2002. Zinc finger as distance determinant in the flexible linker of intron endonuclease \-Tev\. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99: 8554-8561.

15. Demczuk, W., Ahmed, R. and Ackermann, H. W. 2004. Morphology of Salmonella enterica serovar Heidelberg typing phages. Can. J. Microbiol. 50: 873-875.

16. Derbyshire, V., Kowalski, J.C., Dansereau, J.T., Hauer, C.R. and Belfort, M. 1997. Two-domain structure of the td intron-encoded endonuclease \-Tev\ correlates with the two-domain configuration of the homing site. J. Mol. Bol. 265:494-506.

17. Dixon, W.J., Hayes, J.J., Levin, J.R., Weidner, M.F., Dombroski, B.A. and Tullius, T.D. 1991. Hydroxyl radical footprinting. Methods Enzymol. 208: 380-413.

18. Drouin, M., Lucas, P., Otis, C., Lemieux, C. and Turmel, M. 2000. Biochemical characterization of 1-Cmoel reveals that this H-N-N homing endonuclease shares functional similarities with H-N-H colicins. Nucleic Acids Res. 28:4566-4572.

19. Eddy, S.R. and Gold, L. 1991. The phage T4 nrdB intron: a deletion mutant of a version found in the wild. Genes Dev. 5: 1032-1041.

20. Edgell, D.R., Belfort, M. and Shub, D.A. 2000. Barriers to intron promiscuity in bacteria. J. Bacterid. 182: 5281-5289.

21. Elde, M., Willassen, N.P. and Johansen, S. 2000. Functional characterization of isoschizomeric His-Cys box homing endonucleases from Naegleria. Eur. J. Biochem. 267: 7257-7265.

22. Falquet, L., Pagni, M., Bucher, P., Hulo, N., Sigrist, C.J., Hofmann, K. and Bairoch, A. 2002. The PROSITE database, its status in 2002. Nucleic Acids Res., 30:235-238.

23. Flick, K.E., Jurica, M.S., Monnat R.J. Jr, and Stoddard, B.L. 1998. DNA binding and cleavage by the nuclear intron-encoded homing endonuclease l-Ppol. Nature 394: 96101.

24. Friedhoff, P., Franke, I., Meiss, G., Wende, W.,. Krause, K.L. and Pingoud, A. 1999. A similar active site for non-specific and specific endonucleases. Nature Struct. Biol. 6: 112-113.

25. Galburt, E.A. and Stoddard, B.L. 2002. Catalytic mechanisms of restriction and homing endonucleases. Biochemistry 41:13851-13860.

26. Galzitskaya, O.V., Garbuzynskiy, S.O. and Lobanov M. Yu. 2006. Prediction of natively unfolded regions in protein chains. Mol. Biol. (Moscow) 40:341-348.

27. Garinot-Schneider, C., Pommer, A.J., Moore, G.R., Kleanthous, C. and James, R. 1996. Identification of putative active-site residues in the DNase domain of colicin E9 by random mutagenesis. J. Mol. Bol. 260:731-742.

28. Gimble, F.S. 2000. Invasion of a multitude of genetic niches by mobile endonuclease genes. FEMS Microbiol. Lett. 185:99-107.

29. Goodrich-Blair, H. and Shub, D.A. 1996. Beyond homing: competition between intron endonucleases confers a selective advantage on flanking genetic markers. Cell 84: 211221.

30. Gorbalenya, A.E. 1994. Self-splicing group I and group II introns encode homologous (putative) DNA endonucleses of a new family. Protein Sci. 3:1117-1120.

31. Gough, J., Karplus, K., Hughey, R. and Chotia, C. 2001. Assignment of homology to genome sequences using a library of hidden markov models that represent all proteins of known structure. J. Mol. Biol. 313:903-919.

32. Guhan, N. and Muniyappa, K. 2003. Structural and functional characteristics of homing endonucleases. Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 38:199-248.

33. Gurevich, V.V., Pokrovskaya, I.D., Obukhova, T.A. and Zozulya, S.A. Preparative in vitro mRNA synthesis using SP6 and T7 polymerases. 1991. Anal. Biochem. 195:207213.

34. Hayes, J.J. and Tullius, T.D. 1989. The missing nucleoside experiment: a new technique to study recognition of DNA by protein. Biochemistry. 28: 9521-9527.

35. Hendrickson, W. and Schleif, R. 1985. A dimer of AraC protein contacts three adjacent major groove regions of the ara/DNA site. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 82: 3129-3133.

36. Hsia, K.C., Chak, K.F., Liang, P.H., Cheng, Y.S., Ku, W.Y. and Yuan, H.S. 2004. DNA binding and degradation by the HNH protein ColE7. Structure 12:205-214.

37. Huang. Y.J. Parker. M.M. and Belfort, M. 1999. Role of exonucleolytic degradation in group I intron homing in phage T4. Genetics. 153:1501-1512.

38. Jones, D.T. 1999. Protein secondary structure prediction based on position-specific scoring matrices. J. Mol. Biol. 292:195-202.

39. Jurica, M.S. and Stoddard, B.L. 1999. Homing endonucleases: structure, function and evolution. Cell. Mol. Life Sci. 55:1304-1326.

40. Jurica, M.S., Monnat, R.J. Jr. and Stoddard, B.L. 1998. DNA recognition and cleavage by the LAGLIDADG homing endonuclease I-Crel Mol. Cell 2:469-476.

41. Kadyrov, F.A., Shlyapnikov, M.G. and Kryukov, V.M. 1997. A phage T4 site-specific endonuclease, SegE, is responsible for a non-reciprocal genetic exchange between T-even-related phages. FEBS Lett. 415: 75-80.

42. Kalodimos, C.G., Biris, N., Bonvin, A.M.J.J., Levandoski, M.M., Guennuegues, M., Boelens, R. and Kaptein, R. 2004. Structure and flexibility adaptation in nonspecific and specific protein-DNA complexes. Science 305: 386-389.

43. Keeble, A.H., Hemmings, A.M., James, R., Moore, G.R. and Kleanthous, C. 2002. Multistep binding of transition metals to the H-N-H endonuclease toxin colicin E9. Biochemistry 41:10234-10244.

44. Kleanthous, С., Kuhlmann, U.C., Pommer, A.J., Ferguson, N., Radford, S.E., Moore, G.R., James, R. and Hemmings, A.M. 1999. Structural and mechanistic basis of immunity toward endonuclease colicins. Nature Struct. Biol. 6:243-252.

45. Ко, T.-P., Liao, C.-C., Ku, W.-Y., Chak, K.-F. and Yuan, H.S. 1999. The crystal structure of the DNase domain of colicin E7 in complex with its inhibitor Im7 protein. Structure 7: 91-102.

46. Kriukiene, E., Lubiene, J., Lagunavicius, A. and Lubys, A. 2005. Mnll the member of H-N-H subtype of type IIS restriction endonucleases. Biochim. Biophys. Acta. 1751: 194-204.

47. Kuhlmann, U.C., Moore, G.R., James, R., Kleanthous, C. and Hemmings,. A.M. 1999. Structural parsimony in endonuclease active sites: should the number of homing endonuclease families be redefined? FEBS Lett. 463:1-2.

48. Kulakova, A.N., Kulakov, L.A., Akulenko, N.V., Ksenzenko, V.N., Hamilton, J.T. and Quinn, J.P. 2001. Structural and functional analysis of the phosphonoacetate hydrolase (phnk) gene region in Pseudomonasfluoresceins 23F. J.Bacteriol. 183: 3268-3275.

49. Laemmli, U.K. 1970. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature. 227: 680-685.

50. Lambowitz, A.M. and Zimmerly, S. 2004. Mobile group II introns. Annu. Rev. Genet. 38:1-35.

51. Landthaler, M. and Shub, D.A. 2003. The nicking homing endonuclease l-Basl is encoded by a group I intron in the DNA polymerase gene of the Bacillus thuringiensis phage Bastille. Nucleic Acids Res. 31: 3071-3077.

52. Landthaler, M., Begley, U., Lau, N.C. and Shub, D.A. 2002. Two self-splicing group I introns in the ribonucleotide reductase large subunit gene of Staphylococcus aureus phage Twort. Nucleic Acids Res. 30:1935-1943.

53. Landthaler, M., Lau, N.C. and Shub, D.A. 2004. Group I intron homing in Bacillus phages SP01 and SP82: a gene conversion event initiated by a nicking homing endonuclease. J. Bacteriol. 186:4307-4314.

54. Landthaler, M., Shen, B.W., Stoddard and Shub, D.A. 2006. I-BasI and I-Hmul: two phage intron-encoded endonucleases with homologous DNA recognition sequences but distinct DNA specificities. J. Mol. Biol. 358:1137-1151.

55. Li, C.L., Hor, L.I, Chang, Z.F., Tsai, L.C., Yang, W.Z. and Yuan, H.S. 2003. DNA binding and cleavage by the periplasmic nuclease Vvn: a novel structure with a known active site. EMBO J. 22:4014-4025.

56. Liu, Q., Belle, A., Shub, D.A., Belfort, M. and Edgell, D.R. 2003. SegG endonuclease promotes marker exclusion and mediates co-conversion from a distant cleavage site. J. Mol. Biol. 334:13-23.

57. Liu, Q., Derbyshire, V., Belfort, M. and Edgell, D.R. 2006. Distance determination by GIY-YIG intron endonucleases: discrimination between repression and cleavage functions. Nucleic Acids Res. 34: 1755-1764.

58. Lowery, R., Hung, L., Knoche, K. and Bandziulis, R. 1992. Properties of l-Ppol: a rare-cutting intron-encoded endonuclease. Promega Notes 38: 8-12.

59. Malik, H.S. and Henikoff, S. 2000. Dual recognition-incision enzymes might be involved in mismatch repair and meiosis. Trends Biochem. Sci. 25:414-418.

60. Maniatis, Т., Fritsch, E.F. and Sambrook, J. 1989. Molecular Cloning: A Laboratory Manual; Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor.

61. Marshall, P., Davis, T.B. and Lemieux, C. 1994. The \-Ceu\ endonuclease: purification and potential role in the evolution of Chlamydomonas group I introns. Eur. J. Biochem. 220: 855-859.

62. Martinez-Abarca, F. and Того, N. 2000. Group II introns in the bacterial world. Mol. Microbiol. 38:917-926.

63. Mate, M.J. and Kleanthous, C. 2004. Structure-based analysis of the metal-dependent mechanism of H-N-H endonucleases. J. Biol. Chem. 279: 34763-34769.

64. Maxam, A.M. and Gilbert, W. 1977. A new method for sequencing DNA. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 74: 560-564.

65. Mehta, P., Katta, K. and Krishnaswamy, S. 2004. HNH family subclassification leads to identification of commonality in the His-Me endonuclease superfamily. Protein Sci. 13:295-300.

66. Miller, E.S., Kutter, E., Mosig, G., Arisaka, F., Kunisawa, Т., Ruger, W. 2003. Bacteriophage T4 genome. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 67: 86-156

67. Mueller, J.E., Smith, D. and Belfort, M. 1996b. Exon coconversion biases accompanying intron homing: battle of the nucleases. Genes Dev. 10:2158-2166.

68. Mueller, J.E., Smith, D., Bryk, M. and Belfort, M. 1995. Intron -encoded endonuclease \-Tev\ binds as a monomer to effect sequential cleavage via conformational changes in the td homing site. EMBO J. 14: 5724-5735.

69. Nassif, N., Penney, J., Pal, S., Engels, W.R. and Gloor, G.B. 1994. Efficient copying of nonhomologous sequences from ectopic sites via P-element-induced gap repair. Mol. Cell. Biol. 14:1613-1625.

70. Oakley, M.G. and Dervan, P.B. 1990. Structural motif of the GCN4 DNA bindingdomain characterized by affinity cleaving. Science 248: 847-850.

71. Parker, M., Belisle, M. and Belfort, M. 1999. Intron homing with limited exon homology: illegitimate double-strand-break repair in intron acquisition by phage T4. Genetics. 153:1513-1523.

72. Pingoud, A. and Jeltsch, A. 2001. Structure and function of type II restriction endonucleases. Nucleic Acids Res. 29: 3705-3727.

73. Pokrovskaya, I.D. and Gurevich, V.V. 1994. In vitro transcription: preparative RNA yields in analytical scale reactions. Anal. Biochem. 220:420-423.

74. Pommer, A.J., Kuhlmann, U.C., Cooper, A., Hemmings, A.M., Moore, G.R., James, R. and Kleanthous, C. 1999. Homing in on the role of transition metals in the HNH motif of colicin endonucleases. J. Biol. Chem. 274:27153-27160.

75. Pommer, A.J., Wallis, R., Moore, G.R., James, R. and Kleanthous, C. 1998.ф

76. Enzymological characterization of the nuclease domain from the bacterial toxin colicin E9 from Escherichia coli. Biochem. J. 334: 387-392.

77. Raaijmakers, H., Того, I., Birkenbihl, R., Kemper, B. and Suck, D. 2001. Conformational flexibility in T4 endonuclease VII revealed by crystallography: implications for substrate binding and cleavage. J. Mol. Biol. 308:311-323.

78. Roberts, R.J., Belfort, M., Bestor, Т., Bhagwat, A.S., Bickle, T.A., Bitinaite, J.,

79. D.H., Lacks, S., Marinus, M.G., Miyahara, M., Morgan, R.D., Murray, N.E., Nagaraja, V., Piekarowicz, A., Pingoud, A., Raleigh, E., Rao, D.N., Reich, N., Repin, V.E., Selker,

80. E.U., Shaw, P.C., Stein, D.C., Stoddard, B.L., Szybalski, W., Trautner, T.A., Van Etten,

81. J.L., Vitor, J.M., Wilson, G.G. and Xu, S.Y. 2003. A nomenclature for restriction enzymes, DNA methyltransferases, homing endonucleases and their genes. Nucleic Acids Res. 31:1805-1812.

82. Rykunov, D.S., Lobanov, M.Y. and Finkelstein, A.V. 2000. Search for the most stable folds of protein chains: III. Improvement in fold recognition by averaging over homologous sequences and 3D structures. Proteins. 40: 494-501.

83. Saravanan, M., Bujnicki, J.M., Cymerman, I.A., Rao, D.N. and Nagaraja, V. 2004. Type II restriction endonuclease R.KpnI is a member of the HNH nuclease superfamily. Nucleic Acids Res. 32:6129-6135.

84. Shaloiko, L.A., Granovsky, I.E., Ivashina, T.V., Ksenzenko, V.N., Shirokov, V.A. and Spirin, A.S. 2004. Effective non-viral leader for cap-independent translation in a eukaryotic cell-free system. Biotechnol. Bioeng. 88: 730-739.

85. Sharma, M., Ellis, R.L., Hinton, D.M. 1992. Identification of a family of bacteriophage T4 genes encoding proteins similar to those present in group I introns of fungi and phage. Proc. Natl Acad. Sci. USA 89: 6658-6662

86. Shen, B.W., Landthaler, M., Shub, D.A. and Stoddard, B.L. 2004. DNA binding and cleavage by the HNH homing endonuclease l-Hmul. J. Mol. Biol. 342:43-56.

87. Shub, D.A., Goodrich-Blair, H. and Eddy, S.R. 1994. Amino acid sequence motif of group I intron endonucleases is conserved in open reading frames of group II introns. Trends Biochem. Sci. 19:402-404.

88. Siebenlist, U. and Gilbert, W. 1980. Contacts between Escherichia coli RNA polymerase and early promoter of phage T7. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 77:122-126.

89. Sitbon, E. and Pietrokovski, S. 2003. New types of conserved sequence domains in DNA-binding regions of homing endonucleases. Trends Biochem. Sci. 28:473-477.

90. Stoddard, B.L. 2005. Homing endonuclease structure and function. Q. Rev. Biophys. 38:49-95.

91. Szostak, J.W., Orr-Weaver, T.L, Rothstein, R.J. and Stahl, F.W. 1983. The double-strand-break repair model for recombination. Cell 33:25-35.

92. Tullius, T.D. and Dombroski, B.A. 1986. Hydroxyl radical "footprinting": high-resolution information about DNA-protein contacts and application to X repressor and Cro protein. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 83: 5469-5473.

93. Van Roey, P., Waddling, C.A., Fox, K.M., Belfort, M. and Derbyshire, V. 2001. Intertwined structure of the DNA-binding domain of intron endonuclease I-7evI with its substrate. EMBO J. 20: 3631-3637.

94. Vannini, A., Cinzia, V., Gargioli, C., Muraglia, E., Cortese, R., De Francesco, R., Neddermann, P., and Di Marco, S. 2002. The crystal structure of the quorum sensing protein TraR bound to its autoinducer and target DNA. EMBO J. 21,4393-4401.

95. Wang, J., Kim, H.H., Yuan, X. and Herrin, D.L. 1997. Purification, biochemical characterization and protein-DNA interactions of the I-Crel endonuclease produced in Escherichia coli. Nucleic Acids Res. 25: 3767-3776.

96. Zaitsev, E.N., Zaitseva, E.M., Bakhlanova, I.V., Gorelov, V.N., Kuz'min, N.P. 1986. Cloning and characteristics of reck gene in Pseudomonas aeruginosa. Genetics (Moscow) 22:2721-2727.

97. Zimmerly, S., Guo, H., Eskes, R., Yang, J., Perlman, P.S. and Lambowitz, A.M. 1995b. A group II intron RNA is a catalytic component of a DNA endonuclease involved in intron mobility. Cell 83: 529-538.

98. Zimmerly, S., Guo, H., Perlman, P.S. and Lambowitz, A.M. 1995a. Group II intron mobility occurs by target DNA-primed reverse transcription. Cell 82: 545-554.I