Name Sequence Overhang Properties Isoschizomers
Aat II G↑ACGT↓C 3′ ACGT ZraI*
Acc I GT↓MK↑AC 5′ MK Bsh1236I, BspFNI, BstFNI, BstUI, MvnI
Acc III T↓CCGG↑A 5′ CCGG Aor13HI, BseAI, Bsp13I, BspEI, Kpn2I, MroI
Acu I CTGAAGN₁₄↑NN↓ 3′ NN Eco57I
Afl II C↓TTAA↑G 5′ TTAA BfrI, BspTI, BstAFI, MspCI, Vha464I
Age I A↓CCGG↑T 5′ CCGG AsiGI, BshTI, CspAI, PinAI
Alw I GGATCNNNN↓N↑ 5′ N AclWI, BspPI
Alw26 I GTCTCN↓NNNN↑ 5′ NNNN BcoDI, BsmAI, BstMAI
Apa I G↑GGCC↓C 3′ GGCC Bsp120I*, PspOMI*
ApaL I G↓TGCA↑C 5′ TGCA Alw44I, VneI
Apo I R↓AATT↑Y 5′ AATT AcsI, XapI
Asc I GG↓CGCG↑CC 5′ CGCG PalAI, SgsI
Ava I C↓YCGR↑G 5′ YCGR Ama87I, BmeT110I, BsiHKCI, BsoBI, Eco88I
Ava II G↓GWC↑C 5′ GWC Bme18I, Eco47I, SinI, VpaK11BI
Avr II C↓CTAG↑G 5′ CTAG AspA2I, BlnI, XmaJI
Bal I TGG⇅CCA Blunt MlsI, MluNI, Mox20I, MscI, Msp20I
BamH I G↓GATC↑C 5′ GATC -
Bcl I T↓GATC↑A 5′ GATC FbaI, Ksp22I
Bgl I GCCN↑NNN↓NGGC 3′ NNN -
Bgl II A↓GATC↑T 5′ GATC -
Bsa I GGTCTCN↓NNNN↑ 5′ NNNN Bso31I, BspTNI, Eco31I
BsaW I W↓CCGG↑W 5′ CCGG -
BsiW I C↓GTAC↑G 5′ GTAC Pfl23II, PspLI
BsmB I CGTCTCN↓NNNN↑ 5′ NNNN Esp3I
BsoB I C↓YCGR↑G 5′ YCGR Ama87I, AvaI, BmeT110I, BsiHKCI, Eco88I
BspE I T↓CCGG↑A 5′ CCGG AccIII, Aor13HI, BseAI, Bsp13I, Kpn2I, MroI
BsrF I R↓CCGG↑Y 5′ CCGG Bse118I, BssAI, Cfr10I
BstY I R↓GATC↑Y 5′ GATC BstX2I, MflI, PsuI
BtsC I GGATG↑NN↓ 3′ NN BseGI, BstF5I, FokI*
Cfr10 I R↓CCGG↑Y 5′ CCGG Bse118I, BsrFI, BssAI
Cfr42 I CC↑GC↓GG 3′ GC KspI, SacII, Sfr303I, SgrBI
Cfr9 I C↓CCGG↑G 5′ CCGG SmaI*, TspMI, XmaI
Cla I AT↓CG↑AT 5′ CG Bsa29I, BseCI, BshVI, BspDI, Bsu15I, BsuTUI
CviA I ↓GATC↑ 5′ GATC -
Dde I C↓TNA↑G 5′ TNA BstDEI, HpyF3I
Dpn I GA⇅TC Blunt MalI
Dpn II ↓GATC↑ 5′ GATC Bsp143I, BssMI, BstKTI*, BstMBI, Kzo9I, MboI, NdeII, Sau3AI
Dra I TTT⇅AAA Blunt -
Eag I C↓GGCC↑G 5′ GGCC BseX3I, BstZI, EclXI, Eco52I
Eco47 I G↓GWC↑C 5′ GWC AvaII, Bme18I, SinI, VpaK11BI
EcoN I CCTNN↓N↑NNAGG 5′ N BstENI, XagI
EcoO109 I RG↓GNC↑CY 5′ GNC -
EcoR I G↓AATT↑C 5′ AATT -
EcoR V GAT⇅ATC Blunt Eco32I
EcoT38 I G↑RGCY↓C 3′ RGCY BanII, Eco24I, FriOI
Esp3 I CGTCTCN↓NNNN↑ 5′ NNNN BsmBI
Fok I GGATGN₉↓NNNN↑ 5′ NNNN BseGI*, BstF5I*, BtsCI*
Fsp I TGC⇅GCA Blunt Acc16I, NsbI
Hae II R↑GCGC↓Y 3′ GCGC BfoI, BstH2I
Hae III GG⇅CC Blunt BshFI, BsnI, BspANI, BsuRI
Hga I GACGCN₅↓NNNNN↑ 5′ NNNNN CseI
Hinc II GTY⇅RAC Blunt HindII
XmaI C↓CCGG↑G 5′ CCGG Cfr9I, SmaI*, TspMI
Hind II GTY⇅RAC Blunt HincII
Hind III A↓AGCT↑T 5′ AGCT -
Hinf I G↓ANT↑C 5′ ANT -
HinP1 I G↓CG↑C 5′ CG AspLEI*, BstHHI*, CfoI*, HhaI*, Hin6I, HspAI
Hpa I GTT⇅AAC Blunt KspAI
Hpa II C↓CG↑G 5′ CG BsiSI, HapII, MspI
Hph I GGTGAN₇↑N↓ 3′ N AsuHPI
Hpy188 I TC↑N↓GA 3′ N -
Hpy99 I ↑CGWCG↓ 3′ CGWCG -
HpyCH4 V TG⇅CA Blunt HpySE526I, MaeII, TaiI*
Kpn I G↑GTAC↓C 3′ GTAC Acc65I*, Asp718I*
Kpn2 I T↓CCGG↑A 5′ CCGG AccIII, Aor13HI, BseAI, Bsp13I, BspEI, MroI
Lsp1109 I GCAGCN₈↓NNNN↑ 5′ NNNN BbvI, BseXI, BstV1I
Mbo I ↓GATC↑ 5′ GATC Bsp143I, BssMI, BstKTI*, BstMBI, DpnII, Kzo9I, NdeII, Sau3AI
Mbo II GAAGAN₇↑N↓ 3′ N -
Mlu I A↓CGCG↑T 5′ CGCG -
Xho I C↓TCGA↑G 5′ TCGA PaeR7I, Sfr274I, SlaI
Mnl I CCTCN₆↑N↓ 3′ N -
Mse I T↓TA↑A 5′ TA SaqAI, Tru1I, Tru9I
Msp I C↓CG↑G 5′ CG BsiSI, HapII, HpaII
MspA1 I CMG⇅CKG Blunt -
Mun I C↓AATT↑G 5′ AATT MfeI
Nae I GCC⇅GGC Blunt MroNI*, NgoMIV*, PdiI
Nco I C↓CATG↑G 5′ CATG Bsp19I
Nde I CA↓TA↑TG 5′ TA FauNDI
NgoM IV G↓CCGG↑C 5′ CCGG MroNI, NaeI*, PdiI*
Nhe I G↓CTAG↑C 5′ CTAG AsuNHI, BmtI*, BspOI*
Nla IV GGN⇅NCC Blunt BmiI, BspLI, PspN4I
Not I GC↓GGCC↑GC 5′ GGCC CciNI
Nru I TCG⇅CGA Blunt Bsp68I, BtuMI, RruI
Nt.BstNB I GAGTCNNNN↓ Nicht vorhanden -
PaeR7 I C↓TCGA↑G 5′ TCGA Sfr274I, SlaI, XhoI
PflM I CCAN↑NNN↓NTGG 3′ NNN AccB7I, Van91I
Ple I GAGTCNNNN↓N↑ 5′ N MlyI*, PpsI, SchI*
PluT I G↑GCGC↓C 3′ GCGC DinI*, EgeI*, EheI*, KasI, SfoI*
PspG I ↓CCWGG↑ 5′ CCWGG AjnI, BciT130I*, BseBI*, BstNI*, Bst2UI*, EcoRII, MvaI*, Psp6I
Pst I C↑TGCA↓G 3′ TGCA BspMAI
Xba I T↓CTAG↑A 5′ CTAG -
Tth111 I GACN↓N↑NGTC 5′ N PflFI, PsyI
TspM I C↓CCGG↑G 5′ CCGG Cfr9I, SmaI*, XmaI
Taq I T↓CG↑A 5′ CG -
Swa I ATTT⇅AAAT Blunt SmiI
Pvu I CG↑AT↓CG 3′ AT Ple19I
Pvu II CAG⇅CTG Blunt -
Rsa I GT⇅AC Blunt AfaI, Csp6I*, CviQI*, RsaNI*
Sac I G↑AGCT↓C 3′ AGCT Ecl136II*, EcoICRI*, Eco53kI*, Psp124BI, SstI
Sac II CC↑GC↓GG 3′ GC Cfr42I, KspI, Sfr303I, SgrBI
Sal I G↓TCGA↑C 5′ TCGA -
Sau96 I G↓GNC↑C 5′ GNC AspS9I, BmgT120I, Cfr13I, PspPI
Sbf I CC↑TGCA↓GG 3′ TGCA SdaI, Sse8387I
Sca I AGT⇅ACT Blunt ZrmI
Sda I CC↑TGCA↓GG 3′ TGCA SbfI, Sse8387I
Sfi I GGCCN↑NNN↓NGGCC 3′ NNN -
SgrA I CR↓CCGG↑YG 5′ CCGG -
Sma I CCC⇅GGG Blunt Cfr9I*, TspMI*, XmaI*
SnaB I TAC⇅GTA Blunt BstSNI, Eco105I
Spe I A↓CTAG↑T 5′ CTAG AhlI, BcuI
Sph I G↑CATG↓C 3′ CATG PaeI
Sse9 I ↓AATT↑ 5′ AATT MluCI, TasI
Ssp I AAT⇅ATT Blunt -
Stu I AGG⇅CCT Blunt Eco147I, PceI, SseBI
StyD4 I ↓CCNGG↑ 5′ CCNGG Bme1390I*, BmrFI*, BstSCI, MspR9I*, ScrFI*

Restriktionsendonukleasen

 

Was sind Restriktionsenzyme?

Restriktionsenzyme sind Enzyme, die kurze DNA-Sequenzen erkennen und schneiden können. Die auch als Restriktionsendonukleasen bezeichneten Enzyme treten unter anderem in Bakterien auf und dienen dort der Abwehr von Bakteriophagen. Insgesamt werden die Restriktionsenzyme in 4 Typen klassifiziert, die sich in der Spezifität der Spaltung und in der Struktur der Untereinheiten unterscheiden.

Bisher wurden etwa 3000 unterschiedliche Restriktionsenzyme beschrieben, die über 230 verschiedene DNA-Sequenzen erkennen. Restriktionsenzyme werden weltweit routinemäßig zur Modifizierung von DNA eingesetzt und sind ein unverzichtbares Werkzeug in allen molekularbiologischen Laboren.

 

Eine kurze Geschichte der Restriktionsenzyme

Die Grundlagen zur Erforschung der Restriktionsenzyme gehen auf die Arbeiten von Luria et al. zu Beginn der 1950er Jahre zurück [1]. Das Team um Luria beobachtete, dass der Bakteriophage λ gut in einem E. coli-Stamm (z.B. E. coli C) wachsen konnte, in anderen Stämmen (z. B. E. coli K) allerdings ein schlechtes Wachstum aufwies. Die Wirtszelle (in diesem Fall E. coli K) wurde als Restriktionswirt beschrieben, mit der Fähigkeit die biologische Aktivität des Phagen λ zu verringern.

Der Begriff Restriktionsenzym wurde erstmals in den 1960er Jahren in den Laboratorien von Arber und Meselson erwähnt. Arber und Meselson haben herausgefunden, dass die Restriktion durch eine enzymatische Spaltung der Phagen-DNA verursacht wird. Das an diesem Prozess beteiligte Enzym wurde als „Restriktionsenzym“ bezeichnet [2, 3]. Die von Arber und Meselson untersuchten Restriktionsenzyme waren Restriktionsenzyme vom Typ I, die DNA an zufälligen Stellen abseits der Erkennungsstelle spalten.

Im Jahr 1970 isolierten und beschrieben das Team um Smith das erste Restriktionsenzym des Typs II: Hind II [4]. Restriktionsenzyme vom Typ II sind für molekularbiologische Labore viel nützlicher, da Sie die DNA an der Stelle ihrer Erkennungssequenz schneiden. Für die Entdeckung der Restriktionsenzymen und ihrer Anwendung auf die Molekulargenetik erhielten Smith, Arber und Nathans 1978 den Nobelpreis für Medizin und Physiologie.

 

Erkennungssequenzen

Alle Restriktionsenzyme erkennen eine spezifische DNA-Sequenz. Die Erkennungssequenzen der Restriktionsenzyme bestehen meist aus palindromischen Sequenzen, die gegenläufig bei komplementärer Basenpaarung die gleiche Basenfolge haben. Der Schnitt kann entweder in der Mitte beider DNA-Stränge erfolgen, wodurch sogenannte „blunt ends“ erhalten werden, oder versetzt sein, wodurch klebrige Enden („sticky ends“) erzeugt werden.

Typen von Restriktionsenzymen

Basierend auf der Struktur, den Cofaktoranforderungen und der Spezifität der Spaltung werden vier Typen von Restriktionsenzymen unterschieden.

 

Typ I Restriktionsenzyme schneiden die DNA an einer zufälligen Stelle weit von der Erkennungssequenz entfernt. Diese Enzyme benötigen sowohl ATP als auch S-Adenosyl-Methionin.

Typ II Restriktionsenzyme schneiden die DNA innerhalb oder in unmittelbarer Nähe der Erkennungssequenz. Diese Enzyme benötigen kein ATP und haben keine Methyltransferase-Aktivität. Restriktionsenzyme vom Typ II sind für die molekularbiologische Arbeiten am geeignetsten. Alle Restriktionsenzyme von NIPPON Genetics EUROPE sind vom Typ II.

Typ II Restriktionsenzyme spalten die DNA etwa 20 bis 25 Basenpaare von der Erkennungssequenz entfernt. Diese Enzyme benötigen kein ATP und transferieren eine Methylgruppe von S-Adenosyl-Methionin.

Typ IV Restriktionsenzyme schneiden nur methylierte/hydroxymethylierte DNA. Dagegen werden die Restriktionsenzyme vom Typ I-III durch Methylierungen gehemmt.

 

Literaturangaben

[1] Luria and Human (1952) A nonhereditary, host-induced variation of bacterial viruses. J Bacteriol., 557-569.

[2] Arber and Linn (1969) DNA modification and restriction. Annu Rev Biochem., 467-500.

[3] Meselson and Yuan (1968) DNA restriction enzyme from E. coli. Nature, 1110-1114

[4] Smith and Wilcox (1970) A restriction enzyme from Hemophilus influenzae. I. Purification and general properties. J Mol Biol., 379-391.