2) создание двуцепочечного разрыва ДНК
3) замена одного нуклеотида на другой
4) вставка нескольких нуклеотидов
Никазная активность означает способность фермента расщеплять только одну из двух комплементарных цепей ДНК. В результате формируется одноцепочечный разрыв — ни́к , тогда как фосфодиэфирная связь в противоположной цепи сохраняется. Поэтому правильным является вариант, указывающий на создание одноцепочечного разрыва ДНК.
Классическим примером служит модифицированная система CRISPR-Cas9: замена аминокислотного остатка в одном из каталитических доменов Cas9 выключает расщепление одной цепи, а второй домен сохраняет активность. Такой фермент называют никáзой. Одноцепочечный разрыв обычно репарируется более точно, преимущественно с использованием неповрежденной комплементарной цепи как матрицы; при применении двух никáз, направленных на противоположные цепи в близких участках, возможно контролируемое формирование двуцепочечного разрыва.
Замена отдельного нуклеотида и вставка нескольких нуклеотидов относятся не к непосредственному свойству никáзы, а к возможным результатам последующей репарации или к эффектам специализированных редакторов генома. Двуцепочечный разрыв характерен для обычных нуклеаз, расщепляющих обе цепи ДНК, и не является основным признаком фермента с изолированной никазной активностью.
| Инструмент или активность | Тип повреждения ДНК | Механизм | Основное практическое значение |
|---|---|---|---|
| Никаза | Одноцепочечный разрыв | Расщепление одной цепи при сохранении целостности второй | Более контролируемое редактирование с потенциально меньшим риском случайных двуцепочечных разрывов |
| Обычная двуцепочечная нуклеаза | Двуцепочечный разрыв | Одновременное или последовательное расщепление обеих цепей | Индукция репарации NHEJ или HDR; возможны инсерции, делеции и хромосомные перестройки |
| Парные никазы | Два близко расположенных одноцепочечных разрыва | Разрывы противоположных цепей суммируются в функциональный двуцепочечный разрыв | Повышение специфичности за счёт необходимости связывания двух направляющих РНК |
| Базовый редактор | Точечная модификация основания без классического двуцепочечного разрыва | Ферментативное дезаминирование нуклеотидного основания с последующей репарацией | Замена определённых пар оснований, например C→T или A→G, в зависимости от системы |
| Прайм-редактор | Направленная замена, небольшая вставка или делеция | Никазная активность Cas-белка сочетается с обратной транскрипцией по матрице праймирующей РНК | Редактирование более широкого спектра вариантов без обязательного формирования двуцепочечного разрыва |
| NHEJ-репарация | Репарация преимущественно двуцепочечного разрыва | Быстрое соединение концов ДНК с возможными ошибками | Формирование небольших вставок или делеций, способных инактивировать ген |
Никазная активность принципиально отличается от мутагенного результата, который может возникнуть после репарации повреждения. Одноцепочечный разрыв обычно менее опасен для генома, чем двуцепочечный, поскольку вторая цепь сохраняет информацию для восстановления. Однако при множественных или неправильно направленных разрывах возможны геномная нестабильность и нежелательные варианты редактирования. В диагностических и экспериментальных системах тип активности фермента оценивают по структуре образующегося повреждения и профилю продуктов репарации.