限制酶种类知多少（上）
自从1968年科学家首次鉴定到限制性内切酶之后（见：限制酶的前世今生），目前已有4000多种限制酶蛋白被鉴定出来。从1975年NEB首次推出限制酶产品至今，各家公司也已有近400种限制酶产品上市，是生物医学工具酶中最庞大的家族。面对如此琳琅满目的限制酶，您知道如何将它们分类么？
01 命名方式
限制性内切酶的名称通常由其来源物种的分类决定，属名首字母+种名前两位字母+血清型/菌株+同菌株的多种限制酶流水号罗马数字。
例如HindIII：
“H”代表属名Haemophilus
“in”代表种名influenzae
“d”代表血清型d
“III”用于区分来自于Haemophilus influenza血清型d的其它限制性内切酶（如HindII和HindIII）。
又例如Eco57I：
“E”代表属名Escherichia
“co”代表种名coli
“57”代表RFL57菌株
“I”用于区分来自于Escherichia coli RFL57菌株的其它限制性内切酶。
早期的限制酶名称写法要求用斜体书写前面代表菌株来源的字母，空一格后再用正体书写最后的罗马数字流水号，如Hind III，目前这种写法在部分中文期刊上还被沿用。现在国际上通行的写法已经不再需要斜体和空格，直接用正体书写即可。
02 分类依据
限制酶来源于细菌的“限制-修饰”(Restriction-Modification, R-M) 系统，是细菌免疫防御系统在胞内的第一道防线，是在噬菌体或其他入侵DNA尚未复制之前就降解其DNA。典型的R-M系统由限制酶 (REase) 和甲基转移酶 (methyltransferase, MTase) 构成，通常成对出现，一般具有相同的DNA识别位点。限制酶识别双链DNA上的特定序列并切割DNA，而甲基转移酶对自身DNA同一识别位点上的腺嘌呤或胞嘧啶进行甲基化，保护自身DNA不被限制酶切割。通常情况下，含有R-M系统的细菌DNA在体内复制过程中被甲基化，而外来核酸（如噬菌体和质粒DNA）甲基化模式与细菌自身的甲基化模式不一致，能够被细菌的限制酶识别并切割。
图1 细菌利用“限制-修饰”系统抵御噬菌体入侵
因此，根据R-M系统的组成方式、DNA识别序列与切割位点特征、辅助因子需求等，可以将限制酶分为Type I、II、III、IV等4个大类。下面将分两期详细介绍限制酶的分类。
03 Type I
从第二个特点可以明显看出，Type I限制酶难以产生确定的切割产物，不适合作为基因工程工具酶。常用的基因工程菌株都需要将编码Type I限制酶的hsd基因突变失活，从而避免外源质粒被降解。
04 Type II
Type II限制酶又可划分为诸多亚类，目前发现的亚类有：
图2 Type IIP限制酶的亚基组成和切割模式
▶ Type IIS
Type IIS限制酶通常包含两个结构域，或由大小两个亚基组成，一个识别特异的DNA序列，一个负责水解磷酸二酯键。常用的Type IIS限制酶识别特定的非回文序列并在识别序列一侧之外切割，对切割位点的序列没有要求，因此与Type IIP不同，Type IIS酶切产物一个特定方向的末端可以完全不包含识别序列。这个特性决定了Type IIS限制酶在Golden Gate无缝克隆、mRNA疫苗环状质粒模板线性化等场景中得到了广泛应用。
图3 Type IIS限制酶的亚基组成和切割模式
Type IIS还包含了所有的Type IIB、Type IIC和Type IIG亚类，因为这三个亚类的限制酶也是在识别序列之外切割DNA。
Type IIB限制酶的组成方式比较多样，但都是在识别位点之外两侧 (both)固定距离的位置切割DNA，释放一段包含识别位点的DNA短片段。Type IIB的识别位点中间往往还会包含一段非特异序列，例如BcgI ((10/12)CGANNNNNNTGC(12/10))。
图4 Type IIB限制酶的亚基组成和切割模式
R：限制酶；M：甲基化酶；S：特异性序列识别结构域
Type IIC
因为切刻内切酶只切割DNA双链中的一条链，所以在命名方式上与普通限制酶不同，需要在正常命名的名称之前再加上Nt或者Nb的前缀，其中第一个字母N代表Nicking，第二个字母t表示切割“上面 (top)”那条链（如Nt.BspD6I: 5'-GAGTCNNNN↓N-3'），b表示切割“下面 (bottom)”那条链（如Nb.BbvCI：3'-GGAGT↑CG-5'）。
1. Loenen et al. (2014) Nucleic Acids Res, 42(1): 3-19
2. Loenen et al. (2014) Nucleic Acids Res, 42(1): 20-44
3. Pingoud et al. (2014) Nucleic Acids Res, 42(12): 7489-7527
