核酸をラベリング

polA遺伝子にコードされるDNA Polymerase Iは、最初に発見されたDNAポリメラーゼであり、E. coli に最も多く存在するポリメラーゼです（細胞あたり約400分子）。これは、1本鎖テンプレートを放出することなく、複数の重合ステップを連続的に触媒できるという点で、プロセッシブ酵素の一例といえます。このポリペプチドには、5'→3'ポリメラーゼと3'→5’プルーフリーディングエキソヌクレアーゼを含む大きなドメイン（Klenow Fragment）と、5'→3'エキソヌクレアーゼ活性を含む小さなフラグメントという2つの機能ドメインがあります。後者の活性により、DNA Polymerase Iはダウンストリームの岡崎フラグメントの開始に使用されるRNAプライマーを除去することができます。in vivoでのポリメラーゼの主な機能は、組換えとDNA修復に関与することです。DNA修復中、DNA Polymerase Iは、DNA病変の除去によって生じるDNAのギャップをフィリングします。 

研究におけるアプリケーションには、DNase I依存姓ニックトランスレーション、cDNAクローニングにおける第2鎖合成、5´オーバーハングのフィルインなどがあります。DNA Polymerase Iは、ビオチン化ヌクレオチドを取り込みます。

E. coli DNA Polymerase Iの5'→3'エキソヌクレアーゼ活性は、多くのアプリケーションには適していません。5'→3'ポリメラーゼと3'→5'プルーフリーディングエキソヌクレアーゼを含む大きなドメインであるKlenow Fragmentはこの活性を持たないため、有用な研究アプリケーションを提供します。これには、1本鎖テンプレートからの2本鎖DNAの合成、DNA断片の後退した3’末端のエンドフィリングによる5’オーバーハングの平滑化、突出している3’オーバーハングの消化、標識DNAプローブの調製などがあります。 

E. coli DNA Polymerase Iの5'→3'エキソヌクレアーゼ活性が望ましくないことがあるように、Klenow Fragmentの3'→5エキソヌクレアーゼ活性も特定のアプリケーションでは望ましくないことがあります。この問題は、5'→3’ポリメラーゼ活性は保持しているが、エキソヌクレアーゼ活性は持っていないKlenow Fragment（3'→5' exo-）酵素をもたらす突然変異を導入することによって克服します。Klenow Fragment（3'→5' exo-）は、マイクロアレイの蛍光標識反応の一部や、次世代シークエンシング用のDNAライブラリー調製に頻繁に使用されるDNA断片にDNAアダプターをライゲーションするプロセスの重要なステップであるdAおよびdTテーリングに使用されます。

T7 DNAポリメラーゼはそれ自体、プロセシビティが低く、15 nt未満の取り込みで、プライマー–テンプレートから解離します。E. coliに感染すると、T7ファージは、宿主タンパク質であるチオレドキシンを付加し、プロセシビティ因子として機能させます。T7 DNAポリメラーゼとチオレドキシンは1対1で結合して複合体を形成します。チオレドキシンがT7 DNAポリメラーゼに結合すると、プライマー–テンプレートに対するポリメラーゼの親和性が80倍も特異的に増加します。プライマー–テンプレートに対する親和性が高くなると、T7 DNAポリメラーゼは一本鎖DNA上のプライマーを解離することなく数千ヌクレオチド伸長することができ、長いDNAの連続合成が可能になります。T7 DNAポリメラーゼを使用して、残りのゲノムDNAを除去して共有結合で閉じた環状DNAを精製し、相補的なcDNA鎖を合成することができます。 

ポリ（A）ポリメラーゼ、またはポリヌクレオチド・アデニリルトランスフェラーゼの触媒反応は、一本鎖RNAをプライマーとして使用して、RNAの3’末端にアデニン残基を取り込み、RNAにポリ（A）鎖を効果的に付加します。ポリ（A）ポリメラーゼは、末端デオキシヌクレオチジルトランスフェラーゼ（TdT）も含むファミリーXの大きなヌクレオチジルトランスフェラーゼスーパーファミリーに属するテンプレート非依存性ポリメラーゼです。

ポリアデニル化は、mRNAの成熟に不可欠なステップです。mRNAの3’末端にあるpoly(A) テールは、核からのmRNA輸送を促進し、翻訳効率を高め、細胞質内でのmRNAの寿命を延ばします。真核生物では、ポリアデニル化を担う機構はmRNAの開裂機構と物理的に結合しています。mRNAの3’末端をポリアデニル化するには、pre-mRNAがpoly(A) polymeraseによってポリアデニル化される前に、エンドヌクレアーゼ開裂が必要となります。

分子生物学では、poly(A) polymeraseによるpoly(A)テールの付加により、真核細胞に導入されたRNAの翻訳が促進されます。その他のアプリケーションには、クローニングやアフィニティ精製のためのRNAのpoly(A)テーリング、ATPやヌクレオシド類似体コルディセピン（3’-deoxyadenosine）によるRNAの3’ラベリングなどがあります。