Las meganucleasas son endodeoxyribonucleases caracterizadas por un sitio de reconocimiento de gran tamaño (secuencias de ADN de doble cadena-de 12 a 40 pares de bases); como resultado, este sitio generalmente ocurre solo una vez en cualquier genoma dado . Por ejemplo, la secuencia de 18 pares de bases reconocida por la meganucleasa I-SceI requeriría en promedio un genoma veinte veces el tamaño del genoma humano para ser encontrado una vez por casualidad (aunque las secuencias con un solo desajuste ocurren aproximadamente tres veces por humano- genoma de tamaño). Por lo tanto, se considera que las meganucleasas son las enzimas de restricción naturales más específicas .
Entre las meganucleasas, la familia LAGLIDADG de endonucleasas autodirigidas se ha convertido en una herramienta valiosa para el estudio de los genomas y la ingeniería del genoma durante los últimos quince años. Las meganucleasas son " tijeras de ADN molecular " que se pueden usar para reemplazar, eliminar o modificar secuencias de una manera altamente dirigida. Modificando su secuencia de reconocimiento mediante ingeniería de proteínas, se puede cambiar la secuencia objetivo. Las meganucleasas se utilizan para modificar todos los tipos de genomas, ya sean bacterianos, vegetales o animales. Abren amplias avenidas para la innovación, especialmente en el campo de la salud humana, por ejemplo, la eliminación de material genético viral o la "reparación" de genes dañados mediante terapia génica.
Las meganucleasas se encuentran en una gran cantidad de organismos: arqueas o arquebacterias, bacterias, fagos , hongos, levaduras , algas y algunas plantas. Pueden expresarse en diferentes compartimentos de la célula: el núcleo , las mitocondrias o los cloroplastos . Se han identificado varios cientos de estas enzimas .
Las meganucleasas están representadas principalmente por dos familias de enzimas principales conocidas colectivamente como endonucleasas autodirigidas: endonucleasas intrónicas y endonucleasas inteína.
En la naturaleza, estas proteínas están codificadas por elementos genéticos móviles, intrones o inteínas . Los intrones se propagan al intervenir en una ubicación precisa en el ADN, en donde la expresión de la meganucleasa produce una ruptura en la intrón- o inteína libre complementario alelo . Para las inteínas y los intrones del grupo I, esta ruptura conduce a la duplicación del intrón o inteína en el sitio de corte mediante la reparación de recombinación homóloga para las rupturas del ADN bicatenario.
Sabemos relativamente poco sobre el propósito real de las meganucleasas. Se cree ampliamente que el material genético que codifica las meganucleasas funciona como un elemento parásito que utiliza los mecanismos de reparación de las células de ADN de doble hebra en su propio beneficio como medio de multiplicarse y propagarse, sin dañar el material genético de su huésped.