中山大学生科院Nature子刊发现非典型尿嘧啶DNA糖基化酶UdgX的催化过程

【字体: 时间:2019年05月29日 来源:生物通

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  在DNA中,胞嘧啶(dC)的脱氨基作用可形成脱氧尿嘧啶(dU),引起G-to-A的碱基转换突变(transition)。为应对此类DNA损伤,细胞形成了包括碱基切除修复路径BER在内的多种 DNA 修复机制,而尿嘧啶DNA糖苷酶UDG则负责切除dU, 并起始下游的修复过程。

  

在自然界中,绝大多数生物都是以DNA为遗传物质,其完整性对于生物体至关重要。DNA损伤被认为是诱发细胞功能障碍、细胞衰老以及癌症的主要原因。在DNA中,胞嘧啶(dC)的脱氨基作用可形成脱氧尿嘧啶(dU),引起G-to-A的碱基转换突变(transition)。为应对此类DNA损伤,细胞形成了包括碱基切除修复路径BER在内的多种 DNA 修复机制,而尿嘧啶DNA糖苷酶UDG则负责切除dU, 并起始下游的修复过程。

随着UDG各家族成员的研究在近年内被相继报道,人们对该家族酶的催化性质及机制也逐渐了解。但是,耻垢分枝杆菌来源的UDG(以MsmUdgX代表)被发现具有独特生化性质。例如,MsmUdgX 能与含dU的单链DNA 形成异常稳定的复合物,在多种变性条件下不解离, 研究者也无法检测到该酶切除尿嘧啶的活性。目前MsmUdgX生化性质的结构基础和功能机制尚不明确。

来自中山大学生科院的谢伟教授课题组发表了题为“Suicide inactivation of the uracil DNA glycosylase UdgX by covalent complex formation”的文章,报道了关于MsmUdgX催化过程的机制研究,提出的MsmUdgX-DNA共价复合物的结构可能为新型抗菌药物的设计提供新思路,具有潜在的应用前景。

这一研究发现公布在国际知名期刊Nature Chemical Biology上,文章的通讯作者是谢伟教授,第一作者为涂洁。

研究人员通过解析蛋白脱底物及其与配体、DNA等一系列晶体结构,揭示了MsmUdgX独特的催化过程。研究发现,MsmUdgX首先对含U底物的DNA发生尿嘧啶切除作用,然后其第109位的组氨酸与单链DNA底物AP位点的糖环形成一个共价键,因此可以耐受变性剂的作用;同时也由于酶无法再生,从而失去其固有的尿嘧啶酶切活性。

研究共解析了五套 MsmUdgX 的晶体结构,各自代表其催化途径中不同阶段酶所处的状态,提出了如图e所示的催化路径模型,可能经历一个称为“oxacarbenium”的中间体。该机制不但合理解释了MsmUdgX酶独特的生化性质,而且发现酶在反应中通过一种“自杀“的方式抑制其自身活性,在已知的UDG酶中尚属首例。

此外,由于MsmUdgX只存在于细菌中,研究者的MsmUdgX-DNA共价复合物的结构可能为新型抗菌药物的设计提供新思路,具有潜在的应用前景。

原文标题:

Suicide inactivation of the uracil DNA glycosylase UdgX by covalent complex formation

www.nature.com/articles/s41589-019-0290-x




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