胸腺嘧啶DNA糖苷酶高效切除8-氧代腺嘌呤的分子机制及其在基因组稳定性维护中的作用

本研究揭示了胸腺嘧啶DNA糖苷酶(TDG)对氧化损伤碱基7,8-二氢-8-氧代腺嘌呤(oxoA)的高效切除机制，通过单周转动力学实验发现TDG对G·oxoA对的催化效率(kmax /K0.5 )高达3919 μM-1 min-1 ，且活性受3'碱基和关键残基(H151/Y152)调控。该研究为理解氧化损伤修复提供了新视角，对癌症和衰老相关疾病研究具有重要意义。

　　

DNA作为遗传信息的载体，其稳定性对生命活动至关重要。然而，活性氧(ROS)会攻击DNA碱基，产生具有致突变性和细胞毒性的损伤，如7,8-二氢-8-氧代腺嘌呤(oxoA)。这种氧化损伤不仅威胁基因组完整性，还与癌症、衰老等疾病密切相关。在哺乳动物细胞中，oxoA会导致A→C和A→G的突变，但对其修复机制的认识仍不充分。胸腺嘧啶DNA糖苷酶(TDG)作为碱基切除修复(BER)途径的起始酶，已知主要切除嘧啶类碱基如胸腺嘧啶(T)和尿嘧啶(U)，但近期发现其对嘌呤损伤oxoA也表现出意外的高活性。为阐明这一现象的分子机制，来自美国的研究团队在《Journal of Biological Chemistry》发表了这项重要研究。

研究人员采用单周转动力学实验、pH依赖性分析和定点突变等技术手段，系统研究了TDG对oxoA的切除特性。通过构建含不同配对碱基(如G·oxoA、T·oxoA)的28bp双链DNA底物，结合高效液相色谱(HPLC)分析，定量测定了酶活性参数。

在"TDG对oxoA切除的催化效率"部分，研究发现TDG对G·oxoA对的催化效率(k_max
/K_0.5
)高达3919 μM^-1
min^-1
，比对T·oxoA的活性高7300倍。这种差异主要源于底物亲和力(K_0.5
)的25倍变化和最大活性(k_max
)的294倍差异。

"TDG切除oxoA依赖3'碱基"的研究显示，3'碱基对活性的影响呈现G??A>C>T的趋势。特别值得注意的是，对T·oxoA底物，3'碱基从G变为T会导致活性降低68倍，这种效应比G·oxoA底物(12倍)更为显著。

通过"oxoA切除的pH依赖性"实验，研究人员发现与TDG切除5-羧基胞嘧啶(caC)不同，oxoA切除在pH6.0-9.0范围内无明显变化，表明TDG通过稳定oxoA阴离子而非酸催化机制促进反应。

在"H151在催化oxoA切除中的作用"部分，H151A突变导致G·oxoA活性降低3倍，而对A·oxoA和C·oxoA的抑制更为显著(35倍和19倍)。有趣的是，该突变反而使G·T和G·U活性提高21倍和7倍，表明H151对不同底物具有选择性调控作用。

关于"Y152羟基在oxoA切除中的重要性"，Y152F突变使G·oxoA活性降低3倍，对T·oxoA的抑制达16倍。更引人注目的是，Y152A突变导致所有底物活性急剧下降(10³
-10⁴
倍)，表明其芳香环对酶功能至关重要。

这项研究首次全面揭示了TDG高效切除oxoA的分子机制，阐明了3'碱基偏好性和关键催化残基(H151/Y152)的作用模式。发现TDG通过稳定oxoA阴离子中间体而非质子化机制促进反应，这一发现拓展了对BER途径的认识。研究还揭示了H151对不同底物的差异化调控：在促进oxoA切除的同时抑制T/U切除，这种"双刃剑"特性可能有助于维持基因组稳定性。这些发现为理解氧化损伤修复与疾病的关系提供了新视角，对开发相关治疗策略具有重要指导意义。