生命科学学院谢伟教授课题组揭示非典型尿嘧啶DNA糖基化酶UdgX的催化过程学术资讯

来源：中山大学

在自然界中，绝大多数生物都以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。

近日，我校生命科学学院谢伟教授课题组在国际知名期刊Nature Chemical Biology在线报道了关于MsmUdgX催化过程的机制研究，题为“Suicide inactivation of the uracil DNA glycosylase UdgX by covalent complex formation”。我校生命科学学院谢伟教授为该文章的通讯作者，2014级博士生涂洁为第一作者，生命科学学院为第一完成单位，合作方美国Clemson University 的曹维国课题组参与该课题并提供一定指导。

UdgX的结构和作用机制模型

通过解析蛋白脱底物及其与配体、DNA等一系列晶体结构（图a-c），该研究揭示了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。该研究共解析了五套 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。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41589-019-0290-x