Investigation of DNA base excision repair

DNA碱基切除修复的研究

基本信息

  • 批准号:
    9757781
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30.75万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-08-07 至 2022-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY Genomic DNA is constantly damaged by endogenous or exogenous agents or processes. Cells have evolved several DNA repair pathways including DNA base excision repair (BER) to fix the damage. BER repairs the vast majority of single base lesions, including a major oxidative DNA lesion 8-oxoguanine (8-oxoG). 8-oxoG is highly mutagenic due to its ability to form both a Watson- Crick base pair with correct dCTP and a Hoogsteen base pair with incorrect dATP during translesion DNA synthesis (TLS), which can lead to cancer. To repair 8-oxoG, human cells use four enzymes to carry out sequential BER reactions and they are human 8-oxoG DNA glycosylase (hOGG1), AP endonuclease (APE1), DNA polymerase β (hPolβ), and DNA ligase III/XRCC1. Although these enzymes have been investigated for years, there are many unresolved or controversial mechanistic questions about their catalytic functions. For example, it is not completely clear how hPolβ, which possesses a DNA polymerase activity and a 5′-deoxyribose- 5-phosphate lyase (dRPase) activity, executes both gap-filling DNA synthesis and removal of 5ʹ- dRP during BER. Moreover, the role of a newly discovered third divalent metal ion in hPolβ- catalyzed nucleotide incorporation remains unclear. Additionally, the mechanisms of hOGG1- catalyzed base excision and strand scission remain controversial. Finally, it has been proposed that there must be some mechanism of coordination between BER proteins to allow efficient and rapid repair of DNA damages. The long-term objectives of the Principle Investigator (PI) are to use biochemical and biophysical methods to elucidate the detailed kinetic and structural mechanisms for the BER enzymes and dynamic protein/protein and protein/DNA interactions in this important DNA repair pathway. In Aim 1 of this proposal, the PI will employ conventional and time-dependent crystallography to establish the structural basis for the dRPase activity of hPolβ, define the role of the third divalent metal ion, watch the lesion bypass and extension steps of TLS across 8-oxoG by hPolβ, and refine the catalytic mechanism of hOGG1. In Aim 2, the PI will use single-molecule Förster resonance energy transfer (FRET) and colocalization single-molecule spectroscopy (CoSMoS) to characterize the interaction between hOGG1 and APE1 and to elucidate the mechanism of BER coordination. Completion of this proposal will better define the catalytic roles of critical active site residues in the hPolβ dRPase domain and hOGG1, provide new information for the role of the third divalent metal ion in the DNA polymerase-catalyzed reaction, and give unprecedented evidence for the modes of coordination during BER.
项目摘要 基因组DNA不断受到内源性或外源性试剂或过程的破坏。细胞 已经进化出几种DNA修复途径,包括DNA碱基切除修复(BER),以修复 损害BER修复绝大多数单碱基损伤,包括主要的氧化DNA 损伤8-氧代鸟嘌呤(8-oxoG)。8-oxoG是高度致突变的,因为它能够形成沃森- Crick碱基对具有正确的dCTP,Hoogsteen碱基对具有不正确的dATP, 跨病变DNA合成(TLS),这可能导致癌症。为了修复8-oxoG,人类细胞使用 四种酶进行顺序BER反应,它们是人8-oxoG DNA糖基化酶 在一些实施方案中,核酸内切酶包括DNA聚合酶(hOGGl)、AP核酸内切酶(APE 1)、DNA聚合酶β(hPolβ)和DNA连接酶III/XRCCl。 虽然这些酶已经研究了多年,但仍有许多未解决的或未解决的问题。 关于它们催化功能的有争议的机械问题。比如不 完全清楚hPolβ,它具有DNA聚合酶活性和5′-脱氧核糖, 5-磷酸裂合酶(dRhD)活性,执行间隙填充DNA合成和5 ′-脱氧核糖核酸的去除。 BER期间的dRP。此外,新发现的第三个二价金属离子在hPolβ- 催化的核苷酸掺入仍不清楚。此外,hOGG 1- 催化的碱基切除和链切断仍然是有争议的。最后,有人提出, BER蛋白之间必须有某种协调机制, 快速修复DNA损伤主要研究者(PI)的长期目标是 使用生物化学和生物物理方法来阐明详细的动力学和结构 BER酶和蛋白质/蛋白质和蛋白质/DNA相互作用的动态机制, 这个重要的DNA修复途径在本建议的目标1中,主要研究者将采用传统和 时间依赖性晶体学以建立hPolβ的dR β活性的结构基础, 明确第三种二价金属离子的作用,观察TLS的病变旁路和延伸步骤 hPolβ对8-oxoG的催化作用,并对hOGG 1的催化机理进行了进一步的研究。在目标2中,PI将使用 单分子Förster共振能量转移(FRET)和共定位 光谱(CoSMoS)来表征hOGG 1和APE 1之间的相互作用, 阐明BER协调机制。完成这一提案将更好地界定 hPolβ dR β结构域和hOGG 1中关键活性位点残基的催化作用,提供了 第三个二价金属离子在DNA聚合酶催化的 反应,并提供了前所未有的证据,在BER的协调模式。

项目成果

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