深圳子科生物報道：在自然界中，絕大多數(shù)生物都是以DNA為遺傳物質(zhì)，其完整性對于生物體至關(guān)重要。DNA損傷被認為是誘發(fā)細胞功能障礙、細胞衰老以及癌癥的主要原因。在DNA中，胞嘧啶（dC）的脫氨基作用可形成脫氧尿嘧啶（dU），引起G-to-A的堿基轉(zhuǎn)換突變（transition)。為應對此類DNA損傷，細胞形成了包括堿基切除修復路徑BER在內(nèi)的多種 DNA 修復機制，而尿嘧啶DNA糖苷酶UDG則負責切除dU, 并起始下游的修復過程。

隨著UDG各家族成員的研究在近年內(nèi)被相繼報道，人們對該家族酶的催化性質(zhì)及機制也逐漸了解。但是，恥垢分枝桿菌來源的UDG（以MsmUdgX代表）被發(fā)現(xiàn)具有獨特生化性質(zhì)。例如，MsmUdgX 能與含dU的單鏈DNA 形成異常穩(wěn)定的復合物，在多種變性條件下不解離, 研究者也無法檢測到該酶切除尿嘧啶的活性。目前MsmUdgX生化性質(zhì)的結(jié)構(gòu)基礎和功能機制尚不明確。

來自中山大學生科院的謝偉教授課題組發(fā)表了題為“Suicide inactivation of the uracil DNA glycosylase UdgX by covalent complex formation”的文章，報道了關(guān)于MsmUdgX催化過程的機制研究，提出的MsmUdgX-DNA共價復合物的結(jié)構(gòu)可能為新型抗菌藥物的設計提供新思路，具有潛在的應用前景。

這一研究發(fā)現(xiàn)公布在國際知名期刊Nature Chemical Biology上，文章的通訊作者是謝偉教授，第一作者為涂潔。

研究人員通過解析蛋白脫底物及其與配體、DNA等一系列晶體結(jié)構(gòu)，揭示了MsmUdgX獨特的催化過程。研究發(fā)現(xiàn)，MsmUdgX首先對含U底物的DNA發(fā)生尿嘧啶切除作用，然后其第109位的組氨酸與單鏈DNA底物AP位點的糖環(huán)形成一個共價鍵，因此可以耐受變性劑的作用；同時也由于酶無法再生，從而失去其固有的尿嘧啶酶切活性。

研究共解析了五套 MsmUdgX 的晶體結(jié)構(gòu)，各自代表其催化途徑中不同階段酶所處的狀態(tài)，提出了如圖e所示的催化路徑模型，可能經(jīng)歷一個稱為“oxacarbenium”的中間體。該機制不但合理解釋了MsmUdgX酶獨特的生化性質(zhì)，而且發(fā)現(xiàn)酶在反應中通過一種“自殺“的方式抑制其自身活性，在已知的UDG酶中尚屬首例。

此外，由于MsmUdgX只存在于細菌中，研究者的MsmUdgX-DNA共價復合物的結(jié)構(gòu)可能為新型抗菌藥物的設計提供新思路，具有潛在的應用前景。

原文標題：

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

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