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填补缺口 X 家族 DNA 聚合酶在结合 DNA 之前结合 Mg(2+)-dNTP 的动力学机制的结构基础。

The structural basis of the kinetic mechanism of a gap-filling X-family DNA polymerase that binds Mg(2+)-dNTP before binding to DNA.

机构信息

Department of Biological Sciences, Graduate School of Science, Osaka University, 1-1 Machikaneyama-cho, Toyonaka, Osaka 560-0043, Japan.

出版信息

J Mol Biol. 2012 Mar 30;417(3):179-96. doi: 10.1016/j.jmb.2012.01.025. Epub 2012 Jan 27.

DOI:10.1016/j.jmb.2012.01.025
PMID:22306405
Abstract

DNA with single-nucleotide (1-nt) gaps can arise during various DNA processing events. These lesions are repaired by X-family DNA polymerases (PolXs) with high gap-filling activity. Some PolXs can bind productively to dNTPs in the absence of DNA and fill these 1-nt gaps. Although PolXs have a crucial role in efficient gap filling, currently, little is known of the kinetic and structural details of their productive dNTP binding. Here, we show that Thermus thermophilus HB8 PolX (ttPolX) had strong binding affinity for Mg(2+)-dNTPs in the absence of DNA and that it follows a Theorell-Chance (hit-and-run) mechanism with nucleotide binding first. Comparison of the intermediate crystal structures of ttPolX in a binary complex with dGTP and in a ternary complex with 1-nt gapped DNA and Mg(2+)-ddGTP revealed that the conformation of the incoming nucleotide depended on whether or not DNA was present. Furthermore, the Lys263 residue located between two guanosine conformations was essential to the strong binding affinity of the enzyme. The ability to bind to either syn-dNTP or anti-dNTP and the involvement of a Theorell-Chance mechanism are key aspects of the strong nucleotide-binding and efficient gap-filling activities of ttPolX.

摘要

具有单核苷酸(1-nt)缺口的 DNA 可以在各种 DNA 处理事件中产生。这些损伤由具有高缺口填充活性的 X 家族 DNA 聚合酶(PolX)修复。一些 PolX 可以在没有 DNA 的情况下与 dNTP 有效结合并填充这些 1-nt 缺口。尽管 PolX 在有效填补缺口方面起着至关重要的作用,但目前对其有效 dNTP 结合的动力学和结构细节知之甚少。在这里,我们表明嗜热栖热菌 HB8 PolX(ttPolX)在没有 DNA 的情况下对 Mg(2+)-dNTP 具有很强的结合亲和力,并且它遵循核苷酸结合首先的 Theorell-Chance(命中和运行)机制。比较 ttPolX 在与 dGTP 的二元复合物和与 1-nt 缺口 DNA 和 Mg(2+)-ddGTP 的三元复合物的中间晶体结构表明,进入核苷酸的构象取决于是否存在 DNA。此外,位于两种鸟嘌呤构象之间的 Lys263 残基对于酶的强结合亲和力至关重要。与 syn-dNTP 或 anti-dNTP 结合的能力以及 Theorell-Chance 机制的参与是 ttPolX 强核苷酸结合和有效填补缺口活性的关键方面。

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