Suppr超能文献

在尿嘧啶 DNA 糖基化酶超家族的催化进化中相关突变。

Correlated Mutation in the Evolution of Catalysis in Uracil DNA Glycosylase Superfamily.

机构信息

Department of Genetics and Biochemistry, Clemson University, Rooms 049 and 051 Life Sciences Facility, 190 Collings Street, Clemson, SC 29634, USA.

Department of Chemistry, Clemson University, 367 Hunter Laboratories, Clemson, SC 29634, USA.

出版信息

Sci Rep. 2017 Apr 11;7:45978. doi: 10.1038/srep45978.

Abstract

Enzymes in Uracil DNA glycosylase (UDG) superfamily are essential for the removal of uracil. Family 4 UDGa is a robust uracil DNA glycosylase that only acts on double-stranded and single-stranded uracil-containing DNA. Based on mutational, kinetic and modeling analyses, a catalytic mechanism involving leaving group stabilization by H155 in motif 2 and water coordination by N89 in motif 3 is proposed. Mutual Information analysis identifies a complexed correlated mutation network including a strong correlation in the EG doublet in motif 1 of family 4 UDGa and in the QD doublet in motif 1 of family 1 UNG. Conversion of EG doublet in family 4 Thermus thermophilus UDGa to QD doublet increases the catalytic efficiency by over one hundred-fold and seventeen-fold over the E41Q and G42D single mutation, respectively, rectifying the strong correlation in the doublet. Molecular dynamics simulations suggest that the correlated mutations in the doublet in motif 1 position the catalytic H155 in motif 2 to stabilize the leaving uracilate anion. The integrated approach has important implications in studying enzyme evolution and protein structure and function.

摘要

尿嘧啶 DNA 糖基化酶 (UDG) 超家族中的酶对于去除尿嘧啶至关重要。家族 4 UDGa 是一种强大的尿嘧啶 DNA 糖基化酶,仅作用于双链和单链含尿嘧啶的 DNA。基于突变、动力学和建模分析,提出了一种涉及通过 motif 2 中的 H155 稳定离去基团和 motif 3 中的 N89 协调水分子的催化机制。互信息分析确定了一个复杂的相关突变网络,包括家族 4 UDGa motif 1 中的 EG 二联体和家族 1 UNG motif 1 中的 QD 二联体之间的强相关性。将家族 4 嗜热高温球菌 UDGa 中的 EG 二联体转换为 QD 二联体,使催化效率分别比 E41Q 和 G42D 单突变提高了 100 多倍和 17 倍,纠正了二联体中的强相关性。分子动力学模拟表明, motif 1 中二联体中的相关突变使 motif 2 中的催化 H155 定位,从而稳定离去的尿嘧啶阴离子。这种综合方法对研究酶进化和蛋白质结构与功能具有重要意义。

https://cdn.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/blobs/54d9/5387724/f8dcb4b14ecb/srep45978-f1.jpg

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