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结核分枝杆菌核苷酸池净化酶 MutT2 的特异性和催化机制的结构见解。

Structural insights into the specificity and catalytic mechanism of mycobacterial nucleotide pool sanitizing enzyme MutT2.

机构信息

Molecular Biophysics Unit, Indian Institute of Science, Bangalore 560012, India.

Dept. of Microbiology and Cell Biology, Indian Institute of Science, Bangalore 560012, India.

出版信息

J Struct Biol. 2018 Dec;204(3):449-456. doi: 10.1016/j.jsb.2018.10.002. Epub 2018 Oct 9.

DOI:10.1016/j.jsb.2018.10.002
PMID:30312643
Abstract

Mis-incorporation of modified nucleotides, such as 5-methyl-dCTP or 8-oxo-dGTP, in DNA can be detrimental to genomic integrity. MutT proteins are sanitization enzymes which function by hydrolyzing such nucleotides and regulating the pool of free nucleotides in the cytoplasm. Mycobacterial genomes have a set of four MutT homologs, namely, MutT1, MutT2, MutT3 and MutT4. Mycobacterial MutT2 hydrolyzes 5 m-dCTP and 8-oxo-dGTP to their respective monophosphate products. Additionally, it can hydrolyze canonical nucleotides dCTP and CTP, with a suggested role in sustaining their optimal levels in the nucleotide pool. The structures of M. smegmatis MutT2 and its complexes with cytosine derivatives have been determined at resolutions ranging from 1.10 Å to 1.73 Å. The apo enzyme and its complexes with products (dCMP, CMP and 5 m-dCMP) crystallize in space group P222, while those involving substrates (dCTP, CTP and 5 m-dCTP) crystallize in space group P2 The molecule takes an α/β/α sandwich fold arrangement, as observed in other MutT homologs. The nucleoside moiety of the ligands is similarly located in all the complexes, while the location of the remaining tail exhibits variability. This is the first report of a MutT2-type protein in complex with ligands. A critical interaction involving Asp116 confers the specificity of the enzyme towards cytosine moieties. A conserved set of enzyme-ligand interactions along with concerted movements of important water molecules provide insights into the mechanism of action.

摘要

碱基类似物的错误掺入,如 5-甲基-dCTP 或 8-氧代-dGTP,会对基因组完整性造成损害。MutT 蛋白是一种清洁酶,通过水解这些核苷酸并调节细胞质中游离核苷酸池来发挥作用。分枝杆菌基因组有一组四个 MutT 同源物,即 MutT1、MutT2、MutT3 和 MutT4。分枝杆菌 MutT2 可将 5-甲基-dCTP 和 8-氧代-dGTP 水解为相应的单磷酸产物。此外,它还可以水解典型的核苷酸 dCTP 和 CTP,这被认为在维持核苷酸池中它们的最佳水平方面发挥作用。M. smegmatis MutT2 及其与胞嘧啶衍生物的复合物的结构已在分辨率为 1.10 Å 至 1.73 Å 的范围内确定。apo 酶及其与产物(dCMP、CMP 和 5-甲基-dCMP)的复合物在 P222 空间群中结晶,而涉及底物(dCTP、CTP 和 5-甲基-dCTP)的复合物在 P2 空间群中结晶。该分子采用 α/β/α 三明治折叠排列,如在其他 MutT 同源物中观察到的。配体的核苷部分在所有复合物中位置相似,而剩余尾巴的位置则表现出可变性。这是首次报道与配体复合物的 MutT2 型蛋白。涉及 Asp116 的关键相互作用赋予了该酶对胞嘧啶部分的特异性。一组保守的酶-配体相互作用以及重要水分子的协同运动,为作用机制提供了深入的了解。

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