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SAMHD1 丝氨酸 592 的磷酸化增加了 C 末端结构域的动力学、四聚体解离和单链 DNA 结合动力学。

Phosphorylation of SAMHD1 Thr592 increases C-terminal domain dynamics, tetramer dissociation and ssDNA binding kinetics.

机构信息

Department of Pharmacology and Molecular Sciences, Johns Hopkins University School of Medicine 725 North Wolfe Street Baltimore, MD 21205, USA.

Medicine Design, Pfizer, Groton, CT 06340, USA.

出版信息

Nucleic Acids Res. 2022 Jul 22;50(13):7545-7559. doi: 10.1093/nar/gkac573.

DOI:10.1093/nar/gkac573
PMID:35801923
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9303311/
Abstract

SAM and HD domain containing deoxynucleoside triphosphate triphosphohydrolase 1 (SAMHD1) is driven into its activated tetramer form by binding of GTP activator and dNTP activators/substrates. In addition, the inactive monomeric and dimeric forms of the enzyme bind to single-stranded (ss) nucleic acids. During DNA replication SAMHD1 can be phosphorylated by CDK1 and CDK2 at its C-terminal threonine 592 (pSAMHD1), localizing the enzyme to stalled replication forks (RFs) to promote their restart. Although phosphorylation has only a small effect on the dNTPase activity and ssDNA binding affinity of SAMHD1, perturbation of the native T592 by phosphorylation decreased the thermal stability of tetrameric SAMHD1 and accelerated tetramer dissociation in the absence and presence of ssDNA (∼15-fold). In addition, we found that ssDNA binds competitively with GTP to the A1 site. A full-length SAMHD1 cryo-EM structure revealed substantial dynamics in the C-terminal domain (which contains T592), which could be modulated by phosphorylation. We propose that T592 phosphorylation increases tetramer dynamics and allows invasion of ssDNA into the A1 site and the previously characterized DNA binding surface at the dimer-dimer interface. These features are consistent with rapid and regiospecific inactivation of pSAMHD1 dNTPase at RFs or other sites of free ssDNA in cells.

摘要

SAM 和 HD 结构域包含的脱氧核苷三磷酸三磷酸水解酶 1(SAMHD1)通过结合 GTP 激活剂和 dNTP 激活剂/底物转化为其激活的四聚体形式。此外,酶的无活性单体和二聚体形式与单链(ss)核酸结合。在 DNA 复制过程中,SAMHD1 可以在其 C 末端苏氨酸 592(pSAMHD1)处被 CDK1 和 CDK2 磷酸化,将酶定位到停滞的复制叉(RFs)以促进其重新启动。尽管磷酸化对 SAMHD1 的 dNTPase 活性和 ssDNA 结合亲和力只有很小的影响,但磷酸化对天然 T592 的干扰降低了四聚体 SAMHD1 的热稳定性,并加速了在不存在和存在 ssDNA 的情况下四聚体的解离(约 15 倍)。此外,我们发现 ssDNA 与 GTP 竞争结合到 A1 位点。全长 SAMHD1 冷冻电镜结构揭示了 C 末端结构域(包含 T592)的大量动力学,磷酸化可以调节这种动力学。我们提出 T592 磷酸化增加了四聚体的动力学,并允许 ssDNA 侵入 A1 位点和先前在二聚体-二聚体界面处表征的 DNA 结合表面。这些特征与在 RFs 或细胞中游离 ssDNA 的其他部位快速且区域特异性失活 pSAMHD1 dNTPase 一致。

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