Genome Integrity and Structural Biology Laboratory, National Institute of Environmental Health Sciences, National Institutes of Health, Research Triangle Park, NC 27709.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2022 Sep 13;119(37):e2123092119. doi: 10.1073/pnas.2123092119. Epub 2022 Sep 6.
Levels of the cellular dNTPs, the direct precursors for DNA synthesis, are important for DNA replication fidelity, cell cycle control, and resistance against viruses. encodes a dGTPase (2'-deoxyguanosine-5'-triphosphate [dGTP] triphosphohydrolase [dGTPase]; gene, Dgt) that establishes the normal dGTP level required for accurate DNA replication but also plays a role in protecting against bacteriophage T7 infection by limiting the dGTP required for viral DNA replication. T7 counteracts Dgt using an inhibitor, the gene product (Gp1.2). This interaction is a useful model system for studying the ongoing evolutionary virus/host "arms race." We determined the structure of Gp1.2 by NMR spectroscopy and solved high-resolution cryo-electron microscopy structures of the Dgt-Gp1.2 complex also including either dGTP substrate or GTP coinhibitor bound in the active site. These structures reveal the mechanism by which Gp1.2 inhibits Dgt and indicate that Gp1.2 preferentially binds the GTP-bound form of Dgt. Biochemical assays reveal that the two inhibitors use different modes of inhibition and bind to Dgt in combination to yield enhanced inhibition. We thus propose an in vivo inhibition model wherein the Dgt-Gp1.2 complex equilibrates with GTP to fully inactivate Dgt, limiting dGTP hydrolysis and preserving the dGTP pool for viral DNA replication.
细胞 dNTP 水平，即 DNA 合成的直接前体，对于 DNA 复制保真度、细胞周期控制以及抵抗病毒至关重要。 编码一种 dGTP 酶（2'-脱氧鸟苷-5'-三磷酸（dGTP）三磷酸水解酶[dGTPase]； 基因，Dgt），它建立了准确复制 DNA 所需的正常 dGTP 水平，但也通过限制病毒 DNA 复制所需的 dGTP 来在保护 免受噬菌体 T7 感染方面发挥作用。T7 使用一种抑制剂，即基因 产物（Gp1.2）来对抗 Dgt。这种相互作用是研究正在进行的病毒/宿主“军备竞赛”的有用模型系统。我们通过 NMR 光谱学确定了 Gp1.2 的结构，并通过冷冻电镜结构解析解决了 Dgt-Gp1.2 复合物的高分辨率结构，其中还包括结合在活性位点中的 dGTP 底物或 GTP 共抑制剂。这些结构揭示了 Gp1.2 抑制 Dgt 的机制，并表明 Gp1.2 优先结合 Dgt 的 GTP 结合形式。生化测定揭示了两种抑制剂使用不同的抑制模式，并与 Dgt 结合以产生增强的抑制作用。因此，我们提出了一种体内抑制模型，其中 Dgt-Gp1.2 复合物与 GTP 平衡以完全失活 Dgt，限制 dGTP 水解并为病毒 DNA 复制保留 dGTP 池。
