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非催化结构域调控载脂蛋白B编辑酶催化多肽样蛋白3G(APOBEC3G)DNA编辑功能的分子机制

Molecular mechanism for regulating APOBEC3G DNA editing function by the non-catalytic domain.

作者信息

Yang Hanjing, Pacheco Josue, Kim Kyumin, Ebrahimi Diako, Ito Fumiaki, Chen Xiaojiang S

机构信息

Molecular and Computational Biology, Departments of Biological Sciences, University of Southern California, Los Angeles, CA 90089, USA.

Texas Biomedical Research Institute, San Antonio, TX 78227, USA.

出版信息

bioRxiv. 2024 Mar 12:2024.03.11.584510. doi: 10.1101/2024.03.11.584510.

DOI:10.1101/2024.03.11.584510
PMID:38559028
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10980023/
Abstract

APOBEC3G (A3G) belongs to the AID/APOBEC cytidine deaminase family and is essential for antiviral immunity. It contains two zinc-coordinated cytidine-deaminase (CD) domains. The N-terminal CD1 domain is non-catalytic but has a strong affinity for nucleic acids, whereas the C-terminal CD2 domain catalyzes C-to-U editing in single-stranded DNA. The interplay between the two domains in DNA binding and editing is not fully understood. Here, our studies on rhesus macaque A3G (rA3G) show that the DNA editing function in linear and hairpin loop DNA is greatly enhanced by AA or GA dinucleotide motifs present downstream (in the 3'-direction) but not upstream (in the 5'-direction) of the target-C editing sites. The effective distance between AA/GA and the target-C sites depends on the local DNA secondary structure. We present two co-crystal structures of rA3G bound to ssDNA containing AA and GA, revealing the contribution of the non-catalytic CD1 domain in capturing AA/GA DNA and explaining our biochemical observations. Our structural and biochemical findings elucidate the molecular mechanism underlying the cooperative function between the non-catalytic and the catalytic domains of A3G, which is critical for its antiviral role and its contribution to genome mutations in cancer.

摘要

载脂蛋白B mRNA编辑酶催化多肽样蛋白3G(A3G)属于AID/APOBEC胞苷脱氨酶家族,对抗病毒免疫至关重要。它包含两个锌配位胞苷脱氨酶(CD)结构域。N端CD1结构域无催化活性,但对核酸有很强的亲和力,而C端CD2结构域催化单链DNA中的C到U编辑。两个结构域在DNA结合和编辑中的相互作用尚未完全了解。在这里,我们对恒河猴A3G(rA3G)的研究表明,线性和发夹环DNA中的DNA编辑功能在靶标C编辑位点下游(3'方向)而非上游(5'方向)存在的AA或GA二核苷酸基序的作用下大大增强。AA/GA与靶标C位点之间的有效距离取决于局部DNA二级结构。我们展示了rA3G与含有AA和GA的单链DNA结合的两个共晶体结构,揭示了非催化CD1结构域在捕获AA/GA DNA中的作用,并解释了我们的生化观察结果。我们的结构和生化发现阐明了A3G非催化结构域和催化结构域之间协同功能的分子机制,这对其抗病毒作用及其对癌症基因组突变的贡献至关重要。

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