Damage-recognition mechanism of MutM in a base excision repair

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26440030
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 中川 紀子 大阪大学, 理学研究科, 招へい研究員 (50379278)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: DNA修復 / 塩基除去修復 / X線結晶構造解析 / 酵素 / 基質認識 / 高度好熱菌

Outline of Annual Research Achievements

DNA 修復において最も重要な過程の一つが膨大な DNA 配列の中から傷害部位を見つけることである。塩基除去修復系では、DNA グリコシラーゼが傷害の認識を行うが、その過程でDNA 鎖を曲げ、傷害塩基を DNA 鎖からフリップアウトさせて傷害を認識していることが知られている。しかし、これは傷害認識の最終段階であり、傷害認識の初期段階で DNA 鎖とどのような相互作用をしているかは未解明である。本研究では、高度好熱菌由来の DNA グリコシラーゼを用いて構造解析を行うことにより、傷害認識の初期過程を解明することを目的としている。
高度好熱菌由来の MutM と 8-オキソグアニンを含む DNA との複合体を結晶構造解析した結果、他の DNA グリコシラーゼと同様に 8-オキソグアニンをフリップアウトさせて、DNA 鎖を曲げていることがわかった。その際、8-オキソグアニンは Asp211 の側鎖と Leu209, Ser207 の主鎖と水素結合することにより認識されているおり、反対側のシトシンは Arg99 の側鎖によって認識されていることがわかった。一方、傷害を含まない DNA との複合体構造では、DNA 鎖は曲がっておらず、塩基のフリップアウトも起こっていないことがわかった。また、MutM の構造を DNA と結合している場合と DNA と結合していない場合で比較すると、傷害を含む DNA との複合体では２つのドメンンが DNA を挟む方向に動いているのに対し、傷害を含まない DNA では２つのドメインはより open な構造になっていることがわかった。
これらの複合体の立体構造解析から、MutM は傷害認識の初期段階では塩基を一つ一つフリップアウトさせるのではなく、DNA 鎖をスライドしながら不安定な塩基対を探している可能性が示唆される。

Research Products

• [Journal Article] Crystal structure of a hypothetical protein, TTHA0829 from Thermus thermophilus HB8, composed of cystathionine-β-synthase (CBS) and aspartate-kinase chorismate-mutase tyrA (ACT) domains. (2016)
  • Author(s): Nakabayashi M., Shibata N., Ishido-Nakai E., Kanagawa M., Iio Y., Komori H., Ueda Y., Nakagawa N., Kuramitsu S. and Higuchi Y.
  • Journal Title: Extremophiles Volume: 20 Pages: 275-282
  • DOI: 10.1007/s00792-016-0817-y
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal structures of a subunit of the formylglycinamide ribonucleotide amidotransferase, PurS, from Thermus thermophilus, Sulfolobus tokodaii and Methanocaldococcus jannaschii. (2016)
  • Author(s): Watanabe Y., Yanai H., Kanagawa M., Suzuki S., Tamura S., Okada K., Baba S., Kumasaka T., Agari Y., Chen L., Fu Z. Q., Chrzas J., Wang B. C., Nakagawa N., Ebihara A., Masui R., Kuramitsu S., Yokoyama S., Sampei G. I., and Kawai G.
  • Journal Title: Acta Crystallographica Section F STRUCTURAL BIOLOGY COMMUNICATIONS Volume: 72 Pages: 627-635
  • DOI: 10.1107/S2053230X1600978X
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A putative adenosine kinase family protein possesses adenosine diphosphatase activity. (2016)
  • Author(s): Tomoike F, Tsunetou A, Kim K, Nakagawa N, Kuramitsu S and Masui R.
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 80 Pages: 2138-2143
  • DOI: 10.1080/09168451.2016.1214532
  • Peer Reviewed