Structural studies of an abasic site DNA damage repair and DNA interstrand cross-link formation

Abstract

DNA damage refers to any alteration or modification in the DNA structure that deviates from its natural state. Abasic site (Ap site) is one of the most common DNA lesions resulting from spontaneous depurination/depyrimidination or enzymatic base excision. When left unrepaired it can lead to a cascade of genetic mutations, potentially causing diseases like cancer. Understanding DNA repair mechanisms is vital for medical research and applications. Bacterial MutM is a DNA repair glycosylase, removing DNA damage generated by oxidative stress and preventing mutations and genomic instability. MutM belongs to the Fpg/Nei family of procaryotic enzymes, sharing structural and functional similarities with their eukaryotic counterparts, such as NEIL1-NEIL3. Here, I present two crystal structures of MutM from pathogenic Neisseria meningitidis: MutM holoenzyme and MutM bound to DNA. The free enzyme exists in an open conformation, while upon binding to DNA, both the enzyme and DNA undergo substantial structural changes and domain rearrangement. One of the DNA lesion repaired by MutM is the Ap site, which, if not repaired, may spontaneously lead to the formation of an abasic site interstrand crosslink (Ap-ICL) with an adjacent adenine in the opposite strand. NEIL3 glycosylase is known to remove Ap-ICL. With a...

Poškozením DNA se rozumí jakákoli změna nebo modifikace struktury DNA, která se odchyluje od jejího přirozeného stavu. Abasické místo (Ap místo) je jedním z nejčastějších poškození DNA, které vzniká spontánní depurinací/depyrimidinací nebo enzymatickým odstraněním báze. Pokud se neopraví, může vést ke genetické mutaci a potenciálně způsobit onemocnění, jako je například rakovina. Pochopení mechanismu opravy DNA je zásadní pro lékařský výzkum a aplikaci. Bakteriální MutM je glykosyláza opravující DNA, která odstraňuje poškození DNA vzniklé oxidačním stresem a zabraňuje mutacím a genomové nestabilitě. MutM patří do rodiny prokaryotických enzymů Fpg/Nei a je strukturně i funkčně podobná se svým eukaryotickým protějškům, jako jsou NEIL1-NEIL3. Zde prezentuji dvě krystalové struktury MutM z patogenní Neisseria meningitidis: MutM holoenzym a MutM vázaný na DNA. Volný enzym existuje v otevřené konformaci, zatímco po vazbě na DNA, dochází k podstatným strukturním změnám a přeskupení domén enzymu i ohybu DNA. Jednou z poškození DNA opravovaných MutM je Ap místo, které, pokud není opraveno, může spontánně vést k vytvoření mezivláknového kovanetního prokřízení DNA (Ap-ICL) se sousedním adeninem na opačném vlákně DNA. Je známo, že glykosyláza NEIL3 odstraňuje Ap-ICL. Pomocí série různých oligonukleotidů jsme...