Factors Affecting the Stability of the Trimer of 2'-deoxyuridine-5'-triphosphate Nucleotide Hydrolase from Escherichia coli

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

To prevent erroneous incorporation of dUMP into DNA from the dUTP metabolic pool, all living cells contain 2′-deoxyuridine-5′-triphosphate nucleotide hydrolase (Dut), an enzyme that hydrolyzes dUTP to dUMP and pyrophosphate. Dut is considered a promising pharmacological target for antimetabolite therapy. Enzymatically active Dut is a trimer that binds the substrate at the interface between the subunits. Here we use high-speed nanoscale differential scanning fluorometry (nanoDSF) to study how various physicochemical factors affect the stability of the E. coli Dut trimer. Unlike for monomeric proteins, thermal denaturation of Dut occurred in two stages, the first of which corresponds to the dissociation of the trimer to monomeric subunits. Hydrophobic interactions and hydrogen bonds at the interfaces between subunits contributed most to trimer stabilization. The Dut trimer was partially stabilized upon binding of nucleotide ligands. In general, nanoDSF is a convenient assay for screening low molecular weight compounds for their ability to destabilize the active Dut trimer.

作者简介

A. Yudkina

Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences; Novosibirsk State University

Email: dzharkov@niboch.nsc.ru
Russia, 630090, Novosibirsk; Russia, 630090, Novosibirsk

E. Kovalenko

Tomsk State University

Email: dzharkov@niboch.nsc.ru
Russia, 634050, Tomsk

A. Endutkin

Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: dzharkov@niboch.nsc.ru
Russia, 630090, Novosibirsk

E. Panferova

Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: dzharkov@niboch.nsc.ru
Russia, 630090, Novosibirsk

A. Kirilenko

Tomsk State University

Email: dzharkov@niboch.nsc.ru
Russia, 634050, Tomsk

A. Kokhanenko

Tomsk State University

Email: dzharkov@niboch.nsc.ru
Russia, 634050, Tomsk

D. Zharkov

Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences; Novosibirsk State University

编辑信件的主要联系方式.
Email: dzharkov@niboch.nsc.ru
Russia, 630090, Novosibirsk; Russia, 630090, Novosibirsk

参考

  1. Lindahl T. (1993) Instability and decay of the primary structure of DNA. Nature. 362, 709–715.
  2. Friedberg E.C., Walker G.C., Siede W., Wood R.D., Schultz R.A., Ellenberger T. (2006) DNA repair and mutagenesis.Washington, D.C.: ASM Press, 1118 pp.
  3. Berger S.H., Pittman D.L., Wyatt M.D. (2008) Uracil in DNA: consequences for carcinogenesis and chemotherapy. Biochem. Pharmacol. 76, 697–706.
  4. Kavli B., Slupphaug G., Krokan H.E. (2021) Genomic uracil in biology, immunity and cancer. In: DNA Damage, DNA Repair and Disease. Eds Dizdaroglu M., Lloyd R.S. London: Royal Soc. Chem., p. 220–248.
  5. Persson R., Cedergren-Zeppezauer E.S., Wilson K.S. (2001) Homotrimeric dUTPases: structural solutions for specific recognition and hydrolysis of dUTP. Curr. Protein Pept. Sci. 2, 287–300.
  6. Vértessy B.G., Tóth J. (2009) Keeping uracil out of DNA: physiological role, structure and catalytic mechanism of dUTPases. Acc. Chem. Res. 42, 97–106.
  7. Kouzminova E.A., Kuzminov A. (2004) Chromosomal fragmentation in dUTPase-deficient mutants of Escherichia coli and its recombinational repair. Mol. Microbiol. 51, 1279–1295.
  8. Kouzminova E.A., Kuzminov A. (2006) Fragmentation of replicating chromosomes triggered by uracil in DNA. J. Mol. Biol. 355, 20–33.
  9. Ting H., Kouzminova E.A., Kuzminov A. (2008) Synthetic lethality with the dut defect in Escherichia coli reveals layers of DNA damage of increasing complexity due to uracil incorporation. J. Bacteriol. 190, 5841–5854.
  10. Pálinkás H.L., Rácz G.A., Gál Z., Hoffmann O.I., Tihanyi G., Róna G., Gócza E., Hiripi L., Vértessy B.G. (2019) CRISPR/Cas9-mediated knock-out of dUTPase in mice leads to early embryonic lethality. Biomolecules. 9, 136.
  11. Cedergren-Zeppezauer E.S., Larsson G., Nyman P.O., Dauter Z., Wilson K.S. (1992) Crystal structure of a dUTPase. Nature. 355, 740–743.
  12. Larsson G., Svensson L.A., Nyman P.O. (1996) Crystal structure of the Escherichia coli dUTPase in complex with a substrate analogue (dUDP). Nat. Struct. Biol. 3, 532–538.
  13. Mol C.D., Harris J.M., McIntosh E.M., Tainer J.A. (1996) Human dUTP pyrophosphatase: uracil recognition by a β hairpin and active sites formed by three separate subunits. Structure. 4, 1077–1092.
  14. González A., Larsson G., Persson R., Cedergren-Zeppezauer E. (2001) Atomic resolution structure of Escherichia coli dUTPase determined ab initio. Acta Crystallogr. D Biol. Crystallogr. 57, 767–774.
  15. Barabás O., Pongrácz V., Kovári J., Wilmanns M., Vértessy B.G. (2004) Structural insights into the catalytic mechanism of phosphate ester hydrolysis by dUTPase. J. Biol. Chem. 279, 42907–42915.
  16. Varga B., Barabás O., Kovári J., Tóth J., Hunyadi-Gulyás É., Klement É., Medzihradszky K.F., Tölgyesi F., Fidy J., Vértessy B.G. (2007) Active site closure facilitates juxtaposition of reactant atoms for initiation of catalysis by human dUTPase. FEBS Lett. 581, 4783–4788.
  17. Kovári J., Barabás O., Varga B., Békési A., Tölgyesi F., Fidy J., Nagy J., Vértessy B.G. (2008) Methylene substitution at the α–β bridging position within the phosphate chain of dUDP profoundly perturbs ligand accommodation into the dUTPase active site. Proteins. 71, 308–319.
  18. Benedek A., Temesváry-Kis F., Khatanbaatar T., Leveles I., Surányi É.V., Szabó J.E., Wunderlich L., Vértessy B.G. (2019) The role of a key amino acid position in species-specific proteinaceous dUTPase inhibition. Biomolecules. 9, 221.
  19. Larsson G., Nyman P.O., Kvassman J.-O. (1996) Kinetic characterization of dUTPase from Escherichia coli. J. Biol. Chem. 271, 24010–24016.
  20. Mustafi D., Bekesi A., Vertessy B.G., Makinen M.W. (2003) Catalytic and structural role of the metal ion in dUTP pyrophosphatase. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 100, 5670–5675.
  21. Fiser A., Vértessy B.G. (2000) Altered subunit communication in subfamilies of trimeric dUTPases. Biochem. Biophys. Res. Commun. 279, 534–542.
  22. Arkin M.R., Wells J.A. (2004) Small-molecule inhibitors of protein–protein interactions: Progressing towards the dream. Nat. Rev. Drug Discov. 3, 301–317.
  23. Petta I., Lievens S., Libert C., Tavernier J., De Bosscher K. (2016) Modulation of protein–protein interactions for the development of novel therapeutics. Mol. Ther. 24, 707–718.
  24. Senisterra G., Chau I., Vedadi M. (2012) Thermal denaturation assays in chemical biology. Assay Drug Dev. Technol. 10, 128–136.
  25. Magnusson A.O., Szekrenyi A., Joosten H.-J., Finnigan J., Charnock S., Fessner W.-D. (2019) nanoDSF as screening tool for enzyme libraries and biotechnology development. FEBS J. 286, 184–204.
  26. Kotov V., Mlynek G., Vesper O., Pletzer M., Wald J., Teixeira-Duarte C.M., Celia H., Garcia-Alai M., Nussberger S., Buchanan S.K., Morais-Cabral J.H., Loew C., Djinovic-Carugo K., Marlovits T.C. (2021) In-depth interrogation of protein thermal unfolding data with MoltenProt. Protein Sci. 30, 201–217.
  27. Eftink M.R. (1994) The use of fluorescence methods to monitor unfolding transitions in proteins. Biophys. J. 66, 482–501.
  28. Krissinel E., Henrick K. (2007) Inference of macromolecular assemblies from crystalline state. J. Mol. Biol. 372, 774–797.
  29. Fraczkiewicz R., Braun W. (1998) Exact and efficient analytical calculation of the accessible surface areas and their gradients for macromolecules. J. Comput. Chem. 19, 319–333.
  30. Vivian J.T., Callis P.R. (2001) Mechanisms of tryptophan fluorescence shifts in proteins. Biophys. J. 80, 2093–2109.
  31. Yoshikawa H., Hirano A., Arakawa T., Shiraki K. (2012) Effects of alcohol on the solubility and structure of native and disulfide-modified bovine serum albumin. Int. J. Biol. Macromol. 50, 1286–1291.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
2.

下载 (180KB)
3.

下载 (612KB)
4.

下载 (356KB)
5.

下载 (68KB)

版权所有 © А.В. Юдкина, Е.А. Коваленко, А.В. Ендуткин, Е.П. Панфёрова, А.А. Кириленко, А.А. Коханенко, Д.О. Жарков, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».