Biopolym. Cell. 2012; 28(3):202-206.
http://dx.doi.org/10.7124/bc.00004E
Мініогляди
Новий шлях ексцизійної репарації основ у ссавців за участі тирозил-ДНК-фосфодіестерази 1
1Лебедєва Н. А., 1Речкунова Н. І., 1Лаврик О. І.
  1. Інститут хімичної біології і фундаментальної медицини СО РАН
    пр. ак. Лаврентьєва, 8, Новосибірськ, Російська Федерація, 630090

Abstract

Тирозил-ДНК-фосфодіестераза 1 (Tdp1) людини гідролізує 3'-фосфотирозильні зв’язки, які утворюються in vivo в результаті приєднання до ДНК-топоізомерази I (TopI). Tdp1 людини також здатна видаляти з 3'-кінця ДНК інші модифікувальні групи, включаючи 3'-фосфогліколати і залишки дезоксирибози, тобто функціонувати як 3'-фосфодіестераза і фермент репарації. Недавно ми показали, що Tdp1 людини притаманна ще одна активність – вона може гідролізувати апуринові/апіримідинові (АР) сайти всередині ланцюга ДНК з утворенням 3'-кінцевого фосфату. АР-сайти – це одне з найчастіше виникаючих пошкоджень ДНК. Ключовим ферментом, який розщеплює АР-сайти, є апуринова/апіримідинова ендонуклеаза 1 (АРЕ1). Проте в клітинах ссавців існує шлях репарації, незалежний від АРЕ1, у якому беруть участь ДНК-глікозилази. У даній роботі описано ще один АРЕ1-незалежний шлях репарації АР-сайтів за участі Tdp1. До повного циклу репарації залучені полінуклеотидкіназа/фосфатаза, яка має 3'-фосфатазну активність, ДНК-полімераза та ДНК-лігаза.
Keywords: ексцизійна репарація основ, АР-сайт, тирозил-ДНК-фосфодіестераза 1
Повний текст: (PDF, англійською)

References

[1] Yang S. W., Burgin A. B. Jr., Huizenga B. N., Robertson C. A., Yao K. C., Nash H. A. A eukaryotic enzyme that can disjoin deadend covalent complexes between DNA and type I topoisomerases Proc. Natl Acad. Sci. USA 1996 93, N 21:11534– 11539.
[2] Dexheimer T. S., Antony S., Marchand C., Pommier Y. Tyrosyl-DNA phosphodiesterase as a target for anticancer therapy Anticancer Agents Med. Chem 2008 8, N 4:381–389.
[3] Barnes D. E., Lindahl T. Repair and genetic consequences of endogenous DNA base damage in mammalian cells Annu. Rev. Genet 2004 38:445–476.
[4] Wiederhold L., Leppard J. B., Kedar P., Karimi-Busheri F., Rasouli-Nia A., Weinfeld M., Tomkinson A. E., Izumi T., Prasad R., Wilson S. H., Mitra S., Hazra T. K. AP endonuclease-independent DNA base excision repair in human cells Mol. Cell 2004 15, N 2:209–220.
[5] Interthal H., Chen H. J., Champoux J. J. Human Tdp1 cleaves a broad spectrum of substrates, including phosphoamide linkages J. Biol. Chem 2005 280, N 43:36518–36528.
[6] Hsiang Y. H., Hertzberg R., Hecht S., Liu L. F. Camptothecin induces protein-linked DNA breaks via mammalian DNA topoisomerase I J. Biol. Chem 1985 260, N 27:14873–14878.
[7] Nitiss K. C., Malik M., He X., White S. W., Nitiss J. L. TyrosylDNA phosphodiesterase (Tdp1) participates in the repair of Top2media ted DNA damage Proc. Natl Acad. Sci. USA 2006 103, N 24:8953–8958.
[8] Dexheimer T. S., Stephen A. G., Fivash M. J., Fisher R. J., Pommier Y. The DNA binding and 3'-end preferential activity of human tyrosyl-DNA phosphodiesterase Nucleic Acids Res 2010 38, N 7:2444–2452.
[9] Cortes Ledesma F., El Khamisy S. F., Zuma M. C., Osborn K., Caldecott K. W. A human 5'-tyrosyl DNA phosphodiesterase that repairs topoisomerase-mediated DNA damage Nature 2009 461, N 7264:674–678.
[10] El-Khamisy S. F., Saifi G. M., Weinfeld M., Johansson F., Helleday T., Lupski J. R., Caldecott K. W. Defective DNA single-strand break repair in spinocerebellar ataxia with axonal neuropathy-1 Nature 2005 434, N 7029:108–113.
[11] Plo I., Liao Z. Y., Barcelo J. M., Kohlhagen G., Caldecott K. W., Weinfeld M., Pommier Y. Association of XRCC1 and tyrosyl DNA phosphodiesterase (Tdp1) for the repair of topoisomerase I-mediated DNA lesions DNA Repair (Amst) 2003 2, N 10 P. 1087–1100.
[12] Lebedeva N. A., Rechkunova N. I., Lavrik O. I. AP-site cleavage activity of tyrosyl-DNA phosphodiesterase 1 FEBS Lett 2011 585, N 4:683–686.
[13] Lindahl T., Wood R. D. Quality control by DNA repair Science 1999 286, N 5446:1897–1905.
[14] Mitra S., Hazra T. K., Roy R., Ikeda S., Biswas T., Lock J., Boldogh I., Izumi T. Complexities of DNA base excision repair in mammalian cells Mol. Cells 1997 7, N 3:305–312.
[15] Nash H. M., Bruner H. D., Scharer O. D., Addona T. A., Spooner E., Lane W. S., Verdine G. L. Cloning of a yeast 8-oxoguanine DNA glycosylase reveals the existence of a base-excision DNA-repair protein superfamily Curr. Biol 1996 6, N 8:968– 980.
[16] Zharkov D. O., Shoham G., Grollman A. P. Structural characterization of the Fpg family of DNA glycosylases DNA Repair (Amst.)–2003 2, N 8:839–862.
[17] Karimi-Busheri F., Daly G., Robins P., Canas B., Pappin D. J., Sgouros J., Miller G. G., Fakhrai H., Davis E. M., Le Beau M. M., Weinfeld M. Molecular characterization of a human DNA kinase J. Biol. Chem 1999 274, N 34:24187–24194.
[18] Karimi-Busheri F., Lee J., Tomkinson A. E., Weinfeld M. Repair of DNA strand gaps and nicks containing 3'-phosphate and 5'hydroxyl termini by purified mammalian enzymes Nucleic Acids Res 1998 26, N 19:4395–4400.
[19] Wilson D. M. 3rd. Processing of nonconventional DNA strand break ends Environ. Mol. Mutagen 2007 48, N 9:772–782.
[20] Chiang S. C., Carroll J., El-Khamisy S. F. TDP1 serine 81 promotes interaction with DNA ligase IIIalpha and facilitates cell survival following DNA damage Cell Cycle 2010 9, N 3 P. 588–595.
[21] El-Khamisy S. F. To live or to die: a matter of processing damaged DNA termini in neurons EMBO Mol. Med 2011 3, N 2 P. 78–88.
[22] Das B. B., Dexheimer T. S., Maddali K., Pommier Y. Role of tyrosyl-DNA phosphodiesterase (TDP1) in mitochondria Proc. Natl Acad. Sci. USA 2010 107, N 46:19790–19795.
[23] Nilsen L., Forstrom R. J., Bjoras M., Alseth I. AP endonuclease independent repair of abasic sites in Schizosaccharomyces pombe Nucleic Acids Res 2012 40, N 5:2000–2009.
[24] Liu C., Pouliot J. J., Nash H. A. Repair of topoisomerase I covalent complexes in the absence of the tyrosyl-DNA phosphodiesterase Tdp1 Proc. Natl Acad. Sci. USA 2002 99, N 23 P. 14970–14975.
[25] Inamdar K. V., Pouliot J. J., Zhou T., Lees-Miller S. P., RasouliNia A., Povirk L. F. Conversion of phosphoglycolate to phosphate termini on 3' overhangs of DNA double strand breaks by the human tyrosyl-DNA phosphodiesterase hTdp1 J. Biol. Chem 2002 277, N 30:27162–27168.
[26] Povirk L. F. DNA damage and mutagenesis by radiomimetic DNA-cleaving agents: bleomycin, neocarzinostatin and other enediynes Mutat. Res 1996 355, N 1–2:71–89.
[27] Davies D. R., Interthal H., Champoux J. J., Hol W. G. Crystal structure of a transition state mimic for Tdp1 assembled from vanadate, DNA, and a topoisomerase I-derived peptide Chem. Biol 2003 10, N 2:139–147.
[28] Davies D. R., Interthal H., Champoux J. J., Hol W. G. Explorations of peptide and oligonucleotide binding sites of tyrosylDNA phosphodiesterase using vanadate complexes J. Med. Chem 2004 47, N 4:829–837.
[29] Interthal H., Champoux J. J. Effects of DNA and protein size on substrate cleavage by human tyrosyl-DNA phosphodiesterase 1 Biochem. J 2011 436, N 3:559–566.
[30] Interthal H., Pouliot J. J., Champoux J. J. The tyrosyl-DNA phosphodiesterase Tdp1 is a member of the phospholipase D super family Proc. Natl Acad. Sci. USA 2001 98, N 21:12009– 12014.
[31] Davies D. R., Interthal H., Champoux J. J., Hol W. G. Insights into substrate binding and catalytic mechanism of human tyrosyl-DNA phosphodiesterase (Tdp1) from vanadate and tungstate-inhibited structures J. Mol. Biol 2002 324, N 5:917–932.
[32] Takashima H., Boerkoel C. F., John J., Saifi G. M., Salih M. A., Armstrong D., Mao Y., Quiocho F. A., Roa B. B., Nakagawa M., Stockton D. W., Lupski J. R. Mutation of TDP1, encoding a topoisomerase I-dependent DNA damage repair enzyme, in spinocerebellar ataxia with axonal neuropathy Nat. Genet 2002 32, N 2:267–272.
[33] Interthal H., Chen H. J., Kehl-Fie T. E., Zotzmann J., Leppard J. B., Champoux J. J. SCAN1 mutant Tdp1 accumulates the enzymeDNA intermediate and causes camptothecin hypersensitivity EMBO J 2005 24, N 12:2224–2233.
[34] Hirano R., Interthal H., Huang C., Nakamura T., Deguchi K., Choi K., Bhattacharjee M. B., Arimura K., Umehara F., Izumo S., Northrop J. L., Salih M. A., Inoue K., Armstrong D. L., Champoux J. J., Takashima H., Boerkoel C. F. Spinocerebellar ataxia with axonal neuropathy: consequence of a Tdp1 recessive neomorphic mutation? EMBO J 2007 26, N 22:4732–4743.
[35] Katyal S., El-Khamisy S. F., Russell H. R., Li Y., Ju L., Caldecott K. W., McKinnon P. J. TDP1 facilitates chromosomal singlestrand break repair in neurons and is neuroprotective in vivo EMBO J 2007 26, N 22:4720–4731.
[36] Miao Z. H., Agama K., Sordet O., Povirk L., Kohn K. W., Pommier Y. Hereditary ataxia SCAN1 cells are defective for the repair of transcription-dependent topoisomerase I cleavage complexes DNA Repair (Amst) 2006 5, N 12:1489–1494.