Biopolym. Cell. 2019; 35(2):107-117.
http://dx.doi.org/10.7124/bc.00099C
Структура та функції біополімерів
Нерепаровані аналоги субстатті ексцизійної репарації нуклеотидів і їх застосування для придушення активності цієї системи
1Попов О. О., 1Євдокимов А. М., 1Лук`янчикова Н. В., 1Петрусева І. О., 1, 2Лаврік О. І.
  1. Інститут хімичної біології і фундаментальної медицини СО РАН
    пр. ак. Лаврентьєва, 8, Новосибірськ, Російська Федерація, 630090
  2. Новосибірський державний університет
    вул. Пирогова, 2, Новосибірськ, Російська Федерація, 630090

Abstract

У наших попередніх дослідженнях було показано, що ДНК з об'ємним похідним Fap-dC є складнорепарованим субстратом для системи ексцизійної репарації нуклеотидів (Ерн). З'єднання такого типу можуть становити особливий інтерес як можливі селективні інгібітори системи Ерн, значно знижуючи ефективність репарації ДНК шляхом зв'язування білкових чинників, залучених до даного процесу. Цей підхід може бути потенційно корисний для підвищення ефективності хіміотерапії. Мета. Дане дослідження спрямоване на пошук ДНК-структур, що містять множинні об'ємні аддукти, які з найбільшою ефективністю можуть пригнічувати активність системи. Методи. Ферментативний синтез ДНК, ПЛР, приготування Ерн-компетентних клітинних екстрактів, реакція вирізання, що каталізується білками Ерн in vitro, ВЕРХ. Результати. Проведено підбір умов синтезу протяжних модельних ДНК з множинним включенням нерепарованого пошкодження Fap-dC. Отримано ряд ДНК-структур, що містить в своєму складі різну кількість модифікованих ланок. Показано, що всі отримані ДНК пригнічують активність системи Ерн in vitro. Обрана ДНК-структура, яка пригнічує NER найбільш високою ефективністю. Висновки. Модельні ДНК з нерепарованими ушкодженнями, здатні високою ефективністю пригнічувати NER, можуть розглядатися в якості інгібіторів системи Ерн. Виявлені в даній роботі закономірності потенційно можуть бути використані для проведення як фундаментальних, так і прикладних досліджень.
Keywords: репарація, Ексцизійна репарація нуклеотидів, нерепаріруемие пошкодження ДНК, модельні ДНК-субстрати
Повний текст: (PDF, англійською)

References

[1] Gillet LC, Schärer OD. Molecular mechanisms of mammalian global genome nucleotide excision repair. Chem Rev. 2006;106(2):253-76.
[2] Sugasawa K. Regulation of damage recognition in mammalian global genomic nucleotide excision repair. Mutat Res. 2010;685(1-2):29-37.
[3] Volker M, Moné MJ, Karmakar P, van Hoffen A, Schul W, Vermeulen W, Hoeijmakers JH, van Driel R, van Zeeland AA, Mullenders LH. Sequential assembly of the nucleotide excision repair factors in vivo. Mol Cell. 2001;8(1):213-24.
[4] Sugasawa K, Okamoto T, Shimizu Y, Masutani C, Iwai S, Hanaoka F. A multistep damage recognition mechanism for global genomic nucleotide excision repair. Genes Dev. 2001;15(5):507-21.
[5] Hey T, Lipps G, Sugasawa K, Iwai S, Hanaoka F, Krauss G. The XPC-HR23B complex displays high affinity and specificity for damaged DNA in a true-equilibrium fluorescence assay. Biochemistry. 2002;41(21):6583-7.
[6] Tapias A, Auriol J, Forget D, Enzlin JH, Schärer OD, Coin F, Coulombe B, Egly JM. Ordered conformational changes in damaged DNA induced by nucleotide excision repair factors. J Biol Chem. 2004;279(18):19074-83.
[7] DellaVecchia MJ, Croteau DL, Skorvaga M, Dezhurov SV, Lavrik OI, Van Houten B. Analyzing the handoff of DNA from UvrA to UvrB utilizing DNA-protein photoaffinity labeling. J Biol Chem. 2004;279(43):45245-56.
[8] Buterin T, Meyer C, Giese B, Naegeli H. DNA quality control by conformational readout on the undamaged strand of the double helix. Chem Biol. 2005;12(8):913-22.
[9] Trego KS, Turchi JJ. Pre-steady-state binding of damaged DNA by XPC-hHR23B reveals a kinetic mechanism for damage discrimination. Biochemistry. 2006;45(6):1961-9.
[10] Maltseva EA, Rechkunova NI, Petruseva IO, Silnikov VN, Vermeulen W, Lavrik OI. Interaction of nucleotide excision repair factors RPA and XPA with DNA containing bulky photoreactive groups imitating damages. Biochemistry (Mosc). 2006;71(3):270-8.
[11] Petruseva IO, Tikhanovich IS, Chelobanov BP, Lavrik OI. RPA repair recognition of DNA containing pyrimidines bearing bulky adducts. J Mol Recognit. 2008;21(3):154-62.
[12] Evdokimov A, Petruseva I, Tsidulko A, Koroleva L, Serpokrylova I, Silnikov V, Lavrik O. New synthetic substrates of mammalian nucleotide excision repair system. Nucleic Acids Res. 2013;41(12):e123.
[13] Khodyreva SN, Lavrik OI. Photoaffinity labeling technique for studying DNA replication and DNA repair. Curr Med Chem. 2005;12(6):641-55.
[14] Rechkunova NI, Lavrik OI. Nucleotide excision repair in higher eukaryotes: mechanism of primary damage recognition in global genome repair. Subcell Biochem. 2010;50:251-77.
[15] Maltseva EA, Rechkunova NI, Gillet LC, Petruseva IO, Schärer OD, Lavrik OI. Crosslinking of the NER damage recognition proteins XPC-HR23B, XPA and RPA to photoreactive probes that mimic DNA damages. Biochim Biophys Acta. 2007;1770(5):781-9.
[16] Krasikova YS, Rechkunova NI, Maltseva EA, Petruseva IO, Silnikov VN, Zatsepin TS, Oretskaya TS, Schärer OD, Lavrik OI. Interaction of nucleotide excision repair factors XPC-HR23B, XPA, and RPA with damaged DNA. Biochemistry (Mosc). 2008;73(8):886-96.
[17] Krasikova YS, Rechkunova NI, Maltseva EA, Petruseva IO, Lavrik OI. Localization of xeroderma pigmentosum group A protein and replication protein A on damaged DNA in nucleotide excision repair. Nucleic Acids Res. 2010;38(22):8083-94.
[18] Evdokimov AN, Petruseva IO, Pestryakov PE, Lavrik OI. Photoactivated DNA analogs of substrates of the nucleotide excision repair system and their interaction with proteins of NER-competent extract of HeLa cells. Synthesis and application of long model DNA. Biochemistry (Mosc). 2011;76(1):157-66.
[19] Evdokimov AN, Tsidulko AY, Popov AV, Vorobiev YN, Lomzov AA, Koroleva LS, Silnikov VN, Petruseva IO, Lavrik OI. Structural basis for the recognition and processing of DNA containing bulky lesions by the mammalian nucleotide excision repair system. DNA Repair (Amst). 2018;61:86-98.
[20] Evdokimov AN, Lavrik OI, Petruseva IO. Model DNA for investigation of mechanism of nucleotide excision repair. Biopolym Cell. 2014; 30(3): 167-83.
[21] Dezhurov SV, Khodyreva SN, Plekhanova ES, Lavrik OI. A new highly efficient photoreactive analogue of dCTP. Synthesis, characterization, and application in photoaffinity modification of DNA binding proteins. Bioconjug Chem. 2005;16(1):215-22.
[22] Petruseva IO, Tikhanovich IS, Maltseva EA, Safronov IV, Lavrik OI. Photoactivated DNA analogs of substrates of the nucleotide excision repair system and their interaction with proteins of NER-competent HeLa cell extract. Biochemistry (Mosc). 2009;74(5):491-501.
[23] Manley JL, Fire A, Cano A, Sharp PA, Gefter ML. DNA-dependent transcription of adenovirus genes in a soluble whole-cell extract. Proc Natl Acad Sci U S A. 1980;77(7):3855-9.
[24] Kropachev K, Kolbanovskii M, Cai Y, Rodríguez F, Kolbanovskii A, Liu Y, Zhang L, Amin S, Patel D, Broyde S, Geacintov NE. The sequence dependence of human nucleotide excision repair efficiencies of benzo[a]pyrene-derived DNA lesions: insights into the structural factors that favor dual incisions. J Mol Biol. 2009;386(5):1193-203.
[25] Krzeminski J, Kropachev K, Kolbanovskiy M, Reeves D, Kolbanovskiy A, Yun BH, Geacintov NE, Amin S, El-Bayoumy K. Inefficient nucleotide excision repair in human cell extracts of the N-(deoxyguanosin-8-yl)-6-aminochrysene and 5-(deoxyguanosin-N(2)-yl)-6-aminochrysene adducts derived from 6-nitrochrysene. Chem Res Toxicol. 2011;24(1):65-72.
[26] Ding S, Kropachev K, Cai Y, Kolbanovskiy M, Durandina SA, Liu Z, Shafirovich V, Broyde S, Geacintov NE. Structural, energetic and dynamic properties of guanine(C8)-thymine(N3) cross-links in DNA provide insights on susceptibility to nucleotide excision repair. Nucleic Acids Res. 2012;40(6):2506-17.
[27] Mu H, Kropachev K, Wang L, Zhang L, Kolbanovskiy A, Kolbanovskiy M, Geacintov NE, Broyde S. Nucleotide excision repair of 2-acetylaminofluorene- and 2-aminofluorene-(C8)-guanine adducts: molecular dynamics simulations elucidate how lesion structure and base sequence context impact repair efficiencies. Nucleic Acids Res. 2012;40(19):9675-90.
[28] Araújo SJ, Nigg EA, Wood RD. Strong functional interactions of TFIIH with XPC and XPG in human DNA nucleotide excision repair, without a preassembled repairosome. Mol Cell Biol. 2001;21(7):2281-91.
[29] Mu D, Hsu DS, Sancar A. Reaction mechanism of human DNA repair excision nuclease. J Biol Chem. 1996;271(14):8285-94.
[30] RRocha JC, Busatto FF, Guecheva TN, Saffi J. Role of nucleotide excision repair proteins in response to DNA damage induced by topoisomerase II inhibitors. Mutat Res Rev Mutat Res. 2016;768:68-77.
[31] Bowden NA. Nucleotide excision repair: why is it not used to predict response to platinum-based chemotherapy? Cancer Lett. 2014;346(2):163-71.
[32] Clauson C, Schärer OD, Niedernhofer L. Advances in understanding the complex mechanisms of DNA interstrand cross-link repair. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2013;5(10):a012732.
[33] De Silva IU, McHugh PJ, Clingen PH, Hartley JA. Defining the roles of nucleotide excision repair and recombination in the repair of DNA interstrand cross-links in mammalian cells. Mol Cell Biol. 2000;20(21):7980-90.
[34] Sarasin A, Dessen P. DNA repair pathways and human metastatic malignant melanoma. Curr Mol Med. 2010;10(4):413-8.