锌铰链基序、簇与活性位点之间的结构连通性协同调控MUTYH中的DNA修复

DNA糖基化酶MUTYH通过切除与8-氧代鸟嘌呤（OG）错误配对的腺嘌呤来保护基因组完整性，并由此启动碱基切除修复（BER）。MUTYH的[4Fe-4S]簇DNA结合结构域和Zn铆钉基序是遗传性癌症相关变异（CAVs）的热点区域，凸显了它们在DNA修复中的关键功能。在此，我们报道了三种与DNA结合的全长人MUTYH晶体结构，涵盖三种催化状态，分别代表早期和晚期过渡态以及产物复合物。这些结构揭示了此前未被认识的Zn位点与FeS簇之间的相互作用，该相互作用由His85以及跨越约15埃的保守Arg247/Arg307桥接介导。该网络的破坏会损害金属装载，降低活性酶比例，削弱对损伤DNA的结合，并减少细胞中的OG:A修复。 此外，Zn位点在整个反应坐标上呈现出不同的配位模式：在过渡态类似物复合物中，一个水分子取代了半胱氨酸配体；而在模拟产物状态中，半胱氨酸配位则得以恢复。功能分析表明，这种配体切换对于体外核心糖基化酶化学过程并非必需，但会不成比例地影响细胞中的修复，提示Zn铆钉在细胞内OG:A修复中除内在糖基化酶活性之外还具有额外作用，很可能涉及与BER伙伴蛋白的相互作用。综上，这些发现阐明了Zn铆钉如何增强FeS簇结构域对DNA底物的结合，从而实现有效的DNA修复，并为解释这些功能如何被MUTYH癌症相关变异所损害提供了依据。

DNA糖基化酶MUTYH通过切除与8-氧鸟嘌呤（OG）错误配对的腺嘌呤，从而启动碱基切除修复（BER），以保护基因组完整性。MUTYH的[4Fe-4S]簇DNA结合结构域和Zn linchpin基序是与遗传性癌症相关变异（CAVs）的热点区域，凸显了它们在DNA修复中的关键功能。在此，我们报道了三种与DNA结合的人源全长MUTYH晶体结构，分别对应三个催化状态，代表早期和晚期过渡态以及产物复合物。这些结构揭示了此前未被认识到的Zn位点与FeS簇之间的相互作用，该相互作用由His85以及跨越约15埃的保守Arg247/Arg307桥介导。该网络的破坏会损害金属装载，降低活性酶比例，削弱对损伤DNA的结合，并降低细胞中的OG:A修复能力。此外，Zn位点在整个反应坐标上呈现出不同的配位模式：在过渡态类似物复合物中，一个水分子取代了半胱氨酸配体；而在模拟产物状态中，半胱氨酸配位则恢复。功能分析表明，这种配体切换对于体外核心糖基化酶化学反应并非必需，但会对细胞中的修复产生不成比例的影响，这提示Zn linchpin在细胞内OG:A修复中除内在糖基化酶活性之外还具有额外作用，且很可能涉及与BER伙伴蛋白的相互作用。总体而言，这些发现阐明了Zn linchpin如何增强FeS簇结构域对DNA底物的结合，从而实现有效的DNA修复，并为解释这些功能如何被MUTYH CAVs削弱提供了依据。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.05.27.728240v1?rss=1

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