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Excised damaged base determines the turnover of human N-methylpurine-DNA glycosylase.

Department of Oncology, Lombardi Comprehensive Cancer Center, Georgetown University Medical Center, Washington, DC 20057, United States.
DNA repair (Impact Factor: 3.36). 08/2009; 8(10):1201-6. DOI: 10.1016/j.dnarep.2009.06.005
Source: PubMed

ABSTRACT N-Methylpurine-DNA glycosylase (MPG) initiates base excision repair in DNA by removing a wide variety of alkylated, deaminated, and lipid peroxidation-induced purine adducts. In this study, we tested the role of excised base on MPG enzymatic activity. After the reaction, MPG produced two products: free damaged base and AP-site containing DNA. Our results showed that MPG excises 1,N(6)-ethenoadenine (varepsilonA) from varepsilonA-containing oligonucleotide (varepsilonA-DNA) at a similar or slightly increased efficiency than it does hypoxanthine (Hx) from Hx-containing oligonucleotide (Hx-DNA) under similar conditions. Real-time binding experiments by surface plasmon resonance (SPR) spectroscopy suggested that both the substrate DNAs have a similar equilibrium binding constant (K(D)) towards MPG, but under single-turnover (STO) condition there is apparently no effect on catalytic chemistry; however, the turnover of the enzyme under multiple-turnover (MTO) condition is higher for varepsilonA-DNA than it is for Hx-DNA. Real-time binding experiments by SPR spectroscopy further showed that the dissociation of MPG from its product, AP-site containing DNA, is faster than the overall turnover of either Hx- or varepsilonA-DNA reaction. We thereby conclude that the excised base plays a critical role in product inhibition and, hence, is essential for MPG glycosylase activity. Thus, the results provide the first evidence that the excised base rather than AP-site could be rate-limiting for DNA-glycosylase reactions.

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Available from: Sanjay Adhikari, Jul 04, 2015
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    ABSTRACT: La présence de lésions sur l'ADN contribue à déstabiliser sa structure, bloquant certains processus vitaux pour la cellule. Ces altérations peuvent cependant avoir un intérêt thérapeutique, par exemple dans le cas de l'utilisation d'anticancéreux tels que les dérivés du platine. Les adduits volumineux qu'ils génèrent, s'ils ne sont pas réparés, entraînent la cellule vers l'apoptose. La compréhension de la réponse à ces anticancéreux passe par l'étude des protéines qui interagissent directement avec les dommages, et dont l'ensemble constitue l'interactome des lésions de l'ADN. Ce travail de thèse présente le développement d'outils destinés à compléter la liste des protéines associées aux adduits du platine. Dans un premier temps, nous avons utilisé un piège à protéines (ligand fishing) constitué de plasmides lésés fixés sur des billes magnétiques. Trois dérivés du platine ont été sélectionnés pour générer les lésions : le cisplatine (molécule princeps), l'oxaliplatine, et le satraplatine. Ce piège a permis d'obtenir, à partir d'extraits nucléaires issus de cellules cancéreuses HeLa et grâce à une identification par protéomique, une liste de candidats comprenant des protéines déjà connues (HMGB1, hUBF, complexe FACT), mais aussi 29 nouveaux membres de l'interactome. Parmi ceux-ci, nous avons relevé PNUTS, TOX4 et WDR82, qui constituent les sous-unités du complexe PTW/PP, très récemment découvert. La présence de ce complexe a été également validée sur un modèle d'adénocarcinome mammaire MDA MB 231, et les conséquences biologiques de son interaction avec les adduits du platine devront maintenant être précisées. Dans un second temps, nous avons mis au point une biopuce permettant d'étudier les interactions ADN lésé/protéine par SPRi. Les affinités respectives d'HMGB1 et du nouveau candidat TOX4 pour les adduits des trois dérivés du platine ont pu être ainsi confirmées. Dans un dernier temps, nous avons étudié le rôle de DDB2 (acteur de la reconnaissance des photoproduits UV) dans la prise en charge des adduits platinés. Les expérimentations menées sur les cellules MDA MB 231 exprimant DDB2 de façon différentielle nous ont permis de vérifier que cette protéine ne participe pas à la réparation des adduits du cisplatine, contribuant plutôt à potentialiser l'action cytotoxique de cet agent. Dans le futur, nos microsystèmes pourront être adaptés à l'étude de l'interactome d'autres lésions de l'ADN.
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    ABSTRACT: The MUTYH DNA glycosylase specifically removes adenine misincorporated by replicative polymerases opposite the oxidized purine 8-oxo-7,8-dihydroguanine (8-oxoG). A defective protein activity results in the accumulation of G>T transversions because of unrepaired 8-oxoG:A mismatches. In humans, MUTYH germline mutations are associated with a recessive form of familial adenomatous polyposis and colorectal cancer predisposition (MUTYH-associated polyposis, MAP). Here we studied the repair capacity of the MUTYH variants R171W, E466del, 137insIW, Y165C and G382D, identified in MAP patients. Following expression and purification of human proteins from a bacterial system, we investigated MUTYH incision capacity on an 8-oxoG:A substrate by standard glycosylase assays. For the first time, we employed the surface plasmon resonance (SPR) technology for real-time recording of the association/dissociation of wild-type and MUTYH variants from an 8-oxoG:A DNA substrate. When compared to the wild-type protein, R171W, E466del and Y165C variants showed a severe reduction in the binding affinity towards the substrate, while 137insIW and G382D mutants manifested only a slight decrease mainly due to a slower rate of association. This reduced binding was always associated with impairment of glycosylase activity, with adenine removal being totally abrogated in R171W, E466del and Y165C and only partially reduced in 137insIW and G382D. Our findings demonstrate that SPR analysis is suitable to identify defective enzymatic behaviour even when mutant proteins display minor alterations in substrate recognition.
    DNA repair 04/2010; 9(6):700-7. DOI:10.1016/j.dnarep.2010.03.008 · 3.36 Impact Factor
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    ABSTRACT: Protein purification is still very empirical, and a unified method for purifying proteins without an affinity tag is not available yet. In the postgenomic era, functional genomics, however, strongly demands such a method. In this paper we have formulated a unique method that can be applied for purifying any recombinant basic protein from Escherichia coli. Here, we have found that if the pH of the buffer is merely one pH unit below the isoelectric point (pI) of the recombinant proteins, most of the latter bind to the column. This result supports the Henderson-Hasselbalch principle. Considering that E. coli proteins are mostly acidic, and based on the pI determined theoretically, apparently all recombinant basic proteins (at least pI-1 > or = 6.94) may be purified from E. coli in a single step using a cation-exchanger resin, SP-Sepharose, and a selected buffer pH, depending on the pI of the recombinant protein. Approximately, two-fifths of human proteome, including many if not all nucleic acid-interacting proteins, have a pI of 7.94 or higher; virtually all these 12,000 proteins may be purified using this method in a single step.
    Analytical Biochemistry 05/2010; 400(2):203-6. DOI:10.1016/j.ab.2010.01.011 · 2.31 Impact Factor