来源：iNature Life（ID：iNature_Lifes）
DNA糖基化酶必须将稀疏的受损位点从正常DNA碱基中区分出来。然而，对碱基修复的理解仍然是有限的。
2021年7月5日，来自北京大学伊成器、高毅勤等研究团队在Nature Communications上在线发表了题为“DNA repair glycosylase hNEIL1 triagesdamaged bases via competing interaction modes”的研究论文，表明hNEIL1（类人内切酶VIII 1）通过两种相互竞争的状态捕获碱基病变：一种是激活状态，进行催化和碱基切除修复；另一种是隔离状态，通过自动抑制暂时分离和保护翻转的碱基。
生物体的基因组完整性不断受到各种威胁，如代谢活性氧（ROS）和外部电离辐射，这不可避免地导致典型核碱基的化学结构发生各种变化。这些受损的碱基对细胞具有诱变性和/或细胞毒性，它们的积累最终会导致严重的疾病，包括癌症、衰老和神经退行性疾病。因此，细胞已经进化出碱基切除修复（BER）途径来纠正大多数异常碱基。碱基切除修复是由病变特异性DNA糖基化酶启动的，它催化同源碱基底物的裂解，并介导招募下游修复机器到损伤部位。
人类内切酶VIII样1（hNEIL1）是Fpg/Nei家族的一种双功能DNA糖基化酶，它能催化清除受损的碱基并随后切开新产生的消减位点。与通常被称为高度特异性生物催化剂的传统酶不同，hNEIL1的一个特殊功能是它具有识别广泛底物的独特能力，包括甲酰胺基嘧啶、水杨酸病变、氧化和二氢修饰的嘧啶碱基，来自所有四个典型碱基。有趣的是，在hNEIL1前mRNA上发生了一个编辑事件，导致242号残基处的K到R重新编码，这两种形式的hNEIL1酶（K242和R242分别为未编辑和编辑过的形式）被证明具有不同的病变特异性和糖基化酶活性。
由于hNEIL1在细胞周期的S期增加，并能清除ssDNA和分叉结构中的碱基病变，有人提出hNEIL1参与了复制相关的DNA修复过程。因此，hNEIL1是守护哺乳动物细胞中基因组稳定性的一个重要酶。与此相呼应，hNEIL1的异常与代谢综合征、免疫紊乱和致癌作用有关。此外，新出现的各种文献证明，hNEIL1可能在活跃的DNA脱甲基化途径中具有调节作用。
许多DNA病变与正常的DNA只有一个或几个原子的差别；因此，修复酶面临着从大量的正常碱基中区分其认知底物的艰巨任务。虽然有一些特定的糖基化酶，如尿嘧啶-DNA糖基化酶（UNG），8-氧代鸟嘌呤DNA糖基化酶1（hOGG1），和烷基嘌呤糖基化酶D（AlkD），DNA糖基化酶也可以有明显的广泛底物范围。
这种广泛的修复特异性被认为与排除正常的DNA是不一致的。事实上，有证据表明，修复酶并非无懈可击：一些NER和BER酶已被证明可作用于正常DNA。因为修复底物是DNA，是遗传信息的载体，即使是低水平的错误活性也会危害到基因组的完整性。然而，我们对包括hNEIL1在内的广义特异性修复酶如何最大限度地减少这种风险的分子基础的理解是非常有限的，即识别各种底物的同时抑制正常碱基的错误裂解。
该研究通过整合结构、计算和生物化学调查，表明hNEIL1使用一种分流机制来实现广泛的特异性并减少正常碱基的修复。这种机制涉及两种相互竞争的相互作用状态：一种是激活状态，承诺催化和BER，另一种是隔离状态，通过自动抑制暂时分离并阻止翻转的碱基进行催化。
对于不同类型的损伤，主导的相互作用状态是不同的，主要由翻转的碱基的化学和结构特性决定。这样的机制使hNEIL1能够处理一系列结构不同的底物，同时将错误地裂解正常碱基的风险降到最低。这两种状态之间的平衡也可以由自然存在的hNEIL1蛋白变体或人工引入的突变来调节。此外，基于对这种机制的理解，可以通过合理设计重新激活催化无能的hNEIL1突变体。
参考文献：
https://www.nature.com/articles/s41467-021-24431-y#Abs1
本文版权归原作者所有，文章内容不代表平台观点或立场。如有关于文章内容、版权或其他问题请与我方联系，我方将在核实情况后对相关内容做删除或保留处理！