一本鎖DNA分子を持つIA DNAトポイソメラーゼ型の複合体の結晶構造

DNAの複製、転写、染色体凝縮など、さまざまな細胞プロセスには、DNAで発生するその後のトポロジカル変化を調節できる酵素が必要です。そのような酵素DNAトポイソメラーゼ - アルターDNAトポロジーは、一本鎖DNA（ssDNA）または二本鎖DNA（dsDNA）の切断、結果として生じた休憩を通るDNAの通過、および壊れたホスホディエステルバックボーンの再結合を触媒します。大腸菌のDNAトポイソメラーゼIIIは、共有結合5 'ホスホチロシン中間体の形成を介して一時的にssDNAを切断するDNAトポイソメラーゼのタイプIAファミリーに属します。ここでは、8塩基SSDNA分子を備えた非共有複合体における大腸菌DNAトポイソメラーゼIIIの不活性変異体の2.05分解能の結晶構造を報告します。酵素は、オリゴヌクレオチドが活性部位に通じる溝の中で結合できるようにする立体構造の変化を受けます。SsDNA分子は、酵素に結合している間、B-DNAのような立体構造を採用していることに注意してください。再編成された活性部位内のDNAの位置は、触媒中のいくつかの高度に保存された残基の役割に関する洞察を提供します。これらの発見は、IAトポイソメラーゼメカニズムのさまざまな側面を裏付けている一方で、DNAの再編成を実行する他のトポイソメラーゼやタンパク質に対する機能的意味を示唆しています。

A variety of cellular processes, including DNA replication, transcription, and chromosome condensation, require enzymes that can regulate the ensuing topological changes occurring in DNA. Such enzymes-DNA topoisomerases-alter DNA topology by catalysing the cleavage of single-stranded DNA (ssDNA) or double-stranded DNA (dsDNA), the passage of DNA through the resulting break, and the rejoining of the broken phosphodiester backbone. DNA topoisomerase III from Escherichia coli belongs to the type IA family of DNA topoisomerases, which transiently cleave ssDNA via formation of a covalent 5' phosphotyrosine intermediate. Here we report the crystal structure, at 2.05 A resolution, of an inactive mutant of E. coli DNA topoisomerase III in a non-covalent complex with an 8-base ssDNA molecule. The enzyme undergoes a conformational change that allows the oligonucleotide to bind within a groove leading to the active site. We note that the ssDNA molecule adopts a conformation like that of B-DNA while bound to the enzyme. The position of the DNA within the realigned active site provides insight into the role of several highly conserved residues during catalysis. These findings confirm various aspects of the type IA topoisomerase mechanism while suggesting functional implications for other topoisomerases and proteins that perform DNA rearrangements.