酸化プリンヌクレオシド三リン酸を選択的に分解するNUDIXファミリーヒドロラーゼであるヒトMTH1の構造

正常な細胞呼吸プロセスによって生成される酸素ラジカルは、ゲノムおよびミトコンドリアDNAの変異を引き起こす可能性があります。ヒトMTH1は、8-オキソ-DGTPや2-ヒドロキシ-DATPなどの酸化プリンヌクレオシドトリン酸塩を単リン酸加水分解し、複製中のこれらの酸化ヌクレオチドの誤用を防ぎます。ここでは、多次元ヘテロ核NMR分光法によって解決されたMTH1の溶液構造を提示します。保存されたヌーディックスモチーフの外側のこれらのタンパク質間の配列の類似性が低いにもかかわらず、タンパク質は大腸菌Muttの倍と同様の折り目を採用しています。化学シフト摂動実験から推定されたMTH1の基質結合ポケットは、MUTTと本質的に同じ位置に位置しています。ただし、ポケットを形成するヘリックスは、MTH1（約9 a）で大部分が変位し、ポケットの形状が2つのタンパク質間で異なります。ポケットを形成する残基の詳細な分析により、ASN33をMTH1の重要な残基の1つとして識別することができました。これは、プリンの酸化型を識別し、この残基の変異は基質特異性を修飾します。また、MTH1は、ベータリン酸塩での水の求核的な置換を介して、8-オキソDGTPの加水分解を触媒することを示しています。

Oxygen radicals generated through normal cellular respiration processes can cause mutations in genomic and mitochondrial DNA. Human MTH1 hydrolyzes oxidized purine nucleoside triphosphates, such as 8-oxo-dGTP and 2-hydroxy-dATP, to monophosphates, thereby preventing the misincorporation of these oxidized nucleotides during replication. Here we present the solution structure of MTH1 solved by multidimensional heteronuclear NMR spectroscopy. The protein adopts a fold similar to that of Escherichia coli MutT, despite the low sequence similarity between these proteins outside the conserved Nudix motif. The substrate-binding pocket of MTH1, deduced from chemical shift perturbation experiments, is located at essentially the same position as in MutT; however, a pocket-forming helix is largely displaced in MTH1 (approximately 9 A) such that the shape of the pocket differs between the two proteins. Detailed analysis of the pocket-forming residues enabled us to identify Asn33 as one of the key residues in MTH1 for discriminating the oxidized form of purine, and mutation of this residue modifies the substrate specificity. We also show that MTH1 catalyzes hydrolysis of 8-oxo-dGTP through nucleophilic substitution of water at the beta-phosphate.