損傷したDNAとは反対に選択的な取り込みのための非自然なヌクレオチドの最適化

Translesion DNA合成として知られるPromutagenicプロセスは、DNAポリメラーゼが損傷したDNAテンプレートの反対側のヌクレオチドを誤って誘惑する能力を反映しています。このプロセス中のヌクレオチド選択の根本的なメカニズムを研究するために、非テンプレートDNA病変であるAbasic部位と反対のさまざまな非自然なヌクレオチド類似体の取り込みを定量化しました。バクテリオファージT4 DNAポリメラーゼを使用した我々の速度論的研究は、入射ヌクレオチドのpi電子表面領域が、ABASIC部位の反対側の取り込みの効率に大きく寄与することを明らかにしています。残りの問題は、これらの非水素結合アナログの選択的挿入が、形状とpi-電子密度の最適化を通じて達成できるかどうかです。このレポートでは、4つの新規ヌクレオチド類似体、5-シアノインドリル-2'-デオキシリボシド5'-トリプリン酸（5-CYITP）、5-エチレンインドリル-2'-デオキシリボシド5'-トリポン酸の合成と速度論的特性について説明します。eyitp）、5-メチルインドリル-2'-デオキシリボシド5'-トリホスホ酸（5-MEITP）、および5-エチルインドリル-2'-デオキシリボシド5'-トリホスフ酸（5-ETITP）。速度論的分析は、4つのヌクレオチドすべての全体的な触媒効率がそのベーススタッキング特性に関連していることを示しています。実際、Abasic部位の反対側のヌクレオチド取り込みの触媒効率は、非自然ヌクレオチドの全体的なPi-Electron表面積の放物線傾向を示しています。さらに、各非自然なヌクレオチドは、反対側のDNAと反対側のDNAと反対側のABASIC部位よりも約100倍悪化して組み込まれています。これらのデータは、損傷したDNAと反対の取り込みの選択性が、入ってくるヌクレオチドのベーススタッキング特性の最適化を通じて達成できることを示しています。

The promutagenic process known as translesion DNA synthesis reflects the ability of a DNA polymerase to misinsert a nucleotide opposite a damaged DNA template. To study the underlying mechanism of nucleotide selection during this process, we quantified the incorporation of various non-natural nucleotide analogs opposite an abasic site, a non-templating DNA lesion. Our kinetic studies using the bacteriophage T4 DNA polymerase reveal that the pi-electron surface area of the incoming nucleotide substantially contributes to the efficiency of incorporation opposite an abasic site. A remaining question is whether the selective insertion of these non-hydrogen-bonding analogs can be achieved through optimization of shape and pi-electron density. In this report, we describe the synthesis and kinetic characterization of four novel nucleotide analogs, 5-cyanoindolyl-2'-deoxyriboside 5'-triphosphate (5-CyITP), 5-ethyleneindolyl-2'-deoxyriboside 5'-triphosphate (5-EyITP), 5-methylindolyl-2'-deoxyriboside 5'-triphosphate (5-MeITP), and 5-ethylindolyl-2'-deoxyriboside 5'-triphosphate (5-EtITP). Kinetic analyses indicate that the overall catalytic efficiencies of all four nucleotides are related to their base-stacking properties. In fact, the catalytic efficiency for nucleotide incorporation opposite an abasic site displays a parabolic trend in the overall pi-electron surface area of the non-natural nucleotide. In addition, each non-natural nucleotide is incorporated opposite templating DNA approximately 100-fold worse than opposite an abasic site. These data indicate that selectivity for incorporation opposite damaged DNA can be achieved through optimization of the base-stacking properties of the incoming nucleotide.