ヌクレオシド類似体三リン酸は、ヒトリボヌクレオチド還元酵素をアロステリックに調節し、基質特異性を促進する化学決定因子を同定します

クラスIリボヌクレオチドレダクターゼ（RR）は、リボヌクレオシド二リン酸（NDP）に2'-デオキシリボヌートレシドジホスホート（DNDP）を変換することにより、DNA複製のデオキシリボヌクレオチド基質のバランスの取れたプールを維持します。デオキシヌクレオシド三リン酸（DNTP）エフェクター（ATP/DATP、DGTP、およびDTTP）の結合は、CDP、UDP、ADP、およびGDP基板のクラスI RRの特異性を調節します。細菌および真核生物のRRSの結晶構造は、DNTPエフェクターとNDP基質が柔軟な9アミノ酸ループの両側に結合することを示しています（ループ2）。エフェクター核塩基との相互作用は、ループ2ジオメトリを変質させ、RRの4つのNDP基質間の特異性の変化をもたらします。ただし、特異性を促進するために提案された機能グループは、テストされていないままです。ここでは、デオキシヌクレオシド類似体三リン酸を使用して、ヒトRR（HRR）特異性を駆動する核酸塩基官能基を決定します。結果は、DTTPの5-メチル、O4、およびN3グループがGDPの特異性に寄与することを示しています。ADPのDGTP直接特異性のO6およびプロトン化N1。対照的に、アデノシンの非プロトン化N1は、CDPのATP/DATP指向特異性の主要な決定要因です。真核生物RRのX線結晶構造モデルは、ループ2のD287の側鎖がDGTPとDTTPの結合に関与しているが、DATP/ATPではないことを示唆しています。この特徴は、HRRのD287A変異体がDGTPおよびDTTPによるアロステリック調節が不足しているが、ATP/DATPではないことを示す実験結果と一致しています。一緒に、これらのデータは、ヒトRR特異性のドライバーであるエフェクター官能基を定義し、アロステリック調節のモデルを評価するための制約を提供します。

Class I ribonucleotide reductase (RR) maintains balanced pools of deoxyribonucleotide substrates for DNA replication by converting ribonucleoside diphosphates (NDPs) to 2'-deoxyribonucleoside diphosphates (dNDPs). Binding of deoxynucleoside triphosphate (dNTP) effectors (ATP/dATP, dGTP, and dTTP) modulates the specificity of class I RR for CDP, UDP, ADP, and GDP substrates. Crystal structures of bacterial and eukaryotic RRs show that dNTP effectors and NDP substrates bind on either side of a flexible nine-amino acid loop (loop 2). Interactions with the effector nucleobase alter loop 2 geometry, resulting in changes in specificity among the four NDP substrates of RR. However, the functional groups proposed to drive specificity remain untested. Here, we use deoxynucleoside analogue triphosphates to determine the nucleobase functional groups that drive human RR (hRR) specificity. The results demonstrate that the 5-methyl, O4, and N3 groups of dTTP contribute to specificity for GDP. The O6 and protonated N1 of dGTP direct specificity for ADP. In contrast, the unprotonated N1 of adenosine is the primary determinant of ATP/dATP-directed specificity for CDP. Structural models from X-ray crystallography of eukaryotic RR suggest that the side chain of D287 in loop 2 is involved in binding of dGTP and dTTP, but not dATP/ATP. This feature is consistent with experimental results showing that a D287A mutant of hRR is deficient in allosteric regulation by dGTP and dTTP, but not ATP/dATP. Together, these data define the effector functional groups that are the drivers of human RR specificity and provide constraints for evaluating models of allosteric regulation.