塩基切除修復酵素8-オキソグアニンDNAグリコシラーゼの小分子媒介アロステリック活性化とミトコンドリア機能への影響

8-オキソグアニンDNAグリコシラーゼ（OGG1）は、酸化的DNA損傷産物8-オキソグアニンの塩基切除修復を開始します。OGG1は二機能性です。グリコシル結合切断を触媒し、その後、β誘発アペリニックリアーゼ反応を介したホスホジエステルバックボーン切開が続きます。グリコシラーゼ反応、8-オキソグアニン、およびその類似体である8-ブロモグアニンと8-アミノグアニンの生成物は、速度制限APリアーゼ反応を引き起こします。正確な活性化メカニズムは不明のままです。製品支援触媒仮説は、8-オキソグアニンと類似体が製品認識（PR）ポケットに結合して、触媒塩基として鎖切断を強化することを示唆しています。あるいは、PRポケットの外側に結合することにより、OGG1をアロステリックに活性化して、アクティブサイトの立体構造変化を誘導してアプリリン性リアーゼを加速することができます。ここで、定常状態の運動分析では、基質と活性化因子のランダム結合が実証されました。基質に適した塩基として機能できない9-デアザグアニンは、8-ブロモグアニンと8-アミノグアニンよりも低いEMAX値を持つが、活性化されたOGG1です。ランダム化合物スクリーニングは、8-ブロモグアニンと同様のEMAX値を持つ小分子を特定しました。パラコート誘発性ミトコンドリア機能障害は、いくつかの小分子OGG1活性化因子によって減衰しました。利点には、ミトコンドリアの強化された膜とDNAの完全性、シトクロムC転座、ATP保存、ミトコンドリアのダイナミクスが含まれます。私たちの結果は、製品支援触媒ではなく、OGG1のアロステリックメカニズムをサポートしています。OGG1小分子活性化因子は、酸化ストレス関連疾患のミトコンドリア機能を改善する可能性があります。

8-Oxoguanine DNA glycosylase (OGG1) initiates base excision repair of the oxidative DNA damage product 8-oxoguanine. OGG1 is bifunctional; catalyzing glycosyl bond cleavage, followed by phosphodiester backbone incision via a β-elimination apurinic lyase reaction. The product from the glycosylase reaction, 8-oxoguanine, and its analogues, 8-bromoguanine and 8-aminoguanine, trigger the rate-limiting AP lyase reaction. The precise activation mechanism remains unclear. The product-assisted catalysis hypothesis suggests that 8-oxoguanine and analogues bind at the product recognition (PR) pocket to enhance strand cleavage as catalytic bases. Alternatively, they may allosterically activate OGG1 by binding outside of the PR pocket to induce an active-site conformational change to accelerate apurinic lyase. Herein, steady-state kinetic analyses demonstrated random binding of substrate and activator. 9-Deazaguanine, which can't function as a substrate-competent base, activated OGG1, albeit with a lower Emax value than 8-bromoguanine and 8-aminoguanine. Random compound screening identified small molecules with Emax values similar to 8-bromoguanine. Paraquat-induced mitochondrial dysfunction was attenuated by several small molecule OGG1 activators; benefits included enhanced mitochondrial membrane and DNA integrity, less cytochrome c translocation, ATP preservation, and mitochondrial membrane dynamics. Our results support an allosteric mechanism of OGG1 and not product-assisted catalysis. OGG1 small molecule activators may improve mitochondrial function in oxidative stress-related diseases.