DNA：DNAグリコシラーゼのAlkDは塩基フリッピングを伴わずに大きなDNA損傷部位を除去する
Nature 527, 7577 doi: 10.1038/nature15728
DNA損傷によるゲノムの完全性への脅威はDNAグリコシラーゼにより軽減される。DNAグリコシラーゼは異常な核酸塩基を見つけ出し、除去することにより、塩基除去修復経路を開始させる。このような酵素がゲノム内の小さな構造修飾を見つけ出す仕組みについて、現在精力的に研究が行われている。DNAグリコシラーゼやその他の修復酵素の顕著な特徴は、塩基フリッピングを用いて、修飾されたヌクレオチドをDNAヘリックスから抜き出し、酵素の活性部位に取り込むことである。そのため、塩基フリッピングは一般に損傷認識において必須の、また塩基除去に必要な過程と考えられている。今回我々は、結合にも触媒作用にも塩基フリッピングを必要としないDNAグリコシラーゼの作用機構を、我々が知るかぎり初めて明らかにした。セレウス菌（Bacillus cereus）のDNAグリコシラーゼAlkDを用いて、アルキルプリン基質除去の時間変化を結晶解析により追跡し、基質、中間体、生産物の構造を用いて、反応座標に沿った反応経路を再構築した。AlkDは損傷を受けた核酸塩基と直接相互作用するのではなく、ホスホリボース骨格との相互作用を介して異常な塩基対を認識するが、損傷した塩基はDNA二本鎖の中に留まっている。量子力学計算により、AlkDとDNAの接触には電荷・双極子相互作用とCH–π相互作用が関与し、遷移状態を選択的に安定化させていることが明らかになった。我々は、この独特の認識および触媒作用により、AlkDがyatakemycinとDNAとの反応により生じる大きな付加物を除去修復する仕組みをin vitroおよびin vivoにおいて明らかにした。yatakemycinは、抗菌剤やがん化学療法剤として開発が進められているduocarmycinと同系統の天然由来抗生物質である。このような大きな付加物は、従来の塩基フリッピング機構を用いるDNAグリコシラーゼでは除去されない。従って、今回得られた知見は、DNA修復の新しいモデルを示すものであり、塩基除去の触媒作用を理解する手掛かりを与えるものである。
