物理化学化学物理3360发现硫修饰DNA的新硫键在碘裂解反应和SBD蛋白识别中具有特殊意义

物理化学化学物理3360发现硫修饰DNA的新硫键在碘化反应和SBD蛋白识别中具有特殊意义。

来源：上海交通大学2022-04-29 09336030

PCCP工作阐明了硫结合蛋白SBD可以利用脯氨酸非氢键骨架氮的特殊电子结构，高效区分正常DNA和硫修饰DNA，并提出了“硫键-疏水性”协同推拉分子识别机制。

近日，综合权威杂志《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》和物理化学专业期刊《Physical Chemistry Chemical Physics》刊登了上海交通大学生命科学与技术学院教授、微生物代谢国家重点实验室赵的硫修饰DNA研究最新进展。题为碘优先攻击硫代磷酸中的硫和物质p-o或p-s键的解离(PNAS，2022，119(17):e2119032119)、细菌硫代磷酸DNA和硫结合结构域之间的分子识别(SBD) 3360水笼和硫属元素-水生包之间的竞争(PCCP，2022，243360 9176-9187)两项关于硫-碘强卤键和硫-氮的研究成果PNAS工作阐明了硫代磷酸修饰位点与碘分子之间超强的硫碘卤键引发了一系列化学反应，导致硫修饰位点的DNA骨架剪切或硫氧转换，揭示了碘切割深度测序中硫修饰位点高选择性剪切的分子机制。PCCP工作阐明了硫结合蛋白SBD利用脯氨酸非氢键骨架氮的特殊电子结构，可以高效区分正常DNA和硫修饰DNA，并提出了一种硫键-疏水协同推拉机制的分子识别机制。

在论文中，加州大学洛杉矶分校的黄强博士、博士和Gina Young Lee博士为共同第一作者，生命科学与技术学院教授赵和中国科学院外籍院士、教授Houk为共同通讯作者。在PCCP的论文中，李佳怡博士是第一作者，合著者刘光博士负责PT-DNA蛋白结合的实验验证。上海交通大学生命科学与技术学院是两篇学术论文的第一署名/交流单位。

碘切割反应对DNA的磷酰基修饰位点高度敏感，广泛应用于DNA凝胶电泳检测、深度测序和硫修饰细菌的单分子测序。尽管其具有广泛的应用潜力，但切割机制尚不清楚，也不清楚是否每个硫代磷酸酯修饰位点都被准确和完全切割。研究小组从碘裂解实验现象出发，利用高阶电子密度泛函理论进行计算，揭示了碘分子化学选择性地与硫修饰DNA中的硫原子结合，转化为磷酸三酯类似物的中间体，导致修饰位点磷氧键的水解和裂解。因此，硫修饰DNA的碘切割效率受限于硫氧转换的旁路竞争。该结果为进一步研究和开发基于碘的硫修饰DNA深度测序提供了理论基础。

在体内，硫修饰的DNA与蛋白质相互作用，实现表观遗传调控和限制性修饰等特殊的生理功能。虽然硫-磷修饰广泛用于反义RNA药物的开放，以增强对血浆、细胞表面和细胞内蛋白质的结合亲和力，但生理性DNA硫修饰的分子识别机制与已知的人工设计的核酸药物有很大不同。基于限制性内切酶ScoMcrA的共晶结构，作者通过热力学积分计算修正了硫的广泛疏水驱动，阐明了正常DNA的强水合和硫修饰DNA的弱水合是PT-DNA进入蛋白质疏水腔的主要驱动力，发现了硫-氮亲硫键的独特弱相互作用，这种作用仅存在于天然硫修饰DNA与SBD蛋白的复合物中，而不存在于任何已知的合成硫代磷酸核苷酸与药物靶蛋白的复合物中。这种非共价相互作用是由P-S键的*反键轨道和脯氨酸残基的氮孤对之间的电子离域形成的，其特征是超近的S-N距离和线性的P-S-N角。该研究为基于SBD硫识别蛋白的PT-DNA引导的基因编辑分子机器提供了理论基础。

版权声明

本网站所有标注“来源：100医学网”或“来源：bioon”的文字、图片及音视频资料，版权归100医学网网站所有。未经授权，任何媒体、网站、个人不得转载，否则将追究法律责任。获得书面授权转载时，必须注明“来源：100医学网”。其他来源的文章均为转载文章。本网站所有转载文章都是为了传递更多信息。转载内容不代表本站立场。不想被转载的媒体或个人可以联系我们，我们会立即删除。

87%的用户都在使用100医疗网APP随时阅读、评论、分享、交流。请扫描二维码下载-