在自然界中，絕大多數生物都以DNA為遺傳物質，其完整性對于生物體至關重要。DNA損傷被認為是誘發細胞功能障礙、細胞衰老以及癌癥的主要原因。在DNA中，胞嘧啶（dC）的脫氨基作用可形成脫氧尿嘧啶（dU），引起G-to-A的堿基轉換突變（transition)。為應對此類DNA損傷，細胞形成了包括堿基切除修復路徑BER在內的多種 DNA 修復機制，而尿嘧啶DNA糖苷酶UDG則負責切除dU, 并起始下游的修復過程。隨著UDG各家族成員的研究在近年內被相繼報道，人們對該家族酶的催化性質及機制也逐漸了解。但是，恥垢分枝桿菌來源的UDG（以MsmUdgX代表）被發現具有獨特生化性質。例如，MsmUdgX 能與含dU的單鏈DNA 形成異常穩定的復合物，在多種變性條件下不解離, 研究者也無法檢測到該酶切除尿嘧啶的活性。目前MsmUdgX生化性質的結構基礎和功能機制尚不明確。
近日，我校生命科學學院謝偉教授課題組在國際知名期刊Nature Chemical Biology在線報道了關于MsmUdgX催化過程的機制研究，題為“Suicide inactivation of the uracil DNA glycosylase UdgX by covalent complex formation”。我校生命科學學院謝偉教授為該文章的通訊作者，2014級博士生涂潔為第一作者，生命科學學院為第一完成單位，合作方美國Clemson University 的曹維國課題組參與該課題并提供一定指導。
UdgX的結構和作用機制模型
通過解析蛋白脫底物及其與配體、DNA等一系列晶體結構（圖a-c），該研究揭示了MsmUdgX獨特的催化過程。研究發現，MsmUdgX首先對含U底物的 DNA發生尿嘧啶切除作用，然后其第109位的組氨酸與單鏈DNA底物AP位點的糖環形成一個共價鍵，因此可以耐受變性劑的作用；同時也由于酶無法再生，從而失去其固有的尿嘧啶酶切活性。該研究共解析了五套 MsmUdgX 的晶體結構，各自代表其催化途徑中不同階段酶所處的狀態，提出了如圖e所示的催化路徑模型，可能經歷一個稱為“oxacarbenium”的中間體。該機制不但合理解釋了MsmUdgX酶獨特的生化性質，而且發現酶在反應中通過一種“自殺”的方式抑制其自身活性，在已知的UDG酶中尚屬首例。此外，由于MsmUdgX只存在于細菌中，研究者的MsmUdgX-DNA共價復合物的結構可能為新型抗菌藥物的設計提供新思路，具有潛在的應用前景。
