The new base excision repair pathway in mammals mediated by tyrosyl-DNA-phosphodiesterase 1

Human tyrosyl-DNA phosphodiesterase 1 (Tdp1) hydrolyzesthe phosphodiester bond at a DNA 3' end linked to a tyrosyl moiety and has been implicated in the repair of Topoisomerase I (TopI )-DNA covalent complexes. Tdp1 can also hydrolyze other 3' end DNA alterations including 3' phosphoglycolate and 3' abasic (AP) sites, and exhibits the 3' nucleosidase activity indicating that it may function as a general 3' end-processing DNA repair enzyme. Recently we have shown a new Tdp1 activity generating DNA strand break with the 3' phosphate termini from the AP site. AP sites are formed spontaneously and are inevitable intermediates during base excision repair of DNA base damages. AP sites are both mutagenic and cytotoxic, and key enzymes for their removal are AP endonucleases. However, AP endonuclease independent repair, initiated by DNA glycosylases performing beta, delta-elimination cleavage of the AP sites, has been described in mammalian cells. Here, we describe another AP endonuclease independent repair pathway for removal of AP sites that is initiated by tyrosyl phosphodiesterase Tdp1. We propose that repair is completed by the action of a polynucleotide kinase, a DNA polymerase and finally a DNA ligase to seal the gap Keywords: base excision repair, AP site, tyrosyl-DNA phosphodiesterase 1.Тирозил-ДНК-фосфодіестераза 1 (Tdp1) людини гідролізує 3'-фосфотирозильні зв’язки, які утворюються in vivo в результаті приєднання до ДНК-топоізомерази I (TopI). Tdp1 людини також здатна видаляти з 3'-кінця ДНК інші модифікувальні групи, включаючи 3'-фосфогліколати і залишки дезоксирибози, тобто функціонувати як 3'-фосфодіестераза і фермент репарації. Недавно ми показали, що Tdp1 людини притаманна ще одна активність – вона може гідролізувати апуринові/апіримідинові (АР) сайти всередині ланцюга ДНК з утворенням 3'-кінцевого фосфату. АР-сайти – це одне з найчастіше виникаючих пошкоджень ДНК. Ключовим ферментом, який розщеплює АР-сайти, є апуринова/апіримідинова ендонуклеаза 1 (АРЕ1). Проте в клітинах ссавців існує шлях репарації, незалежний від АРЕ1, у якому беруть участь ДНК-глікозилази. У даній роботі описано ще один АРЕ1-незалежний шлях репарації АР-сайтів за участі Tdp1. До повного циклу репарації залучені полінуклеотидкіназа/фосфатаза, яка має 3'-фосфатазну активність, ДНК-полімераза та ДНК-лігаза. Ключові слова: ексцизійна репарація основ, АР-сайт, тирозил-ДНК-фосфодіестераза 1.Тирозил-ДНК-фосфодиэстераза 1 (Tdp1) человека гидролизует 3'- фосфотирозильные связи, образующиеся in vivo в результате присоединения к ДНК-топоизомеразе I (TopI). Tdp1 человека также способна удалять с 3'-конца ДНК другие модифицирующие группы, включая 3'-фосфогликолаты и остатки дезоксирибозы, т. е. функционировать как 3'-фосфодиэстераза и фермент репарации. Недавно мы показали, что Tdp1 человека обладает еще одной активностью – она может гидролизовать апуриновые/апиримидиновые (АР) сайты внутри цепи ДНК с образованием 3'концевого фосфата. АР-сайты – это одно из наиболее часто возникающих повреждений в ДНК. Ключевым ферментом, расщепляющим АР-сайты, является апуриновая/апиримидиновая эндонуклеаза 1 (АРЕ1). Однако в клетках млекопитающих существует путь репарации, независимый от АРЕ1, с участием ДНК-гликозилаз. В данной работе описан еще один АРЕ1-независимый путь репарации АР-сайтов с участием Tdp1. В полный цикл репарации вовлечены полинуклеотидкиназа/фосфатаза, обладающая 3'-фосфатазной активностью, ДНК-полимераза и ДНК-лигаза. Ключевые слова: эксцизионная репарация оснований, АР-сайт, тирозил-ДНК-фосфодиэстераза 1

Photoreactive DNA as a tool for studying topography of nucleotide excision repair complex

Эксцизионная репарация нуклеотидов (ЭРН) – один из основных путей репарации в клетках эукариотов, предотвращающих возникновение генетических аномалий вследствие повреждения ДНК. С помощью ЭРН происходит удаление широкого спектра струк -турно различающихся повреждений, таких как пиримидиновые димеры, появляющиеся под действием УФ-излучения, и объемные химические аддукты, образующиеся в результате воздействия канцерогенов окружающей среды или химиотерапии. Из-за необычайно широкой субстратнаой специфичность процесса ЭРН возникает вопрос о механизме узнавания различных повреждений определенным набором белков в огромном массиве неповрежденной ДНК. В представленном обзоре рассматриваются возможности применения метода фотоаффинной модификации для изучения ключевых стадий ЭРН-узнавания повреждения и формирования предрасщепляющего комплекса. Ключевые слова: эксцизионная репарация нуклеотидов, узнавание повреждений, предрасщепляющий комплекс, фотореактивная ДНК.Nucleotide excision repair(NER) is one of the major DNA repair pathwaysin eukaryotic cells preventing genetic abnormalities caused by DNA damage. NER removes a wide set of structurally diverse lesions such as pyrimidine dimers arising upon UV irradiation and bulky chemical adducts arising upon exposure to environmental carcinogens or chemotherapeutic drugs. In view of the extraordinarily broad substrate specificity of NER, it is of interest to understand how a certain set of proteins recognizes various DNA lesions in the context of a large excess of intact DNA. Thisreview focuses on contribution of photoaffinity labeling technique in the study of DNA damage recognition and following stages resulting in preincision complex assembly, the key and still most unclear steps of NER. Keywords: nucleotide excision repair, damage recognition, preincision complex, photoreactive DNA.Ексцизійна репарація нуклеотидів (ЕРН) – це один з основних шляхів репарації у клітинах еукаріотів, які запобігають виникненню генетичних аномалій внаслідок пошкодження ДНК. За допомогою ЕРН відбувається видалення широкого спектра різних за структурою пошкоджень, серед яких піримідинові димери, що формуються під дією УФ-випромінювання, та об’ємні хімічні адукти, що утворюються в результаті впливу канцерогенів довкілля або хіміотерапії. Через надзвичайно високу субстратну специфичність процесу ЕРН постає питання щодо механізму упізнавання різних пошкоджень певним набором білків у величезному масиві непошкодженої ДНК. У представленому огляді розглядаються можливості застосування методу фотоафінної модифікації для вивчення ключових стадій ЕРН-упізнавання пошкоджень і формування передрозщеплювального комплексу Ключові слова: ексцизійна репарація нуклеотидів, упізнавання пошкоджень, передрозщеплювальний комплекс, фотореактивна ДНК