MutTホモログ1（MTH1）は、dNTPプールからN6-メチル-dATPを除去する

MutT homologue 1 (MTH1) removes N6-methyl-dATP from the dNTP pool.

• Emma Rose Scaletti
• Karl S Vallin
• Lars Bräutigam
• Antonio Sarno
• Ulrika Warpman Berglund
• Thomas Helleday
• Pål Stenmark
• Ann-Sofie Jemth

抄録

MutTホモログ1（MTH1）は、酸化されたヌクレオチドをヌクレオチドプールから除去し、ゲノムへの取り込みを防ぎ、遺伝毒性を低減する。我々は以前、MTH1がO6-メチル-dGTP加水分解の効率的な触媒であることを報告しており、MTH1が他のメチル化ヌクレオチドからヌクレオチドプールを除菌する可能性を示唆している。我々は、MTH1がN6-methyl-dATPのN6-methyl-dAMPへの加水分解を効率的に触媒することを示し、さらに、dATPのN6-methyl化がMTH1の活性を劇的に増加させることを報告した。また、N6-methyl-ATPでもMTH1活性は低いレベルではあるが観察された。MTH1ノックアウトゼブラフィッシュ卵にN6-methyl-dATPをマイクロインジェクションした胚では、非インジェクション胚と比較して、N6-methyl-dATPがDNAに取り込まれていることを示した。N6-メチル-dATP活性は、遠縁の脊椎動物のMTH1ホモログにも存在し、進化的に保存されていることが示唆され、この活性が重要であることが示された。特に、N6-methyl-dATP活性は、関連するNUDIXヒドロラーゼの中でもMTH1に特有のものである。さらに、N6-メチル-dAMP結合型ヒトMTH1の構造を発表し、N6-メチル基が疎水性の活性部位サブポケット内に収容されていることを明らかにした。DNAやRNAのN6-メチル化は、エピジェネティックな役割を持ち、mRNAの代謝に影響を与えることが報告されている。我々は、MTH1がアデノシンデアミナーゼ様蛋白質アイソフォーム1（ADAL1）と協働して、N6-メチル-(d)ATPのDNAやRNAへの取り込みを阻害することを提案している。これは、ヌクレオチドサルベージ経路に入ることができる(d)IMPを産生するADAL1触媒による脱アミノ化を経て、N6-メチル-(d)ATPのN6-メチル-(d)AMPへの変換を介して、エピジェネティック制御およびRNA代謝の潜在的な調節障害を妨げるであろう。

MutT homologue 1 (MTH1) removes oxidized nucleotides from the nucleotide pool and thereby prevents their incorporation into the genome and thereby reduces genotoxicity. We previously reported that MTH1 is an efficient catalyst of O6-methyl-dGTP hydrolysis suggesting that MTH1 may also sanitize the nucleotide pool from other methylated nucleotides. We here show that MTH1 efficiently catalyzes the hydrolysis of N6-methyl-dATP to N6-methyl-dAMP and further report that N6-methylation of dATP drastically increases the MTH1 activity. We also observed MTH1 activity with N6-methyl-ATP, albeit at a lower level. We show that N6-methyl-dATP is incorporated into DNA , as indicated by increased N6-methyl-dA DNA levels in embryos developed from MTH1 knock-out zebrafish eggs microinjected with N6-methyl-dATP compared with noninjected embryos. N6-methyl-dATP activity is present in MTH1 homologues from distantly related vertebrates, suggesting evolutionary conservation and indicating that this activity is important. Of note, N6-methyl-dATP activity is unique to MTH1 among related NUDIX hydrolases. Moreover, we present the structure of N6-methyl-dAMP-bound human MTH1, revealing that the N6-methyl group is accommodated within a hydrophobic active-site subpocket explaining why N6-methyl-dATP is a good MTH1 substrate. N6-methylation of DNA and RNA has been reported to have epigenetic roles and to affect mRNA metabolism. We propose that MTH1 acts in concert with adenosine deaminase-like protein isoform 1 (ADAL1) to prevent incorporation of N6-methyl-(d)ATP into DNA and RNA. This would hinder potential dysregulation of epigenetic control and RNA metabolism via conversion of N6-methyl-(d)ATP to N6-methyl-(d)AMP, followed by ADAL1-catalyzed deamination producing (d)IMP that can enter the nucleotide salvage pathway.

© 2020 Scaletti et al.