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南極細菌Sphingomonas sp. UV9由来の天然由来の二機能性CPD/(6-4)-ホトリアーゼ
A natural occurring bifunctional CPD/(6-4)-photolyase from the Antarctic bacterium Sphingomonas sp. UV9.
PMID: 32572574 DOI: 10.1007/s00253-020-10734-5.
抄録
フォトリアーゼは、エネルギー源としての青色光を使用して、紫外線誘発性DNA損傷（シクロブタンピリミジン二量体またはCPD、およびピリミジン(6-4)ピリミドン光付加物または(6-4)-PPs）を修復するフラボタンパク質である。これらの酵素は基質特異的であり、特定のフォトリアーゼがCPDまたは(6-4)-PPのいずれかを修復することを意味します。本研究では、南極細菌Sphingomonas sp. UV9からクラスIIのCPD-ホトリアーゼ（PhrSph98）を組換えDNA技術を用いて作製し、固定化金属アフィニティークロマトグラフィーを用いて酵素を精製しました。CPD と (6-4)-PP に対するモノクローナル抗体を用いた免疫化学的アッセイにより、PhrSph98 が両方の DNA 病変を修復することを発見した。この結果は、不死化した非腫瘍化ヒトケラチノサイトを用いた免疫細胞化学により確認された。構造予測、ポケット計算、分子ドッキング解析の結果、PhrSph98 は予想された２つのタンパク質ドメイン（光捕集アンテナと触媒ドメイン）を持ち、中親水性生物が産生するフォトリアーゼと比較して触媒サイトが大きく、両基質が触媒ドメインに適合していることが明らかになりました。予測された相同性モデルから得られた結果から、この経路に沿って電子移動経路が発生している可能性が示唆された。Y389-W369-W390-F376-W381/FAD。PhrSph98の進化的再構成は、これが(6-4)-PP修復のクラスII CPD修復能力への移行を反映したミッシングリンクであることを示唆している。このように、この酵素は、自然界に存在する CPD と (6-4)-PP 修復酵素の二機能性を持つ最初の報告であることがわかりました。KEY POINTS: - 私たちは、二機能性CPD/(6-4)-光分解酵素を修復する最初の記述を報告します。この二機能性酵素はケラチノサイトの核に到達し、紫外線誘発DNA損傷を修復する。この酵素は、進化の観点からはミッシングリンクであると考えられます。この酵素は、医薬品や化粧品業界での利用が期待されています。
Photolyases are flavoproteins that repair ultraviolet-induced DNA lesions (cyclobutane pyrimidine dimer or CPD, and pyrimidine (6-4) pyrimidone photoproducts or (6-4)-PPs), using blue light as an energy source. These enzymes are substrate specific, meaning that a specific photolyase repairs either a CPD or a (6-4)-PP. In this work, we produced a class II CPD-photolyase (called as PhrSph98) from the Antarctic bacterium Sphingomonas sp. UV9 by recombinant DNA technology and we purified the enzyme using immobilized metal affinity chromatography. By using an immunochemistry assay, with monoclonal antibodies against CPD and (6-4)-PP, we found that PhrSph98 repairs both DNA lesions. The result was confirmed by immunocytochemistry using immortalized non-tumorigenic human keratinocytes. Results from structure prediction, pocket computation, and molecular docking analyses showed that PhrSph98 has the two expected protein domains (light-harvesting antenna and a catalytic domain), a larger catalytic site as compared with photolyases produced by mesophilic organisms, and that both substrates fit the catalytic domain. The results obtained from predicted homology modeling suggest that the electron transfer pathway may occur following this pathway: Y389-W369-W390-F376-W381/FAD. The evolutionary reconstruction of PhrSph98 suggests that this is a missing link that reflects the transition of (6-4)-PP repair into the CPD repair ability for the class II CPD-photolyases. To the best of our knowledge, this is the first report of a naturally occurring bifunctional, CPD and (6-4)-PP, repairing enzyme. KEY POINTS: • We report the first described bifunctional CPD/(6-4)-photoproducts repairing enzyme. The bifunctional enzyme reaches the nuclei of keratinocyte and repairs the UV-induced DNA damage. The enzyme should be a missing link from an evolutionary point of view. The enzyme may have potential uses in the pharmaceutical and cosmetic industries.